Συγκρίνετε και συγκρίνετε την έκφραση προκαρυωτικού και ευκαρυωτικού γονιδίου

Η έκφραση του προκαρυωτικού και του ευκαρυωτικού γονιδίου είναι οι δύο κυτταρικές διεργασίες που είναι υπεύθυνες για την έκφραση γονιδίων στο γονιδίωμα για την παραγωγή ενός λειτουργικού γονιδιακού προϊόντος. Γενικά, και οι δύο διαδικασίες προχωρούν σε δύο βήματα:μεταγραφή και μετάφραση. Αυτό το άρθρο στοχεύει να συγκρίνει και να αντιπαραβάλει την έκφραση προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών γονιδίων.

Στα προκαρυωτικά, τα στενά συγγενικά γονίδια συγκεντρώνονται για να σχηματίσουν οπερόνια, και έτσι, να παράγουν ένα πολυκιστρονικό μόριο mRNA. Εν τω μεταξύ, τα λειτουργικά γονίδια υφίστανται έκφραση μεμονωμένα, και έτσι, παράγουν μονοκιστρονικά mRNA. Επιπλέον, η μεταγραφή και η μετάφραση συμβαίνουν ταυτόχρονα στο κυτταρόπλασμα των προκαρυωτών. Αλλά, στους ευκαρυώτες, εμφανίζονται χωριστά. ο πρώτος μέσα στον πυρήνα ενώ ο δεύτερος στο κυτταρόπλασμα. Επιπλέον, οι ευκαρυώτες υφίστανται τόσο μετα-μεταγραφικές όσο και μεταφραστικές τροποποιήσεις.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται 

1. Τι είναι η έκφραση προκαρυωτικού γονιδίου
     – Ορισμός, Διαδικασία, Σημασία
2. Τι είναι η έκφραση ευκαρυωτικού γονιδίου
     – Ορισμός, Διαδικασία, Σημασία
3. Συγκρίνετε και συγκρίνετε την έκφραση προκαρυωτικού και ευκαρυωτικού γονιδίου
     – Ομοιότητες και διαφορές

Βασικοί όροι 

Έκφραση ευκαρυωτικού γονιδίου, mRNAs, έκφραση προκαρυωτικού γονιδίου, μετάφραση, μεταγραφή

Τι είναι η Prokaryotic Gene Expression 

Η έκφραση προκαρυωτικού γονιδίου είναι η διαδικασία σύνθεσης ενός προϊόντος γονιδίου σύμφωνα με τις πληροφορίες στα προκαρυωτικά γονίδια. Η σημασία της έκφρασης του προκαρυωτικού γονιδίου είναι ότι τα γονίδια στα προκαρυωτικά εμφανίζονται σε οπερόνια, τα οποία είναι οι ομάδες λειτουργικά σχετιζόμενων γονιδίων. Μερικά παραδείγματα οπερονίων περιλαμβάνουν το Lac οπερόνιο και Trp οπερόνιο. Επομένως, τα γονίδια σε ένα οπερόνιο μεταγράφονται μαζί, σχηματίζοντας ένα πολυκιστρονικό μόριο mRNA. Επιπλέον, τόσο η μεταγραφή όσο και η μετάφραση των προκαρυωτών λαμβάνουν χώρα στο κυτταρόπλασμα ταυτόχρονα. Επομένως, η κύρια μεταγραφή χρησιμοποιείται εύκολα για τη μετάφραση της οποίας η μεταγραφή συνεχίζεται ακόμη.

Εικόνα 1:Δομή προκαρυωτικού γονιδίου

Επιπλέον, ένας μεμονωμένος τύπος RNA πολυμεράσης είναι υπεύθυνος για τη μεταγραφή στους προκαρυώτες. Απαιτεί τον παράγοντα σίγμα και μια συγκεκριμένη αλληλουχία DNA που ονομάζεται πλαίσιο Pribnow για την έναρξη της μεταγραφής. Τα ριβοσώματα 70S είναι υπεύθυνα για τη μετάφραση του προκαρυωτικού πολυκιστρονικού mRNA. Το πιο σημαντικό είναι ότι η ρύθμιση της έκφρασης του προκαρυωτικού γονιδίου συμβαίνει σε μεταγραφικό επίπεδο, είτε αυξάνοντας είτε μειώνοντας το επίπεδο μεταγραφής.

