Особености на ДНК в бактериалните клетки

Основната тайна на органичния живот се крие в способността да се възпроизвежда и предава наследствена информация от предишни поколения на потомци чрез доста прост механизъм за самокопиране на ДНК макромолекулата на всяка жива клетка. Всеки, независимо дали даден организъм се състои от голям брой клетки или говорим за ДНК, която е в клетките на бактериите, тези едноклетъчни протозойни организми, които не винаги са в състояние да се съберат дори в голяма колония.

Съхранение на клетъчен генетичен материал

Както всички представители на органичния живот, наследствената (генетична) информация на бактериите се съхранява в тяхната ДНК. Какво е генетична информация? Каква структура съхранява наследствена информация?

  1. Генетичната информация е специфична последователност от нуклеотиди. В ядрото няма друга тайна. Чрез копиране на тази последователност, клетката синтезира голямо разнообразие от протеини. Те решават и всички други проблеми на тялото, като се започне с организационни, завършва с снабдяването на клетката със строителен материал.
  2. Макромолекулна ДНК - четири нуклеинови основи (аденин, гуанин, тимин и цитозин), комбинирани в двойна спирала от остатъци от захарна дезоксирибоза и фосфорна киселина. Нуклеиновите основи кодират последователността на събиране на протеини, независимо дали в клетката има образувано ядро ​​или не.

Дезоксирибонуклеиновата киселина на бактериите има същата структура като молекулите - пазители на наследствена информация за всички останали живи същества на планетата. Подобно на всички други органични клетки, бактериите образуват хромозоми от ДНК. Но това не означава, че няма други разлики.

Основната разлика между бактерията е, че тя няма клетъчно ядро, наследствената информация на бактерията не се събира в клетъчното ядро, това е просто кръгла молекула, която е прилепнала към една от стените на цитоплазматичната мембрана.

.gif "/> Фактът, че няма ядро, обаче не пречи на активните процеси на репликация и транслация, използвайки този пазител на наследствената информация. За да разберете как се предава информацията, трябва да разберете какви хромозоми, гени и клетъчно ядро са.

  1. Генът е участък от макромолекула, върху който е записана нуклеотидна последователност, която позволява да се събере един специфичен вид протеин. В гените няма друга информация.
  2. Хромозомата е комбинация от ДНК верига с хистонови протеини, които я структурират и й придават определена форма, преди клетката да започне да се дели. Във фазата, когато не настъпва делене, няма хромозоми в клетката (или в ядрото, ако говорим за ядрени еукариоти).
  3. Клетъчното ядро ​​е клетъчна структура, която съдържа наследствена информация, структурирана в хромозома, докато клетката се подготвя за деление. В него се инициира самият процес на разделяне. Важно е да запомните, че бактериите нямат клетъчно ядро.

Ако в еукариотната клетка, по време на деленето, се използват изолирани структури, специално оформени за удобство на разделянето, тогава как се размножават бактериите в условия на неоформен видим хаос при липса на клетъчно ядро?

Дезоксирибонуклеинова киселина на бактериални клетки

Въпреки че бактериалната ДНК молекула е изобразена като кръгла, доста обемна структура, която е разположена в центъра на клетката, всъщност това е доста компактна формация, локализирана в ограничени области на цитоплазмата.

.gif "/> Поради липсата на ядрена мембрана, която да огражда събраната бактериална макромолекула от други клетъчни структури, генетичният апарат на безядрени организми не може да бъде свързан с генетичния апарат на еукариотите, поради което генетичният апарат на прокариотите е наречен нуклеоид.

Характерни черти на нуклеоид:

  1. ДНК, съдържаща няколко хиляди гени.
  2. Гените са подредени линейно и се наричат ​​хромозома. Хромозомата на бактерията е линейна колекция от нейните гени.
  3. Макромолекулата също се сгъва от протеини, подобни на еукариотните хистони.

Експериментално е установено, че нуклеоидът и хромозомата не са едно и също нещо. Увеличаването на броя на хромозомите (линейни гени) е доказателство, че бактериите се делят активно. Един нуклеоид може да се състои от една хромозома или няколко копия от нея. Така че, по време на деленето, азотобактерът възпроизвежда до 20-25 хромозоми (копия на нуклеоида).

Процес на копиране

  1. Консервативна, при която двойната родителска спирала не се размотава, а двойната детска спирала е напълно оформена от нов материал.
  2. Дисперсионна, при която родителската макромолекула се разпада на фрагменти, а дъщерните се образуват върху нуклеотидните последователности на тези фрагменти като върху шаблони.
  3. Полуконсервативен. Според този модел двойната спирала се отвива и всяка верига от спиралата служи като шаблон за дъщерна ДНК. Образува се така наречения хибрид на стара макромолекула и верига, създадена от нови компоненти.

Когато през 1957 г. е намерен метод за проследяване на процесите, протичащи в бактериалната ДНК по време на нейната репликация, е установено, че дезоксирибонуклеиновата киселина се репликира по полуконсервативен начин, т.е. чрез отвиване и използване на размотани области като образци за синтез на нови макромолекули.

Самият процес на репликация на бактериална ДНК е много подобен на репликацията на ДНК на други органични механизми. Това се случва по следната схема:

  1. ДНК хеликазите се развиват и разбиват двойната спирала, движейки се по захарно-фосфатния скелет на дезоксирибонуклеиновата киселина.
  2. Полимеразните ензими катализират добавянето на комплементарни нуклеинови бази към едноверижни фрагменти от дезоксирибонуклеинова киселина.

След репликацията всички основни части на клетката се дублират: органели, цитоплазматична мембрана, клетъчна стена и бактериалната клетка се разделя на две.

Проблемни

В допълнение към изключително научния интерес към изследването на бактериалната ДНК, механизмът на репликация и предаване на наследствена информация от една клетка в друга е от изключително практическо значение.

Добре известен факт е, че бактериите много бързо се адаптират, когато са изложени на антибиотици и започват да произвеждат определени протеини на антитела, които блокират разрушителния ефект на антибиотичните агенти върху бактериалната клетка. При следващите поколения бактерии тази устойчивост към специфична група антибактериални лекарства остава.

.gif "/> Освен това, поради хоризонтален генен трансфер (не по време на разделяне, а в процеса на обикновен контакт на една бактерия с друга), такава генетична информация също се пренася, което прави все по-голям брой бактериални видове устойчиви на антибиотици.

Изследването на тези свойства на бактериите, дефинирането на това как чужд ген е включен в общата структура на дезоксирибонуклеиновата киселина и съвременната микробиология.