Nucleoid. Materialul moștenit se află, din punct de vedere funcțional, în comparație cu nucleul celular al eucariotelor, ca echivalent al nucleului, numit și nucleoid, vag în celulă. Materialul ereditar al bacteriei, ADN-ul, are aspectul unei scări de frânghie. Aceasta se află într-o celulă din
22. ian 2004 la 11:20 Primar.sme.sk
Nucleoid
Materialul moștenit se află, din punct de vedere funcțional, comparativ cu nucleul celular al eucariotelor, ca echivalent al nucleului, numit și nucleoid, vag în celulă. Materialul ereditar al bacteriei, ADN-ul, are aspectul unei scări de frânghie. Aceasta se află în celulă sub forma unui șurub de răsucire (helix). Numai prin aceste coturi ADN-ul, dezvoltat de aproximativ 500 de ori mai mult decât bacteria însăși, se încadrează în corpul celulei.
Molecula de ADN este formată din două catene reciproc complementare, care sunt compuse din unități mai mici, nucleotide. Structura de bază a nucleotidei constă din deoxiriboză (moleculă de zahăr), ortofosfat și bază organică. Există în total patru baze organice, timidina (T), adenina (A), citozina (C) și guanina (G). Pentru simplitate, în publicațiile care descriu codul genetic al unui animal, sunt utilizate doar abrevierile bazelor nucleare - T, A, C, G. - Proteinele, adică proteinele, sunt codificate printr-o ordine specifică a acestor patru nucleotide diferite.
Acest principiu al codificării informațiilor este același pentru celulele tuturor ființelor vii, inclusiv a omului. Deci este un cod universal. Nucleotidele pot fi legate prin legături de hidrogen, și anume adenozină la timidină pe de o parte și citozină la guanină pe de altă parte. Acest lucru dă naștere la structura tipică a unei scări de frânghie ADN. Coeficientul numărului de perechi de baze adenozină și timidină, precum și guanină și citozină este constant pentru fiecare specie bacteriană. Prin urmare, acest coeficient poate fi utilizat pentru a compila o bacterie sistematică atunci când este o trăsătură specială.
Plasmide
La unele bacterii, pe lângă cromozom, care este materialul ereditar al bacteriei, există una sau mai multe alte molecule de ADN în celulă. Acestea sunt plasmide. Ele apar fie individual, fie sub forma a numeroase copii. Bacteriile sunt complet independente de cromozom din toate punctele de vedere. Nu sunt esențiale pentru funcționarea și reproducerea celulelor. Cu toate acestea, acestea au o importanță deosebită pentru medicină.
Recunoaștem plasmidele patogene, rezistente și metabolice. Cu toate acestea, există și plasmide care combină mai multe sau toate proprietățile grupelor menționate. Plasmidele patogene conțin un cod genetic care este responsabil pentru proprietățile cauzatoare de boli ale bacteriei. Aceasta include de ex. otrăvuri (toxine), substanțe care deteriorează globulele roșii sau capsule speciale care permit bacteriilor să fie mai rezistente la chimioterapie. Unele bacterii capătă rezistență la chimioterapie. Aceste rezistențe nu sunt codificate predominant de nucleoidul bacterian, ci de plasmide rezistente. Există, de asemenea, bacterii rezistente la mai multe substanțe. Ulterior, sunt menționate mai multe plasmide rezistente. Plasmidele metabolice pot codifica proprietăți care afectează metabolismul bacterian.
Replicarea ADN-ului
Înmulțirea unei bacterii prin împărțirea unei celule necesită și înmulțirea materialului său genetic. Procesul necesar pentru a face acest lucru se numește replicare. În acest scop, ADN-ul elicoidal își pierde forma elicoidală și cele două fire se retrag, ca în părțile unui fermoar. Site-ul unde se deschide ADN-ul se numește site-ul inițierii. Nucleotidele complementare sunt atașate la fiecare jumătate a catenei de enzima celulară ADN polimerază. Aceasta creează doi ADN-uri.
