Structura ADN-ului bacteriilor. Organizarea materialului genetic al unei celule bacteriene. Structura acizilor nucleici

Acasă

Vocativ nominativ.

Semnificațiile de bază ale cazului nominativ

Cazul nominativ are următoarele semnificații:

subiect nominativ; un substantiv în acest sens denotă subiectul vorbirii, subiectul (producătorul) unei acțiuni, purtătorul unei caracteristici și este subiectul unei propoziții: Mamă spala rama. Casa

construit de muncitori.

predicativ nominativ; un substantiv în acest sens denotă o trăsătură a subiectului vorbirii într-o propoziție este un predicat: Moscova - capital Federația Rusă. Fratele meu -

bancher.

obiect nominativ; un substantiv denota obiectul unei actiuni, subiectul actiunii este exprimat caz instrumental spala rama. , sensul indicat apare în construcția pasivă: construit de muncitori. Carte

publicat de editura.

nominativ apozitiv; substantivul îndeplinește funcția unei definiții (aplicații) inconsistente: Acolo este un râs vânătoarea

cărunt, alergând, căzând pe labe. Substantivul este o adresă și nu îndeplinește o funcție sintactică: Oameni,

fiți atenți unul cu celălalt. Paradigma este considerată completă dacă substantivul are 12 forme de caz: 6 forme de singular și 6 forme plural

; Deoarece numai substantivele concrete pot varia ca număr, alte LGR au o paradigmă incompletă ca număr. Peritric.

Flagelii sunt localizați pe întreaga suprafață a peretelui celular (bacteriile din familiile Enterobacteriaceae și Bacillaceae). Monotrici.

Un flagel gros la un capăt (vibrioni). Polytrichs.

Mănunchi de 2-50 flageli, vizibili ca un singur. Flagelii polari sunt atașați la unul sau ambele capete ale bacteriei. Lophotrichs - un mănunchi de flageli la un capăt al unei bacterii (Pseudomonas). Amfitrihia

– fascicule localizate bipolar (Spirillum). Microvilozități

(pili, fimbriae) sunt fire de păr proteice (de la 10 la câteva mii) cu grosimea de 3-25 nm și lungimea de până la 12 microni. O. Băutură obișnuită. Multe bacterii Gram-negative au pili lungi și subțiri (fimbrie) care încep pe membrana citoplasmatică și pătrund în peretele celular. Sunt formate din proteine ​​de același tip, ale căror molecule formează un fir elicoidal. Lor, cum ar fi suprafețele mucoase, care este un factor important în colonizare și infecție. În plus, creșterea suprafeței celulei bacteriene îi oferă avantaje suplimentare în utilizarea nutrienților din mediu.

B. F-a băut(factor de fertilitate) – educație specială, implicat în conjugarea bacteriană. Arata ca tuburi goale de proteine ​​cu lungimea de 0,5-10 microni. Formarea lor este codificată de plasmide.

Membrana celulara Majoritatea bacteriilor constau dintr-un perete celular și o membrană citoplasmatică subiacentă.

Peretele celular al bacteriilor este subțire, elastic și rigid și poate fi complet absent la unele bacterii (de exemplu, formele L și micoplasmele). Peretele celular protejează bacteriile de influențele externe, le conferă o formă caracteristică și transportă nutrienți și eliberează metaboliți prin el. Pe suprafața sa există diverși receptori pentru bacteriofagi, bacteriocine și diverse chimicale. CS menține consistența mediul internși rezistă la o presiune semnificativă din interior (de exemplu, presiune parțială substanţele intracelulare ale bacteriilor gram-pozitive pot ajunge la 30 de atmosfere). Structura și compoziția elementelor CS determină capacitatea de a percepe coloranții, i.e. lor proprietăți tinctoriale. Unul dintre principiile de bază ale diferențierii bacteriene este capacitatea de a percepe și reține complexul colorant de violet de gențiană cu iod în interiorul celulei, sau de a-l pierde după tratamentul cu alcool (colorație Gram). În consecință, se disting gram-pozitive (colorate violet-violet) și gram-negative (roșu).

Componenta principală a CS bacteriană este peptidoglicanul (mureina). Peptidoglicanul este relativ mai abundent în bacteriile Gram-pozitive: proporția rețelei mureine, care are o grosime de aproximativ 40 de straturi, reprezintă 30-70% din masa uscată a CM. Bacteriile Gram-negative conțin doar 1-2 straturi de mureină, care reprezintă aproximativ 10% din masa uscată a CS.

Peptidoglicanul este reprezentat de molecule polimerice formate din grupări repetate de dizaharide, a căror formare implică N-acetilglucozamină și acid N-acetilmuramic, acesta din urmă leagă dizaharidele cu oligopeptide (din 20 de aminoacizi cunoscuți în CS bacteriilor, s-au găsit doar 4 - acid glutamic, glicină, lizină și alanină). CS bacterian include, de asemenea, aminoacizi unici, cum ar fi diaminopimelic și D-izomerii acidului glutamic și alaninei. Lizozima hidrolizează peptidoglicanul prin scindarea legăturilor glicozidice dintre N-acetilglucozamină și acidul N-acetilmuramic.

Legătura încrucișată de peptidoglican implică formarea unei legături peptidice între restul terminal al unei catene laterale peptidice (de obicei D-alanină) cu penultimul rest al lanțului lateral adiacent (L-lizină sau acid diaminopimelic).

Bacteriile Gram-pozitive au un CS simplu organizat, dar puternic, constând în principal din mai multe straturi de peptidoglican, inclusiv unic polimerii acidului teicoic– lanțuri de 8-50 reziduuri de glicerol sau ribitol, interconectate prin punți de fosfat.

Bacteriile gram-negative au un CS mai subțire (comparativ cu bacteriile gram-pozitive), care include un strat bimolecular de peptidoglican și nu conține acid teicoic.

Pe partea superioară a stratului de peptidoglican este o membrană suplimentară sau exterioară. Grosimea sa depășește dimensiunea unui monostrat de peptidoglican.

Componentele membranei exterioare: dublu strat fosfolipidic, proteine, polizaharide și LPS, dispuse în mozaic.

Bistrat fosfolipidic atașat de peptidoglican prin lipoproteine ​​care traversează spațiul periplasmatic.

Veverițe, inclusiv porine, formând canale transmembranare, sunt implicate în transportul ionilor și compușilor hidrofili din mediul extern către periplasmă.

LPS format dintr-o parte lipidă (lipida A), un miez bogat în polizaharide și lanțuri laterale polizaharide. Partea polizaharidă a LPS are proprietăți imunogene și se numește O-Ag. Partea lipidică este stabilă la căldură și este responsabilă de efectele biologice ale endotoxinei.

Autolizinele. CS bacteriene conțin autolizine, enzime care dizolvă stratul de peptidoglican. Activitatea lor este necesară pentru procesele de creștere celulară, diviziune celulară, sporulare și atingerea unei stări de competență în timpul transformării.

Membrana citoplasmatica(altfel membrana celulară sau plasmatică) este o barieră fizică, osmotică și metabolică între conținutul intern al unei celule bacteriene și mediul extern. CPM are o structură complexă cu trei straturi și se caracterizează printr-o permeabilitate selectivă pronunțată. În unele bacterii, între CPM și CS există un spațiu periplasmatic - o cavitate plină cu enzime (ribonucleaze, fosfataze, penicilinaze etc.), enzimele curg liber mediu. CPM bacterian este format din proteine, lipide, carbohidrați și ARN.

Veverițe CPM este împărțit în structuralŞi funcţional. Acestea din urmă includ enzime implicate în reacții sintetice de pe suprafața membranei, procese redox, precum și unele enzime speciale (de exemplu, pătrunde).

Centrul este situat sistemul de transport al electronilor bacterian, asigurarea necesarului de energie.

mezozomi - invaginări complexe ale CPM, ale căror funcții nu au fost încă pe deplin stabilite. Se știe că sunt asociate cu nucleoid și sunt legate de diviziunea și sporularea celulelor.

Îndepărtarea CS, care protejează CPM adiacent, duce la liza bacteriilor sau la formarea de protoplaste și sferoplaste, care diferă ca origine (de la bacteriile gram-pozitive sau, respectiv, gram-negative), precum și în stabilitatea osmotică. Fiind într-un mediu izotonic, bacteriile lipsite de CS sunt capabile să absoarbă O 2 și să elibereze CO 2, precum și să se înmulțească.

În formă de L. Sub influența unora factori externi bacteriile sunt capabile să piardă CS, formând forme L (numite după Institutul D. Lister, unde au fost izolate pentru prima dată). O astfel de transformare poate fi spontană (de exemplu, în chlamydia) sau indusă (de exemplu, sub influența antibioticelor). Evidențiați forme L stabile și instabile. Primii nu sunt capabili de revenire, în timp ce cei din urmă revin la formele lor originale după înlăturarea factorului cauzal.

Reprezentanții grupului de micoplasme (clasa Mollicutes) nu au pereți celulari.

Citoplasma bacteriile - o matrice pentru implementarea reacțiilor vitale - este separată de CS printr-o membrană citoplasmatică. Citoplasma majorității bacteriilor conține ADN, ribozomi și granule de depozitare; restul spatiului este ocupat de faza coloidala, componentele sale principale sunt enzimele solubile si ARN-ul (ARN de matrice si de transfer). Bacteriilor le lipsesc diverse organele caracteristice celulelor eucariote, iar funcțiile lor sunt îndeplinite de CPM bacterian.

ADN. O celulă bacteriană nu are membrană nucleară. ADN-ul este concentrat în citoplasmă sub forma unei bobine numită nucleoid sau genofor.

Genofor bacteria este reprezentată de o moleculă de ADN supercoiled dublu elicoidal circular închisă covalent, constituind 2-3% din masa uscată a celulei (mai mult de 10% în volum). Lungimea conturului moleculei variază de la 0,25 la 3 mm. Superhelixul ADN bacterian nu conține histone. Cantitatea de informații genetice codificate în genefor variază între specii (de exemplu, genomul Escherichia coli codifică aproximativ 4.000 de polipeptide diferite).

Plasmide. În bacterii, o moleculă suplimentară de ADN poate fi prezentă sub formă de elemente extracromozomiale sau integrată în genofor. Astfel de incluziuni sunt numite plasmide (respectiv epizomală sau integrată). ADN-ul epizomal este, de asemenea, caracterizat printr-o formă de inel, dar epizomul este mai mic ca dimensiune decât cromozomul bacterian. Plasmidele poartă un număr de gene diferite și adesea determină virulența bacteriilor, dar informațiile conținute în plasmide nu sunt absolut necesare pentru celula bacteriană.

Ribozomi bacteriile sunt formațiuni globulare complexe formate din diverse molecule de ARN și multe proteine ​​asociate. Întreaga formațiune funcționează ca un loc al sintezei proteinelor.

ribozomi 70S. Diametrul ribozomilor bacterieni este de aproximativ 20 nm. Coeficientul de sedimentare – ​​70S (unități Svedberg). Ribozomii bacterieni constau din două subunități cu un coeficient de sedimentare de 50S pentru una și 30S pentru cealaltă. Unirea subunităților are loc înainte de începerea sintezei proteinelor. În funcție de intensitatea creșterii, o celulă bacteriană poate conține de la 5.000 la 50.000 de ribozomi.

Antibioticele bacteriostatice (streptomicina, tetraciclina, cloramfenicolul) inhibă sinteza proteinelor, blocând unele procese metabolice care apar în ribozomii bacterieni.

Peleți de rezervă conțin un exces temporar de metaboliți. Prezența și numărul de granule variază în funcție de tipul de bacterii și de activitatea lor metabolică. Polizaharidele (amidon, glicogen, granulosa), grăsimile (trigliceridele, similare grăsimilor animalelor superioare, sunt stocate în drojdia din genul Candida; ceară - în micobacterii și nocardie; polimeri ai acidului β-hidroxibutiric - de exemplu în celulele Bacilului megaterium), pot fi stocate sub formă de granule (de exemplu, volutina, descoperită pentru prima dată în Spirillum volutans), sulf (în bacterii care oxidează sulfura în sulfat), proteine ​​- de exemplu, protoxină (în Bacillus thuringiensis și specii înrudite). ).

Virușii care conțin ADN fie au propriile enzime de replicare (în capsidă), fie genomul lor codifică informații despre sinteza enzimelor virale care asigură replicarea acidului nucleic viral. Cantitatea acestor enzime variază atunci când este aplicată la diferiți viruși. De exemplu, genomul virusului bacterian T4 codifică informații despre sinteza a aproximativ 30 de enzime virale. În plus, genomul virusurilor mari codifică nucleaze care distrug ADN-ul celulei gazdă, precum și proteine, al căror efect asupra ARN polimerazei celulare este însoțit de faptul că „ARN polimeraza tratată în acest mod transcrie diferite gene virale. în diferite stadii de infecție virală. În schimb, virusurile ADN mici sunt mai dependente de enzimele celulei gazdă. De exemplu, sinteza ADN-ului adenovirusurilor este asigurată de enzimele celulare.[...]

ADN-ul bacterian este un compus extrem de polimer format din număr mare nucleotide - polinucleotide cu o greutate moleculară de aproximativ 4 milioane O moleculă de ADN este un lanț de nucleotide, în care dispunerea lor are o anumită secvență. Secvența bazelor azotate codifică informația genetică a fiecărei specii. Încălcarea acestei secvențe este posibilă din cauza mutațiilor naturale sau sub influența factorilor mutageni. În acest caz, microorganismul câștigă sau pierde unele proprietăți. Caracteristicile lui se schimbă ereditar, adică apare o nouă formă a microorganismului. În toate microorganismele - procariote și eucariote - purtătorii de informații genetice sunt acizii nucleici - ADN și ARN. Doar unii viruși sunt o excepție: nu au ADN, iar informațiile ereditare sunt înregistrate sau reflectate doar în ARN.[...]

În celulele bacteriene, numărul total de baze ADN conține 32-65 mol.% guanină și citozină.[...]

Nucleul unei celule bacteriene. Aproximativ 1-2% din masa uscată a microorganismelor este ADN, care conține informațiile genetice ale organismului. Majoritatea microorganismelor au o zonă (sau mai multe zone) în care se concentrează cea mai mare parte a ADN-ului, având o structură specifică (sau organel) și numită nucleu. Nucleul (sau substanța nucleară) este asociat cu o membrană citoplasmatică, indiferent dacă este înconjurat de membrane elementare (ca la amibe) sau fără ele (ca la bacterii și alge albastru-verzi). Substanța nucleară este activată în timpul perioadei de reproducere și odată cu debutul modificărilor legate de vârstă asociate cu îmbătrânirea celulară.[...]

Segmentul de ADN (gena) care este destinat clonării moleculare trebuie să aibă capacitatea de a se replica atunci când este transferat într-o celulă bacteriană, adică să fie un replicon. Cu toate acestea, el nu are o astfel de abilitate. Prin urmare, pentru a asigura transferul și detectarea genelor clonate în celule, acestea sunt combinate cu așa-numiții vectori genetici. Acesta din urmă trebuie să aibă cel puțin două proprietăți. În primul rând, vectorii trebuie să fie capabili de a se replica în celule și în mai multe copii. În al doilea rând, ele trebuie să ofere capacitatea de a selecta celulele care conțin vectorul, adică să aibă un marker care poate fi utilizat pentru a contra-selecta celulele care conțin vectorul împreună cu gena donată (molecule de ADN recombinant). Plasmidele și fagii îndeplinesc aceste cerințe. Plasmidele sunt vectori buni deoarece sunt repliconi și pot conține gene de rezistență la orice antibiotic, ceea ce permite selectarea bacteriilor pentru rezistența la acest antibiotic și, prin urmare, detectarea ușoară a moleculelor de ADN recombinat [...]

În bacterii, ADN-ul este împachetat mai puțin strâns, spre deosebire de nucleele adevărate; Un nucleoid nu are o membrană, un nucleol sau un set de cromozomi. ADN-ul bacterian nu este asociat cu principalele proteine ​​- histonele - și este situat în nucleoid sub forma unui mănunchi de fibrile [...]

Utilizarea tehnicilor ADN recombinant pentru a produce agenți biologici pentru controlul poluării este în stadii incipiente, dar o tehnică care se poate dovedi utilă în viitorul apropiat este sondarea genetică. Selecția organismelor capabile să transforme un nou compus se bazează adesea pe capacitatea de a utiliza substanța ca substrat de creștere. Dacă creșterea este slabă sau substratul este doar metabolizat, atunci metodele de selecție vor fi nepotrivite pentru identificarea capacității de degradare. Prin urmare, ar fi util să se dezvolte sondarea genetică pentru a identifica secvențe specifice în plasmide și cromozomi pentru a determina potențialul catabolic chiar dacă acest potențial nu este exprimat. Astfel de sonde sunt proiectate pentru plasmidele TOL. Metoda poate identifica o colonie bacteriană care conține o plasmidă TOL printre 106 colonii de Escherichia coli. Astfel de instrument puternic va fi de mare importanță pentru izolarea funcțiilor catabolice ascunse.[...]

