Πώς οι προκαρυωτικοί ελέγχουν την έκφραση του γονιδίου;

Οι προκαρυώτες, όπως τα βακτήρια και η αρχαία, έχουν εξελίξει εξελιγμένους μηχανισμούς για τον έλεγχο της γονιδιακής έκφρασης, επιτρέποντάς τους να προσαρμοστούν σε συνεχώς μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα. Οι στρατηγικές τους για τη ρύθμιση περιστρέφονται κυρίως γύρω από το μεταγραφικό έλεγχο , που σημαίνει ότι ρυθμίζουν τη διαδικασία αντιγραφής του DNA σε RNA, το οποίο είναι το πρώτο βήμα στην έκφραση γονιδίων.

Ακολουθεί μια κατανομή του τρόπου με τον οποίο οι προκαρυωτικοί ελέγχουν την έκφραση του γονιδίου:

1. Οπερόνια:

- Τα προκαρυωτικά γονίδια συχνά οργανωμένα σε οπερόνια , οι οποίες είναι ομάδες λειτουργικά σχετιζόμενων γονιδίων που μεταγράφονται ως ένα ενιαίο μόριο mRNA. Αυτό επιτρέπει τη συντονισμένη ρύθμιση πολλαπλών γονιδίων που εμπλέκονται σε μια συγκεκριμένη μεταβολική οδό.

- Το πιο διάσημο παράδειγμα είναι το lac οπερόνιο , η οποία ελέγχει την κατανομή της λακτόζης στο Ε. Coli.

2. Μεταγραφικοί καταστολείς:

- Πρωτεΐνες καταστολέα δεσμεύονται σε συγκεκριμένες αλληλουχίες ϋΝΑ που ονομάζονται χειριστές , που βρίσκεται κοντά στην αρχή ενός γονιδίου ή οπερονίου.

- Η δέσμευση ενός καταστολέα μπλοκάρει την πολυμεράση RNA από τη μεταγραφή του γονιδίου, απενεργοποιώντας το αποτελεσματικά.

- Οι καταστολείς συχνά ρυθμίζονται από τους επαγωγείς (μόρια που συνδέονται με τον καταστολέα και προκαλούν την απελευθέρωσή του από τον χειριστή, επιτρέποντας τη μεταγραφή) ή corePressors (μόρια που συνδέονται με τον καταστολέα και αυξάνουν τη συγγένειά του για τον χειριστή, αναστέλλοντας τη μεταγραφή).

3. Μεταγραφικοί ενεργοποιητές:

- πρωτεΐνες ενεργοποιητή Συνδέστε συγκεκριμένες αλληλουχίες DNA που ονομάζονται θέσεις δέσμευσης ενεργοποιητή , που μπορεί να βρίσκεται κοντά ή μακριά από το γονίδιο.

- Η δέσμευση ενός ενεργοποιητή ενισχύει την ικανότητα του RNA πολυμεράσης να δεσμεύεται με τον προαγωγό και να ξεκινήσει τη μεταγραφή.

- Οι ενεργοποιητές συχνά ρυθμίζονται από τους επαγωγείς (μόρια που συνδέονται με τον ενεργοποιητή και αυξάνουν τη συγγένειά του για το DNA, προωθώντας τη μεταγραφή) ή συν-ενεργοποιητές (μόρια που αλληλεπιδρούν με τον ενεργοποιητή και βοηθούν να δεσμεύουν το DNA).

4. Παράγοντες Sigma:

- παράγοντες Sigma είναι πρωτεΐνες που συνδέονται με την πολυμεράση RNA και βοηθούν να αναγνωρίσουν και να δεσμεύονται με συγκεκριμένες αλληλουχίες προαγωγού.

- Διαφορετικοί παράγοντες Sigma εκφράζονται υπό διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες, επιτρέποντας στο κύτταρο να μεταγράφει κατά προτίμηση τα γονίδια που απαιτούνται για την επιβίωση σε αυτές τις συνθήκες.

5. Εξασθένηση:

- Η εξασθένηση είναι ένας μηχανισμός γονιδιακής ρύθμισης που συμβαίνει κατά τη διάρκεια της μεταγραφής, όπου η διαδικασία τερματίζεται πρόωρα πριν μεταγραφεί ολόκληρο το γονίδιο.

- Αυτός ο μηχανισμός συχνά ρυθμίζει τα γονίδια που εμπλέκονται στη βιοσύνθεση αμινοξέων, επιτρέποντας στο κύτταρο να κλείσει την παραγωγή όταν το αμινοξύ είναι άφθονο.

6. Riboswitches:

- riboswitches είναι ρυθμιστικά στοιχεία RNA που μπορούν να συνδεθούν άμεσα με μικρά μόρια, να μεταβάλλουν τη δομή τους και να επηρεάσουν την έκφραση του γονιδίου.

- Μπορούν είτε να προωθήσουν είτε να αναστέλλουν τη μεταγραφή ή τη μετάφραση.

7. Μικρά RNAs (SRNAs):

- μικρά RNAs (SRNAs) είναι μικρά μόρια RNA που μπορούν να ρυθμίσουν την έκφραση γονιδίων με αντιστοίχιση βάσεων με mRNAs.

- Μπορούν είτε να εμποδίσουν τη μετάφραση είτε να προωθήσουν την υποβάθμιση του mRNA στόχου.

Συνοπτικά, η ρύθμιση του προκαρυωτικού γονιδίου είναι μια πολύπλοκη διαδικασία που περιλαμβάνει μια ποικιλία μηχανισμών. Αυτοί οι μηχανισμοί επιτρέπουν στους προκαρυώτες να τελειοποιήσουν την έκφραση γονιδίων σε απόκριση των περιβαλλοντικών αλλαγών, εξασφαλίζοντας ότι μπορούν να επιβιώσουν και να ευδοκιμήσουν σε διαφορετικές συνθήκες.