Нуклеоїд. Успадкований матеріал лежить, з функціональної точки зору, порівняно з клітинним ядром еукаріотів, як еквівалент ядра, який також називають нуклеоїдом, вільно в клітині. Спадковий матеріал бактерії, ДНК, має вигляд мотузкової драбини. Це лежить в камері в
22. січня 2004 о 11:20 Primar.sme.sk
Нуклеоїд
Успадкований матеріал лежить, з функціональної точки зору, порівняно з клітинним ядром еукаріотів, як еквівалент ядра, який також називають нуклеоїдом, вільно в клітині. Спадковий матеріал бактерії, ДНК, має вигляд мотузкової драбини. Це лежить у комірці у вигляді перемотаного гвинта (спіралі). Тільки завдяки цим вигинам ДНК, що розвивається приблизно в 500 разів довше самої бактерії, потрапляє в клітинне тіло.
Молекула ДНК складається з двох взаємодоповнюючих ланцюгів, які складаються з менших одиниць - нуклеотидів. Основна структура нуклеотиду складається з дезоксирибози (молекули цукру), ортофосфату та органічної основи. Всього існує чотири органічні основи - тимідин (T), аденін (A), цитозин (C) та гуанін (G). Для простоти в публікаціях, що описують генетичний код тварини, використовуються лише скорочення ядерних основ - T, A, C, G. Білки, тобто білки, кодуються за певним порядком цих чотирьох різних нуклеотидів.
Цей принцип кодування інформації однаковий для клітин всього живого, включаючи людину. Тож це універсальний код. Нуклеотиди можуть бути пов'язані водневими зв'язками, а саме аденозином з тимідином, з одного боку, і цитозином з гуаніном, з іншого. Це породжує типову структуру мотузкової драбини ДНК. Частка кількості пар основ аденозину та тимідину, а також гуаніну та цитозину є постійною для кожного виду бактерій. Тому цей коефіцієнт може бути використаний для складання систематичної бактерії, коли це особлива риса.
Плазміди
У деяких бактеріях, крім хромосоми, яка є спадковим матеріалом бактерії, в клітині існує одна або кілька інших молекул ДНК. Це плазміди. Вони трапляються або окремо, або у вигляді безлічі примірників. Бактерії в усіх відношеннях абсолютно не залежать від хромосоми. Вони не є необхідними для функціонування та розмноження клітин. Однак вони мають особливе значення для медицини.
Ми розпізнаємо патогенні, стійкі та метаболічні плазміди. Однак існують також плазміди, які поєднують більшу або всі властивості зазначених груп. Патогенні плазміди містять генетичний код, який відповідає за хвороботворні властивості бактерії. Сюди входить напр. отрути (токсини), речовини, які пошкоджують еритроцити, або спеціальні капсули, що дозволяють бактеріям бути більш стійкими до хіміопрепаратів. Деякі бактерії набувають стійкості до хіміопрепаратів. Ці опори кодуються переважно не бактеріальним нуклеоїдом, а стійкими плазмідами. Є також бактерії, стійкі до кількох речовин. Згодом згадуються множинні стійкі плазміди. Метаболічні плазміди можуть кодувати властивості, що впливають на бактеріальний метаболізм.
Реплікація ДНК
Розмноження бактерії шляхом поділу клітини також вимагає розмноження її генетичного матеріалу. Процес, необхідний для цього, називається реплікацією. Для цього спіральна ДНК втрачає свою спіральну форму і дві нитки відступають, як у частинах блискавки. Місце, де відкривається ДНК, називається місцем ініціації. Комплементарні нуклеотиди прикріплюються до кожної половини ланцюга клітинним ферментом ДНК-полімеразою. Це створює дві ДНК.