Τι είναι η Έκφραση Ευκαρυωτικού Γονιδίου 

Η έκφραση ευκαρυωτικού γονιδίου είναι η διαδικασία σύνθεσης γονιδιακών προϊόντων ανάλογα με τις πληροφορίες στα ευκαρυωτικά γονίδια. Είναι σημαντικό ότι το ευκαρυωτικό DNA εμφανίζεται μέσα στον πυρήνα. Ως εκ τούτου, η μεταγραφή συμβαίνει επίσης μέσα στον πυρήνα. Συνήθως, τρεις RNA πολυμεράσες είναι υπεύθυνες για τη μεταγραφή διαφορετικών τύπων RNA:η RNA πολυμεράση 1, η οποία μεταγράφει το rRNA, η RNA πολυμεράση 2, η οποία μεταγράφει το mRNA και η RNA πολυμεράση 3, η οποία μεταγράφει το tRNA. Επιπλέον, κάθε ευκαρυωτικό γονίδιο βρίσκεται υπό τον έλεγχο ενός μεμονωμένου προαγωγέα. Ως εκ τούτου, η μεταγραφή έχει ως αποτέλεσμα ένα μονοκιστρονικό mRNA.

Εικόνα 2:Έκφραση προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών γονιδίων

Επιπλέον, το πρωτεύον αντίγραφο του mRNA υφίσταται μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις, συμπεριλαμβανομένης της προσθήκης ενός καλύμματος 5' και μιας ουράς πολυ-Α 3'. Από την άλλη πλευρά, τα ιντρόνια, τα οποία διακόπτουν την περιοχή κωδικοποίησης πρωτεΐνης του ευκαρυωτικού mRNA, ματίζονται σε μια διαδικασία που ονομάζεται μάτισμα RNA. Το τελικό μόριο mRNA είναι το ώριμο mRNA, το οποίο αφήνει τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα και είναι έτοιμο για μετάφραση. 80S Τα ριβοσώματα είναι υπεύθυνα για τη μετάφραση του ευκαρυωτικού mRNA. Οι ευκαρυωτικές πρωτεΐνες υφίστανται μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις όπως φωσφορυλίωση, ακετυλίωση, μεθυλίωση, γλυκοζυλίωση κ.λπ. Η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης στους ευκαρυώτες συμβαίνει κυρίως σε μεταγραφικό επίπεδο. Ωστόσο, μπορεί επίσης να εμφανιστεί σε επίπεδα επιγενετικής, μετα-μεταγραφής, μετάφρασης και μετα-μετάφρασης.

Σύγκριση και αντίθεση της έκφρασης προκαρυωτικού και ευκαρυωτικού γονιδίου  

Ομοιότητες μεταξύ της έκφρασης προκαρυωτικού και ευκαρυωτικού γονιδίου  

• Η έκφραση του προκαρυωτικού και του ευκαρυωτικού γονιδίου είναι δύο διαδικασίες σε ζωντανούς οργανισμούς που είναι υπεύθυνοι για τη σύνθεση ενός λειτουργικού γονιδιακού προϊόντος μέσα στο κύτταρο.
• Τα γονιδιακά προϊόντα τους περιλαμβάνουν λειτουργικές πρωτεΐνες, με αποτέλεσμα στην έκφραση κωδικοποιητικών γονιδίων και μη κωδικοποιητικών RNA, με αποτέλεσμα την έκφραση μη κωδικοποιητικού DNA.
• Οι δύο κύριες διαδικασίες γονιδιακής έκφρασης είναι μεταγραφή και μετάφραση.
• Τα γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες υφίστανται τόσο μεταγραφή όσο και μετάφραση ενώ το μη κωδικοποιητικό DNA υφίσταται μόνο μεταγραφή.
• Εν τω μεταξύ, η RNA πολυμεράση είναι το υπεύθυνο ένζυμο για μεταγραφή. Η μεταγραφή γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες έχει ως αποτέλεσμα mRNAs ενώ η μεταγραφή μη κωδικοποιού DNA έχει ως αποτέλεσμα μη κωδικοποιητικά RNA, συμπεριλαμβανομένων των tRNA, rRNA, miRNA κ.λπ.  
• Ωστόσο,  μόνο τα mRNA υφίστανται μετάφραση, η οποία εμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα. Επίσης, τα ριβοσώματα που σχηματίζονται από rRNA διευκολύνουν τη μετάφραση, ενώ τα tRNA φέρουν κατάλληλα αμινοξέα.

