Организация нуклеоида
Бактериальная клетка не имеет оформленного ядра. Его физиологическим аналогом выступает нуклеоид — область, в которой сосредоточен основной генетический материал. Он локализуется непосредственно в цитоплазме и физически не отграничен от нее ядерной оболочкой.
Основу нуклеоида составляет одна кольцевая молекула ДНК. Химический состав генетического аппарата строго определен:
- 80% приходится на молекулы ДНК;
- 20% составляют молекулы РНК и специфические негистоновые белки.
Бактериальная хромосома не перемещается по клетке хаотично. Она всегда прочно связана с плазматической мембраной при помощи специфических белковых комплексов. Нити ДНК внутри нуклеоида сильно спирализованы и многократно складываются в сложные петли. Процесс формирования и поддержания этих петель протекает при непосредственном участии внутриклеточных белков и РНК.
Модель функционирования нуклеоида подразумевает четкое пространственное разделение на две зоны:
- Центральная часть: представляет собой скопление неактивной, сверхспирализованной ДНК.
- Периферия: состоит из деспирализованных, расслабленных петель. Именно на этих участках активно протекает транскрипция — процесс синтеза РНК.
Плазмиды: внехромосомная ДНК
Вторым компонентом генетического аппарата являются плазмиды. Это цитоплазматические генетические элементы, которые представляют собой относительно небольшие молекулы ДНК. В большинстве случаев они имеют кольцевую структуру, однако иногда встречаются и линейные формы.
В отличие от основной бактериальной хромосомы, плазмиды обладают рядом уникальных структурных и функциональных особенностей:
- Они существуют абсолютно автономно от белков и не прикреплены к плазматической мембране.
- Находятся вне основного генома (являются экстрахромосомными элементами).
- Содержат крайне небольшое количество генов — от одного до нескольких штук.
- Способны к автономной репликации, которая протекает независимо от цикла деления основной хромосомы.
В микробиологии выделяют особую разновидность плазмид, получившую название эписомы. Их ключевая особенность заключается в способности находиться в двух различных состояниях. В первом варианте эписомы свободно плавают в цитоплазме бактерии. Во втором — они физически встраиваются в структуру основной бактериальной хромосомы и начинают реплицироваться совместно с ней.
Роль плазмид в патогенности микроорганизмов
Плазмиды являются внехромосомными элементами наследственности. Они не относятся к категории обязательных структур для поддержания базовой жизни бактериальной клетки. Функции, с которыми связаны плазмиды, носят дополнительный характер, но именно они обеспечивают микроорганизму колоссальные преимущества для выживания в неблагоприятных условиях.
Ключевые функции плазмид:
- Обеспечение резистентности: плазмидные гены кодируют механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам и различным лекарственным препаратам.
- Синтез факторов патогенности: благодаря этим элементам безобидная бактерия может превращаться в опасного возбудителя инфекции.
Клиническое значение плазмид чрезвычайно велико. Медицинская практика показывает, что именно с функционированием этих внехромосомных элементов связано развитие ряда тяжелых инфекционных заболеваний. В частности, к таким патологиям относятся чума, сибирская язва и клещевой иксодовый боррелиоз. Наличие специфических плазмид делает возбудителей этих заболеваний смертельно опасными для макроорганизма.
Чтобы легко запомнить функциональные зоны нуклеоида, представьте ромашку: ее плотная желтая серединка — это неактивная, сверхспирализованная ДНК в центре, а легкие белые лепестки — это деспирализованные петли на периферии, где активно «дышит» клетка и идет синтез РНК.
Вопросы с занятий и экзамена
Чем нуклеоид отличается от истинного ядра?
Нуклеоид не отграничен от цитоплазмы ядерной оболочкой и представлен кольцевой молекулой ДНК. Кроме того, в его состав входят негистоновые белки, тогда как в ядре эукариот присутствуют классические гистоны.
Сможет ли бактерия жить, если искусственно удалить из нее все плазмиды?
Да, бактерия продолжит жить и размножаться, так как плазмиды не являются обязательными для базовой жизнедеятельности. Однако она лишится преимуществ, например, устойчивости к антибиотикам.
Каким образом эписомы отличаются от обычных плазмид?
Эписомы обладают способностью не только существовать свободно в цитоплазме, но и встраиваться непосредственно в бактериальную хромосому, чтобы реплицироваться вместе с ней.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы автономной репликации плазмид
- Процесс интеграции эписом в бактериальную хромосому
- Связь бактериальной хромосомы с плазматической мембраной: белковые комплексы
- Процесс транскрипции на периферических петлях нуклеоида
- Конкретные факторы патогенности при сибирской язве и чуме
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Генетический аппарат бактерий» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Клетка — элементарная единица живого»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.