Реферат Волженцева Д. 22ф. Нуклеоид бактерий, функции и методы его выявления
 Скачать 0.75 Mb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования КАФЕДРА МИКРОБИОЛОГИИ, ВИРУСОЛОГИИ, ИММУНОЛОГИИ ОрГМУ РЕФЕРАТ на тему «Нуклеоид бактерий, функции и методы его выявления» Выполнил: Студент 22 группы фармацевтического факультета Волженцева Д.В. Проверил: Доцент Соколова О. Я. Оренбург, 2020 СОДЕРЖАНИЕ: Введение Понятие о нуклеоиде бактерий Строение нуклеоида бактерии Бактериальная хромасома Функции нуклеоида бактерии Особенности нуклеоида бактерий Способы обнаружения нуклеоида Вывод Список используемой литературы и интернет - ресурсов ВВЕДЕНИЕ Реферат посвящен теме: «Нуклеоид бактерий, функции и методы его выявления». Данная тема актуальна в настоящее время тем, что нуклеоид бактерии является одной из важных её частей, который хранит ДНК в клетке бактерии. Нуклеоид бактерии не только хранит ДНК, но и выполняет такие важные функции, как: деление клетки, передача наследственной информации. Без этого важного элемента бактериальная клетка не смогла бы размножаться. Первостепенной задачей при изучении бактериальной клетки является выяснить такие важные вопросы как: Что такое нуклеоид бактерии? Какие строение имеет нуклеоид бактерии? Какие функции выполняет нуклеоид бактерии? Имеет ли нуклеоид свои особенности? Какие? Можно ли распознать нуклеоид бактерии при помощи различных методов выявления? Актуальность темы высока, так как многие исследователи обращают внимание на значение нуклеоида в бактериальной клетке, его зависимость на жизнедеятельность клетки, его специфические свойства и функции. Эти вопросы и будем исследовать в работе. ЧТО ТАКОЕ НУКЛЕОИД В отличие от эукариот бактерии не имеют оформленного ядра, однако их ДНК не разбросана по всей клетке, а сосредоточена в компактной структуре, которую называют нуклеоидом. В функциональном отношении он представляет собой функциональный аналог ядерного аппарата. Нуклеоид бактерий — это область в их клетках, содержащая структурированный генетический материал. В отличие от ядра эукариот она не отделена мембраной от остального клеточного содержимого и не имеет постоянной формы. Несмотря на это генетический аппарат бактерий четко отграничен от цитоплазмы. Сам термин означает «подобный ядру» или «ядерная область». Название «нуклеоид» соответствует понятию «бактериальная хромосома», если последняя содержится в клетке в единственном экземпляре.  СТРОЕНИЕ НУКЛЕОТИДА БАКТЕРИИ Нуклеоид расположен в центре бактериальной клетки, содержит двунитевую молекулу ДНК, небольшое количество РНК и белков. У большинства бактерий двунитевая молекула ДНК диаметром около 2 нм, длиной около 1 м с молекулярной массой 1–3х109 Да замкнута в кольцо и плотно уложена наподобие клубка. У микоплазм молекулярная масса ДНК наименьшая для клеточных организмов (0,4–0,8x109 Да).  ДНК прокариот построена так же, как и у эукариот. Молекула ДНК несет множество отрицательных зарядов, так как каждый фосфатный остаток содержит ионизированную гидроксильную группу. У эукариот отрицательные заряды нейтрализуются образованием комплекса ДНК с основными белками — гистонами. В клетках прокариот гистонов нет, поэтому нейтрализация зарядов осуществляется взаимодействием ДНК с полиаминами и ионами Mg2+. По аналогии с хромосомами эукариот бактериальная ДНК часто обозначается как хромосома. Она представлена в клетке в единственном числе, поскольку бактерии являются гаплоидными. Однако перед делением клетки число нуклеоидов удваивается, а во время деления увеличивается до 4 и более. Поэтому термины «нуклеоид» и «хромосома» не всегда совпадают. При действии на клетки определенных факторов (температуры, pH среды, ионизирующего излучения, солей тяжелых металлов, некоторых