Строение бактериальной клетки

Строение генома бактерий

Бактериальный геном (совокупность генов) состоит из генетических элементов, способных к самостоятельной репликации, т.е. репликонов. Репликонами являются бактериальная хромосома и плазмиды.

«Ядерная зона» или нуклеоид – это место, где располагается бактериальная хромосома

«Ядерная зона» внутри бактериальных клеток была обнаружена в 1956 г.

В 70-х годах стало возможным выделение компактной формы ДНК из клеток бактерий, что положило начало интенсивным биохимическим исследованиям нуклеиновых кислот прокариот.

Наследственная информация хранится у бактерий в форме последовательности нуклеотидов ДНК, которые определяют последовательность аминокислот в белке. Каждому белку соответствует свой ген, т.е. фрагмент молекулы ДНК (дискретный участок), отличающийся числом и специфичностью последовательности нуклеотидов и контролирующий синтез одного белка или пептида.

ДНК - нуклеиновые к-ты, содержащие в качестве углеводного компонента дезоксирибозу, а в качестве азотистых оснований

аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т).

Бактериальная хромосома представлена одной двух цепочечной молекулой ДНК.

Молекулы ДНК бактерий находятся в состоянии Суперскрученности, т.е. сверхспирализованные

Хромосома содержит:

-большие молекулы ДНК как носители генетической информации;

-молекулы РНК, копирующие и передающие информацию с определенных генов;

-белки, которые репарируют повреждения ДНК, удваивают ДНК и контролируют модели экспрессии генов (процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок). Белки также скручивают и складывают ДНК внутри клетки.

Бактериальная ДНК обнаружена в кольцевой и линейной формах.

Большинство бактерий несут гены на одной хромосоме. Однако появляются свидетельства того, что разные гены могут располагаться и на разных хромосомах.

Существуют виды, у которых обнаружены две кольцевые хромосомы или одна кольцевая и одна линейная.

У бактерий, также как и у эукарий существуют мультикопийные гены и хромосомы. Например, Е. coli содержит примерно 11 геномных эквивалентов на клетку, если быстро растет в богатой среде, в то время как количество хромосом в медленно растущих клетках равно 1 — 2.

Плазмиды - это внехромосомные кольцевые двухцепочечные молекулы ДНК.

По размеру меньше бактериальных хромосом и содержат от 8 до 200 тыс. нуклеотидных пар.

В одной клетке может находится от 1-2 до нескольких десятков плазмид.

Плазмиды реплицируются (размножаются) независимо от бактериальной хромосомы.

Некоторые плазмиды - могу быть интегрированными в хромосому и функционировать в виде единого репликона. Такие плазмиды называются интегрированными или эписомами. Эписомы реплицируются вместе с бактериальной хромосомой.

Плазмиды несут от 2-3 до 90 генов, которые придают клеткам характерные свойства:

•способность передавать хромосомную ДНК от одной клетки к другой;

•вырабатывать белки-яды, губительные для других бактерий (Col – плазмиды, обладающие микробоцидной активностью у E. col.);

•плазмиды могут нести гены устойчивости к антибиотикам R-плазмиды, тяжелым металлам, различным лекарственным препаратам. В результате наличия такой плазмиды, бактериальная клетка становится устойчивой к действию лекарственных веществ; многие R–плазмиды являются трансмиссивными и распространяются на всю популяцию;

•Плазмиды несут гены, обеспечивающие продукцию факторов патогенности, способствующих развитию инфекционного процесса (патогенность возбудителей шигеллезов, чумы, сибирской язвы и др. связана с наличием плазмид патогенности);

•Гены, определяющие дополнительную метаболическую активность (например, плазмиды кодируют некоторые ферменты деградации ароматических соединений);

•способность к конъюгации определяется наличием F- плазмиды.

Плазмиды используются в практической деятельности человека, в частности в генной инженерии, при конструировании специальных рекомбинантных бактериальных штаммов, вырабатывающих в больших количествах биологически активные вещества.