Транскрипція
Синтез, тобто отримання пептиду, особливого білка, вимагає ряду проміжних етапів у клітині. Місцем виробництва білка є рибосома, яка в правильному порядку об’єднує амінокислоти в пептид. "План побудови" білка - це ділянка ДНК, що складається з ряду нуклеотидів, розташованих певним чином. Ця область ДНК, яка містить "план побудови" білка, називається геном. Сама рибосома нічого не може зробити з ДНК. Потрібно набагато більше, щоб "переписати" ген, який відповідає за кодування цього білка, в ДНК. Ця "транскрипція" називається рибонуклеїновою кислотою (мРНК). Наслідуючи модель ДНК, мРНК продукується ферментом ДНК-залежною РНК-полімеразою. РНК-полімераза починає свою транскрипцію в певному місці в ДНК, на промоторі. Цей процес утворення мРНК називається транскрипцією.
Переклад
Всього три нуклеотиди на ДНК кодують амінокислоту. Ці три нуклеотиди, що кодують амінокислоту, називаються триплетом або кодоном. Амінокислота - це найменший елемент, який утворює білок. Порядок амінокислот у білку визначає його подальші властивості.
Повні молекули білка складаються з окремих амінокислот у рибосомах. Рецепт білкової збірки містить мРНК, яка раніше «транскрибувалася» з ДНК. Цей процес називається перекладом. Крім того, для трансляції необхідна передача РНК (тРНК). З одного боку, він передає комплементарний антикодон кодону мРНК.
З іншого боку, амінокислота, кодована кодоном, приєднується до тРНК. У рибосомі тРНК зв’язується з амінокислотним сайтом мРНК. Потім пептидний зв’язок зв’язується з попередньою амінокислотою через рибосому. Таким чином, закінчена молекула білка утворюється з амінокислотного ланцюга.
Регуляція генів
Кожна клітина потребує різних білків. Однак вони не потрібні в будь-який час і в будь-якій кількості, оскільки їх потреба залежить від клітинного циклу та умов навколишнього середовища. Для регулювання вироблення білка в клітині бактерії існують механізми, які включають і вимикають вироблення білка. Коди ферментів, необхідних для певної стадії метаболізму, лежать безпосередньо один за одним у ДНК. Область, яку також називають опероном, що містить код цих ферментів, розмежована двома характерними ділянками. Оператор тут позначає початок, термінатор кінець цієї області.
Крім того, в безпосередній близькості від оператора є регіон, який називається промоутером. Тут діє РНК-полімераза, яка ініціює вироблення мРНК. Діяльність оперона контролюється контролером. Цей регуляторний ген кодує регуляторний білок, який може зв’язуватися з оператором. Приєднуючи регуляторний білок (репресор), мРНК не може зв’язуватися і синтез ферментів порушується. Регуляторний білок може включати і вимикати за своєю функцією. З цією метою ефектори можуть впливати на репресорну активність. Ми виділяємо два можливі механізми:
Індукційна система
Пов’язавши ефектор з репресором, він вимикається. Тому він не може прив'язуватися до оператора. Отже, синтез білка відбувається безперервно.
Репресивна система
Пов’язуючи ефектор з репресором, він включається. Репресор зв’язується з опероном і тим самим перешкоджає прилипанню мРНК-полімерази. Синтез білка припиняється.
Ця модель генетичної регуляції була розроблена в 1961 році вченими Франсуа Якобом та Жаком Моно (Нобелівська премія з медицини 1965).
Мутації
Завдяки зовнішнім впливам, але також спонтанно, частини генетичного матеріалу ДНК можуть змінюватися і надавати відповідним клітинам нові властивості. Ці мутації не контролюються. Чи конкретна мутована клітина набула нової властивості, що забезпечує краще виживання, визначається шляхом відбору. Нові властивості, набуті мутантами, які представляють перевагу, покращують виживання бактерії, і бактерія має селекційну перевагу.
Видалення
Тут втрачається від двох до тисячі нуклеотидів.
Точкова мутація
Зміни стосуються лише одного нуклеотиду. Або один випадає, або один додається, або один нуклеотид замінюється іншим нуклеотидом. На відміну від видалення, цей процес також може бути оборотним.
