микра. Генетический аппарат бактерий
 Скачать 18.7 Kb.
|
|
Генетический аппарат бактерий Генетический аппарат бактерий представлен хромосомными (нуклеоид) и внехромосомными (плазмиды, инсерционные последовательности, транспозоны) структурами. Нуклеоид Нуклеоид: не имеет ядерной мембраны и не связан с гистонами; одна непарная суперспирализованная хромосома состоит из двунитевой молекулы ДНК (кольцевой или линейной) размером от 3х108 до 2,9х109 Д и содержит до 4600 генов; один конец бактериальной хромосомы связан с мезосомой; некоторые бактерии имеют сложные геномы, состоящие из двух или нескольких репликонов. Материальной основой наследственности, определяющей генетические свойства всех организмов, является ДНК. Исключение составляют только РНК–содержащие вирусы, у которых генетическая информация закодирована в РНК. ДНК состоит из последовательности химически связанных нуклеотидов и имеет структуру правильной двойной спирали из закрученных одна вокруг другой двух полинуклеотидных цепей. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара дезоксирибозы и фосфатной группы. Азотистые основания представлены пуринами (аденин, гуанин) и пиримидинами (тимин, цитозин). Последовательность нуклеотидов ДНК определяет последовательность аминокислотных остатков в молекуле белка. Каждому белку соответствует свой ген — уникальная структурная единица наследственности. Ген — фрагмент полинуклеотидной цепи молекулы ДНК, отличающийся числом и специфичностью последовательности нуклеотидов и кодирующий синтез одного пептида. В ДНК содержатся структурные и регуляторные гены. Структурные гены несут информацию о синтезируемых ферментах или структурных белках. Регуляторные гены регулируют транскрипцию структурных генов. Хромосома состоит из особых функциональных единиц — оперонов. Оперон — совокупность промотора, оператора и структурных генов — является функциональной генетической единицей, регулирующей экспрессию одного или группы генов. Ген имеет три фундаментальные функции. 1. Непрерывность наследственности — обеспечивается полуконсервативным механизмом репликации ДНК: каждая из двух цепочек ДНК хромосомы или плазмиды служит матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепочки ДНК. Репликация начинается с расплетения двунитевой структуры ДНК ферментом ДНК-гидролазой. При этом формируются две репликативные вилки, которые двигаются в противоположных направлениях, пока не встретятся. Формирование новой дочерней цепи осуществляется ферментом ДНК-полимеразой, присоединяющей комплементарные матрице нуклеотиды к свободному 3'–концу растущей цепочки. Для осуществления реакции полимеризации нуклеотидов на матрице родительской цепочки ДНК-полимеразе требуется затравка, которая называется праймером (англ. primer - запал). Праймер — короткая нуклеотидная цепочка, комплементарная матричной цепочке со свободным 3'–концом. Две цепи двойной спирали ДНК комплементарны друг другу. На каждой цепи из структурных элементов ДНК (дезоксирибонуклеозидтрифосфатов) синтезируется новая цепь. При этом с каждым из оснований спаривается комплементарное ему основание, так что каждая из двух новых цепей будет комплементарна родительской цепи. Обе новые двойные цепи состоят из одной родительской и одной вновь синтезированной цепи. Такая точная репликация ДНК гарантирует сохранение генетической информации. ДНК бактерий, будучи носителем наследственной информации, сама не служит матрицей для синтеза полипептидов. Биосинтез белков происходит на рибосомах, которые непосредственно с ДНК не соприкасаются. Передачу записанной в ДНК информации к местам синтеза белка осуществляет одноцепочечная мРНК. По последовательности оснований цепь мРНК комплементарна цепи ДНК и отличается от цепи ДНК тем, что тимин в РНК заменен урацилом. Транскрипция — синтез мРНК на одной из цепей ДНК, начиная с 5'–конца; механизм этого процесса сходен с механизмом репликации ДНК. Трансляция — перевод нуклеотидной последовательности мРНК в последовательность аминокислот. Аминокислоты затем собираются в полипептидную цепь, т. е. синтезируется белок (рис. 72). Последовательность аминокислот определяет пространственную структуру белка — конформацию. По мере продвижения рибосомы вдоль мРНК полипептидная цепь растет, закручивается и свертывается в клубок. В результате возникает структура, обусловливающая специфические свойства и функцию данного белка. К мРНК обычно прикрепляется несколько рибосом, так что на одной и той же матрице одновременно синтезируется несколько полипептидных цепей. На конце мРНК находится кодон, от которого зависит отделение сформированной полипептидной цепи от рибосомы. Таким образом, нуклеотидная последовательность ДНК представляет собой закодированную «инструкцию», определяющую структуру специфического белка. Репликация хромосомной (и плазмидной) ДНК обусловливает передачу генетической информации по вертикали — от родительской клетки к дочерней. Передача генетической информации по горизонтали осуществляется при генетических рекомбинациях. 2. Взаимоотношения между последовательностью нуклеотидов в гене и последовательностью аминокислот в белке устанавливаются с помощью генетического кода из четырех оснований. Код триплетный, поскольку кодон (функциональная единица, кодирующая аминокислоту) состоит из трех оснований. Последовательности кодонов считываются непрерывно, начиная с фиксированной стартовой точки на одном конце гена и заканчивая точкой терминации на другом конце гена. Это значит, что различные части гена не могут читаться независимо. 3. Эволюция организмов происходит благодаря мутациям и генетическим рекомбинациям. Генотип микроорганизмов представлен совокупностью генов, определяющих его потенциальную способность к фенотипическому выражению записанной в них информации в виде определенных признаков. Условия окружающей среды способствуют проявлению (экспрессии) генов или, наоборот, подавляют их функциональную активность, выраженную в образовании определенных ферментов. У бактерий, имеющих определенный набор генов, функцию каждого из них определяют не прямым, а косвенным путем на основании изменения или утраты соответствующего признака при утрате какого-либо участка ДНК. Таким образом, заключение о функции гена делают на основании результатов сравнительного изучения признака присущего исходному генотипу и штамму с мутировавшим геном. В генетических исследованиях мутировавшие гены служат маркерами,которые дают возможность судить об их передаче и функционировании. Сцепленность таких маркеров с другими генами устанавливается путем их передачи от донорных к реципиентным клеткам в опытах трансформации трансдукции и конъюгации. Это позволяет установить их локализацию на бактериальной хромосоме и составить генетическую карту. Генотип – совокупность регуляторных и структурных генов бактериальной клетки Фенотип - проявление закодированной в геноме бактерий совокупности морфологических признаков, физиологических функций и других свойств в конкретных условиях существования |