У клітинах бактерій ДНК виглядає яккільцева молекула або як лінійна

Основний секрет органічного життя криється у здатності до розмноження та передачі спадкової інформації від попередніх поколінь нащадкам через досить простий механізм самокопіювання макромолекули ДНК кожної живої клітини. Кожен, незалежно від того, складається організм з великої кількості клітин або йдеться про ті ДНК, які знаходяться в клітинах бактерій, цих одноклітинних найпростіших організмів, не завжди здатних навіть у велику колонію зібратися.

Зберігання клітинного генетичного матеріалу

Як у всіх представників органічного життя, спадкова (генетична) інформація бактерій зберігається у їх ДНК. Що таке генетична інформація? Яка структура зберігає спадкову інформацію?

Генетична інформація – це певна послідовність нуклеотидів. Іншого секрету у ядрі немає. Копіюючи цю послідовність, клітина синтезує найрізноманітніші білки. Вони ж вирішують решту питань організму, починаючи з організаційних, закінчуючи постачанням клітини будівельним матеріалом.
Макромолекула ДНК – чотири нуклеїнові основи (аденін, гуанін, тимін та цитозин), об'єднані у подвійну спіраль цукром дезоксирибозою та залишками фосфорної кислоти. Саме нуклеїнові основи кодують послідовність збирання білків незалежно від того, є оформлене ядро в клітині чи ні.

Дезоксирибонуклеїнова кислота бактерій має таку ж будову, як молекули – зберігачі спадкової інформації решти всіх живих істот на планеті. Як і інші органічні клітини, бактерія утворює з ДНК хромосоми. Але це означає, що інших відмінностей немає.

Фундаментальною відмінністю бактерії є те, що вона не має клітинного ядра,Спадкова інформація бактерії не зібрана в клітинне ядро, це просто кільцева молекула, яка приліплена до однієї зі стінок цитоплазматичної мембрани.

.gif" />Однак та обставина, що ядра немає, не перешкоджає активним процесам реплікації та трансляції з використанням цього зберігача спадкової інформації. Щоб зрозуміти, як відбувається передача інформації, потрібно розуміти, що таке хромосоми, гени та клітинне ядро .

Ген – ділянка макромолекули, на якій записана послідовність нуклеотидів, що дозволяє збирати певний вид білка. Іншої інформації у генах немає.
Хромосома – комбінація ланцюга ДНК з білками гістонами, які її структурують і надають їй певної форми перед тим, як клітина починає ділитися. У фазі, коли поділ не відбувається, у клітині (або в ядрі, якщо йдеться про ядерні еукаріоти) як таких хромосом немає.
Клітинне ядро - це клітинна структура, яка містить спадкову інформацію, структуровану в хромосому, коли клітина готується до поділу. У ній ініціюється процес поділу. Важливо пам'ятати, що бактерії клітинного ядра не мають.

Якщо в еукаріотичній клітині при розподілі використовуються відокремлені, спеціально формуються для зручності поділу структури, то як же відбувається розмноження бактерій в умовах неоформленого сумбуру, що здається, без клітинного ядра?

Дезоксирибонуклеїнова кислота бактеріальної клітини

Бактеріальна молекула ДНК хоч зображується як кільцева досить об'ємна структура, яка розташовується в центрі клітини, насправді є досить компактним утворенням, локалізованим на обмежених ділянках цитоплазми.

.gif" />Зважаючи на відсутність ядерної мембрани, якаб відгороджувала скомпоновану бактеріальну макромолекулу з інших клітинних структур, генетичний апарат без'ядерних організмів не можна асоціювати з генетичним апаратом еукаріотів, тому генетичний апарат прокаріотів назвали нуклеоїд.

Характерні риси нуклеоїду:

ДНК, яка містить кілька тисяч генів.
Гени розташовані лінійно та називаються хромосомою. Хромосома бактерії – це лінійна сукупність її генів.
Макромолекула також згортається білками, схожими на еукаріотичну гістону.

Експериментальним шляхом встановлено, що нуклеоїд та хромосома – це не одне й те саме. Збільшення кількості хромосом (лінійних генів) – свідчення те, що бактерії активно діляться. Один нуклеоїд може складатися з однієї хромосоми або кількох її копій. Так, у період розподілу азотобактерії реплікується до 20-25 хромосом (копій нуклеоїду).

Процес копіювання

Консервативний, у якому подвійна батьківська спіраль не розкручується, а подвійна дочірня спіраль повністю утворюється з нового матеріалу.
Дисперсивний, коли батьківська макромолекула розпадається на фрагменти, а дочірні формуються на нуклеотидних послідовностях цих фрагментів як у матрицях.
Напівконсервативний. Згідно з цією моделлю, подвійна спіраль розкручується, і кожен ланцюг спіралі служить матрицею для дочірніх ДНК. Формується так званий гібрид старої макромолекули та ланцюга, створеного з нових компонентів.

Коли в 1957 році було знайдено спосіб відстеження процесів, що відбуваються в бактеріальній ДНК при її реплікації, було встановлено, що дезоксирибонуклеїнова кислота реплікується напівконсервативним шляхом, тобто через розкручування та використаннярозкручених ділянок як матриці для синтезу нових макромолекул.

Сам процес реплікації бактеріальної ДНК дуже схожий з реплікацією ДНК інших органічних механізмів. Відбувається він за такою схемою:

ДНК-хелікази розкручують і розривають подвійну спіраль, рухаючись уздовж сахарофосфатного кістяка дезоксирибонуклеїнової кислоти.
Ферменти полімерази каталізують реакції приєднання до однониткових фрагментів дезоксирибонуклеїнової кислоти компліментарних нуклеїнових основ.

Після реплікації відбувається подвоєння всіх основних частин клітини: органел, цитоплазматичної мембрани, клітинної стінки і бактеріальна клітина розпадається надвоє.

Проблематика

Крім виключно наукового інтересу у вивченні ДНК бактерій, механізм реплікації та передачі спадкової інформації від однієї клітини до іншої також мають виняткову практичну важливість.

Широко відомий факт, що бактерії дуже швидко адаптуються при дії на них антибіотиків та починають вироблення певних білків-антитіл, які блокують руйнівну дію антибіотичних засобів на клітину бактерії. У наступних поколіннях бактерій ця стійкість до конкретної групи антибактеріальних препаратів зберігається.

.gif" />Більше того, завдяки горизонтальному перенесення генів (не в процесі поділу, а в процесі простого контакту однієї бактерії з іншою) така генетична інформація також передається, роблячи стійкими до антибіотиків все більшу кількість видів бактерій.

Вивченням цих властивостей бактерій, визначенням того, як сторонній ген включається до загальної структури дезоксирибонуклеїнової кислоти, і займається сучасна мікробіологія.