Эукариоттардан айырмашылығы, бактериялардың түзілген ядросы жоқ, бірақ олардың ДНҚ-сы жасушаның бойына шашырамайды, бірақ нуклеоид деп аталатын ықшам құрылымда шоғырланған. Функционалды түрде бұл ядролық аппараттың функционалды аналогы.
Нуклеоид дегеніміз не
Бактериялық нуклеоид – бұл олардың жасушаларындағы құрылымдық генетикалық материалдан тұратын аймақ. Эукариоттық ядродан айырмашылығы, ол жасушаның қалған бөлігінен мембранамен бөлінбейді және тұрақты пішіні болмайды. Осыған қарамастан, бактериялардың генетикалық аппараты цитоплазмадан анық бөлінген.
Терминнің өзі «ядро тәрізді» немесе «ядролық аймақ» дегенді білдіреді. Бұл құрылымды алғаш рет 1890 жылы зоолог Отто Бухли ашты, бірақ оның эукариоттардың генетикалық аппаратынан айырмашылығы 1950 жылдардың басында электронды микроскопия технологиясының арқасында анықталды. «Нуклеоид» атауы «бактериялық хромосома» ұғымына сәйкес келеді, егер соңғысы жасушада бір көшірмеде болса.
Нуклеоид құрамына плазмидалар кірмейдібактериялық геномның хромосомалық элементтерден тыс элементтері болып табылады.
Бактериялық нуклеоидтың ерекшеліктері
Әдетте нуклеоид бактерия жасушасының орталық бөлігін алады және оның осі бойымен бағытталған. Бұл ықшам түзілімнің көлемі 0,5 микроннан аспайды3, ал молекулалық салмағы 1×109 мен 3×10 аралығында өзгереді.9 дальтон. Белгілі бір нүктелерде нуклеоид жасуша мембранасымен байланысады.
Бактериялық нуклеоид үш компоненттен тұрады:
- ДНҚ.
- Құрылымдық және реттеуші белоктар.
- РНҚ.
ДНҚ эукариоттардан ерекшеленетін хромосомалық ұйымға ие. Көбінесе бактериялық нуклеоидта бір хромосома немесе оның бірнеше көшірмелері болады (белсенді өсу кезінде олардың саны 8 немесе одан да көп болады). Бұл көрсеткіш микроорганизмнің өмірлік циклінің түріне және кезеңіне байланысты өзгереді. Кейбір бактерияларда әртүрлі гендер жиынтығы бар бірнеше хромосома болады.
Нуклеоидты ДНҚ ортасында өте тығыз орналасқан. Бұл аймақ рибосомалар, репликация және транскрипция ферменттері үшін қол жетімсіз. Керісінше, нуклеоидтың шеткі аймағының дезоксирибонуклеинді ілмектер цитоплазмамен тікелей байланыста болады және бактерия геномының белсенді аймақтарын білдіреді.
Бактериялық нуклеоидтағы ақуыз компонентінің мөлшері 10%-дан аспайды, бұл эукариоттық хроматинге қарағанда шамамен 5 есе аз. Белоктардың көпшілігі ДНҚ-мен байланысады және оның құрылымына қатысады. РНҚ өнім болып табыладынуклеоидтың шеткі бөлігінде жүзеге асырылатын бактериялық гендердің транскрипциясы.
Бактериялардың генетикалық аппараты оның пішіні мен құрылымдық конформациясын өзгертуге қабілетті динамикалық түзіліс болып табылады. Оның эукариоттық жасушаның ядросына тән ядрошықтары мен митоздық аппараты жоқ.
Бактериялық хромосома
Көп жағдайда бактериялардың нуклеоидты хромосомалары жабық сақина пішінді болады. Сызықтық хромосомалар әлдеқайда сирек кездеседі. Кез келген жағдайда бұл құрылымдар бактериялардың тіршілігіне қажетті гендер жиынтығын қамтитын бір ДНҚ молекуласынан тұрады.
Хромосомалық ДНҚ аса ширатылған ілмектер түрінде аяқталады. Бір хромосомадағы ілмектер саны 12-ден 80-ге дейін өзгереді. Әрбір хромосома толыққанды репликон болып табылады, өйткені екі еселенген кезде ДНҚ толығымен көшіріледі. Бұл процесс әрқашан плазмалық мембранаға бекітілген репликацияның (OriC) бастауынан басталады.
Хромосомадағы ДНҚ молекуласының жалпы ұзындығы бактерия өлшемінен бірнеше рет үлкен, сондықтан оны функционалдық белсенділікті сақтай отырып, орау қажет болады.
Эукариоттық хроматинде бұл міндеттерді негізгі белоктар – гистондар атқарады. Бактериялық нуклеоид құрамында генетикалық материалдың құрылымдық ұйымдастырылуына жауап беретін, сондай-ақ ген экспрессиясы мен ДНҚ репликациясына әсер ететін ДНҚ-байланыстырушы ақуыздар бар.
Нуклеоидпен байланысты ақуыздарға мыналар жатады:
- гистон тәрізді ақуыздар HU, H-NS, FIS және IHF;
- топоизомеразалар;
- SMC отбасының белоктары.
