Les procaryotes sont de petits organismes vivants unicellulaires. Ils sont l'un des deux types de cellules courants: procaryotes et eucaryotes.

Puisque les cellules procaryotes n'ont pas de noyau ou d'organites, l'expression des gènes se produit dans le cytoplasme ouvert et toutes les étapes peuvent se produire simultanément. Bien que les procaryotes soient plus simples que les eucaryotes, le contrôle de l'expression des gènes est toujours crucial pour leur comportement cellulaire.
Information génétique chez les procaryotes

Les deux domaines des procaryotes sont les bactéries et les archées. Les deux n'ont pas de noyau défini, mais ils ont toujours un code génétique et des acides nucléiques. Bien qu'il n'y ait pas de chromosomes complexes comme ceux que vous verriez dans les cellules eucaryotes, les procaryotes ont des morceaux circulaires d'acide désoxyribonucléique (ADN) situés dans le nucléoïde.

Cependant, il n'y a pas de membrane autour du matériel génétique. En général, les procaryotes ont moins de séquences non codantes dans leur ADN que les eucaryotes. Cela peut être dû au fait que les cellules procaryotes sont plus petites et ont moins d'espace pour une molécule d'ADN.

Le nucléoïde
est simplement la région où l'ADN vit dans la cellule procaryote. Il a une forme irrégulière et peut varier en taille. De plus, le nucléoïde est attaché à la membrane cellulaire.

Les procaryotes peuvent également avoir de l'ADN circulaire appelé plasmides
. Il leur est possible d'avoir un ou plusieurs plasmides dans une cellule. Pendant la division cellulaire, les procaryotes peuvent passer par la synthèse d'ADN et la séparation des plasmides.

Comparés aux chromosomes des eucaryotes, les plasmides ont tendance à être plus petits et à avoir moins d'ADN. De plus, les plasmides peuvent se répliquer seuls sans autre ADN cellulaire. Certains plasmides portent les codes de gènes non essentiels, tels que ceux qui donnent aux bactéries leur résistance aux antibiotiques.

Dans certains cas, les plasmides peuvent également se déplacer d'une cellule à une autre et partager des informations comme la résistance aux antibiotiques.
Étapes de l'expression des gènes

L'expression des gènes est le processus par lequel la cellule traduit le code génétique en acides aminés pour la production de protéines. Contrairement aux eucaryotes, les deux étapes principales, qui sont la transcription et la traduction, peuvent se produire en même temps chez les procaryotes.

Pendant la transcription, la cellule traduit l'ADN en une molécule d'ARN messager (ARNm). Pendant la traduction, la cellule fabrique les acides aminés à partir de l'ARNm. Les acides aminés constitueront les protéines.

La transcription et la traduction se produisent dans le cytoplasme du procaryote
. En ayant les deux processus se produire en même temps, la cellule peut produire une grande quantité de protéines à partir du même modèle d'ADN. Si la cellule n'a plus besoin de la protéine, la transcription peut s'arrêter.
Transcription dans les cellules bactériennes

Le but de la transcription est de créer un brin d'acide ribonucléique (ARN) complémentaire à partir d'une matrice d'ADN. Le processus comporte trois parties: l'initiation, l'allongement de la chaîne et la terminaison.

Pour que la phase d'initiation se déroule, l'ADN doit d'abord se dérouler et la zone où cela se produit est la bulle de transcription
.

Dans les bactéries, vous trouverez la même ARN polymérase responsable de toute la transcription. Cette enzyme a quatre sous-unités. Contrairement aux eucaryotes, les procaryotes n'ont pas de facteurs de transcription.
Transcription: Phase d'initiation

La transcription commence lorsque l'ADN se déroule et que l'ARN polymérase se lie à un promoteur. Un promoteur est une séquence d'ADN spéciale qui existe au début d'un gène spécifique.

Chez les bactéries, le promoteur a deux séquences: -10
et -35 éléments.
L'élément -10 est l'endroit où l'ADN se déroule habituellement, et il est situé à 10 nucléotides du site d'initiation. L'élément -35 est à 35 nucléotides du site.

L'ARN polymérase s'appuie sur un brin d'ADN pour être la matrice car il construit un nouveau brin d'ARN appelé le transcrit d'ARN. Le brin d'ARN ou le transcrit primaire résultant est presque le même que le brin d'ADN non matrice ou codant. La seule différence est que toutes les bases thymine (T) sont des bases uracile (U) dans l'ARN.
Transcription: Phase d'élongation

Pendant la phase d'allongement de la chaîne de transcription, l'ARN polymérase se déplace le long de la matrice d'ADN brin et fait une molécule d'ARNm. Le brin d'ARN s'allonge au fur et à mesure que plus de nucléotides sont ajoutés.