Dezvoltarea unei tehnici elegante pentru a obține „clonarea” ADN-ului cantitate mare copii exacte ale fragmentelor specifice de ADN (Fig. 13.4) a deschis recent noi orizonturi în studiul structurii, organizării și funcției genomului. Dacă scindați DIC dublu catenar cu una dintre enzimele de „restricție” (una dintre nucleaze), care recunosc și scindează în mod specific secvențe scurte de nucleotide (4-6 perechi), atunci apar fragmente de ADN foarte reproductibile. Capetele a două catene de ADN sunt de obicei deplasate unul față de celălalt datorită specificității locurilor de tăiere ale unei molecule dublu catenare, ale cărei catene sunt complementare în compoziția de bază. ADN-ul este de obicei inserat într-o genă plasmidă importantă pentru reproducere, cum ar fi o genă de rezistență la antibiotice, care permite bacteriilor care conțin plasmida să crească în prezența antibioticului.[...]

În bacterii, în timpul replicării, se formează multe copii ale plasmidelor și în acest fel este posibil să se „crească” cantitati mari fragmente de ADN încorporate și apoi pur și simplu izolați-le din nou prin digestie cu aceeași enzimă de restricție și separarea produselor rezultate prin electroforeză pe gel. Utilizarea acestei metode de recombinare a ADN-ului a revoluționat studiul genelor.[...]

S-a descoperit recent că razele de intensitate scăzută cu o lungime de undă de 320-400 nm (o regiune apropiată de zona luminii vizibile) au un efect mutagen asupra virusurilor ADN bacteriene. Posibilul efect al radiațiilor în acest interval de lungimi de undă asupra virusurilor plantelor nu a fost încă descoperit.[...]

Curbele dependenței de reasociere față de COT obținute pentru ADN-ul bacterian sunt lipsite de îndoituri, iar DIC-ul eucariotelor se reasociază după un alt tip (Fig. 13.2). La concentrații scăzute de ADN și un timp scurt de incubare, o fracțiune vizibilă a ADN-ului monocatenar este renaturalizată, iar odată cu creșterea COT, se formează COT. cantitate suplimentară molecule dublu catenare, astfel încât se obține o curbă în două faze. Reaturarea rapidă la valori scăzute ale COT arată că unele secvențe la eucariote se repetă de multe ori, adică de până la 10.000 de ori sau mai mult.

Absența CXC poate fi imitată și în cazurile în care ADN-ul fagilor de testare nu conține situsuri recunoscute de enzima de restricție existentă în tulpina studiată. Acest fenomen reprezintă una dintre variantele modificărilor adaptative evolutive ale virusurilor bacteriene menite să îi ajute să depășească bariera CXC. Efectul presiunii de selecție în acest caz particular este exprimat într-o scădere semnificativă statistic a numărului sau chiar eliminarea completă în ADN-ul fag a secvențelor de nucleotide care sunt substratul enzimelor de restricție caracteristice celulelor gazdă ale virusului bacterian.[.. .]

Lindegren a descris etapele posibile ale formării unui bacteriofag din ADN-ul profag, sugerând că profagul ia naștere ca un fragment de ADN bacterian străin care a intrat accidental în celulă, care în stadiile incipiente se împarte sincron cu ADN-ul bacterian. Următoarea etapă importantă în dezvoltarea virusului ar fi o astfel de schimbare a profagului, în urma căreia reproducerea sa, independentă de ADN-ul celulei gazdă, a devenit posibilă; ca urmare, profagul va fi folosit. toate nucleotidele disponibile, perturbând astfel creșterea celulei gazdă. În cele din urmă, într-o etapă ulterioară, s-ar putea forma o înveliș proteic de protecție și ar apărea alte proteine, care ar asigura supraviețuirea ADN-ului în afara corpului gazdă și infecția eficientă a celulelor noi. Fragmentul separat de ADN bacterian a codificat inițial proteine ​​adaptate funcțiilor bacteriene. Sunt necesare modificări foarte semnificative ale ADN-ului pentru ca obiecte la fel de complexe și specializate, de exemplu, fagul T2 al E. coli, care conțin și baze care sunt absente în DIC bacterian.

Informația genetică a bacteriilor nu se limitează la ADN-ul situat în nucleoidul celulei bacteriene. După cum sa menționat deja în secțiunile anterioare ale cărții, elementele extracromozomiale, numite colectiv plasmide, servesc și ca purtători de proprietăți ereditare. Spre deosebire de echivalentele nucleare ADN, nucleoizii, care sunt organitele unei celule bacteriene, plasmidele sunt elemente genetice independente. Pierderea plasmidelor sau dobândirea lor nu afectează biologia celulei (achiziția plasmidelor are influență pozitivă numai asupra populaţiei în ansamblu, crescând viabilitatea speciei). Plasmidele transmisibile le includ pe cele care inițiază proprietățile donorului în celulele gazdă. În același timp, acestea din urmă primesc o nouă calitate - capacitatea de a se conjuga cu celulele primitoare și de a le oferi plasmidele lor. Celulele primitoare, care dobândesc plasmide în timpul conjugării, se transformă ele însele în donatori.[...]

Absența adsorbției nu epuizează varietatea opțiunilor de interacțiune dintre virusurile bacteriene și celulele microbiene. Ele ilustrează doar o latură a acestui fenomen, și anume manifestarea mecanismelor de protecție celulară care fenotipic (după criteriul lipsei de creștere) imită restricția. Cu toate acestea, există o altă variantă a interacțiunii celulă-bacteriofag care poate imita absența CXC. Exemple de astfel de mecanisme sunt sinteza inhibitorilor și metilazelor codificate de genele fagice care protejează ADN-ul viral de acțiunea enzimelor de restricție de tip II.[...]

Mecanismul efectului dezinfectant al clorului este asociat cu tulburările metabolice ale celulei bacteriene în timpul procesului de dezinfecție a apei. În același timp, a fost evidențiat un efect asupra activității enzimatice a bacteriilor, în special asupra dehidrogenazelor care catalizează reacțiile redox în celula bacteriană. A. M. Skidalskaya (1969) a studiat efectul clorului asupra procesului de decarboxilare a aminoacizilor bacterieni, care are loc în prezența enzimelor decarboxilază strict specifice și, de asemenea, a determinat compoziția nucleotidică a ADN-ului Escherichia coli după finalizarea procesului de dezinfecție la diferite niveluri. de efect bactericid.[ ..]

Bacteriofagii din grupul T au forma unor bețișoare care măsoară 100 x 25 nm. Genomul lor este reprezentat de ADN. Sunt fagi virulenți, deoarece după ce infectează celulele bacteriene, acestea din urmă sunt lizate, eliberând un număr mare de particule de fagi nou sintetizate [...]

Plasmidele bacteriene sunt structuri genetice situate în citoplasmă și reprezentând molecule de ADN cu dimensiuni cuprinse între 2250 și 400.000 de perechi de baze azotate. Ele există separat de cromozomi în cantități de la una la câteva zeci de copii per celulă bacteriană.[...]

Tulpina Pseu.dom.onas vug1 ae ri. pka8eoIco1a are o plasmidă lungă de 150 mii bp, care se poate replica autonom sau poate fi integrată în cromozomul bacterian. Excizia imprecisă ulterioară a produs o familie de plasmide cu lungimea cuprinsă între 35 și 270 kb, dintre care unele conțineau segmente mari de ADN cromozomial.[...]

