Ի տարբերություն էուկարիոտների, բակտերիաները չունեն ձևավորված միջուկ, սակայն նրանց ԴՆԹ-ն ցրված չէ ամբողջ բջջում, այլ կենտրոնացած է կոմպակտ կառուցվածքում, որը կոչվում է նուկլեոիդ: Ֆունկցիոնալ առումով այն միջուկային ապարատի ֆունկցիոնալ անալոգն է։
Ի՞նչ է նուկլեոիդը
Բակտերիալ նուկլեոիդը նրանց բջիջների հատվածն է, որը պարունակում է կառուցվածքային գենետիկական նյութ: Ի տարբերություն էուկարիոտային միջուկի, այն թաղանթով առանձնացված չէ մնացած բջջային պարունակությունից և չունի մշտական ձև։ Չնայած դրան, բակտերիաների գենետիկական ապարատը հստակորեն առանձնացված է ցիտոպլազմայից:
Տերմինն ինքնին նշանակում է «միջուկի նման» կամ «միջուկային տարածք»: Այս կառույցն առաջին անգամ հայտնաբերվել է 1890 թվականին կենդանաբան Օտտո Բուխլիի կողմից, սակայն դրա տարբերությունները էուկարիոտների գենետիկ ապարատից հայտնաբերվել են արդեն 1950-ականների սկզբին՝ էլեկտրոնային մանրադիտակի տեխնոլոգիայի շնորհիվ: «Նուկլեոիդ» անվանումը համապատասխանում է «բակտերիալ քրոմոսոմ» հասկացությանը, եթե վերջինս բջիջում պարունակվում է մեկ օրինակով։
Նուկլեոիդը չի ներառում պլազմիդներ, որոնքբակտերիաների գենոմի արտաքրոմոսոմային տարրեր են։
Բակտերիալ նուկլեոիդի առանձնահատկությունները
Սովորաբար, նուկլեոիդը զբաղեցնում է բակտերիաների բջջի կենտրոնական մասը և ուղղված է նրա առանցքի երկայնքով: Այս կոմպակտ գոյացության ծավալը չի գերազանցում 0,5 միկրոն 3, իսկ մոլեկուլային քաշը տատանվում է 1×109-ից մինչև 3×109 դալթոն. Որոշ կետերում նուկլեոիդը կապված է բջջային թաղանթին։
Բակտերիալ նուկլեոիդը պարունակում է երեք բաղադրիչ.
- ԴՆԹ.
- Կառուցվածքային և կարգավորող սպիտակուցներ.
- RNA.
ԴՆԹ-ն ունի քրոմոսոմային կազմակերպություն, որը տարբերվում է էուկարիոտներից: Ամենից հաճախ բակտերիալ նուկլեոիդը պարունակում է մեկ քրոմոսոմ կամ դրա մի քանի օրինակ (ակտիվ աճով դրանց թիվը հասնում է 8-ի և ավելի): Այս ցուցանիշը տատանվում է կախված միկրոօրգանիզմի կյանքի ցիկլի տեսակից և փուլից: Որոշ բակտերիաներ ունեն բազմաթիվ քրոմոսոմներ՝ տարբեր գեներով։
Նուկլեոիդի կենտրոնում ԴՆԹ-ն բավականին ամուր է փաթեթավորված: Այս գոտին անհասանելի է ռիբոսոմների, վերարտադրման և տրանսկրիպցիոն ֆերմենտների համար։ Ընդհակառակը, նուկլեոիդի ծայրամասային շրջանի դեզօքսիռիբոնուկլեինային օղակները անմիջական շփման մեջ են ցիտոպլազմայի հետ և ներկայացնում են բակտերիաների գենոմի ակտիվ շրջանները։
Բակտերիալ նուկլեոիդում սպիտակուցային բաղադրիչի քանակը չի գերազանցում 10%-ը, ինչը մոտ 5 անգամ ավելի քիչ է, քան էուկարիոտիկ քրոմատինում։ Սպիտակուցների մեծ մասը կապված է ԴՆԹ-ի հետ և մասնակցում է դրա կառուցվածքին: ՌՆԹ-ն արտադրանք էբակտերիալ գեների տրանսկրիպցիան, որն իրականացվում է նուկլեոիդի ծայրամասում։
