Πώς είναι παρόμοια η ρύθμιση των γονιδίων σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες

Το γονιδίωμα τόσο των προκαρυωτών όσο και των ευκαρυωτών αποτελείται από γονίδια. Αυτά τα γονίδια εκφράζονται για να παράγουν λειτουργικά μόρια όπως RNA και πρωτεΐνες, τα οποία είναι ζωτικής σημασίας για τη λειτουργία του κυττάρου. Τα δύο στάδια της γονιδιακής έκφρασης είναι η μεταγραφή και η μετάφραση. Τόσο η μεταγραφή όσο και η μετάφραση των προκαρυωτών και των ευκαρυωτών είναι πολύ παρόμοια. Ωστόσο, ορισμένα προηγμένα χαρακτηριστικά μπορούν να αναγνωριστούν στην έκφραση ευκαρυωτικών γονιδίων καθώς οι ευκαρυώτες είναι πιο ανεπτυγμένοι οργανισμοί σε σύγκριση με τους προκαρυωτικούς. Ωστόσο, και οι δύο τύποι οργανισμών χρησιμοποιούν αρκετούς μηχανισμούς για τη ρύθμιση της γονιδιακής τους έκφρασης επίσης. Γενικά, η έκφραση του προκαρυωτικού γονιδίου ρυθμίζεται σε μεταγραφικό επίπεδο, ενώ η έκφραση του ευκαρυωτικού γονιδίου ρυθμίζεται τόσο σε μεταγραφικό όσο και σε μεταφραστικό επίπεδο.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Πώς ρυθμίζεται η γονιδιακή έκφραση σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες
     – Ορισμός, ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης
2. Πώς είναι παρόμοια η Γονιδιακή Ρύθμιση σε Προκαρυώτες και Ευκαρυώτες
     – Ομοιότητες μεταξύ γονιδιακής ρύθμισης σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες

Βασικοί όροι:Ευκαρυώτες, Γονιδιακή Έκφραση, Προκαρυώτες, Κανονισμός Γονιδιακής Έκφρασης, Μεταγραφή, Μετάφραση

Πώς ρυθμίζεται η γονιδιακή έκφραση σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες

Η γονιδιακή έκφραση είναι η διαδικασία μεταγραφής του DNA σε RNA, ακολουθούμενη από μετάφραση σε πρωτεΐνες. Είναι μια αυστηρά ρυθμιζόμενη διαδικασία τόσο σε προκαρυώτες όσο και σε ευκαρυώτες. Η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης εμπλέκεται στην παραγωγή είτε αυξημένης είτε μειωμένης ποσότητας γονιδιακών προϊόντων. Ένα ευρύ φάσμα μηχανισμών εμπλέκεται στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης.

1. Επίπεδο αναπαραγωγής – Οι μεταλλάξεις μπορεί να προκαλέσουν αλλοιώσεις της γονιδιακής έκφρασης.
2. Μεταγραφικό επίπεδο – Οι ενεργοποιητές και οι καταστολείς ρυθμίζουν τη μεταγραφή.
3. Μετα-μεταγραφικό επίπεδο – Το μάτισμα RNA εμπλέκεται στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης σε μετα-μεταγραφικό επίπεδο.
4. Μεταφραστικό επίπεδο – Η μετάφραση ενός μορίου mRNA σε μια αλληλουχία αμινοξέων μιας πρωτεΐνης ελέγχεται από διάφορες διαδικασίες, όπως η οδός παρεμβολής RNA.
5. Μετα-μεταφραστικό επίπεδο – Η σύνθεση μιας πρωτεΐνης μπορεί να ρυθμιστεί ελέγχοντας τις μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις.

Διαφορετικά επίπεδα ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης φαίνονται στο σχήμα 1 .