антибиотиков и др.) происходит образование множества копий хромосомы. При устранении воздействия этих факторов, а также после перехода в стационарную фазу в клетках обнаруживается по одной копии хромосомы. Длительное время считали, что в распределении нитей ДНК бактериальной хромосомы не прослеживается никакой закономерности. Специальные исследования показали, что хромосомы прокариот — высокоупорядоченная структура. Часть ДНК в этой структуре представлена системой из 20–100 независимо суперспирализованных петель. Суперспирализованные петли соответствуют неактивным в данное время участкам ДНК и находятся в центре нуклеоида. По периферии нуклеоида располагаются деспирализованные участки, на которых происходит синтез информационной РНК (иРНК). Поскольку у бактерий процессы транскрипции и трансляции идут одновременно, одна и та же молекула иРНК может быть одновременно связана с ДНК и рибосомами. Кроме нуклеоида в цитоплазме бактериальной клетки могут находиться плазмиды — факторы внехромосомной наследственности в виде дополнительных автономных кольцевых молекул двунитевой ДНК с меньшей молекулярной массой. В плазмидах также закодирована наследственная информация, однако она не является жизненно необходимой для бактериальной клетки. БАКТЕРИАЛЬНАЯ ХРОМАСОМА В большинстве случаев хромосомы нуклеоида бактерий имеют замкнутую кольцевую форму. Значительно реже встречаются линейные хромосомы. В любом случае эти структуры состоят из одной молекулы ДНК, которая содержит набор генов, необходимых для выживания бактерии.  Хромосомная ДНК укомплектована в виде суперспирализованных петель. Количество петель на хромосому варьирует от 12 до 80. Каждая хромосома является полноценным репликоном, так как при удвоении ДНК копируется целиком. Начинается этот процесс всегда из точки начала репликации (OriC), которая прикреплена к плазматической мембране. Суммарная длина молекулы ДНК в хромосоме на несколько порядков превышает размеры бактерии, поэтому возникает необходимость в ее упаковке, но при сохранении функциональной активности. В хроматине эукариот эти задачи выполняют основные белки — гистоны. Нуклеоид бактерий имеет в своем составе ДНК-связывающие белки, которые отвечают за структурную организацию генетического материала, а также влияют на экспрессию генов и репликацию ДНК. К нуклеоид-ассоциированым белкам относятся: гистоноподобные белки HU, H-NS, FIS и IHF; топоизомеразы; белки семейства SMC. Последние 2 группы оказывают наибольшее влияние на суперспирализацию генетического материала.  ФУНКЦИИ НУКЛЕОИДА БАКТЕРИИ Нуклеоид необходим для контроля активности клетки и ее размножения. Это фаза в которой происходит транскрипция и репликация ДНК. В рамках этого мы можем найти ферменты, которые служат в качестве биологических катализаторов и помогают с репликацией, а также другие белки, которые выполняют другие функциональные и структурные функции, включая содействие образованию ДНК, облегчение роста клеток и регулирование генетического материала клетка. Ферменты, служащие биологическими катализаторами: хроматин – вещество, состоящее из ДНК, РНК и белка, которое составляет хромосома из эукариоты; митохондрия – Ан органеллы это производит энергию для клетки в эукариотических организмах; ядрышка – небольшая структура, где рибосома Сборка происходит внутри ядра; плазмида – структура, обнаруженная в бактериях, которая содержит ДНК, но не связана с хромосомой. ОСОБЕННОСТИ НУКЛЕОИДА БАКТЕРИЙ Обычно нуклеоид занимает центральный участок бактериальной клетки и ориентирован вдоль ее оси. Объем этого компактного образования не превышает 0,5 мкм3, а молекулярная масса варьирует от 1×109 до 3×109 дальтон. В определенных точках нуклеоид связан с клеточной мембраной. В состав нуклеоида