Соңғы 2 топ генетикалық материалдың супер орамына көбірек әсер етеді.
Хромосомалық ДНҚ-ның теріс зарядтарын бейтараптандыру полиаминдер мен магний иондары арқылы жүзеге асады.
Нуклеоидтың биологиялық рөлі
Біріншіден, нуклеоид бактерияларға тұқым қуалайтын ақпаратты сақтау және беру, сонымен қатар оны жасушалық синтез деңгейінде жүзеге асыру үшін қажет. Басқаша айтқанда, бұл формацияның биологиялық рөлі ДНҚ-мен бірдей.
Басқа бактериялық нуклеоидтық функцияларға мыналар жатады:
- генетикалық материалды локализациялау және тығыздау;
- функционалды ДНҚ қаптамасы;
- зат алмасуды реттеу.
ДНҚ құрылымы молекуланың микроскопиялық жасушаға сыйып кетуіне мүмкіндік беріп қана қоймайды, сонымен қатар репликация мен транскрипция процестерінің қалыпты ағымы үшін жағдай жасайды.
Нуклеоидтың молекулалық ұйымдасу ерекшеліктері ДНҚ конформациясын өзгерту арқылы жасушалық зат алмасуды бақылауға жағдай жасайды. Реттеу хромосоманың белгілі бір бөліктерін цитоплазмаға айналдыру арқылы жүзеге асады, бұл оларды транскрипция ферменттері үшін қолжетімді етеді немесе керісінше, оларды тарту арқылы.
Анықтау әдістері
Бактериялардағы нуклеоидты көзбен анықтаудың 3 жолы бар:
- жарық микроскопиясы;
- фазалық контрастты микроскопия;
- электрондық микроскопия.
Әдіске байланыстыпрепаратты дайындау және зерттеу әдісі, нуклеоид басқаша көрінуі мүмкін.
Жарық микроскопиясы
Нуклеоидты жарық микроскопының көмегімен анықтау үшін бактерияларды алдын ала бояйды, осылайша нуклеоид жасушалық мазмұнның қалған бөлігінен басқа түске ие болады, әйтпесе бұл құрылым көрінбейді. Сондай-ақ бактерияларды шыны слайдқа бекіту міндетті (бұл жағдайда микроорганизмдер өледі).
Жарық микроскопының линзасы арқылы нуклеоид жасушаның орталық бөлігін алып жатқан анық шекаралары бар бұршақ тәрізді түзілімге ұқсайды.
Бояу әдістері
Көп жағдайда нуклеоидты жарық микроскопиясы арқылы көру үшін бактерияларды бояудың келесі әдістері қолданылады:
- Романовский-Гиемса бойынша;
- Фелген әдісі.
Романовский-Гиемса бойынша бояу кезінде бактерияларды алдын ала шыныға метил спиртімен бекітеді, содан кейін 10-20 минут ішінде көк, эонин және метилен көкінің бірдей қоспасынан жасалған бояумен сіңдіреді., метанолда ерітілген. Нәтижесінде нуклеоид күлгін, ал цитоплазма бозғылт қызғылт түске ие болады. Микроскопия алдында дақ ағызылады және слайд дистиллятпен жуылады және кептіріледі.
Фельген әдісі әлсіз қышқыл гидролизін пайдаланады. Нәтижесінде бөлінген дезоксирибоза альдегидті түрге өтіп, Шифф реагентінің фуксин-күкірт қышқылымен әрекеттеседі. Нәтижесінде нуклеоид қызарып, цитоплазма көк түске боялады.
Фазалық контрастты микроскопия
Фазалық контрастты микроскопия баржарыққа қарағанда жоғары ажыратымдылық. Бұл әдіс препаратты бекітуді және бояуды қажет етпейді - бақылау тірі бактерияларға жүргізіледі. Мұндай жасушалардағы нуклеоид қараңғы цитоплазма фонында жеңіл сопақша аймаққа ұқсайды. Флуоресцентті бояғыштарды қолдану арқылы тиімдірек әдісті жасауға болады.
Электрондық микроскоппен нуклеоидты анықтау
Электрондық микроскоппен нуклеоидты зерттеу үшін препаратты дайындаудың 2 әдісі бар:
- ультра жіңішке кесу;
- Мұздатылған бактерияларды кесіңіз.
Бактериялардың ультра жұқа кесіндісінің электронды микросуреттерінде нуклеоид жіңішке жіптерден тұратын тығыз желі құрылымының көрінісіне ие, ол қоршаған цитоплазмаға қарағанда жеңілірек көрінеді.
Мұздатылған бактерияның иммундық бояудан кейін кесіндісінде нуклеоид цитоплазмаға енетін тығыз өзегі және жұқа шығыңқылары бар маржан тәрізді құрылымға ұқсайды.
Электрондық фотосуреттерде бактериялардың нуклеоиды көбінесе жасушаның орталық бөлігін алады және тірі жасушаға қарағанда көлемі азырақ болады. Бұл препаратты бекіту үшін пайдаланылған химиялық заттардың әсеріне байланысты.
