Отличие генома прокариот от генома эукариот.
| Прокариоты | Эукариоты |
| ДНК не ограничена ядерной мембраной (располагается в цитоплазме свободно) | ДНК ограничена ядерной мембраной |
| ДНК суперспирализована | ДНК не суперспирализована |
| Циркулярная ДНК (замкнута в кольцо) | Линейная ДНК |
| Не содержат гистонные белки | Содержат гистонные белки |
| Гаплоидный набор хромосом | Диплоидный набор хромосом |
| Бинарное деление | Делятся митозом |
| Наличие обособленных фрагментов ДНК (плазмиды, транспозоны, Is-элементы и др.) | Отсутствие обособленных фрагментов ДНК |
| Передача генетической информации как по вертикали (от материнской клетки – дочерним), так и по горизонтали (от клетки-донора к клетке-реципиенту) | Передача генетической информации только по вертикали (от родителей – детям) |
Особенности репликации бактериальной ДНК.
Репликация – это воспроизведение ДНК путем самоудвоения.
Репликация ДНК у бактерий начинается в строго определенной точке хромосомы (локусе – oriC), носит полуконсервативный характер, идет одновременно в двух противоположных направлениях и заканчивается также в строго фиксированной точке (terminus).
Стадии репликации ДНК:
1. Разрезание молекулы ДНК с помощью фермента рестриктазы.
2. Раскручивание цепей ДНК с участием изомеразы и их разделение хеликазами с образованием репликаторной вилки.
3. Стабилизация однонитевых участков ДНК ДНК-связывающим белком.
|
|
|
4. Каждая из спиралей становиться матрицей, на которой достраивается молекула ДНК по закону комплементарности пар оснований:
v особенность репликации ДНК является необходимость в затравке – коротких фрагментов РНК, которые синтезируются с помощью ДНК-праймазы;
v репликация ДНК осуществляется с помощью фермента ДНК-полимеразы, которая осуществляет синтез ДНК только в направлении 5' → 3', а поскольку цепи ДНК антипараллельны репликация происходит своеобразно: на одной из матричной цепи («ведущей») синтез ДНК идет непрерывно, а на другой («отстающей») цепи ДНК-полимераза должна возвращаться, чтобы наращивать нить тоже в направлении 5' → 3', поэтому репликация идет прерывисто, короткими фрагментами (≈1-2 тыс. пар нуклеотидов, названные по имени открывшего их ученого фрагментами Оказаки) – участок РНК-затравки вырезается с помощью эндонуклеазы и заменяется сегментами Оказаки, сшивании их с матричной ДНК присходит с помощью лигаз.
5. Суперспирализация вновь синтезированных нитей ДНК с участием топоизомеразы.
6. Ревизия ДНК-полимеразой вновь синтезированных фрагментов ДНК (для исключения ошибочного включения нуклеотидов).
Внехромосомные факторы наследственности.
|
|
|
Внехромосомные факторы наследственности входят в состав многих микроорганизмов, особенно бактерий. Они представлены плазмидами и мигрирующими элементами – Is -последовательностями, транспозонами ( Tn ), конъюгативными транспозонами ( CTn ), интегронами ( In ), генными островами (ГО) и бактериофагами, которые являются молекулами ДНК, отличающиеся друг от друга молекулярной массой, объемом закодированной в них информации, способностью к самостоятельной репликации и другими признаками. Они не являются жизненно важными для бактериальной клетки элементами, поскольку не несут информации о синтезе ферментов, участвующих в пластическом или энергетическом метаболизме, но они могут передавать бактериям определенные селективные преимущества, например резистентность к антибиотикам.
Плазмиды – это автономные кольцевые молекулы двунитевой ДНК с молекулярной массой меньше, чем у нуклеоида (размеры варьируют от 1,5 до 200 mD=103-106 пар нуклеотидов), способные к саморепликации.
Спонтанная/индуцированная утрата плазмид называется элиминацией.
Особенности:
v саморегулируемая репликация;
v явление поверхностного исключения (не позволяют проникать в клетку, уже содержащую плазмиду, другой родственной ей плазмиде);
|
|
|
v явление несовместимости (две близкородственные плазмиды не могут стабильно сосуществовать в одной клетке);
v контроль числа копий плазмиды на хромосому клетки (реализуется собственными плазмидными генами репликации);
v контроль стабильного сохранения плазмид в клетке;
v контроль равномерного распределения дочерних плазмид в дочерние бактериальные клетки;
v способность к самопереносу у конъюгативных плазмид;
v способность к мобилизации на перенос у неконъюгативных плазмид (способность к передаче только в присутствии трансмиссивных плазмид, используя их аппарат конъюгации);
v способность наделять клетку дополнительными важными для нее биологическими свойствами, способствующими выживанию бактерий.
Функции:
v регуляторная (компенсируют нарушения метаболизма ДНК бактериальной клетки, регулируют саморепликацию, контролируют самоперенос или мобилизацию на самоперенос и другие функции самой плазмиды);
v кодирующая (внесение в бактериальную клетку новой информации, наделяя ее дополнительными свойствами).
Классификация плазмид:
Ø По молекулярной массе:
v крупные (1-2 на клетку);
v мелкие (до 30).
Ø По способности передаваться от одной клетки к другой:
|
|
|
v конъюгативные (трансмиссивные);
v неконъюгативные (мобилизуемые).
Ø По совместимости в одной клетке:
v совместимые;
v несовместимые (близкородственные).
Ø По фенотипическому проявлению признака:
v криптические (скрытые);
v некриптические.
Ø По детерминированному признаку:
v R-плазмиды (от англ. resistance – противодействие, содержат гены – r-гены, ответственные за устойчивость к лекарственным препаратам).
Обусловленная R -плазмидами лекарственная устойчивость связана:
§ с изменением проницаемости поверхностных структур бактериальной клетки для антибиотиков;
§ с синтезом ферментов, разрушающих или модифицирующих антибиотики (β-лактамазы, ацетилирование хлорамфеникола).
v Плазмиды патогенности – Ent и Hly (содержат tox-гены, ответственные за синтез токсинов – энтеротоксинов и гемолизинов соответственно);
v Бактериоциногенные плазмиды (например, Col-плазмида у E. coli содержат гены, ответственные за синтез бактериоцинов).
Бактериоцины – антибиотические вещества белковой природы, синтезируемые бактериями и подавляющие рост и размножение близкородственных микроорганизмов, не лизирую последних. Синтез бактерицинов является для клетки-продуцента летальным, но потенциальные бактерии-продуценты, не продуцирующие их в данный момент, устойчивы к воздействию бактериоцинов. Обозначение бактериоцина определяется видовым название микроорганизма-продуцента:
| Бактерия-продуцент | Бактериоцин |
| E. coli | колицин |
| St. aureus | стафилоцин |
| Y. pestis | пестицин |
| Kl. pneumoniae | пневмоцин |
В отличии от других плазмид, факторы бактериоциногенности реже интегрируются в хромосому, редко элиминируются, многие не обладают конъюгативностью.
v F-плазмида (половой фактор/фактор фертильности, содержит гены, контролирующие конъюгацию).
Варианты F -плазмид:
| Состояние F-плазмиды в клетке | Обозначение бактериалной клетки |
| в автономном состоянии | F+-донор |
| в интегрированном в хромосому | Hfr-донор |
| в автономном состоянии с фрагментами хромосомной ДНК | F'-донор |
| отсутствует в клетке | F–-реципиент |
v Плазмиды биодеградации (несут информацию об утилизации некоторых органических соединений, которые бактерии используют в качестве источников углеводов и энергии, например урологические штаммы E. coli содержат плазмиду гидролизации мочевины).
Мигрирующие генетические элементы – отдельные участки ДНК, способные осуществлять собственный перенос (транспозицию) внутри генома. Их транспозиция связана со способностью кодировать специфический фермент рекомбинации – транспозазу. В настоящее время к мигрирующим элементам относят: Is-элементы, транспозоны (Tn), конъюгативные транспозоны (CTn), интегроны (In), генные острова (ГО) и бактериофаги.
Транспозоны ( Tn -элементы) – нуклеотидные посдедовательности, включающие 2000-20500 пар нуклеотидов. Состав – фрагмент ДНК (специфический, несущий гены) и два концевых Is-элемента. Могут находиться в свободном состоянии в виде кольцевой молекулы.
Особенности:
v не способны к самостоятельной репликации (воспроизведению), только в составе хромосом;
v несут генетическую информацию, необходимую для транспозиции (перемещение);
v каждый транспозон содержит гены, привносящие важные для бактерий характеристики (устойчивость к антибиотикам, токсинообразование и т.д.);
v содержат гены, определяющие фенотипические признаки (легче выявить).
Функции:
v способны к перемещению с одного репликона (хромосомная ДНК) на другой (плазмиды, хромосома другой бактерии, бактериофаг) и наоборот: при включении в ДНК вызывают дупликации, а при перемещении – делеции и инверсии;
v регуляторная;
v кодирующая.
Is -элементы (от англ. insertion – вставка, sequenc – последовательность) – вставочные (инсерционные) последовательности,величиной до 1500 (800-1400) пар оснований.
Особенности:
v самостоятельно не реплицируются;
v не кодируют распознаваемых фенотипических признаков;
v содержат гены, обеспечивающие их перемещение из одного участка ДНК в другой (транспозицию).
Функции:
v регуляция активности генов бактериальной клетки;
v индукция мутаций типа делеции (выпадение нуклеотидов) или инверсии (поворот участка ДНК на 1800) при перемещении и дупликации (повтор участка ДНК) при встраивании в хромосому;
v координация взаимодействий плазмид, транспозонов и профагов (между собой и бактериальной хромосомой).
Бактериофаги (умеренные и дефектные) – мигрирующие генетические элементы, могут захватывать участки ДНК и переносить от одной бактериальной клетки к другой, вызывая ее лизогенизацию (приобретение новых свойств).
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 269; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!