Διαφορά μεταξύ της έκφρασης προκαρυωτικού και ευκαρυωτικού γονιδίου 

Ορισμός 

Η έκφραση προκαρυωτικού γονιδίου αναφέρεται στη διαδικασία που συνθέτει ένα λειτουργικό γονιδιακό προϊόν ανάλογα με τις πληροφορίες για τα προκαρυωτικά γονίδια. Από την άλλη πλευρά, η έκφραση ευκαρυωτικού γονιδίου αναφέρεται στη διαδικασία που συνθέτει ένα λειτουργικό γονιδιακό προϊόν ανάλογα με τις πληροφορίες για τα ευκαρυωτικά γονίδια.

Χωρικός διαχωρισμός 

Η έκφραση του προκαρυωτικού γονιδίου λαμβάνει χώρα πλήρως στο κυτταρόπλασμα, ενώ στους ευκαρυώτες, η μεταγραφή λαμβάνει χώρα μέσα στον πυρήνα και η μετάφραση στο κυτταρόπλασμα.

Χρονικός διαχωρισμός 

Η μεταγραφή και η μετάφραση συμβαίνουν ταυτόχρονα στην έκφραση προκαρυωτικών γονιδίων, ενώ η μεταγραφή και η μετάφραση διαχωρίζονται χρονικά στην έκφραση ευκαρυωτικών γονιδίων.

Εμφάνιση DNA  

Επιπλέον, το προκαρυωτικό DNA εμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα ενώ το ευκαρυωτικό DNA εμφανίζεται μέσα στον πυρήνα.

Επιγενετικοί Παράγοντες 

Επιπλέον, το προκαρυωτικό DNA δεν είναι σε μόνιμα συμπυκνωμένη μορφή, ενώ το ευκαρυωτικό DNA σχηματίζει ένα σταθερό, συμπυκνωμένο σύμπλοκο με ιστόνες.

Στοιχεία προώθησης 

Οι προκαρυώτες περιέχουν τρία στοιχεία προαγωγέα:το ένα είναι ανάντη προς το γονίδιο, το δεύτερο είναι δέκα νουκλεοτίδια κατάντη προς αυτό και το τρίτο είναι 35 νουκλεοτίδια κατάντη προς αυτό. Όμως, οι ευκαρυώτες περιέχουν ένα πολύ μεγαλύτερο σύνολο στοιχείων προαγωγέα συμπεριλαμβανομένου του κουτιού TATA.

Παράγοντες έναρξης μεταγραφής 

Οι παράγοντες έναρξης μεταγραφής των προκαρυωτικών δεν συναρμολογούνται με το σύμπλεγμα εκκίνησης. Όμως, οι παράγοντες έναρξης μεταγραφής των ευκαρυωτών συναρμολογούνται με το σύμπλεγμα έναρξης.

Ανοίξτε το πλαίσιο ανάγνωσης 

Τα ιντρόνια δεν διακόπτουν το ανοιχτό πλαίσιο ανάγνωσης των προκαρυωτικών γονιδίων ενώ τα ιντρόνια διακόπτουν το ανοιχτό πλαίσιο ανάγνωσης των ευκαρυωτικών γονιδίων.