бактерий входят три компонента: ДНК; Структурные и регуляторные белки; РНК; ДНК имеет хромосомную организацию, отличную от эукариотической. Чаще всего нуклеоид бактерий содержит одну хромосому или несколько ее копий (при активном росте их количество достигает 8 и более). Этот показатель варьирует в зависимости от вида и стадии жизненного цикла микроорганизма. Некоторые бактерии имеют несколько хромосом с разным набором генов. В центре нуклеоида ДНК укомплектована достаточно плотно. Эта зона недоступна для рибосом, ферментов репликации и транскрипции. Напротив, дезоксирибонуклеиновые петли периферической области нуклеоида напрямую контактируют с цитоплазмой и представляют собой активные участки бактериального генома. Количество белкового компонента в нуклеоиде бактерий не превышает 10 %, что примерно в 5 раз меньше, чем в хроматине эукариот. Большая часть белков ассоциирована с ДНК и участвует в ее структурировании. РНК представляет собой продукт транскрипции бактериальных генов, которая осуществляется на периферии нуклеоида. Генетический аппарат бактерий является динамическим образованием, способным менять свою форму и структурную конформацию. В нем отсутствуют характерные для ядра эукариотической клетки ядрышки и митотический аппарат. В большинстве случаев хромосомы нуклеоида бактерий имеют замкнутую кольцевую форму. Значительно реже встречаются линейные хромосомы. В любом случае эти структуры состоят из одной молекулы ДНК, которая содержит набор генов, необходимых для выживания бактерии. Хромосомная ДНК укомплектована в виде суперспирализованных петель. Количество петель на хромосому варьирует от 12 до 80. Каждая хромосома является полноценным репликоном, так как при удвоении ДНК копируется целиком. Начинается этот процесс всегда из точки начала репликации (OriC), которая прикреплена к плазматической мембране. Суммарная длина молекулы ДНК в хромосоме на несколько порядков превышает размеры бактерии, поэтому возникает необходимость в ее упаковке, но при сохранении функциональной активности. В хроматине эукариот эти задачи выполняют основные белки — гистоны. Нуклеоид бактерий имеет в своем составе ДНК-связывающие белки, которые отвечают за структурную организацию генетического материала, а также влияют на экспрессию генов и репликацию ДНК. К нуклеоид-ассоциированым белкам относятся: гистоноподобные белки HU, H-NS, FIS и IHF; топоизомеразы; белки семейства SMC. Последние 2 группы оказывают наибольшее влияние на суперспирализацию генетического материала. Нейтрализация отрицательных зарядов хромосомной ДНК осуществляется за счет полиаминов и ионов магния. СПОСОБЫ ОБНАРУЖЕНИЯ НУКЛЕОИДА Существует 3 способа визуального обнаружения нуклеоида в бактериях: световая микроскопия; фазово-контрастная микроскопия; электронная микроскопия; сложные методы окраски В зависимости от способа подготовки препарата и метода исследования нуклеоид может выглядеть по разному. Световая микроскопия Для выявления нуклеоида при помощи светового микроскопа бактерии предварительно окрашивают таким образом, чтобы нуклеоид имел цвет, отличный от остального клеточного содержимого, — иначе эта структура не будет видна. Также обязательна фиксация бактерий на предметном стекле (при этом микроорганизмы погибают). Через объектив светового микроскопа нуклеоид выглядит как бобовидное образование с четкими границами, которое занимает центральную часть клетки.  