Эукариоттордон айырмаланып, бактериялардын калыптанган ядросу жок, бирок алардын ДНКсы клетканын ичинде чачырап кетпейт, бирок нуклеоид деп аталган компакт түзүлүштө топтолгон. Функционалдык жактан алганда, бул өзөктүк аппараттын функционалдык аналогу.
Нуклеоид деген эмне
Бактериялык нуклеоид – бул алардын клеткаларындагы структураланган генетикалык материалды камтыган аймак. Эукариоттук ядродон айырмаланып, ал клетканын калган бөлүгүнөн мембрана менен бөлүнбөйт жана туруктуу формага ээ эмес. Ошого карабастан, бактериялардын генетикалык аппараты цитоплазмадан так бөлүнгөн.
Терминдин өзү "ядро сымал" же "ядролук аймак" дегенди билдирет. Бул түзүлүш биринчи жолу 1890-жылы зоолог Отто Бухли тарабынан ачылган, бирок анын эукариоттордун генетикалык аппаратынан айырмасы 1950-жылдардын башында электрондук микроскопия технологиясы аркылуу аныкталган. "Нуклеоид" аталышы "бактериалдык хромосома" түшүнүгүнө туура келет, эгерде акыркысы клеткада бир нускада камтылган болсо.
Нуклеоид плазмидаларды камтыбайтбактерия геномунун хромосомадан тышкары элементтери.
Бактериялык нуклеоиддердин өзгөчөлүктөрү
Адатта, нуклеоид бактерия клеткасынын борбордук бөлүгүн ээлейт жана анын огу боюнча багытталган. Бул компакт түзүлүштүн көлөмү 0,5 микрондон ашпайт3, ал эми молекулалык салмагы 1×109 дан 3×10 чейин өзгөрөт.9 далтон. Кээ бир чекиттерде нуклеоид клетка мембранасы менен байланышат.
Бактериялык нуклеоид үч компонентти камтыйт:
- ДНК.
- Структуралык жана жөнгө салуучу белоктор.
- РНК.
ДНКда эукариоттуктардан айырмаланган хромосомалык уюм бар. Көбүнчө, бактериялык нуклеоид бир хромосоманы же анын бир нече көчүрмөсүн камтыйт (активдүү өсүү менен, алардын саны 8 же андан көпкө жетет). Бул көрсөткүч микроорганизмдин жашоо циклинин түрүнө жана стадиясына жараша өзгөрөт. Кээ бир бактерияларда гендердин ар кандай топтому менен бир нече хромосома бар.
Нуклеоиддик ДНКнын борборунда абдан тыгыз жайгашкан. Бул зонага рибосомалар, репликация жана транскрипция ферменттери жете албайт. Тескерисинче, нуклеоиддин перифериялык аймагынын дезоксирибонуклеиндик илмектери цитоплазма менен түз байланышта болуп, бактерия геномунун активдүү аймактарын билдирет.
Бактериялык нуклеоиддеги белок компонентинин саны 10%тен ашпайт, бул эукариоттук хроматинге караганда болжол менен 5 эсе аз. Көпчүлүк белоктор ДНК менен байланышкан жана анын түзүлүшүнө катышат. РНК продукт болуп саналатнуклеоиддин перифериясында ишке ашырылуучу бактериялык гендердин транскрипциясы.
Бактериялардын генетикалык аппараты анын формасын жана структуралык конформациясын өзгөртүүгө жөндөмдүү динамикалык түзүлүш. Анын эукариоттук клетканын ядросуна мүнөздүү ядролук жана митоздук аппараты жок.
Бактериялык хромосома
Көпчүлүк учурларда бактериялык нуклеоиддик хромосомалар жабык шакекче формага ээ. Сызыктуу хромосомалар бир топ аз кездешет. Кандай болгон күндө да бул структуралар бир ДНК молекуласынан турат, анда бактериялардын жашоосу үчүн зарыл болгон гендердин жыйындысы бар.
Хромосомдук ДНК өтө ийилген илмектер түрүндө аяктайт. Бир хромосомадагы илмектердин саны 12ден 80ге чейин өзгөрөт. Ар бир хромосома толук кандуу репликон болуп саналат, анткени эки эселенгенде ДНК толугу менен копияланат. Бул процесс дайыма плазмалык мембранага жабышкан репликациянын (OriC) келип чыгышынан башталат.
Хромосомадагы ДНК молекуласынын жалпы узундугу бактериянын өлчөмүнөн бир нече ирет чоңураак, ошондуктан аны таңгактоо зарыл болуп калат, бирок функционалдык активдүүлүктү сактап.
Эукариоттук хроматинде бул милдеттерди негизги белоктор – гистондор аткарат. Бактериялык нуклеоид генетикалык материалдын структуралык түзүлүшүнө жооп берген, ошондой эле гендин экспрессиясына жана ДНКнын репликациясына таасир этүүчү ДНКны байланыштырган белокторду камтыйт.
Нуклеоиддер менен байланышкан протеиндер төмөнкүлөрдү камтыйт:
- гистон сымал белоктор HU, H-NS, FIS жана IHF;
- топоизомеразалар;
- SMC үй-бүлөсүнүн белоктору.