Проста мутація
У цьому типі одна мутація в місці гена може призвести до нової властивості, яка відкриває перевагу у відборі для відповідної клітини.
Множинна мутація
Тут мутації трапляються в наступних поколіннях. Тільки всі мутації вміло дозволяють нову властивість.
Процеси мутації бактерій відіграють особливу роль у медицині, оскільки вони виробляють бактерії, мутовані нові властивості яких надають їм, наприклад, стійкість до хіміопрепаратів. Однак мутації трапляються рідко. На додаток до мутацій бактеріального ядра, мутації можуть також відбуватися в плазмідах. У крайньому випадку може бути навіть повна втрата всіх плазмід. Цю властивість, як і будь-яку іншу мутацію, можна успадкувати нижче. Перевага відбору для клітини може полягати в тому, що клітини, що не містять плазміди, швидше розмножуються, оскільки енергія, необхідна для розмноження плазмід, може бути збережена.
Мутагени
Мутації зазвичай виникають спонтанно. Однак існують певні зовнішні фактори, які викликають або можуть сприяти мутації. Мутагенні фактори можуть реагувати безпосередньо на успадкований матеріал або індукувати мутації опосередковано, діючи продуктами внутрішньоклітинної реакції. Відповідними мутагенами є ультрафіолетове світло з максимальною чутливістю до ДНК 260 нм або іонізовані промені, причому альфа-випромінювання діє мутагенно сильніше, ніж бета-та гамма-випромінювання. Також сторонній спадковий матеріал, продукти обміну паразитів, віруси та багато хімічних речовин, o.i. алкалоїд вінки, тобто отрута отрути або хіміотерапевтичні засоби проти раку, розглядаються як мутагени.
Парасексуальність
Клітини тварин змішують свій спадковий матеріал у статевих процесах після редукційного поділу (мейоз) та нової комбінації (каріогамія). На відміну від них, бактерії розмножуються поперечним поділом, гамети (гамети) не виникають. Тим не менш, існують механізми, які дозволяють нестатевим способом обмінюватися спадковим матеріалом між клітинами всередині клітин одного покоління.
Трансформація
Деякі бактерії можуть прийняти ДНК іншої бактерії в клітину. Там одна частина цієї ДНК включена в ланцюг ДНК бактерії-реципієнта (рекомбінація). Змінений таким чином геном бактерії передається після редуплікації ДНК (розмноження ДНК) у поперечному зрізі. Виходячи з цього, всі бактерії потім мають нові властивості, що визначаються отриманою ДНК. Цей механізм також використовується в генних технологіях. Там плазміди бактерій використовуються як "вісники".
Трансдукція
Бактеріофаги - це віруси, які спеціалізуються на бактеріях. Зазвичай бактерії інфікують клітину і включають власну ДНК в ДНК господаря. Якщо ДНК хазяїна розмножується, фагова ДНК також розмножується. Клітина також виробляє фагові компоненти. Якщо з окремих частин утворюються нові фаги, вони розчиняють (лізують) клітинну стінку, вивільняють і атакують нові бактерії. Під час цих процесів частини бактеріальної ДНК (донор) або бактеріальні плазміди можуть бути спільно включені у фаг. Втрачається здатність лізису клітин, але не здатність бактеріальної інфекції. Після зараження нової бактерії (реципієнта) фрагмент ДНК з фага вставляється в ДНК бактерії після рекомбінації. Це дало бактеріям нову властивість. Якщо плазміда потрапляє у фагову клітину, рекомбінація не потрібна. Також говорять про генералізовану трансдукцію. У спеціалізованій трансдукції замість фагової хромосоми включається бактеріальна хромосома. Ці фаги також втрачають здатність до бактеріолізу, але не заразність.
Спряження
Взаємозв'язок двох бактерій з утворенням плазмового містка, за допомогою якого хромосома (або її частина) може переходити від донорської клітини до клітини-реципієнта (= донор або рецептор) і рекомбінувати з хромосомою там.
Наступна тема
Культури бактерій та ріст бактерій