Essentiellement, l'ARN polymérase parcourt le stand d'ADN dans la direction 3 'à 5' pour y parvenir. Il est important de noter que les bactéries peuvent créer des ARNm polycistroniques
qui codent pour plusieurs protéines.
••• La transcription: phase de terminaison

Pendant la phase de terminaison de la transcription, le processus s'arrête . Il existe deux types de phases de terminaison chez les procaryotes: la terminaison Rho-dépendante et la terminaison Rho-indépendante.

Dans Terminologie Rho-dépendante
, un facteur protéique spécial appelé Rho interrompt la transcription et y met fin. Le facteur de la protéine Rho se fixe au brin d'ARN à un site de liaison spécifique. Ensuite, il se déplace le long du brin pour atteindre l'ARN polymérase dans la bulle de transcription.

Ensuite, Rho sépare le nouveau brin d'ARN et la nouvelle matrice d'ADN, de sorte que la transcription se termine. L'ARN polymérase cesse de se déplacer car elle atteint une séquence codante qui est le point d'arrêt de la transcription.

Dans Terminaison Rho-indépendante
, la molécule d'ARN fait une boucle et se détache. L'ARN polymérase atteint une séquence d'ADN sur le brin matrice qui est le terminateur et possède de nombreux nucléotides de cytosine (C) et de guanine (G). Le nouveau brin d'ARN commence à se replier en forme d'épingle à cheveux. Ses nucléotides C et G se lient. Ce processus empêche l'ARN polymérase de se déplacer.
Traduction dans des cellules bactériennes

La traduction crée une molécule ou un polypeptide protéique basé sur la matrice d'ARN créée pendant la transcription. Chez les bactéries, la traduction peut se produire immédiatement, et parfois elle commence pendant la transcription. Cela est possible parce que les procaryotes n'ont pas de membranes nucléaires ou d'organites pour séparer les processus.

Chez les eucaryotes, les choses sont différentes parce que la transcription se produit dans le noyau et la traduction est dans le cytosol
ou liquide intracellulaire de la cellule. Un eucaryote utilise également l'ARNm mature, qui est traité avant la traduction.

Une autre raison pour laquelle la traduction et la transcription peuvent se produire en même temps chez les bactéries est que l'ARN n'a pas besoin du traitement spécial observé chez les eucaryotes. L'ARN bactérien est immédiatement prêt pour la traduction.

Le brin d'ARNm possède des groupes de nucléotides appelés codons
. Chaque codon possède trois nucléotides et code une séquence d'acides aminés spécifique. Bien qu'il n'y ait que 20 acides aminés, les cellules ont 61 codons pour les acides aminés et trois codons stop. AUG est le codon de démarrage et commence la traduction. Il code également pour la méthionine, un acide aminé.
Traduction: Initiation

Pendant la traduction, le brin d'ARNm sert de modèle pour fabriquer des acides aminés qui deviennent des protéines. La cellule décode l'ARNm pour y parvenir.

L'initiation nécessite un ARN de transfert (ARNt), un ribosome et un ARNm. Chaque molécule d'ARNt a un anticodon
pour un acide aminé. L'anticodon est complémentaire du codon. Chez les bactéries, le processus commence lorsqu'une petite unité ribosomale se fixe à l'ARNm à une séquence Shine-Dalgarno
.

La séquence Shine-Dalgarno est une zone de liaison ribosomale spéciale dans les bactéries et les archées . Vous le voyez généralement à environ huit nucléotides du codon de départ AUG.

Puisque les gènes bactériens peuvent avoir une transcription en groupe, un ARNm peut coder pour de nombreux gènes. La séquence Shine-Dalgarno facilite la recherche du codon de départ.
Translation: Elongation

Pendant l'allongement, la chaîne d'acides aminés s'allonge. Les ARNt ajoutent des acides aminés pour former la chaîne polypeptidique. Un ARNt commence à fonctionner dans le site P
, qui est une partie médiane du ribosome.

À côté du site P se trouve le site A
. Un ARNt qui correspond au codon peut aller sur le site A. Ensuite, une liaison peptidique peut se former entre les acides aminés. Le ribosome se déplace le long de l'ARNm et les acides aminés forment une chaîne.
Translation: Termination

La terminaison se produit à cause d'un codon stop. Lorsqu'un codon stop entre dans le site A, le processus de traduction s'arrête car le codon stop n'a pas d'ARNt complémentaire. Les protéines appelées facteurs de libération
qui s'insèrent dans le site P peuvent reconnaître les codons d'arrêt et empêcher la formation de liaisons peptidiques.