Բակտերիաների գենետիկական ապարատը դինամիկ գոյացություն է, որն ընդունակ է փոխել իր ձևն ու կառուցվածքային կոնֆորմացիան: Այն չունի էուկարիոտ բջջի միջուկին բնորոշ միջուկներ և միտոտիկ ապարատներ։
Բակտերիալ քրոմոսոմ
Շատ դեպքերում բակտերիալ նուկլեոիդ քրոմոսոմներն ունեն փակ օղակաձև ձև: Գծային քրոմոսոմները շատ ավելի քիչ են տարածված: Ամեն դեպքում, այս կառույցները բաղկացած են մեկ ԴՆԹ մոլեկուլից, որը պարունակում է բակտերիաների գոյատևման համար անհրաժեշտ գեների մի շարք։
Քրոմոսոմային ԴՆԹ-ն լրացվում է գերոլորված օղակների տեսքով։ Յուրաքանչյուր քրոմոսոմի օղակների թիվը տատանվում է 12-ից մինչև 80: Յուրաքանչյուր քրոմոսոմ լիարժեք ռեպլիկոն է, քանի որ կրկնապատկվելիս ԴՆԹ-ն ամբողջությամբ պատճենվում է: Այս գործընթացը միշտ սկսվում է վերարտադրության սկզբից (OriC), որը կցվում է պլազմային թաղանթին։
ԴՆԹ-ի մոլեկուլի ընդհանուր երկարությունը քրոմոսոմում մի քանի կարգով մեծ է բակտերիայից, ուստի անհրաժեշտ է դառնում փաթեթավորել այն, բայց պահպանելով ֆունկցիոնալ ակտիվությունը:
Էուկարիոտիկ քրոմատինում այս առաջադրանքները կատարում են հիմնական սպիտակուցները՝ հիստոնները։ Բակտերիալ նուկլեոիդը պարունակում է ԴՆԹ կապող սպիտակուցներ, որոնք պատասխանատու են գենետիկական նյութի կառուցվածքային կազմակերպման համար, ինչպես նաև ազդում են գեների արտահայտման և ԴՆԹ-ի վերարտադրության վրա։
Նուկլեոիդների հետ կապված սպիտակուցները ներառում են՝
- հիստոնանման սպիտակուցներ HU, H-NS, FIS և IHF;
- տոպոիզոմերազներ;
- սպիտակուցներ:
SMC ընտանիքի
Վերջին 2 խմբերը ամենամեծ ազդեցությունն ունեն գենետիկական նյութի գերոլորման վրա։
Քրոմոսոմային ԴՆԹ-ի բացասական լիցքերի չեզոքացումն իրականացվում է պոլիամինների և մագնեզիումի իոնների միջոցով։
Նուկլեոիդի կենսաբանական դերը
Նուկլեոիդն առաջին հերթին անհրաժեշտ է բակտերիաներին՝ ժառանգական ինֆորմացիան պահպանելու և փոխանցելու, ինչպես նաև այն բջջային սինթեզի մակարդակում իրականացնելու համար։ Այլ կերպ ասած, այս ձևավորման կենսաբանական դերը նույնն է, ինչ ԴՆԹ-ին:
Բակտերիալ նուկլեոիդների այլ գործառույթները ներառում են՝
- գենետիկական նյութի տեղայնացում և խտացում;
- ֆունկցիոնալ ԴՆԹ փաթեթավորում;
- նյութափոխանակության կարգավորում.
ԴՆԹ-ի կառուցվածքը ոչ միայն թույլ է տալիս մոլեկուլին տեղավորվել մանրադիտակային բջիջում, այլև պայմաններ է ստեղծում կրկնօրինակման և տրանսկրիպցիոն գործընթացների նորմալ հոսքի համար:
Նուկլեոիդի մոլեկուլային կազմակերպման առանձնահատկությունները պայմաններ են ստեղծում բջջային նյութափոխանակության վերահսկման համար՝ փոխելով ԴՆԹ-ի կոնֆորմացիան: Կարգավորումը տեղի է ունենում քրոմոսոմի որոշակի հատվածներ ցիտոպլազմայի մեջ շրջելով, ինչը դրանք հասանելի է դարձնում տրանսկրիպցիոն ֆերմենտների համար, կամ հակառակը՝ դրանք ներս քաշելով:
Հայտնաբերման մեթոդներ
Բակտերիաներում նուկլեոիդը տեսողականորեն հայտնաբերելու 3 եղանակ կա.
