Цитология и генетика микроорганизмов Л4

Вопрос 1. Цитоплазма бактериальной клетки

Цитоплазма – гелеобразная субстанция, окруженная ЦПМ, содержит белково-рибосомальный комплекс: белки, ферменты, рибосомы.

В цитоплазме cтруктурно различимы:
1. Рибосомы
2. Нуклеоид
3. Включения

Вопрос 2. Рибосомы бактерий

Прокариотические рибосомы относятся к 70S типу. Эукариотические рибосомы - к 80S типу.
Рибосомы имеют четкие контуры. Количество рибосом строго регулируется и составляет ~ от 1-100 x 1000 на клетку.  E.coli - 1000 рибосом. Рибосомы распределены диффузно в цитоплазме. Иногда рибосомы расположены вблизи ЦПМ.

Молекулярная модель 70S бактериальной рибосомы:  малая (30S) и большая (50S) субъединицы.
Бактериальные рибосомы содержат 55 белков и 3 типа рРНК.

30S - малая субъединица: 21 белок + 16S РНК
50S - большая субъединица: 34 белка + 5S, 23S РНК

Функции рибосом: Рибосомы выполняют функцию трансляции генетической информации – синтез белка на матрице иРНК.

Рибосомы, нанизанные на иРНК образуют полисомы.

Вопрос 3. Нуклеоид

Нуклеоид – четко различимая область цитоплазмы, содержащая ДНК, не окруженная мембраной. Зона нуклеоида лишена рибосом. Нуклеоид включает геном. Геном – совокупность генов. Геном состоит из хромосомы и плазмид. Нуклеоид - 2-й структурный компонент цитоплазмы.

Вопрос 4. Особенности бактериального генома

- В нуклеоиде различима фибриллярная структура ДНК.
 - ДНК хромосомы – ковалентно замкнутая кольцевая структура.
-  БХ состоит из 2Н кольцевой ДНК и компонентов транскрипционно-трансляционного комплекса (ДНК-связывающих белков и РНК).
- Нити ДНК прикреплены к белкам и РНК и образуют сложные агрегаты в виде нитей бус.
- ДНК-связывающие белки относят к группе гистоноподобных белков. Гистоноподобные белки регулируют процессы с участием ДНК, например конденсацию и деспирализацию.

Гистоны содержатся только в эукариотических хромосомах.
ДНК хромосомы: 2-цепочечная ДНК - длина 1,2 мм. Находится в клетке длиной около 1-2 мкм.
У E.coli длина ДНК составляет 1,5 мм и включает 4700 кв (пар нуклеотидов). У Myxococcus xanthus – 9454 кв. У Mycoplasma genitalium ~ 600 кв – очень мало.
Каждый ген в хромосоме представлен в единственном числе, поэтому у бактерий так много рибосом. В бактериальной клетке может быть несколько копий хромосом: У E.coli - 7 копий. У B. subtilis – 10 копий. У Mycoplasma genitalium - 1 копия.

Основные и дополнительные признаки:
Гены большей части бактериальной хромосомы отвечают за основные - видоспецифические признаки.
Часть генома содержит гены, определяющие дополнительные - факультативные признаки: устойчивость к токсическим агентам, метаболическую активность, факторы патогенности.

Оперон - группа генов - особая структура в бактериальной хромосоме, организованная в единицу транскрипции.

Локализация дополнительных признаков
Гены факультативных признаков локализованы в подвижных генетических элементах – транспозонах (Tn) – это мобильные сегменты ДНК. Tn могут существовать только в интегрированном в хромосому состоянии. Структура Tn варьирует.

  Подвижные генетические элементы

1) Транспозоны (Tn )

1. Is (insertion seguencies) - инсерционные последовательности;
2. Tn (transposable element) - более сложноорганизованные элементы
3. СTn (conjugative transposable element) - конъюгативные транспозоны

Функция транспозонов
1. Механизм перестройки собственной ДНК.
2. Основной фактор изменчивости ДНК.
3. Свободно перемещаются из одного сайта хромосомы в другой или во внехромосомную ДНК, но в пределах одной клетки.
4. Влияют на геном бактерии, поскольку внедряются в гены, нарушая генную структуру, или подчиняя экспрессию генов новым регуляторным факторам.

2) Более сложно организованные подвижные генетические элементы:
1. плазмиды
2. острова патогенности (группа генов, отвечающих за проявление патогенных свойств)

Вопрос 5. Плазмиды

Плазмиды - независимые генетические элементы, содержащие дополнительные гены, входят в геном наряду с хромосомой.  Короткие молекулы ДНК, могут быть кольцевыми или линейными. 1-50 копий плазмид/БК. Иногда плазмид столько же сколько хромосом ДНК. Могут перемещаться из клетки в клетку. Автономно реплицирующиеся элементы ДНК, т.е. их можно назвать репликонами.

Строение плазмид: состоят из 3-х модулей (ДНК-фрагментов):
Обязательный модуль – «основной репликон»
Модуль распределения (одна и более систем распределения)
Модуль переноса (у конъюгативных плазмид)

Модули ответственны за существование и распространение плазмид.

Функции плазмид:
- кодируют различные биохимические признаки.
- кодирует различные функции, позволяющие бактериям выживать в постоянно изменяющихся условиях окружающей среды.
- физиологическая вариабельность бактерий в значительной степени обусловлена плазмидами.