RNA Πολυμεράση 

Επιπλέον, η έκφραση προκαρυωτικού γονιδίου είναι εξοπλισμένη με έναν μόνο τύπο πολυμεράσης RNA ενώ τρεις πολυμεράσες RNA χρησιμοποιούνται στην έκφραση του ευκαρυωτικού γονιδίου.

Μέγεθος γονιδίων 

Ενώ τα προκαρυωτικά γονίδια είναι μικρά, τα ευκαρυωτικά γονίδια είναι μεγαλύτερα.

Επιπλέον DNA 

Οι προκαρυώτες σπάνια έχουν επιπλέον DNA ενώ οι ευκαρυώτες έχουν μεγάλες περιοχές επαναλαμβανόμενου DNA.

Κωδικοποίηση σε Μη κωδικοποιητικό DNA 

95% του προκαρυωτικού γονιδιώματος περιέχει γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες, ενώ το 98% του ευκαρυωτικού γονιδιώματος περιέχει μη κωδικοποιητικό DNA.

Γονίδια 

Διάφορα λειτουργικά γονίδια εμφανίζονται σε ομάδες που ονομάζονται οπερόνια σε προκαρυωτικά ενώ τα ευκαρυωτικά γονίδια εμφανίζονται μεμονωμένα.

Τύπος mRNA 

Η έκφραση προκαρυωτικού γονιδίου έχει ως αποτέλεσμα πολυκιστρονικό mRNA, ενώ η έκφραση ευκαρυωτικού γονιδίου οδηγεί σε μονοκιστρονικό mRNA.

Τροποποιήσεις μετά τη μεταγραφή 

Μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις δεν συμβαίνουν στην έκφραση προκαρυωτικών γονιδίων ενώ οι μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις συμβαίνουν στην έκφραση ευκαρυωτικών γονιδίων.

Ριβοσώματα 

Επιπλέον, οι προκαρυώτες έχουν ριβοσώματα 70S ενώ οι ευκαρυώτες έχουν ριβοσώματα 80S.

Τροποποιήσεις μετά τη μετάφραση 

Μεταμεταφραστικές τροποποιήσεις δεν συμβαίνουν στην έκφραση προκαρυωτικών γονιδίων. Όμως, μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις συμβαίνουν στην έκφραση του ευκαρυωτικού γονιδίου.

Ρύθμιση γονιδιακής έκφρασης 

Η ρύθμιση της έκφρασης του προκαρυωτικού γονιδίου λαμβάνει χώρα σε μεταγραφικό επίπεδο. Όμως, η ρύθμιση της έκφρασης του ευκαρυωτικού γονιδίου μπορεί να συμβεί σε επιγενετικό επίπεδο, μεταγραφικό επίπεδο, μετα-μεταγραφικό επίπεδο, μεταφραστικό επίπεδο ή μετα-μεταφραστικό επίπεδο.

Συμπέρασμα 

Η έκφραση προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών γονιδίων είναι οι διαδικασίες παραγωγής ενός λειτουργικού γονιδιακού προϊόντος σύμφωνα με τις πληροφορίες στο γονιδίωμα. Γενικά, προχωρούν σε δύο διαδικασίες:μεταγραφή και μετάφραση. Τυπικά, η μετάφραση λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα. Τα λειτουργικά σχετιζόμενα προκαρυωτικά γονίδια συγκεντρώνονται για να σχηματίσουν οπερόνια, τα οποία μεταγράφονται μαζί για να σχηματίσουν ένα πολυκιστρονικό mRNA. Επίσης, η μεταγραφή και η μετάφραση συμβαίνουν στο κυτταρόπλασμα των προκαρυωτών ταυτόχρονα. Αντίθετα, η μεταγραφή των ευκαρυωτών λαμβάνει χώρα στον πυρήνα ενώ τα mRNA περνούν στο κυτταρόπλασμα για μετάφραση. Επομένως, η μεταγραφή και η μετάφραση δεν συνδέονται. Επιπλέον, τα ευκαρυωτικά γονίδια υφίστανται μεταγραφή μεμονωμένα, σχηματίζοντας μονοκιστρονικά mRNA.