- լուսային մանրադիտակ;
- ֆազային կոնտրաստային մանրադիտակ;
- էլեկտրոնային մանրադիտակ.
Կախված մեթոդիցՆախապատրաստման և հետազոտության մեթոդի դեպքում նուկլեոիդը կարող է տարբեր տեսք ունենալ։
Լուսային մանրադիտակ
Լուսային մանրադիտակի միջոցով նուկլեոիդ հայտնաբերելու համար բակտերիաները նախապես ներկվում են այնպես, որ նուկլեոիդը տարբեր գույն ունի բջջային պարունակությունից, հակառակ դեպքում այս կառուցվածքը տեսանելի չի լինի: Պարտադիր է նաև մանրէները ամրացնել ապակե սլայդի վրա (այս դեպքում միկրոօրգանիզմները մահանում են):
Լուսային մանրադիտակի ոսպնյակի միջոցով նուկլեոիդը նման է հստակ սահմաններով լոբի ձևավորման, որը զբաղեցնում է բջջի կենտրոնական մասը։
Գունավորման մեթոդներ
Շատ դեպքերում բակտերիաների ներկման հետևյալ մեթոդներն օգտագործվում են նուկլեոիդը լուսային մանրադիտակով պատկերացնելու համար.
- ըստ Ռոմանովսկի-Գիմսայի;
- Felgen մեթոդ.
Ռոմանովսկի-Գիմսայի համաձայն ներկելիս բակտերիաները նախապես ամրացնում են ապակե սլայդի վրա մեթիլ սպիրտով, այնուհետև 10-20 րոպե ներծծում են լազուրի, էոնինի և մեթիլեն կապույտի հավասար խառնուրդից ներկանյութով։ լուծված մեթանոլում։ Արդյունքում նուկլեոիդը դառնում է մանուշակագույն, իսկ ցիտոպլազմը՝ գունատ վարդագույն։ Մանրադիտակից առաջ բիծը քամվում է և սլայդը լվանում թորումով և չորանում։
Feulgen մեթոդը օգտագործում է թույլ թթվային հիդրոլիզ: Արդյունքում արձակված դեզօքսիռիբոզան անցնում է ալդեհիդային ձևի և փոխազդում է Շիֆի ռեագենտի ֆուքսին-ծծմբաթթվի հետ։ Արդյունքում նուկլեոիդը դառնում է կարմիր, իսկ ցիտոպլազմը՝ կապույտ։
Ֆազային կոնտրաստային մանրադիտակ
Ֆազային կոնտրաստային մանրադիտակն ունիավելի բարձր լուծում, քան լույսը: Այս մեթոդը չի պահանջում պատրաստման ամրացում և ներկում. դիտարկումը տեղի է ունենում կենդանի բակտերիաների համար: Նման բջիջներում նուկլեոիդը մուգ ցիտոպլազմայի ֆոնի վրա բաց օվալային տարածքի տեսք ունի։ Ավելի արդյունավետ մեթոդ կարելի է պատրաստել լյումինեսցենտային ներկերի կիրառմամբ։
Նուկլեոիդների հայտնաբերում էլեկտրոնային մանրադիտակով
Գոյություն ունի էլեկտրոնային մանրադիտակի տակ նուկլեոիդային հետազոտության համար պատրաստուկ պատրաստելու 2 եղանակ.
- գերբարակ կտրվածք;
- Կտրեք սառեցված բակտերիաները։
Բակտերիաների գերբարակ հատվածի էլեկտրոնային միկրոգրաֆիաներում նուկլեոիդն ունի ցանցի խիտ կառուցվածքի տեսք, որը բաղկացած է բարակ թելերից, որն ավելի թեթև է թվում, քան շրջապատող ցիտոպլազմը:
Սառեցված մանրէի մի հատվածի վրա իմունային ներկումից հետո նուկլեոիդը նման է կորալանման կառուցվածքի՝ խիտ միջուկով և բարակ ելուստներով, որոնք թափանցում են ցիտոպլազմա:
Էլեկտրոնային լուսանկարներում բակտերիաների նուկլեոիդն առավել հաճախ զբաղեցնում է բջջի կենտրոնական մասը և ունի ավելի փոքր ծավալ, քան կենդանի բջջում: Դա պայմանավորված է պատրաստուկը ամրացնելու համար օգտագործվող քիմիական նյութերի ազդեցության պատճառով:
