Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Ядерный аппарат у бактерий и его особенности. Механизм репликаиии бактериальной хромосомы.

Читайте также:
  1. A16 Действие рыночного механизма проявляется в том, что
  2. I. По механизму разделения
  3. L-формы бактерий, их особенности и роль в патологии человека. Факторы, способствующие образованию L-форм. Микоплазмы и заболевания, вызываемые ими.
  4. Автоматизированное рабочее место. Его состав, функции, аппаратное и программное обеспечение.
  5. Административный аппарат Европейского Союза
  6. Адреномиметические средства прямого действия. Классификация. Механизм действия. Фармакологическая характеристика отдельных препаратов. Применение.
  7. Аккомодационный аппарат глаза
  8. Аккомодационный аппарат глаза
  9. Альфред Петрович, не могли бы вы поподробнее рассказать о механизме зарождения человека?
  10. Анализ произведения Мильтона "Самсон борец". Проблематика. Образ Самсона. Художественные особенности.

Генетическая система бактерий имеет по крайней мере четыре особенности, при­сущие только этим организмам.

1. Хромосомы бактерий (и соответственно плазмид) располагаются свободно в цитоплазме, не отграничены от нее никакими мембранами, но связаны с опреде­ленными рецепторами на цитоплазматической мембране. Поскольку длина хромо­сомы (у Е. соli около 1,6 мм) во много раз превышает длину бактериальной клетки (1,5—3,0 мкм в среднем), хромосома особым компактным образом в ней упакована: молекула хромосомной ДНК находится в суперспирализованной форме и свернута в виде петель, число которых составляет 12—80 на хромосому. Петли в центре нуклеоида объединяются за счет связывания ДНК с сердцевинной структурой, пред­ставленной молекулами особого класса РНК — 4,55 РНК. Такая упорядоченная упа­ковка обеспечивает постоянную транскрипцию отдельных оперонов хромосомы и не препятствует ее репликации. Возможно, что петли упакованной хромосомы способствуют компартментализации рибосом.

2. Хотя бактерии являются гаплоидными организмами, т. е. имеют один набор ге­нов, содержание ДНК у них непостоянно, оно может при благоприятных условиях достигать значений, эквивалентных по массе 2, 4, 6 и даже 8 хромосомам. У всех прочих живых существ содержание ДНК постоянное, и оно удваивается (кроме ви­русов и плазмид) перед делением.

3. У бактерий в естественных условиях передача генетической информации проис­ходит не только по вертикали, т. е. от родительской клетки дочерним, но и по горизон­тали с помощью различных механизмов: конъюгации, сексдукции, трансдукции, трансформации.

4. У бактерий очень часто помимо хромосомного генома имеется дополнительный плазмидный геном, наделяющий их важными биологическими свойствами, неред­ко — специфическим (приобретенным) иммунитетом к различным антибиотикам и другим химиопрепаратам.

Содержание ДНК у бактерий зависит от условий их роста: при благоприятных условиях оно возрастает до величин, соответствующих массе нескольких хромо­сом. Это уникальное свойство бактериального генома. Биологическое значение его состоит в том, что, регулируя содержание копий своих генов (а оно будет опре деляться количеством копий синтезируемых хромосом), бактерии одновременно приспосабливают скорость своего размножения к условиям роста. Наряду с увели­чением содержания ДНК у бактерий в этом случае существенно возрастает и коли­чество рибосом. Благодаря этому создаются необходимые условия для транскрип­ции и трансляции (а у бактерий они происходят одновременно) нескольких копий генов одновременно, возрастает суммарная скорость биосинтеза всех субклеточ­ных и клеточных структур и соответственно скорость размножения бактерий. Время клеточного цикла бактерий сокращается от нескольких часов до 20—30 мин. Скорость размножения определяет возможность накопления в окружающей среде большого запаса клеток данного вида. Это и является причиной существования бактерий в природе многие миллионы лет. Возможность регулировать ско­рость собственного размножения — одно из главных условий, обеспечивающих выживание бактерий в окружающей среде, а следовательно, и сохране­ние вида в природе.



Репликация ДНК у бактерий начинается со строго фиксированного сайта хромосомы — оriС. Он включает в себя участки с так назы­ваемыми ДНК-боксами и расположенными между ними короткими последова­тельностями. Оба элемента примыкают к гену dnaА. Это и служит сигналом для действия ДНК-хеликазы. Репликация имеет полуконсервативный характер, идет одновременно в двух направлениях и заканчивается также в строго фиксиро­ванной точке - terminus. Поскольку цепи ДНК антипараллельны (если одна нить начинается с 5'-конца, другая — с З'-конца), а ДНК-полимераза III осуществляет синтез ДНК только в направлении 5'>3', репликация происходит своеобразно: на одной из расплетенных нитей — «прямой», или лидерной, или веду­щей, — она идет непрерывно, а на другой — отстающей — ДНК-полимераза III долж­на возвращаться, чтобы наращивать нить тоже в направлении 5'>3', прерывисто, че­рез образование сегментов Оказаки, длиной у бактерий около 1000 нуклеотидов (у эукариот - около 200—300 нуклеотидов).



2. Бактериальная хромосома, ее упаковка в клетке. Формы обмена генетическим материалом у бактерий: конъюгация, трансформация, трансдукция, трансфекция и сексдукция.

Бактериальная хромосома представлена одной двухцепочечной молекулой ДНК кольцевой фор­мы. Размеры бактериальной хромосомы у различ­ных представителей царства Procaryotae варьируют. Бактериальная хромосома формиру­ет компактный нуклеоид бактериальной клетки. Бактериальная хромосома имеет гаплоидный на­бор генов. Она кодирует жизненно важные для бактериальной клетки функции.

Плазмиды бактерий представляют собой двухцепочечные молекулы ДНК. Они кодируют не основные для жизнедеятельности бактериальной клетки функции, но придающие бактерии преиму­щества при попадании в неблагоприятные условия существования.

 

Помимо основного механизма передачи генов — по наследству (по вертикали), у бактерий существуют следующие формы обмена генетическим материалом по го­ризонтали, т. е. между отдельными особями в популяции клеток: трансформация, трансфекция, трансдукция, конъюгация и сексдукция.

1.Трансформация — перенос генетического материала, заключающийся в том, что бактерия-реципиент захватывает (поглощает) из внешней среды фрагменты чу­жеродной ДНК. Трансформация может быть спонтанной или индуцированной. Ин­дуцированная (искусственно получаемая) трансформация происходит при добавле­нии к культуре бактерий очищенной ДНК, полученной из культур тех бактерий, генетические признаки которых стремятся передать исследуемой культуре. Спон­танная трансформация происходит в естественных условиях и проявляется в воз­никновении рекомбинантов при смешивании генетически различающихся клеток. Она протекает за счет ДНК, выделяющейся клетками в окружающую среду вслед­ствие их лизиса или в результате активного выделения ДНК жизнеспособными клет­ками-донорами. Как спонтанная, так и индуцированная трансформация сводится, по сути, к поглощению трансформирующей ДНК и образованию рекомбинантов, причем спонтанная трансформация может происходить в результате взаимного об­мена ДНК. Эффективность индуцируемой трансформации во многом зависит от фи­зиологического состояния клеток-реципиентов. Они должны находиться в состоя­нии своеобразной компетентности для этого процесса. Предполагается, что в фазе компетентности происходят значительные изменения поверхностных слоев клетки, которые способствуют поглощению ДНК. В частности, аутолитические ферменты клетки растворяют клеточную стенку в тех участках, где происходит ее синтез. При этом мезосомы через образовавшиеся отверстия соприкасаются с внешней средой, адсорбируют и втягивают внутрь клетки трансформирующую ДНК, где она и всту­пает в рекомбинацию с ДНК реципиента. В результате этого образуется мерозигота, клетка делится, и ее потомки наследуют признаки, полученные от донора и реципи­ента. Однако в других случаях поглощенные фрагменты ДНК разрушаются нуклеазами клетки-реципиента, и трансформации не происходит. Ее эффективность зависит также от размеров трансформирующей ДНК: высокомолекулярная ДНК поглощается труднее, чем менее крупные ее фрагменты. Способность к трансформации обнару­жена у ряда родов бактерий, но, по-видимому, роль ее в обмене генетическим мате­риалом среди бактерий в естественных условиях менее существенна, чем роль других механизмов. Дело в том, что у многих бактерий имеются особые системы рестрик­ции и модификации. Эти системы модифицируют свою ДНК (чаще всего путем ее метилирования) и разрушают чужеродную ДНК, если она подобным образом не мо­дифицирована, с помощью особых ферментов — рестрикционных эндонуклеаз.

Эффективность метода генетической трансформации во много раз повышается в том случае, если смесь ДНК и трансформируемых клеток с помощью специаль­ного прибора подвергнуть обработке электрическим импульсом. Метод электро­трансформации является универсальным, он применим к любым видам бактерий. С помощью этого метода осуществлена трансформация более 100 видов бактерий, и он может стать важным инструментом получения ценных рекомбинантных штам­мов бактерий.

2.Трансфекция — вариант трансформации бактериальных клеток, лишенных клеточной стенки, осуществляемый вирусной (фаговой) нуклеиновой кислотой. С помощью трансфекции удается вызвать у таких бактерий (без клеточной стенки) вирусную инфекцию. Трансфекцию можно осуществить и с другими (не бактери­альными) клетками, если ввести в них чужеродную ДНК, способную рекомбинировать с ДНК этих клеток, или воспроизводить вирионы, или самостоятельно реплицироваться.

3.Трансдукция — перенос генетического материала от клетки-донора клетке-ре­ципиенту с помощью бактериофагов. Различают трансдукцию неспецифическую и специфическую.

Неспецифическая трансдукция — случайный перенос фрагментов ДНК от одной бактериальной клетки к другой.

Специфическая трансдукция осуществляется только умеренными фагами, обла­дающими способностью включаться в строго определенные участки хромосомы бактериальной клетки и трансдуцировать определенные гены.

4.Конъюгация — это процесс обмена генетическим материалом (хромосомным и плазмидным), осуществляемый при непосредственном контакте клеток донора и ре­ципиента. Процесс контролируется только конъюгативными плазмидами, имеющими совокупность генов, называемую tra-опероном. Этот оперон контролирует синтез аппарата переноса, конъюгативную репликацию и явление по­верхностного исключения. Аппаратом переноса являются специальные донорные ворсинки, с помощью которых устанавливается контакт между конъюгирующими клетками.

5.Сексдукция — перенос генетического материала между бактериальными клет­ками, осуществляемый F-плазмидой с помощью механизма, аналогичного специ­фической транcдукции.

 


Дата добавления: 2015-01-29; просмотров: 246; Нарушение авторских прав


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Генетигеский контроль спорообразования | Конъюгативный механизм обмена генетическим материалом у бактерий. F-плазмиды, их роль, функции tra-оперона.
lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2017 год. (0.012 сек.) Главная страница Случайная страница Контакты