Έκφραση γονιδίων σε Προκαρυώτες εναντίον Ευκαρυώτων
Η γονιδιακή έκφραση είναι μια ουσιαστική διαδικασία που λαμβάνει χώρα τόσο σε προκαρυώτες όσο και σε ευκαρυώτες. Παρά το γεγονός ότι τα αποτελέσματα τόσο στους ευκαρυώτες όσο και στους προκαρυώτες είναι τα ίδια, υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ τους. Η γονιδιακή έκφραση συζητείται γενικά και οι διαφορές μεταξύ των προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών διεργασιών επισημαίνονται ιδιαίτερα σε αυτό το άρθρο.
Γονιδιακή Έκφραση
Όταν οι πληροφορίες ενός γονιδίου μετατρέπονται σε δομικές μορφές, το συγκεκριμένο γονίδιο λέγεται ότι εκφράζεται. Η γονιδιακή έκφραση είναι μια διαδικασία που δημιουργεί βιολογικά σημαντικά μόρια, και αυτά είναι συνήθως μακρομόρια. Τα γονίδια εκφράζονται κυρίως με τη μορφή πρωτεϊνών, αλλά το RNA είναι επίσης προϊόν αυτής της διαδικασίας. Δεν θα μπορούσε να υπάρξει μορφή ζωής χωρίς να λαμβάνει χώρα η διαδικασία γονιδιακής έκφρασης.
Υπάρχουν τρία σημαντικά βήματα στη γονιδιακή έκφραση που είναι γνωστή ως μεταγραφή, επεξεργασία RNA και μετάφραση. Η τροποποίηση της πρωτεΐνης μετά τις μεταφράσεις και η ωρίμανση του μη κωδικοποιητικού RNA είναι μερικές από τις άλλες διαδικασίες που εμπλέκονται με την έκφραση γονιδίου. Στο στάδιο της μεταγραφής, η αλληλουχία νουκλεοτιδίων του γονιδίου στον κλώνο DNA μεταγράφεται σε RNA μετά την αποσυναρμολόγηση του κλώνου DNA με ένζυμο ελικάσης DNA. Ο νεοσχηματισμένος κλώνος RNA (το mRNA) αναμορφώνεται αφαιρώντας τις μη κωδικοποιητικές αλληλουχίες και μεταφέροντας τη νουκλεοτιδική αλληλουχία του γονιδίου στα ριβοσώματα. Υπάρχουν συγκεκριμένα μόρια tRNA (transfer RNA) που αναγνωρίζουν τα σχετικά αμινοξέα στο κυτταρόπλασμα. Μετά από αυτό, τα μόρια tRNA συνδέονται με τα συγκεκριμένα αμινοξέα. Σε κάθε μόριο tRNA, υπάρχει μια αλληλουχία τριών νουκλεοτιδίων. Ένα ριβόσωμα στο κυτταρόπλασμα συνδέεται με τον κλώνο mRNA και αναγνωρίζεται το αρχικό κωδικόνιο (ο προαγωγέας). Τα μόρια tRNA με τα αντίστοιχα νουκλεοτίδια για την αλληλουχία mRNA μετακινούνται στη μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος. Καθώς τα μόρια tRNA έρχονται στο ριβόσωμα, το αντίστοιχο αμινοξύ συνδέεται με το επόμενο αμινοξύ της αλληλουχίας μέσω ενός πεπτιδικού δεσμού. Αυτός ο πεπτιδικός δεσμός συνεχίζεται μέχρι να διαβαστεί το τελευταίο κωδικόνιο στο ριβόσωμα. Με βάση την αλληλουχία των αμινοξέων στην πρωτεϊνική αλυσίδα, το σχήμα και η λειτουργία ποικίλλει για κάθε μόριο πρωτεΐνης. Αυτό το σχήμα και η λειτουργία είναι αποτελέσματα της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας στο μόριο του DNA. Ως εκ τούτου, γίνεται σαφές ότι διαφορετικά γονίδια κωδικοποιούν διαφορετικές πρωτεΐνες με μεταβλητά σχήματα και λειτουργίες.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της γονιδιακής έκφρασης σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες;
• Εφόσον τα προκαρυωτικά δεν έχουν πυρηνικό περίβλημα, τα ριβοσώματα μπορούν να αρχίσουν να συνθέτουν την πρωτεΐνη καθώς σχηματίζεται ο κλώνος mRNA. Αυτό έρχεται σε μεγάλη αντίθεση με την ευκαρυωτική διαδικασία, όπου ο κλώνος mRNA πρέπει να μεταφερθεί στο κυτταρόπλασμα για να συνδεθούν τα ριβοσώματα με αυτόν. Επιπλέον, ο αριθμός των κύριων βημάτων είναι δύο στην έκφραση του προκαρυωτικού γονιδίου, ενώ υπάρχουν τρία κύρια στάδια στην ευκαρυωτική διαδικασία.
• Υπάρχουν αλληλουχίες ιντρονίων στο ευκαρυωτικό DNA έτσι ώστε ο κλώνος mRNA θα έχει επίσης αυτές. Επομένως, το μάτισμα RNA πρέπει να πραγματοποιηθεί πριν οριστικοποιηθεί ο κλώνος mRNA μέσα στον πυρήνα στους ευκαρυώτες. Ωστόσο, δεν υπάρχει στάδιο επεξεργασίας RNA στους προκαρυώτες λόγω της έλλειψης ιντρονίων στο γενετικό τους υλικό.
• Η πιθανότητα ταυτόχρονης έκφρασης ομαδοποιημένων γονιδίων (γνωστά ως οπερόνια) υπάρχει στην προκαρυωτική διαδικασία. Ωστόσο, μόνο ένα εκφράζεται αμέσως σε ευκαρυώτες, και ο επόμενος κλώνος mRNA αποικοδομείται επίσης μετά την έκφραση.