Cela se produit parce que les facteurs de libération peuvent obliger les enzymes à ajouter une molécule d'eau, ce qui rend la chaîne séparée de l'ARNt.
Traduction et antibiotiques

Lorsque vous prenez des antibiotiques pour traiter une infection, ils peuvent agir en perturbant le processus de traduction chez les bactéries. Le but des antibiotiques est de tuer les bactéries et de les empêcher de se reproduire.

Une façon d'y parvenir est d'affecter les ribosomes dans les cellules bactériennes. Les médicaments peuvent interférer avec la traduction de l'ARNm ou bloquer la capacité de la cellule à établir des liaisons peptidiques. Les antibiotiques peuvent se lier aux ribosomes.

Par exemple, un type d'antibiotique appelé tétracycline peut pénétrer dans la cellule bactérienne en traversant la membrane plasmique et en s'accumulant à l'intérieur du cytoplasme. Ensuite, l'antibiotique peut se lier à un ribosome et bloquer la traduction.

Un autre antibiotique appelé ciprofloxacine affecte la cellule bactérienne en ciblant une enzyme responsable du déroulement de l'ADN pour permettre sa réplication. Dans les deux cas, les cellules humaines sont épargnées, ce qui permet aux gens d'utiliser des antibiotiques sans tuer leurs propres cellules.

Rubrique connexe:
organismes multicellulaires

Post-traduction Traitement des protéines

Une fois la traduction terminée, certaines cellules continuent de traiter les protéines. Les modifications post-traductionnelles
(PTM) des protéines permettent aux bactéries de s'adapter à leur environnement et de contrôler le comportement cellulaire.

En général, les PTM sont moins fréquentes chez les procaryotes que chez les eucaryotes, mais certains organismes les possèdent . Les bactéries peuvent également modifier les protéines et inverser les processus. Cela leur donne plus de polyvalence et leur permet d'utiliser la modification des protéines pour la régulation.
Phosphorylation des protéines

Phosphorylation des protéines
est une modification courante chez les bactéries. Ce processus consiste à ajouter un groupe phosphate à la protéine, qui a des atomes de phosphore et d'oxygène. La phosphorylation est essentielle au fonctionnement des protéines.

Cependant, la phosphorylation peut être temporaire car elle est réversible. Certaines bactéries peuvent utiliser la phosphorylation dans le cadre du processus pour infecter d'autres organismes.

La phosphorylation qui se produit sur les chaînes latérales des acides aminés serine, thréonine et tyrosine est appelée phosphorylation Ser /Thr /Tyr
.
Acétylation et glycosylation des protéines

En plus des protéines phosphorylées, les bactéries peuvent avoir des protéines acétylées
et glycosylées
. Ils peuvent également avoir une méthylation, une carboxylation et d'autres modifications. Ces modifications jouent un rôle important dans la signalisation cellulaire, la régulation et d'autres processus chez les bactéries.

Par exemple, la phosphorylation Ser /Thr /Tyr aide les bactéries à répondre aux changements de leur environnement et à augmenter les chances de survie.

La recherche montre que les changements métaboliques dans la cellule sont associés à la phosphorylation Ser /Thr /Tyr, ce qui indique que les bactéries peuvent répondre à leur environnement en modifiant leurs processus cellulaires. De plus, les modifications post-traductionnelles les aident à réagir rapidement et efficacement. La capacité d'inverser tout changement fournit également un contrôle significatif.
Expression des gènes dans les archées

Les archées utilisent des mécanismes d'expression génique qui sont plus similaires aux eucaryotes. Bien que les archées soient des procaryotes, elles ont certaines choses en commun avec les eucaryotes, telles que l'expression des gènes et la régulation des gènes. Les processus de transcription et de traduction dans les archées présentent également certaines similitudes avec les bactéries.

Par exemple, les archées et les bactéries ont la méthionine comme premier acide aminé et AUG comme codon de départ. D'un autre côté, les archées et les eucaryotes ont une boîte TATA
, qui est une séquence d'ADN dans la zone du promoteur qui montre où décoder l'ADN.

La traduction dans les archées ressemble au processus observé dans les bactéries. Les deux types d'organismes ont des ribosomes qui se composent de deux unités: les sous-unités 30S et 50S. De plus, ils ont tous deux des ARNm polycistroniques et des séquences Shine-Dalgarno.

Il existe de nombreuses similitudes et différences entre les bactéries, les archées et les eucaryotes. Cependant, ils dépendent tous de l'expression des gènes et de la régulation des gènes pour survivre.