Εικόνα 1:Ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης

Πώς είναι παρόμοια η ρύθμιση γονιδίων σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες

Η μεταγραφή και η μετάφραση είναι πολύ παρόμοιες τόσο στους προκαρυώτες όσο και στους ευκαρυώτες. Η RNA πολυμεράση εμπλέκεται στη διαδικασία μεταγραφής γονιδίων σε mRNA. Η μετάφραση τόσο των προκαρυωτικών όσο και των ευκαρυωτικών γίνεται στο κυτταρόπλασμα με τη βοήθεια ριβοσωμάτων. Η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης τόσο σε προκαρυώτες όσο και σε ευκαρυώτες παρουσιάζει ορισμένες ομοιότητες.

1. Ρύθμιση σε μεταγραφικό επίπεδο – Η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης στους προκαρυώτες συμβαίνει κυρίως κατά την έναρξη της μεταγραφής. Η γονιδιακή έκφραση ρυθμίζεται σε μεταγραφικό επίπεδο και στους ευκαρυώτες.
2. Μεταγραφικοί παράγοντες – Η δέσμευση του RNA στην περιοχή του προαγωγέα ρυθμίζεται από μεταγραφικούς παράγοντες τόσο στην έκφραση των προκαρυωτικών όσο και των ευκαρυωτικών γονιδίων.
3. Δομικά γονίδια – Λειτουργικά παρόμοια προκαρυωτικά γονίδια οργανώνονται σε συστάδες γονιδίων γνωστά ως οπερόνια. Στους ευκαρυώτες, πολλαπλές πρωτεΐνες παράγονται με εναλλακτικό μάτισμα RNA.
4. Ενεργοποιητές και καταστολείς – Οι ενεργοποιητές ρυθμίζουν θετικά τη γονιδιακή έκφραση ενώ οι καταστολείς ρυθμίζουν αρνητικά τη γονιδιακή έκφραση τόσο στους προκαρυώτες όσο και στους ευκαρυώτες.
5. Μηχανισμοί ανάδρασης – Η έκφραση τόσο των προκαρυωτικών όσο και των ευκαρυωτικών γονιδίων ρυθμίζεται από μηχανισμούς ανάδρασης.

Η ρύθμιση της έκφρασης του προκαρυωτικού γονιδίου σε μεταγραφικό επίπεδο φαίνεται στο σχήμα 2.

Εικόνα 2:Κανονισμός Lac Operon

Ωστόσο, στους ευκαρυώτες, η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης λαμβάνει χώρα σε διάφορα στάδια σε όλη τη διαδικασία της γονιδιακής έκφρασης. Ρυθμίζεται σε μετα-μεταγραφικό, μεταφραστικό και μετα-μεταφραστικό επίπεδο.

Συμπέρασμα

Η γονιδιακή έκφραση είναι ο μηχανισμός σύνθεσης λειτουργικών μορίων RNA ή πρωτεΐνης μέσα στα κύτταρα. Ο μηχανισμός έκφρασης γονιδίων είναι πολύ παρόμοιος τόσο στους προκαρυωτικούς όσο και στους ευκαρυώτες. Η γονιδιακή έκφραση θα πρέπει να ρυθμίζεται προκειμένου να συντεθεί η απαιτούμενη ποσότητα γονιδιακών προϊόντων από το κύτταρο. Τόσο στους προκαρυωτικούς όσο και στους ευκαρυώτες, η γονιδιακή έκφραση ρυθμίζεται σε μεταγραφικό επίπεδο. Και οι δύο μηχανισμοί ελέγχονται από μεταγραφικούς παράγοντες, ενεργοποιητές και καταστολείς. Τόσο τα προκαρυωτικά όσο και τα ευκαρυωτικά γονίδια μπορούν να ρυθμιστούν ώστε να παράγουν προϊόντα πολλαπλών γονιδίων.

Αναφορά:

1. «Ρύθμιση γονιδιακής έκφρασης». Lumen , Boundless Biology, Διαθέσιμο εδώ

Εικόνα Ευγενική προσφορά:

1. "Proteinsynthesis" (Δημόσιος Τομέας) μέσω Commons Wikimedia
2. "Εικόνα 16 02 02″By CNX OpenStax – (CC BY 4.0) μέσω Commons Wikimedia