În timpul evoluției, bacteriile au dezvoltat capacitatea de a sintetiza așa-numitele enzime de restricție (endonucleaze), care au devenit parte a sistemului celular (bacterian) de restricție-modificare. La bacterii, sistemele de restricție-modificare sunt un sistem imunitar intracelular pentru protejarea împotriva ADN-ului străin. Spre deosebire de organismele superioare, în care recunoașterea și distrugerea virusurilor, bacteriilor și a altor agenți patogeni are loc extracelular, în bacterii, protecția împotriva ADN-ului străin (ADN-ului plantelor și animalelor în corpurile cărora trăiesc) are loc intracelular, adică atunci când ADN-ul străin pătrunde în citoplasma bacteriilor. Pentru a se proteja, bacteriile au dezvoltat și capacitatea de a-și „eticheta” propriul ADN cu baze de metilare pe anumite secvențe. Din acest motiv, ADN-ul străin, din cauza absenței grupărilor metil pe aceleași secvențe, este topit (tăiat) în fragmente de către diferite enzime de restricție bacteriene, iar apoi degradat de exonucleazele bacteriene în nucleotide. Putem spune că în acest fel bacteriile se protejează de ADN-ul plantelor și animalelor, în corpurile cărora trăiesc temporar (ca agenți patogeni) sau permanent (ca saprofite).[...]

Proprietățile ereditare ale bacteriilor sau caracteristicile individuale sunt codificate în unități de ereditate - gene, localizate liniar în cromozom de-a lungul catenei de ADN. În consecință, o genă este un fragment dintr-o catenă de ADN. Fiecare caracteristică corespunde unei gene specifice și, adesea, unei părți și mai mici de ADN - un codon. Cu alte cuvinte, catena de ADN conține informații despre toate proprietățile bacteriilor într-o ordine liniară. Cu toate acestea, bacteriile au încă o caracteristică. Nucleele eucariotelor conțin de obicei mai mulți cromozomi, numărul acestora în nucleu este constant la fiecare specie. Nucleoidul bacterian conține doar un inel al unei catene de ADN, adică un cromozom. Cu toate acestea, suma caracteristicilor ereditare ale unei celule bacteriene nu este epuizată de stocul de informații conținut într-un cromozom sau într-o spirală de ADN dublu catenară închisă în formă de inel. Plasmidele conțin ADN, care transportă și informații genetice transmise de la celula mamă la celula fiică.[...]

Mutațiile sunt modificări ale aparatului genic al unei celule, care sunt însoțite de modificări ale caracteristicilor controlate de aceste gene. Există macro și microdaune la ADN, ceea ce duce la modificări ale proprietăților celulei. Modificările macro, și anume: pierderea unei secțiuni a ADN-ului (diviziunea), mișcarea unei secțiuni separate (translocarea) sau rotația unei anumite secțiuni a moleculei cu 180° (inversie) sunt observate relativ rar la bacterii, sau mutații punctuale , adică sunt mult mai tipice pentru ele modificări calitative ale genelor individuale, de exemplu, înlocuirea unei perechi de baze azotate. Mutațiile pot fi directe și inverse sau inverse. Mutațiile directe sunt mutații în organismele de tip sălbatic, de exemplu, pierderea capacității de a sintetiza în mod independent factorii de creștere, adică o tranziție de la proto- la auxotrofie. Mutațiile din spate reprezintă o întoarcere sau o întoarcere la tipul sălbatic. Capacitatea de a reveni este caracteristică mutațiilor punctuale. Ca urmare a mutațiilor, se modifică caracteristici atât de importante precum capacitatea de a sintetiza independent aminoacizi și vitamine (mutanți auxotrofici) și capacitatea de a forma enzime. Aceste mutații sunt numite biochimice. Mutațiile care duc la modificări ale sensibilității la antibiotice și alte substanțe antimicrobiene sunt de asemenea bine cunoscute. Pe baza originii lor, mutațiile sunt împărțite în spontane și induse. Spontanele apar spontan, fără intervenția omului și sunt aleatorii în natură. Frecvența unor astfel de mutații este foarte scăzută și variază de la 1 X 10-10 la 1 X 10-10. Cele induse apar atunci când microorganismele sunt expuse la factori mutageni fizici sau chimici. Factorii fizici care au un efect mutagen includ ultravioletele și radiatii ionizante, precum și temperatura. O serie de compuși sunt mutageni chimici, iar dintre aceștia cei mai activi sunt așa-numiții supermutageni. ÎN conditii naturaleși experiment, modificări în compoziția populațiilor bacteriene pot apărea ca urmare a acțiunii a doi factori - mutații și autoselecție, care apare ca urmare a adaptării unor mutanți la condițiile de mediu. Acest proces se observă în mod evident într-un mediu în care sursa alimentară predominantă este o substanță sintetică, de exemplu, un surfactant sau caprolactamă.[...]

O singură celulă de E. coli este înconjurată de o membrană celulară cu trei straturi de aproximativ 40 nm grosime, care este o „pungă” sau „plic” care conține conținut celular sub formă de aproximativ 2 x 10 16 g de proteine, 6 x 10 16 g de ADN și 2 x 10 14 g de ARN (în principal ARN ribozomal). Într-o celulă bacteriană sunt sintetizate aproximativ 2000 de proteine ​​diferite, dintre care majoritatea se găsesc în citoplasmă. Concentrația unor proteine ​​este de 10“® M, în timp ce altele sunt de ordinul a 2 x 10“4 M (de la 10 la 200.000 de molecule per celulă).

În organismele unicelulare, reproducerea sexuală are loc sub mai multe forme. Conjugarea se găsește și la ciliați, în care în timpul acestui proces are loc un transfer de nuclee de la un individ la altul, urmat de divizarea acestuia din urmă.[...]

Bacterii: procariote („prenucleare”) organisme unicelulare. Celulele lor nu au un nucleu separat de citoplasmă. Cu toate acestea, programul genetic, ca și cel al tuturor organismelor vii, este codificat ca o secvență de nucleotide în ADN și poartă informații despre structura proteinelor. Celulele bacteriene nu conțin organele precum cloroplastele (specializate pentru fotosinteză) și mitocondriile (specializate pentru respirația celulară și sinteza ATP). Aceste procese biochimice apar în bacterii din citoplasmă.[...]

Dimensiunile celulelor extrem de mici sunt o caracteristică, dar nu și principala caracteristică a bacteriilor. Toate bacteriile sunt reprezentate de un tip special de celulă care nu are un nucleu adevărat înconjurat de o membrană nucleară. Un analog al nucleului din bacterii este nucleoidul - plasmă care conține ADN, nedelimitat de citoplasmă printr-o membrană. În plus, celulele bacteriene se caracterizează prin absența mitocondriilor, cloroplastelor și structura specialași compoziția structurilor membranare și a pereților celulari. Organismele ale căror celule nu au un nucleu adevărat sunt numite procariote (prenucleare) sau protocite (adică organisme cu o organizare celulară primitivă).[...]

Celulele de micoplasmă au formă ovală și dimensiunea lor este de aproximativ 0,1-0,25 nm în diametru (Fig. 43). Ele sunt caracterizate prin prezența unei membrane plasmatice exterioare subțiri (grosime - aproximativ 8 nm), care înconjoară citoplasma care conține o moleculă de ADN suficientă pentru a codifica aproximativ 800 de proteine ​​diferite, ARN. diferite tipuri, ribozomi cu un diametru de aproximativ 20 nm. Citoplasma lor conține diverse incluziuni sub formă de proteine, granule lipidice și alți compuși. Din cauza rigidității celulare insuficiente, membranele micoplasmei trec prin filtre bacteriene.[...]

S-a stabilit că pe ribozomi are loc legarea aminoacizilor activați și aceștia sunt așezați într-un lanț polipeptidic în conformitate cu informațiile genetice primite de la nucleu prin ARN-ul mesager (ARNm), care citește informațiile corespunzătoare din ADN și o transmite. la ribozomi. Pe ribozomi izolați sunt sintetizate un număr de proteine ​​și se remarcă includerea în ei a aminoacizilor marcați. Rolul matricei în sinteza proteinelor este îndeplinit de ARNm, care este atașat de ribozom. Pe suprafața acestuia din urmă, are loc o interacțiune între un complex de aminoacizi, ARN de transfer care poartă următorul aminoacid și secvența de nucleotide a ARN-ului mesager, care funcționează pe ribozom o dată și, după sinteza lanțului polipeptidic, se dezintegrează, iar proteina nou sintetizată se acumulează în ribozomi. Într-o celulă bacteriană, cu o perioadă de regenerare de 90 de minute, rata de turnover a ARNm ajunge la 4-6 secunde.[...]

