Anders as eukariote, het bakterieë nie 'n gevormde kern nie, maar hul DNA is nie deur die sel versprei nie, maar is gekonsentreer in 'n kompakte struktuur wat 'n nukleoïed genoem word. In funksionele terme is dit 'n funksionele analoog van 'n kernapparaat.
Wat is 'n nukleoïed
'n Bakteriële nukleoïed is 'n streek in hul selle wat gestruktureerde genetiese materiaal bevat. Anders as die eukariotiese kern, word dit nie deur 'n membraan van die res van die sellulêre inhoud geskei nie en het dit nie 'n permanente vorm nie. Ten spyte hiervan is die genetiese apparaat van bakterieë duidelik geskei van die sitoplasma.
Die term self beteken "kernagtige" of "kernstreek". Hierdie struktuur is die eerste keer in 1890 deur die dierkundige Otto Buchli ontdek, maar die verskille daarvan met die genetiese apparaat van eukariote is reeds in die vroeë 1950's geïdentifiseer danksy elektronmikroskopietegnologie. Die naam "nukleoïed" stem ooreen met die konsep van "bakteriële chromosoom", as laasgenoemde in 'n sel in 'n enkele kopie vervat is.
Nukleoïed sluit nie plasmiede in watis ekstrachromosomale elemente van die bakteriese genoom.
Kenmerke van bakteriële nukleoïed
Gewoonlik beslaan die nukleoïed die sentrale deel van die bakteriële sel en is langs sy as georiënteer. Die volume van hierdie kompakte formasie oorskry nie 0,5 mikron3 nie, en die molekulêre gewig wissel van 1×109 tot 3×109 d alton. Op sekere punte is die nukleoïed aan die selmembraan gebind.
Die bakteriese nukleoïed bevat drie komponente:
- DNA.
- Struktuur- en regulatoriese proteïene.
- RNA.
DNA het 'n chromosomale organisasie wat verskil van eukarioties. Dikwels bevat die bakteriële nukleoïed een chromosoom of verskeie kopieë daarvan (met aktiewe groei bereik hul getal 8 of meer). Hierdie aanwyser wissel na gelang van die tipe en stadium van die lewensiklus van die mikro-organisme. Sommige bakterieë het veelvuldige chromosome met verskillende stelle gene.
In die middel van die nukleoïed is DNA redelik styf gepak. Hierdie sone is ontoeganklik vir ribosome, replikasie en transkripsie-ensieme. Inteendeel, die deoksiribonukleinlusse van die perifere streek van die nukleoïed is in direkte kontak met die sitoplasma en verteenwoordig aktiewe streke van die bakteriese genoom.
Die hoeveelheid van die proteïenkomponent in die bakteriële nukleoïed oorskry nie 10% nie, wat ongeveer 5 keer minder is as in eukariotiese chromatien. Die meeste proteïene word met DNA geassosieer en neem deel aan die strukturering daarvan. RNA is 'n produktranskripsie van bakteriese gene, wat op die periferie van die nukleoïed uitgevoer word.
Die genetiese apparaat van bakterieë is 'n dinamiese formasie wat in staat is om sy vorm en strukturele konformasie te verander. Dit het nie die nukleoli en mitotiese apparaat kenmerkend van die kern van 'n eukariotiese sel nie.
Bakteriese chromosoom
In die meeste gevalle het bakteriële nukleoïedchromosome 'n geslote ringvorm. Lineêre chromosome is baie minder algemeen. Hierdie strukture bestaan in elk geval uit 'n enkele DNS-molekule, wat 'n stel gene bevat wat nodig is vir die oorlewing van bakterieë.
Chromosomale DNA word voltooi in die vorm van supergedraaide lusse. Die aantal lusse per chromosoom wissel van 12 tot 80. Elke chromosoom is 'n volwaardige replikon, want wanneer verdubbel word die DNA heeltemal gekopieer. Hierdie proses begin altyd vanaf die oorsprong van replikasie (OriC), wat aan die plasmamembraan geheg is.
Die totale lengte van 'n DNS-molekule in 'n chromosoom is verskeie grootteordes groter as die grootte van 'n bakterie, dus word dit nodig om dit te verpak, maar met behoud van funksionele aktiwiteit.
In eukariotiese chromatien word hierdie take uitgevoer deur die hoofproteïene - histone. Die bakteriële nukleoïed bevat DNS-bindende proteïene wat verantwoordelik is vir die strukturele organisasie van die genetiese materiaal, en ook geenuitdrukking en DNS-replikasie beïnvloed.
Nukleoïed-geassosieerde proteïene sluit in:
- histonagtige proteïene HU, H-NS, FIS en IHF;
- topoisomerases;
- proteïene van die SMC-familie.