Фазово-контрастная микроскопия Фазово-контрастная микроскопия имеет большее разрешение, чем световая. Этот метод не требует фиксации и окраски препарата, — наблюдение происходит за живыми бактериями. Нуклеоид в таких клетках выглядит как светлая овальная область на фоне темной цитоплазмы. Более эффективным метод можно сделать, применив флюоресцентные красители. Электронная микроскопия Существует 2 способа подготовки препарата для исследования нуклеоида под электронным микроскопом: ультратонкий срез; срез замороженной бактерии. На электронных микрофотографиях ультратонкого среза бактерии нуклеоид имеет вид состоящей из тонких нитей плотной сетчатой структуры, которая выглядит светлее окружающей цитоплазмы.  На срезе замороженной бактерии после иммуноокрашивания нуклеоид выглядит как кораллоподобная структура с плотной сердцевиной и тонкими проникающими в цитоплазму выступами. На электронных фотографиях нуклеоид бактерий чаще всего занимает центральную часть клетки и имеет меньший объем, нежели в живой клетке. Это связано с воздействием химических реактивов, используемых для фиксации препарата. Сложные методы окраски Окраска по грамму: 1. На фиксированный мазок накладывают фильтровальную бумагу, пропитанную карболово-спиртовым раствором генцианового фиолетового и сверху капают несколько капель дистиллированной воды на 1-2 мин. 2. Убирают фильтровальную бумагу и, не промывая водой, наносят раствор Люголя на 1-2 мин. 3. Сливают раствор Люголя и обесцвечивают спиртом – 30 секунд. 4. Тщательно промывают водой. 5. Докрашивают водным раствором фуксина 1-2 мин., промывают, высушивают, микроскопируют. Результат: Гр(+) бактерии окрашиваются в сине-фиолетовый цвет, Гр(-) бактерии – в розовый. Окраска по Бурри-Гинсу: 1. Каплю взвеси микробов смешивают с каплей туши на обезжиренном стекле и готовят мазок шлифованным краем стекла, как мазки крови, высушивают, фиксируют. 2. Наносят водный раствор фуксина на 1-2 мин. 3. Промывают, высушивают, микроскопируют. Результат: на темном фоне туши видны неокрашенные светлые капсула, внутри которой – красные бактерии. Окраска по Ожешко: 1. На нефиксированный мазок наносят 0,5% раствор хлористоводородной кислоты и подогревают на пламени горелки в течение 2-3 мин. 2. Кислоту сливают, промывают мазок, просушивают, фиксируют в пламени горелки. 3. Через фильтровальную бумагу наносят карболовый фуксин Циля, подогревают над пламенем горелки до трехкратного появления паров. 4. Снимают бумагу, промывают водой. 5. Обесцвечивают мазок 5% раствором серной кислоты 1-2 мин. 6. Промывают водой. 7. Докрашивают метиленовым синим 3-5 мин. 8. Промывают,высушивают, микроскопируют. Результат: споры окрашиваются в красный цвет, вегетативные клетки – в синий. Окраска по Нейссеру: 1. На фиксированный мазок наносят ацетат синьки Нейссера на 2-3 мин. 2. Наносят раствор Люголя на 10-30 секунд. 3. Промывают водой. 4. Докрашивают раствором везувина или хризоидина 0,5-1 мин. 5. Промывают, высушивают, микроскопируют. Результат: зерна волютина окрашиваются в темно-синий цвет, цитоплазма бактерий – в желто-коричневый. ВЫВОД Подводя итог вышесказанному, хочется отметить, что действительно тема актуально в настоящее время, она очень важна в микробиологии, в вирусологии. В своем реферате я постаралась наиболее доступно изложить теоретические основы данной темы, а также рассказать о строении, функциях и основных способах выявления нуклеоида бактерии, сделать упор на том что это важный элемент в клетке, без которого невозможно размножение и жизнедеятельность. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИНТЕРНЕТ – РЕСУРСОВ Пиневич А. В. Микробиология. Биология прокариотов: в 3 т.. — СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 2006. — Т. I. — 352 с. Нетрусов А. И., Котова И. Б. Микробиология. — 4-е изд., перераб. и доп.. — М.: Издательский центр «Академия», 2012. — 384 с. https://fb.ru/article/396348/nukleoid-bakteriy-funktsii-i-metodyi-vyiyavleniya https://fissi.ru/nucleoid/ http://microsight.ssmu.ru/morfologiya-mm/anatomiya-bak-kletki-mm/nukleoid-mm https://infopedia.su/5x2f3d.html |