Citoplasma este o soluție coloidală, a cărei fază dispersată este compuși proteici complexi și substanțe asemănătoare grăsimilor, iar mediul de dispersie este apa. Unele forme de bacterii conțin incluziuni în citoplasmă - picături de grăsime, sulf, glicogen etc. Componentele permanente ale celulelor bacteriene sunt excrescențe speciale ale membranei citoplasmatice - mezosomi, care conțin sisteme redox enzimatice. În aceste formațiuni au loc procese asociate în principal cu respirația bacteriilor. În incluziuni mici - ribozomi care conțin acid ribonucleic, are loc biosinteza proteinelor. Cele mai multe tipuri de bacterii nu au un nucleu separat. Substanța nucleară, reprezentată de ADN, nu este separată de citoplasmă și formează un nucleoid. Transportul substanțelor necesare vieții celulei și îndepărtarea produselor metabolice se realizează prin canale și cavități speciale, separate de citoplasmă printr-o membrană având aceeași structură cu cea citoplasmatică. Această formațiune structurală se numește reticul endoplasmatic (reticul).[...]

O idee despre variabilitatea și ereditatea bacteriilor nu se poate forma fără cunoașterea unor prevederi ale geneticii moleculare a celulei procariote. Procesele de adaptare a culturilor microbiene la condițiile de mediu în schimbare se bazează pe variabilitate și ereditate, care sunt secțiuni ale geneticii bacteriene. La prezentarea citologiei unei celule bacteriene, structura ADN-ului și ARN-ului și rolul lor în viața celulei au fost deja luate în considerare. Structura caracteristică a ADN-ului este păstrată la fiecare specie și este transmisă descendenților din generație în generație, ca și alte caracteristici. ADN-ul bacterian este un helix dublu catenar care se închide într-un inel. Catena inelata a ADN-ului bacterian, situata in nucleoid, nu contine proteine. Acest inel ADN corespunde cromozomului unei celule eucariote. Se știe că cromozomul celulelor eucariote, pe lângă ADN, conține întotdeauna o componentă proteică. Rezultă că conceptul de cromozom la eucariote este oarecum diferit de conceptul de cromozom bacterian. Catena de ADN care reprezinta cromozomul bacterian, desigur, diferite tipuri variază. Componenta fosfat de zahăr a ADN-ului este aceeași în toate tipurile de bacterii; aranjarea bazelor azotate și combinarea lor, dimpotrivă, diferă între diferitele specii.[...]

Utilizarea crescândă fără discernământ a antibioticelor la animale, care sunt utilizate în doze mici ca promotori de creștere și, de asemenea, ca măsură preventivă împotriva tulburărilor gastrointestinale legate de stres la animalele de fermă, duce la creșterea prevalenței rezistenței la antibiotice a factorului R în populațiile microbiene. , transmisă de la o celulă bacteriană la alta în timpul conjugării. Transmiterea are loc printr-o plasmidă, care este un ADN circular extracromozomial capabil de replicare.[...]

Spre deosebire de fagii virulenți, sunt cunoscuți așa-numiții fagi cu acțiune moderată, sau pur și simplu fagi moderati. Un reprezentant tipic al unor astfel de fagi este fagul X, care a fost și este folosit ca model experimental pentru a clarifica multe întrebări de genetică moleculară. Fagul X are două proprietăți importante. La fel ca fagii virulenți, poate infecta celulele bacteriene, se poate reproduce vegetativ, producând sute de copii în celule și poate liza celulele eliberând particule de fagi mature. Cu toate acestea, ADN-ul acestui fag poate fi inclus în cromozomul bacterian, transformându-se într-un profag. În acest caz, are loc așa-numita lizogenizare a bacteriilor, iar bacteriile care conțin profagul sunt numite lizogenice. Celulele bacteriene lizogenice pot poseda un profag pentru o perioadă nedeterminată de timp fără a fi lizate. Liza cu eliberarea de noi particule de fagi este observată după expunerea bacteriilor lizogenice la orice factor, de exemplu, radiația UV, care induce dezvoltarea unui profag într-un fag. Studiul bacteriilor lizogenice a făcut posibilă obținerea unui număr de date noi despre rolul diferitelor proteine ​​în acțiunea genelor fagilor.[...]

Seria genomului cloroplast plante superioare este format din 120 de gene. Genomul cloroplastului este foarte asemănător cu genomul bacterian, atât în ​​organizare, cât și în funcție. Genomul mitocondrial uman nu are probabil introni, dar intronii se găsesc în ADN-ul cloroplastelor unor plante superioare, precum și în ADN-ul mitocondriilor ciupercilor. Se crede că genomul de cloroplast al plantelor superioare rămâne neschimbat timp de aproximativ câteva milioane de ani. Este posibil ca o asemenea antichitate să fie și caracteristică genomi mitocondriali mamifere, inclusiv oameni.[...]

Diagramele moderne care ilustrează activitatea genelor sunt construite pe baza unei analize logice a datelor experimentale obținute prin metode biochimice și genetice. Utilizarea metodelor subtile de microscopie electronică permite să vedem literalmente activitatea aparatului ereditar al celulei. Recent, au fost obținute imagini microscopice electronice, care arată cum pe matricea ADN bacteriană, în acele zone în care moleculele de ARN polimerază (o enzimă care catalizează transcripția ADN-ului în ARN) sunt atașate de ADN, are loc sinteza moleculelor de ARNm. . Catenele de ARNm, situate perpendicular pe molecula liniară de ADN, se deplasează de-a lungul matricei și cresc în lungime. Pe măsură ce catenele de ARN se prelungesc, ribozomii sunt atașați de ele, care, la rândul lor, deplasându-se de-a lungul catenei de ARN către ADN, duc la sinteza proteinelor.[...]

Transducția este transferul de material genetic de la o bacterie donatoare la o bacterie primitoare folosind un fag. Fenomenul de transducție a fost descoperit pentru prima dată în 1951 de către Lederberg și colegii săi în Salmonella typhimurium. În zilele noastre se face o distincție între transducția nespecifică și cea specifică. Cu transducție nespecifică, fagul poate transfera orice trăsătură de la o bacterie donatoare la o bacterie primitoare. Transferul se realizează numai de către fagi temperați (non-virulenți). Fagii temperați sunt capabili să infecteze bacteriile, dar nu se reproduc în ele și nu provoacă liză, ci sunt incluși în ADN-ul celulei bacteriene și în această stare neinfecțioasă sub forma unui așa-numit profag sunt transmise din celulă. la celulă în timpul reproducerii. Culturile bacteriene care conțin un profag sunt numite lizogenice. În aceste culturi, cu o frecvență scăzută (în una din 102 - 105 celule), se observă reproducerea spontană a fagului și liza celulară are loc cu eliberarea de particule de fagi, detectate cu ajutorul bacteriilor indicator pentru care un astfel de fag este virulent. .[...]

Experimentele au fost efectuate pe o celulă cu trei camere, constând dintr-o cameră centrală de lucru și două camere cu electrozi. 750 mg de vată au fost plasate într-o cameră de lucru de 25 X 7 X 37 mm (lungime X lățime X înălțime), separată de camerele electrozilor prin membrane de celofan. Prin intermediul acestuia, soluția inițială a substanțelor studiate a fost alimentată de jos în sus cu o viteză constantă. Conținutul de compuși în soluțiile inițiale furnizate în camera de lucru (C0) și în soluțiile care părăsesc camera (Ci) a fost monitorizat prin maximele de absorbție a proteinelor și acizi nucleiciîn intervalul numerelor de undă (35,5-38) X 103 cm-1 utilizând un spectrofotometru Specord UV-VIS UV. Camerele electrozilor au fost umplute cu granulat cărbune activ iar apa distilata a fost trecuta prin ele intr-un flux separat.