Transcriere
Sinteza, adică producerea unei peptide, o proteină specială, necesită o serie de etape intermediare în celulă. Locul producției de proteine este ribozomul, care unește aminoacizii într-o peptidă în ordinea corectă. Un „plan de construcție” pentru o proteină este o întindere de ADN care constă dintr-o serie de nucleotide dispuse într-un mod specific. Această regiune a ADN-ului, care conține „planul de construcție” al unei proteine, se numește genă. Ribozomul în sine nu poate face nimic cu ADN-ul. Are nevoie de mult mai mult pentru a „transcrie” gena care este responsabilă pentru codificarea acestei proteine la ADN. Acest „transcript” se numește acid ribonucleic Messenger (ARNm). Urmând modelul ADN-ului, ARNm este produs de enzima ARN polimerază dependentă de ADN. ARN polimeraza își începe transcripția la un anumit loc din ADN, la promotor. Acest proces de producție a ARNm se numește transcripție.
Traducere
Doar trei nucleotide pe ADN codifică un aminoacid. Aceste trei nucleotide care codifică un aminoacid sunt denumite triplete sau codoni. Aminoacidul este cel mai mic element care alcătuiește o proteină. Ordinea aminoacizilor dintr-o proteină determină proprietățile sale ulterioare.
Moleculele proteice complete sunt formate din aminoacizi individuali din ribozomi. Prescripția de asamblare a proteinelor poartă ARNm care este „transcris” anterior din ADN. Acest proces se numește traducere. În plus, ARN de transfer (ARNt) este necesar pentru traducere. Pe de o parte, transmite un anticodon complementar la codonul ARNm.
Pe de altă parte, aminoacidul codificat de codon este atașat la ARNt. În ribozom, ARNt se leagă de locul aminoacizilor ARNm. Legătura peptidică este apoi legată de aminoacidul precedent printr-un ribozom. Astfel, din lanțul de aminoacizi se formează o moleculă proteică finită.
Reglarea genelor
Fiecare celulă are nevoie de proteine diferite. Cu toate acestea, acestea nu sunt necesare în orice moment și în orice cantitate, deoarece nevoia lor depinde de ciclul celular și de condițiile de mediu. Pentru a regla producția de proteine, există mecanisme în celula bacteriană pentru a activa și dezactiva producția de proteine. Codurile enzimelor necesare pentru o anumită etapă metabolică se află direct în spatele celuilalt în ADN. Regiunea, numită și operon, care conține codul acestor enzime, este delimitată de două secțiuni caracteristice. Operatorul aici marchează începutul, terminatorul sfârșitul acestei zone.
În plus, există o secțiune numită promotor în imediata apropiere a operatorului. Aici se acționează ARN polimeraza pentru a iniția producția de ARNm. Activitatea operonului este controlată de controler. Această genă reglatoare codifică o proteină reglatoare care se poate lega de un operator. Prin atașarea unei proteine reglatoare (represor), ARNm nu se poate lega și sinteza enzimatică este întreruptă. Proteina reglatoare poate fi activată și dezactivată în funcția sa. În acest scop, efectorii pot afecta activitatea represorului. Distingem două mecanisme posibile:
Sistem de inducție
Prin conectarea efectorului la represor, acesta este oprit. Prin urmare, nu se poate lega de operator. Prin urmare, sinteza proteinelor continuă continuu.
Sistem represiv
Prin conectarea efectorului la represor, acesta este pornit. Represorul se leagă de operon și astfel împiedică aderarea ARNm polimerazei. Sinteza proteinelor este oprită.
Acest model de reglare genetică a fost dezvoltat în 1961 de oamenii de știință Francois Jacob și Jaques Monod (Premiul Nobel pentru Medicină 1965).
Mutații
Datorită influențelor externe, dar și spontan, părți din materialul genetic al ADN-ului se pot schimba și conferă celulei respective proprietăți noi. Aceste mutații nu sunt controlate. Dacă o anumită celulă mutantă a dobândit o nouă proprietate care permite o supraviețuire mai bună este determinată de selecție. Noile proprietăți dobândite de mutanți, care reprezintă un avantaj, îmbunătățesc supraviețuirea bacteriei, iar bacteria are un avantaj de selecție.
Ștergere
Aici se pierd două până la o mie de nucleotide.
Mutație punctuală
Modificările afectează doar o singură nucleotidă. Fie unul este scăpat, fie unul este adăugat, fie o nucleotidă este înlocuită cu o altă nucleotidă. Spre deosebire de ștergere, acest proces poate fi și reversibil.
Mutație simplă
În acest tip, o singură mutație într-un situs genetic poate duce la o nouă proprietate care deschide un avantaj de selecție celulei în cauză.
Mutație multiplă
Aici, mutațiile apar în generații succesive. Doar toate mutațiile permit cu pricepere o nouă proprietate.
Procesele de mutație bacteriană joacă un rol special în medicină, deoarece produc bacterii ale căror noi proprietăți mutante le conferă, de exemplu, rezistență la chimioterapie. Cu toate acestea, mutațiile sunt rare. Pe lângă mutațiile nucleului bacterian, mutațiile pot apărea și în plasmide. În caz extrem, poate exista chiar o pierdere totală a tuturor plasmidelor. Această proprietate, ca orice altă mutație, poate fi moștenită mai jos. Avantajul de selecție pentru o celulă poate fi faptul că celulele fără plasmide se înmulțesc mai rapid, deoarece energia necesară pentru propagarea plasmidelor poate fi economisită.
Mutageni
Mutațiile apar în mod spontan. Cu toate acestea, există anumiți factori externi care cauzează sau pot promova mutația. Factorii mutageni pot reacționa direct cu materialul moștenit sau pot induce mutații indirect, prin acțiunea produselor de reacție intracelulară. Mutagenii potriviți sunt lumina ultravioletă cu o sensibilitate maximă la ADN de 260 nm sau razele ionizate, cu radiații alfa care acționează mutagen mai puternic decât radiațiile beta și gamma. De asemenea, materiale ereditare străine, produse metabolice ale paraziților, viruși și multe substanțe chimice, o.i. alcaloidul vinca, adică otravă cu venin sau chimioterapice pentru cancer, sunt considerate mutageni.
Parasexualitatea
Celulele animale își amestecă materialul ereditar în procesele sexuale după diviziune reductivă (meioză) și o nouă combinație (cariogamie). În schimb, bacteriile se înmulțesc prin divizare transversală, gametii (gametii) nu apar. Cu toate acestea, există mecanisme care permit schimbul de material ereditar între celule într-un mod asexual în celulele unei generații.
Transformare
Unele bacterii pot accepta ADN-ul altei bacterii într-o celulă. Acolo, o parte a acestui ADN este încorporată în catena de ADN a bacteriei primitoare (recombinare). Genomul bacterian astfel modificat este transmis după reduplicarea ADN-ului (multiplicarea ADN-ului) în secțiune transversală. Pe baza acestui fapt, toate bacteriile au apoi proprietăți noi, determinate de ADN-ul primit. Acest mecanism este utilizat și în tehnologia genelor. Acolo, plasmidele bacteriilor sunt folosite ca „mesageri”.
Transducție
Bacteriofagii sunt virusuri specializate în bacterii. În mod normal, bacteriile infectează o celulă și încorporează propriul ADN în ADN-ul gazdei lor. Dacă ADN-ul gazdă se înmulțește, se înmulțește și ADN-ul fag. Celula produce, de asemenea, componente fagice. Dacă se formează fagi noi din părți individuale, acestea dizolvă (lizează) peretele celular, eliberează și atacă bacterii noi. În timpul acestor procese, părți din ADN-ul bacterian (donator) sau plasmidele bacteriene pot fi co-încorporate în fagi. Capacitatea lizei celulare se pierde, dar nu și capacitatea de infecție bacteriană. După infectarea unei noi bacterii (receptor), un fragment de ADN din fag este introdus în ADN-ul bacterian după recombinare. Acest lucru a dat bacteriei o nouă proprietate. Dacă o plasmidă intră în celula fagică, nu este necesară recombinarea. Se vorbește și despre transducție generalizată. În transducția specializată, cromozomul bacterian este încorporat în locul cromozomului fagic. De asemenea, acești fagi își pierd capacitatea de bacterioliză, dar nu și infectivitatea lor.
Conjugare
Interconectarea a două bacterii pentru a forma o punte plasmatică prin care un cromozom (sau o parte din acesta) poate trece de la o celulă donatoare la o celulă primitoare (= donator sau receptor) și se poate recombina cu cromozomul local.
Următorul subiect
Culturi bacteriene și creștere bacteriană