Акыркы 2 топтун генетикалык материалдын суперкирилишине эң чоң таасири бар.
Хромосомалык ДНКнын терс заряддарын нейтралдаштыруу полиаминдер жана магний иондору тарабынан ишке ашырылат.
Нуклеоиддин биологиялык ролу
Биринчиден, нуклеоид бактериялар үчүн тукум куучулук маалыматты сактоо жана берүү, ошондой эле аны клеткалык синтез деңгээлинде ишке ашыруу үчүн зарыл. Башкача айтканда, бул формациянын биологиялык ролу ДНКнын ролу менен бирдей.
Бактериялык нуклеоиддердин башка функцияларына төмөнкүлөр кирет:
- генетикалык материалды локалдаштыруу жана тыгыздоо;
- функционалдык ДНК таңгагы;
- зат алмашууну жөнгө салуу.
ДНКнын структурасы молекуланын микроскопиялык клеткага батышына гана мүмкүндүк бербестен, репликация жана транскрипция процесстеринин нормалдуу агымы үчүн шарттарды түзөт.
Нуклеоиддин молекулярдык түзүлүшүнүн өзгөчөлүктөрү ДНК конформациясын өзгөртүү аркылуу клеткадагы зат алмашууну башкаруу үчүн шарттарды түзөт. Жөнгө салуу хромосоманын айрым бөлүктөрүн цитоплазмага илмек аркылуу ишке ашат, бул аларды транскрипция ферменттери үчүн жеткиликтүү кылат, же тескерисинче, аларды тартуу аркылуу.
Аныктоо ыкмалары
Бактериялардагы нуклеоидди визуалдык аныктоонун 3 жолу бар:
- жарык микроскопиясы;
- фазалык контрасттык микроскопия;
- электрондук микроскоп.
Усулга жарашадаярдоону даярдоо жана изилдөө ыкмасы, нуклеоид башкача көрүнүшү мүмкүн.
Жарык микроскоп
Нуклеоидди жарык микроскопунун жардамы менен аныктоо үчүн бактериялар алдын ала боёлот, ошондуктан нуклеоид клетканын калган курамынан башка түскө ээ болот, антпесе бул түзүлүш көрүнбөйт. Ошондой эле бактерияларды айнек слайдга бекитүү милдеттүү (бул учурда микроорганизмдер өлөт).
Жарык микроскоптун линзасы аркылуу нуклеоид клетканын борбордук бөлүгүн ээлеген так чектери бар буурчак сымал формага окшош.
Боёо ыкмалары
Көпчүлүк учурларда, нуклеоидди жарык микроскопиясы менен көрүү үчүн бактерияларды боёо үчүн төмөнкү ыкмалар колдонулат:
- Романовский-Гиемса боюнча;
- Фелген ыкмасы.
Романовский-Гиемса боюнча боёгондо бактериялар метил спирти менен айнек слайдына алдын ала бекитилет, андан кийин 10-20 мүнөткө чейин көк, эонин жана метилен көктүн бирдей аралашмасынан жасалган боёк менен сиңирилет., метанолдо эрийт. Натыйжада нуклеоид кызгылт, ал эми цитоплазмасы ачык кызгылт түскө ээ болот. Микроскопиядан мурун, так дренаждалат жана слайд дистиллят менен жуулат жана кургатылат.
Фельген ыкмасы начар кислота гидролизди колдонот. Натыйжада бөлүнүп чыккан дезоксирибоза альдегиддик формага өтүп, Шифф реагентинин фуксин-күкүрттүү кислотасы менен аракеттенет. Натыйжада нуклеоид кызарып, цитоплазма көк түскө айланат.
Фазалык контраст микроскопиясы
Фазалык контраст микроскопиясы баржарыкка караганда жогорку чечим. Бул ыкма препаратты фиксациялоону жана боёону талап кылбайт - байкоо тирүү бактериялар үчүн жүргүзүлөт. Мындай клеткалардагы нуклеоид караңгы цитоплазманын фонунда жарык сүйрү аймакка окшош. Флуоресценттик боёкторду колдонуу менен натыйжалуураак ыкманы жасоого болот.
Электрондук микроскоп менен нуклеоиддерди аныктоо
Электрондук микроскоп астында нуклеоиддик изилдөө үчүн препаратты даярдоонун 2 жолу бар:
- ультра ичке кесүү;
- Тоңдурулган бактерияларды кесип.
Бактериянын ультра ичке бөлүгүнүн электрондук микросүрөттөрүндө нуклеоид жука жиптерден турган жыш тармак структурасынын көрүнүшүнө ээ, ал курчап турган цитоплазмага караганда жеңилирээк көрүнөт.
Иммуноскоюудан кийин тоңдурулган бактериянын бир бөлүгүндө нуклеоид маржан сымал түзүлүшкө окшошуп, өзөгү тыгыз жана цитоплазмага кирген ичке чыгуучу жерлери бар.
Электрондук сүрөттөрдө бактериялардын нуклеоиддери көбүнчө клетканын борбордук бөлүгүн ээлейт жана тирүү клеткага караганда азыраак көлөмгө ээ. Бул препаратты оңдоо үчүн колдонулган химиялык заттардын таасири менен байланыштуу.