Purtătorul informațiilor genetice ale celulelor bacteriene este ADN-ul. Este un dublu helix format din două lanțuri de polinucleotide. ADN-ul a fost comparat cu o scară în spirală și un cablu electric dublu. Coloana vertebrală a ADN-ului este formată din grupări fosfat și dezoxiriboză. Lanțurile polipeptidice sunt conectate prin legături de hidrogen, care țin împreună baze azotate complementare. Structura ADN-ului bacteriilor este similară cu cea a celulelor eucariote (plante, animale, ciuperci). Spre deosebire de bacterii, virusurile au un singur genom de acid nucleic - ADN sau ARN. Celulele bacteriene, pe lângă ADN, pot avea formațiuni complete genetic, care funcționează autonom. Trebuie subliniat că, pe lângă ADN, purtătorii eredității bacteriene sunt plasmidele și epizomii. În acest sens, orice structură a unei celule bacteriene capabilă de auto-replicare se numește replicon, adică repliconii bacterieni sunt nucleotide, plasmide, epizomi. Plasmidele nu sunt asociate cu o nucleotidă ele rezidă autonom în citoplasma celulei epizomii pot fi în stare liberă, dar cel mai adesea se replic împreună cu ADN-ul;

Cromozomul bacterian este reprezentat de o moleculă de ADN dublu catenar de formă circulară și se numește nucleotidă. Lungimea unei nucleotide atunci când este întinsă este de aproximativ 1 mm. Nucleotida este echivalentul unui nucleu. Este situat în centrul bacteriei. Spre deosebire de eucariote, nucleul bacterian nu are înveliș nuclear, nucleol sau proteine ​​de bază (histone). Nucleotida poate fi detectată la microscop cu lumină. Pentru a face acest lucru, trebuie să colorați celula folosind metode speciale: conform Feulgen sau conform Romanovsky-Giemsa. Examinarea microscopică electronică a arătat că un capăt al ADN-ului a fost atașat de membrana celulară. Se pare că acest lucru este necesar pentru procesul de replicare a ADN-ului.

Creșterea bacteriilor in vitro. Foto: Tess Watson

Spre deosebire de celulele eucariote, procariotelor le lipsesc mitocondriile, aparatul Golgi și reticulul endoplasmatic.

Fiecare catenă de ADN este formată din unități numite nucleotide. Nucleotida conține una dintre bazele azotate (adenină, guanină, timină sau citozină), dezoxiriboză și acid fosforic. Aproximativ 1500 de nucleotide alcătuiesc o genă de mărime medie. Astfel, o genă este o secțiune specifică a ADN-ului responsabilă de manifestarea și dezvoltarea unei trăsături specifice. Genele din ADN sunt aranjate liniar, sunt discrete și capabile de auto-replicare. Secvența de aminoacizi din proteina sintetizată este determinată de secvența nucleotidelor din genă.

Din punct de vedere funcțional, genele sunt împărțite în gene structurale, regulatoare, promotoare și operatore.

Genele structurale sunt gene care determină sinteza enzimelor implicate în reacțiile biologice și în formarea structurilor celulare.

Genele regulatoare sunt responsabile pentru sinteza proteinelor care reglează metabolismul. Aceste gene pot influența activitatea genelor structurale.

Genele promotoare determină începutul transcripției. Ele reprezintă o secțiune a ADN-ului care este recunoscută de ARN polimeraza dependentă de ADN.

Genele operatore sunt intermediari între genele structurale, regiunea promotoare și genele reglatoare.

Setul de gene reglatoare, promotori, operatori și gene structurale se numește operon. Prin urmare, un operon este o unitate genetică funcțională responsabilă de manifestarea unei anumite caracteristici a microorganismelor.

Există operoni inductibili și represibili. De exemplu, operonul inductibil este operonul Lac, ale cărui gene controlează sinteza enzimelor care utilizează lactoza într-o celulă microbiană. Dacă celula nu are nevoie de lactoză, operonul este menținut în stare inactivă și invers.

Un exemplu de operon represibil este operonul triptofan, care asigură producția de triptofan. Acest operon funcționează de obicei în mod constant, iar proteina sa represoare este într-o stare pasivă. Dacă conținutul de triptofan din celulă crește, aminoacidul se leagă de represor și îl activează. Represorul inhibă operonul de lucru și întrerupe sinteza triptofanului.

Cea mai importantă proprietate a ADN-ului este capacitatea de a se replica. Replicarea poate avea loc în tipul theta și tipul sigma. Replicarea ADN-ului Theta începe într-un anumit punct sub forma unui „bombon” și se propagă de-a lungul moleculei în două direcții, trecând printr-o structură intermediară asemănătoare cu litera greacă theta. Cu acest tip de replicare, unul dintre lanțurile moleculei originale de ADN este păstrat, iar al doilea este sintetizat din nucleotide.

Replicarea ADN-ului de tip Sigma are loc printr-o structură intermediară asemănătoare cu litera greacă sigma, de unde și numele acestui tip. Acest tip de replicare se observă în timpul conjugării bacteriilor și a unor fagi. Cu acest tip de replicare, ambele catene de ADN sunt completate pentru a forma ADN dublu catenar.

Genomul bacterian îndeplinește următoarele funcții:

· asigură transferul proprietăților biologice prin moștenire;

· programeaza sinteza proteinelor bacteriene cu anumite proprietati;

· participă la procesele de variabilitate bacteriană;

· asigură păstrarea individualității speciei;

· determină rezistenţă multiplă la un număr de medicamente.

MORFOLOGIA BACTERIILOR

Bacteriile– organisme microscopice, de obicei unicelulare, de natură vegetală (microfloră); Anumite tipuri de bacterii se caracterizează printr-o anumită morfologie cu suficientă constanță. Există trei forme principale de bacterii: sferice sau ovale (coci), bastonașe (bacil) și spirală.

Cocciîmpărțit în perechi - diplococi(Neisseria); tetracoci, dispuși în grupuri de câte 4 în formă de pătrate; coci formatori de pachete, sau sarcine, situate pe „etaje”; streptococi, dispuse în lanțuri; stafilococi, formând ciorchini fără formă, care amintesc oarecum de ciorchinii de struguri.

Bețe. Printre bastoane sunt singur, bacterii aranjate aleatoriu (enterobacteriacee), diplobacil, situat în perechi (de-a lungul unei linii) și streptobacili, formând lanțuri (bacili de antrax).

Bacteriile în formă de spiralăîmpărțit în două grupe - vibrioniși bacterii similare ca formă, a căror curbură a corpului nu depășește un sfert de tură a spiralei (Campylobacter) și spirochete și spirilla, având îndoituri egale cu una sau mai multe spire ale spiralei (agentul cauzal al sifilisului).

Orice bacterie este alcătuită din trei componente: structuri de suprafață, membrana celulară, citoplasmă.

Structurile de suprafață ale bacteriilor sunt capsule, flageli și microvilozități.

Capsuleînconjoară membrana celulară a multor bacterii, inclusiv a celor patogene. Capsulelor le lipsește organizarea ordonată caracteristică peretelui celular bacterian. Există microcapsule, care sunt detectate doar prin microscopie electronică sub forma unui strat de microfibrile mucopolizaharide) și macrocapsule (detectate prin microscopie cu lumină).

Majoritatea capsulelor bacteriene constau din polizaharide complexe. Ele sunt detectate prin colorare conform Burri-Gins sau folosind reacția de umflare Neufeld. Capsulele pot include compuși care conțin azot, cum ar fi cei ai pneumococilor (compuși din polizaharide, glucozamină și acid glucuronic), dar nu pot conține azot, cum ar fi capsulele de leuconostoc (constituite din dextrină, levulan, fructosan și alte monozaharide polimerizate).

Capsulele unor bacterii (Bacillus anthracis) constau din polizaharide și polipeptide formate din monomeri ai acidului D-glutamic, care protejează bacteria de enzimele proteolitice ale fagocitelor.

Flagelii prezent în multe bacterii și asigură mobilitate. Flagelul este un filament curbat spiralat antrenat în rotație de un „motor” situat în punctul de atașare la membrană. La diferite bacterii, grosimea flagelului variază de la 12 la 18 nm, iar lungimea poate ajunge la 20 µm.

Flagelii bacterieni constau dintr-o proteină (flagelină) și sunt formați din subunitățile sale cu o greutate moleculară relativ scăzută. Filamentele flagelilor sunt conduse de un cârlig bazal asemănător cu o membrană, asigurat de un corp bazal, care constă dintr-o pereche de inele la bacteriile gram-pozitive și două perechi de inele la bacteriile gram-negative. Inelele acționează ca un „disc de antrenare” și un „lagăr” pe suprafața interioară a stratului de peptidoglican. Întreaga structură îndeplinește funcția de convertor chimiomecanic (motor flagelin).

Locaţie.

; Deoarece numai substantivele concrete pot varia ca număr, alte LGR au o paradigmă incompletă ca număr. Flagelii sunt localizați pe întreaga suprafață a peretelui celular (bacteriile din familiile Enterobacteriaceae și Bacillaceae).

Flagelii sunt localizați pe întreaga suprafață a peretelui celular (bacteriile din familiile Enterobacteriaceae și Bacillaceae). Un flagel gros la un capăt (vibrioni).

Un flagel gros la un capăt (vibrioni). Mănunchi de 2-50 flageli, vizibili ca un singur.