Die laaste 2 groepe het die grootste invloed op die supercoiling van die genetiese materiaal.
Neutralisering van die negatiewe ladings van chromosomale DNA word deur poliamiene en magnesiumione uitgevoer.
Die biologiese rol van die nukleoïed
In die eerste plek is die nukleoïed nodig vir bakterieë om oorerflike inligting te stoor en oor te dra, asook om dit op die vlak van sellulêre sintese te implementeer. Met ander woorde, die biologiese rol van hierdie formasie is dieselfde as dié van DNA.
Ander bakteriese nukleoïedfunksies sluit in:
- lokalisering en verdigting van genetiese materiaal;
- funksionele DNA-verpakking;
- regulering van metabolisme.
DNA-strukturering laat nie net die molekule in 'n mikroskopiese sel pas nie, maar skep ook toestande vir die normale vloei van replikasie en transkripsieprosesse.
Kenmerke van die molekulêre organisasie van die nukleoïed skep toestande vir die beheer van sellulêre metabolisme deur die DNA-konformasie te verander. Regulering vind plaas deur sekere dele van die chromosoom in die sitoplasma uit te lus, wat hulle beskikbaar maak vir transkripsie-ensieme, of andersom, deur hulle in te trek.
Opsporingsmetodes
Daar is 3 maniere om 'n nukleoïed in bakterieë visueel op te spoor:
- ligmikroskopie;
- fasekontrasmikroskopie;
- elektronmikroskopie.
Afhangende van die metodedie voorbereiding van die voorbereiding en die navorsingsmetode, kan die nukleoïed anders lyk.
Ligmikroskopie
Om 'n nukleoïed met 'n ligmikroskoop op te spoor, word bakterieë voorlopig gekleur sodat die nukleoïed 'n kleur het wat verskil van die res van die sellulêre inhoud, anders sal hierdie struktuur nie sigbaar wees nie. Dit is ook verpligtend om bakterieë op 'n glasskyfie vas te maak (in hierdie geval sterf mikroörganismes).
Deur die lens van 'n ligmikroskoop lyk die nukleoïed soos 'n boontjievormige formasie met duidelike grense, wat die sentrale deel van die sel beslaan.
Kleurmetodes
In die meeste gevalle word die volgende kleurmetodes vir bakterieë gebruik om die nukleoïed deur ligmikroskopie te visualiseer:
- volgens Romanovsky-Giemsa;
- Felgen-metode.
Wanneer daar volgens Romanovsky-Giemsa gekleur word, word bakterieë vooraf op 'n skyfie met metielalkohol vasgemaak, en dan vir 10-20 minute met 'n kleurstof van 'n gelyke mengsel van blou, eonien en metileenblou geïmpregneer, opgelos in metanol. As gevolg hiervan word die nukleoïed pers en die sitoplasma word ligpienk. Voor mikroskopie word die vlek gedreineer en die skyfie word met distillaat gewas en gedroog.
Die Feulgen-metode gebruik swak suurhidrolise. As gevolg hiervan gaan die vrygestelde deoksiribose in die aldehiedvorm oor en tree in wisselwerking met die fuksien-swaelsuur van die Schiff-reagens. Gevolglik word die nukleoïed rooi, en die sitoplasma word blou.
Fasekontrasmikroskopie
Fasekontrasmikroskopie hethoër resolusie as lig. Hierdie metode vereis nie fiksasie en kleuring van die voorbereiding nie - die waarneming vind plaas vir lewende bakterieë. Die nukleoïed in sulke selle lyk soos 'n ligte ovaal area teen die agtergrond van donker sitoplasma. 'n Meer effektiewe metode kan gemaak word deur fluoresserende kleurstowwe toe te pas.
Nukleoïed-opsporing met 'n elektronmikroskoop
Daar is 2 maniere om 'n voorbereiding vir nukleoïedondersoek onder 'n elektronmikroskoop voor te berei:
- ultra-dun snit;
- Sny bevrore bakterieë.
In elektronmikrofoto's van 'n ultradun gedeelte van 'n bakterie, het die nukleoïed die voorkoms van 'n digte netwerkstruktuur wat uit dun filamente bestaan, wat ligter lyk as die omliggende sitoplasma.
Op 'n gedeelte van 'n bevrore bakterie na immunokleuring lyk die nukleoïed soos 'n koraalagtige struktuur met 'n digte kern en dun uitsteeksels wat in die sitoplasma binnedring.
In elektroniese foto's beslaan die nukleoïed van bakterieë meestal die sentrale deel van die sel en het 'n kleiner volume as in 'n lewende sel. Dit is as gevolg van blootstelling aan die chemikalieë wat gebruik word om die voorbereiding reg te maak.