Flagelii polari sunt atașați la unul sau ambele capete ale bacteriei. Flagelii polari sunt atașați la unul sau ambele capete ale bacteriei.- un mănunchi de flageli la un capăt al unei bacterii (Pseudomonas). - un mănunchi de flageli la un capăt al unei bacterii (Pseudomonas).– fascicule localizate bipolar (Spirillum).

– fascicule localizate bipolar (Spirillum).(pili, fimbriae) sunt fire de păr proteice (de la 10 la câteva mii) cu grosimea de 3-25 nm și lungimea de până la 12 microni.

O. Băutură obișnuită. Multe bacterii Gram-negative au pili lungi și subțiri (fimbrie) care încep pe membrana citoplasmatică și pătrund în peretele celular. Sunt formate din proteine ​​de același tip, ale căror molecule formează un fir elicoidal. Lor funcția principală este atașarea bacteriilor de substraturi, cum ar fi suprafețele mucoase, care este un factor important în colonizare și infecție. În plus, creșterea suprafeței celulei bacteriene îi oferă avantaje suplimentare în utilizarea nutrienților din mediu.

B. F-băut(factor de fertilitate) – formațiuni speciale implicate în conjugarea bacteriilor. Arata ca tuburi goale de proteine ​​cu lungimea de 0,5-10 microni. Formarea lor este codificată de plasmide.

Membrana celulara Majoritatea bacteriilor constau dintr-un perete celular și o membrană citoplasmatică subiacentă.

Peretele celular al bacteriilor este subțire, elastic și rigid și poate fi complet absent la unele bacterii (de exemplu, formele L și micoplasmele). Peretele celular protejează bacteriile de influențele externe, le conferă o formă caracteristică și transportă nutrienți și eliberează metaboliți prin el. Pe suprafața sa există diverși receptori pentru bacteriofagi, bacteriocine și diverse substanțe chimice. CS menține constanta mediului intern și rezistă la o presiune semnificativă din interior (de exemplu, presiunea parțială a substanțelor intracelulare ale bacteriilor gram-pozitive poate ajunge la 30 de atmosfere). Structura și compoziția elementelor CS determină capacitatea de a percepe coloranții, i.e. lor proprietăți tinctoriale. Unul dintre principiile de bază ale diferențierii bacteriene este capacitatea de a percepe și reține complexul colorant de violet de gențiană cu iod în interiorul celulei, sau de a-l pierde după tratamentul cu alcool (colorație Gram). În consecință, se disting gram-pozitive (colorate violet-violet) și gram-negative (roșu).

Componenta principală a CS bacteriană este peptidoglicanul (mureina). Peptidoglicanul este relativ mai abundent în bacteriile Gram-pozitive: proporția rețelei mureine, care are o grosime de aproximativ 40 de straturi, reprezintă 30-70% din masa uscată a CM. Bacteriile Gram-negative conțin doar 1-2 straturi de mureină, care reprezintă aproximativ 10% din masa uscată a CS.

Peptidoglicanul este reprezentat de molecule polimerice formate din grupări repetate de dizaharide, a căror formare implică N-acetilglucozamina siN-acid acetilmuramic, acesta din urmă leagă dizaharidele cu oligopeptide (din 20 de aminoacizi cunoscuți în CS bacteriilor, s-au găsit doar 4 - acid glutamic, glicină, lizină și alanină). CS bacterian include, de asemenea, aminoacizi unici, cum ar fi diaminopimelic și D-izomerii acidului glutamic și alaninei. Lizozima hidrolizează peptidoglicanul prin scindarea legăturilor glicozidice dintre N-acetilglucozamină și acidul N-acetilmuramic.

Legătura încrucișată de peptidoglican implică formarea unei legături peptidice între restul terminal al unei catene laterale peptidice (de obicei D-alanină) cu penultimul rest al lanțului lateral adiacent (L-lizină sau acid diaminopimelic).

Bacteriile Gram-pozitive au un CS simplu organizat, dar puternic, constând în principal din mai multe straturi de peptidoglican, inclusiv unic polimerii acidului teicoic– lanțuri de 8-50 reziduuri de glicerol sau ribitol, interconectate prin punți de fosfat.

Bacteriile gram-negative au un CS mai subțire (comparativ cu bacteriile gram-pozitive), care include un strat bimolecular de peptidoglican și nu conține acid teicoic.

Pe partea superioară a stratului de peptidoglican este o membrană suplimentară sau exterioară. Grosimea sa depășește dimensiunea unui monostrat de peptidoglican.

Componentele membranei exterioare: dublu strat fosfolipidic, proteine, polizaharide și LPS, dispuse în mozaic.

Bistrat fosfolipidic atașat de peptidoglican prin lipoproteine ​​care traversează spațiul periplasmatic.

Veverițe, inclusiv porine, formând canale transmembranare, sunt implicate în transportul ionilor și compușilor hidrofili din mediul extern către periplasmă.

LPS format dintr-o parte lipidă (lipida A), un miez bogat în polizaharide și lanțuri laterale polizaharide. Partea polizaharidă a LPS are proprietăți imunogene și se numește O-Ag. Partea lipidică este stabilă la căldură și este responsabilă de efectele biologice ale endotoxinei.

Autolizinele. CS bacteriene conțin autolizine, enzime care dizolvă stratul de peptidoglican. Activitatea lor este necesară pentru procesele de creștere celulară, diviziune celulară, sporulare și atingerea unei stări de competență în timpul transformării.

Membrana citoplasmatica(altfel membrana celulară sau plasmatică) este o barieră fizică, osmotică și metabolică între conținutul intern al unei celule bacteriene și mediul extern. CPM are o structură complexă cu trei straturi și se caracterizează printr-o permeabilitate selectivă pronunțată. În unele bacterii, între CPM și CS există un spațiu periplasmatic - o cavitate umplută cu enzime (ribonucleaze, fosfataze, penicilinaze etc.), enzimele sunt turnate liber în mediu. CPM bacterian este format din proteine, lipide, carbohidrați și ARN.

Veverițe CPM este împărțit în structuralŞi funcţional. Acestea din urmă includ enzime implicate în reacții sintetice de pe suprafața membranei, procese redox, precum și unele enzime speciale (de exemplu, pătrunde).

Centrul este situat sistemul de transport al electronilor bacterian, asigurarea necesarului de energie.

mezozomi - invaginări complexe ale CPM, ale căror funcții nu au fost încă pe deplin stabilite. Se știe că sunt asociate cu nucleoid și sunt legate de diviziunea și sporularea celulelor.

Îndepărtarea CS, care protejează CPM adiacent, duce la liza bacteriilor sau la formarea de protoplaste și sferoplaste, care diferă ca origine (de la bacteriile gram-pozitive sau, respectiv, gram-negative), precum și în stabilitatea osmotică. Fiind într-un mediu izotonic, bacteriile lipsite de CS sunt capabile să absoarbă O 2 și să elibereze CO 2, precum și să se înmulțească.

L-forme. Sub influența anumitor factori externi, bacteriile sunt capabile să piardă CS, formând forme L (numite după Institutul D. Lister, unde au fost izolate pentru prima dată). O astfel de transformare poate fi spontană (de exemplu, în chlamydia) sau indusă (de exemplu, sub influența antibioticelor). Evidențiați stabil și instabilL-forme. Primii nu sunt capabili de revenire, în timp ce cei din urmă revin la formele lor originale după înlăturarea factorului cauzal.

Reprezentanții grupului de micoplasme (clasa Mollicutes) nu au pereți celulari.

Citoplasma bacteriile - o matrice pentru implementarea reacțiilor vitale - este separată de CS printr-o membrană citoplasmatică. Citoplasma majorității bacteriilor conține ADN, ribozomi și granule de depozitare; restul spatiului este ocupat de faza coloidala, componentele sale principale sunt enzimele solubile si ARN-ul (ARN de matrice si de transfer). Bacteriilor le lipsesc diverse organele caracteristice celulelor eucariote, iar funcțiile lor sunt îndeplinite de CPM bacterian.

ADN. O celulă bacteriană nu are membrană nucleară. ADN-ul este concentrat în citoplasmă sub forma unei bobine numită nucleoid sau genofor.

Genofor bacteria este reprezentată de o moleculă de ADN supercoiled dublu elicoidal circular închisă covalent, constituind 2-3% din masa uscată a celulei (mai mult de 10% în volum). Lungimea conturului moleculei variază de la 0,25 la 3 mm. Superhelixul ADN bacterian nu conține histone. Cantitatea de informații genetice codificate în genefor variază între specii (de exemplu, genomul Escherichia coli codifică aproximativ 4.000 de polipeptide diferite).

Plasmide. În bacterii, o moleculă suplimentară de ADN poate fi prezentă sub formă de elemente extracromozomiale sau integrată în genofor. Astfel de incluziuni sunt numite plasmide (respectiv epizomală sau integrată). ADN-ul epizomal este, de asemenea, caracterizat printr-o formă de inel, dar epizomul este mai mic ca dimensiune decât cromozomul bacterian. Plasmidele poartă un număr de gene diferite și adesea determină virulența bacteriilor, dar informațiile conținute în plasmide nu sunt absolut necesare pentru celula bacteriană.

Ribozomi bacteriile sunt formațiuni globulare complexe formate din diverse molecule de ARN și multe proteine ​​asociate. Întreaga formațiune funcționează ca un loc al sintezei proteinelor.

70 Sribozomi. Diametrul ribozomilor bacterieni este de aproximativ 20 nm. Coeficientul de sedimentare – ​​70S (unități Svedberg). Ribozomii bacterieni constau din două subunități cu un coeficient de sedimentare de 50S pentru una și 30S pentru cealaltă. Unirea subunităților are loc înainte de începerea sintezei proteinelor. În funcție de intensitatea creșterii, o celulă bacteriană poate conține de la 5.000 la 50.000 de ribozomi.

Antibioticele bacteriostatice (streptomicina, tetraciclina, cloramfenicolul) inhibă sinteza proteinelor, blocând unele procese metabolice care apar în ribozomii bacterieni.

Peleți de rezervă conțin un exces temporar de metaboliți. Prezența și numărul de granule variază în funcție de tipul de bacterii și de activitatea lor metabolică. Polizaharidele (amidon, glicogen, granulosa), grăsimile (trigliceridele, similare grăsimilor animalelor superioare, sunt stocate în drojdia din genul Candida; ceară - în micobacterii și nocardie; polimeri ai acidului β-hidroxibutiric - de exemplu în celulele Bacilului megaterium), pot fi stocate sub formă de granule (de exemplu, volutina, descoperită pentru prima dată în Spirillum volutans), sulf (în bacterii care oxidează sulfura în sulfat), proteine ​​- de exemplu, protoxină (în Bacillus thuringiensis și specii înrudite). ).

ADN (acidul dezoxiribonucleic) este un polimer care îndeplinește funcțiile de stocare, transmitere și implementare a informațiilor despre funcțiile vitale ale organismelor. Acesta servește ca purtător de informații despre structura diferitelor tipuri de ARN și proteine.

Nucleul unei celule procariote conține ADN circular - un polimer închis care nu are gene terminale. Aceste molecule (nucleotide) se caracterizează prin atașarea celulelor la membrană din interior. Plasmidele circulare sunt prezente în celulele procariotelor și eucariotelor inferioare. ADN-ul liniar este conținut în celulele animalelor, plantelor și ciupercilor (eucariote).

Începutul dezvoltării rapide a biologiei moleculare a fost provocat în 1953 de descoperirea unei structuri cu dublu lanț. Oameni de știință remarcabili care au contribuit decisiv la această descoperire, Francis Crick, James Watson și Maurice Wilkins, au primit Premiul Nobel în 1962.

Transportatorii

Unii virusuri conțin ADN genomic circular. La om, ADN-ul circular se găsește în mitocondriile din citoplasmă. Purtătorii inelului sunt celulele organismelor prenucleare - procariote: organele celulare mitocondriile și plastidele; cele mai simple bacterii unicelulare. Procariotele sunt reprezentate de multe specii.

ADN circular

Reprezentanții fototrofici - clorofilele și carotenoidele, folosesc lumina ca sursă de energie. Bacteriile cu sulf, asimilând hidrogenul, oxidează hidrogenul sulfurat în sulf și sulfați. Cianobacteriile descompun apa și eliberează oxigen molecular. Bacteriile chimioautotrofe folosesc substanțe anorganice pentru a obține energie. Nitriții se obțin din amoniac prin asimilarea carbonului. Sunt capabili să oxideze fierul feros în fier feric. Bacteriile sunt organotrofe care folosesc reacție chimică fermentația ca sursă de viață. Se mai numesc si anaerobi.

Există și procariote care s-au adaptat să trăiască în corpul ființelor vii. Printre acestea se numără specii de care beneficiază proprietarii lor. De exemplu, bacteriile care ajută la digestia și absorbția nutrienților. Sunt specii care nu fac nici rău, nici nu beneficiază.

Un alt reprezentant al procariotelor cu cianuri este algele albastre-verzi. Ele purifică apa și ajută la mineralizarea produselor putrezite.

Replicare

Structura circulară a ADN-ului este cea mai eficientă pentru dublarea sa, adică replicarea. Replicarea circulară este un proces destul de simplu de dublare a unei molecule. Adică, conform principiului complementarității, diviziunea și creșterea au loc de-a lungul unui alt lanț. Ca rezultat, obținem două ADN-uri fiice care sunt copii identice ale celui original. Replicarea nu este altceva decât creșterea unui organism multicelular sau reproducerea unui organism unicelular. În cazul unei structuri inelare a moleculei, procesul de duplicare are loc cel mai precis, fără eroare, din cauza absenței genelor terminale.

Aplicație și perspective

O nouă eră în medicină este inventarea vaccinurilor. În zilele noastre, o mulțime de cercetări științifice vizează dezvoltarea vaccinurilor. Scopul unei astfel de cercetări este de a preveni morbiditatea umană.

Producerea vaccinurilor ADN are loc folosind tehnici ADN recombinant. Bacteria infectantă este slăbită de mutații artificiale ale genelor. Un principiu similar este utilizat pentru a produce vaccinuri recombinate vii. Ele sunt obținute prin introducerea unei gene care codifică o proteină imunogenă a celulei și apoi inserarea unei plasmide într-un polimer stabil de ADN circular. În plus, elementele sunt inserate în plasmidă pentru inserarea eficientă a genei într-o celulă eucariotă și sinteza proteinelor. Plasmida transformată este plasată într-un mediu bacterian pentru propagare. ADN-ul plasmidic este apoi obținut din bacterii, purificându-l de impurități. Acesta este un vaccin viu. Promovează imunitatea la agenții patogeni. Aceste plasmide nu penetrează cromozomii umani.

Capacitatea vaccinurilor vii de a produce imunitate împotriva agenților patogeni a fost dovedită.

Ingineria genetică oferă oportunități excelente de a transforma celulele eucariote și procariote pentru a produce proteine. Acest lucru face posibilă analiza structurii și funcțiilor proteinelor pentru utilizarea lor ca medicament.

Genele care produc proteine ​​importante în scopuri medicale sunt introduse în organisme simple. Laboratoarele științifice folosesc echipamente specializate pentru a obține medicamente (antibiotice, enzime, hormoni, vitamine și alți compuși activi) din microorganisme special crescute.

Un exemplu este E. coli. Celulele sale servesc la reproducerea hormonului uman insulina. Hormonul produs în acest fel nu are impurități și nu produce efecte nedorite în comparație cu insulina animală. Escherichia coli este capabilă să producă somatotropină. Anterior, era produs din material cadaveric, dar un astfel de hormon ar putea include viruși. Medicamentul antiviral interferonul a luat naștere în laborator datorită ingineriei genetice.

Baza terapiei genice este descoperirea structurii ADN-ului. Lucrul fundamental este corectarea materialului genetic prin modificări controlate.

Astăzi, etapa de dezvoltare implică sarcina de a livra material activ genetic celulelor problematice care conțin o genă defecte. Adică, principalul lucru este să te organizezi mod eficient livrarea și asigurarea funcționării pe termen lung a materialului genetic. O modalitate este de a folosi ADN pur introdus într-o plasmidă. Problema livrării materialelor corective a fost practic rezolvată. Dar sarcini precum stabilitatea, reglarea și siguranța materialului sunt în curs de finalizare.

Terapia genică deschide perspective mari în tratarea bolilor ereditare, a tulburărilor sistemului nervos central sistemul nervos, boli infecțioase și oncologice.

În ciuda progresului semnificativ al științei în studiul structurii, rămân multe întrebări. Cea mai presantă întrebare este motivul prezenței ADN-ului circular în cele mai simple organisme și ADN-ului liniar în organismele superioare.