Генетика прокариот Нуклеоид прокариот. Внехромосомные носители наследственности. Изменчивость

Генетика прокариот Нуклеоид прокариот. Внехромосомные носители наследственности. Изменчивость прокариот.

Ген состоит из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Каждый нуклеотид может изменяться, то есть мутировать, являясь единицей мутации – мутоном и единицей рекомбинации – реконом. n Структурные гены – ответственные за синтез белковых молекул; n Гены-регуляторы – определяющие синтез цитоплазматических продуктов, от активности репрессоров зависит функционирование структурных генов; n Гены-операторы – участки по соседству со структурными генами, являются местами приложения действия репрессоров (Rp. ); n Оперон – группа сцепления структурных генов, находящихся под контролем оператора.

Клетка золотистого стафилококка: nа - клеточная стенка; nб – цитоплаз- матическая мембрана; nв - нуклеоид; nг - мембранные структуры внутри нуклеоида.

Нуклеоид занимает в цитоплазме центральную область, представлен нитями ДНК диаметром 2 нм, нити ДНК упорядочены в хромосому в виде ковалентно замкнутого кольца. Кольцо бактериальной ДНК в поле электронного микроскопа (фото J. C. Revy, ISM).

Схема организации нуклеоида бактериальной клетки 1 — петлевые домены ДНК; 2 — рибосомы на вновь синтезированных молекулах и-РНК; 3 — рибосомы цитоплазмы Отличительной чертой ядерных структур прокариот является то, что у них синтез РНК и синтез белка могут происходить одновременно: рибосомы связываются с еще не до конца синтезированными молекулами и-РНК и производят на них синтез белка. Таким образом, возникает тройственный синтетический комплекс: ДНК - синтезирующая цепь РНК - рибосомы с синтезируемой полипептидной цепочкой

Бактериальная хромосома Плазмида n Плазмиды бактерий – представляют собой кольцевидные двухцепочечные молекулы ДНК.

Конъюгация и перенос F-фактора из клетки в клетку. n 1, 2 и 3 обозначают последовательность этапов переноса. n 1 - раскручивающийся и одновременно реплицирующийся F-фактор; n 2 - одноцепочечный F-фактор проникает в клетку- реципиент через F-фимбрию; n 3 - F-фактор с синтезирующейся комплементарной цепью

Изменчивость прокариот n Для прокариот, как и для эукариот, характерны два типа изменчивости: генотипическая (наследственная) и фенотипическая (модификационная). n Популяция прокариот – это множество клеток (особей) одного вида, обитающие в ряду поколений в определенных условиях, где нет преград для свободного скрещивания.

Для популяции существуют такие показатели: n Плотность – число особей на единицу V или S; n Прирост – число новых особей, возникших в единицу времени; n Гибель – число особей, гибнущих в единицу времени.

n Клон – культура микроорганизмов, состоящая из наследственных однородных клеток, возникающих в результате бесполового размножения. n Клон, сохраняющий специфические черты в течение длительного времени является штаммом.

Мутации – стойкие наследственные изменения в структуре генетического аппарата. n Анализ возникновения мутаций и накопление мутантов в бактериальных культурах был впервые проведен в 1943 г. С. Лурия и М. Дельбрюком. Их работы заложили основы генетики бактерий.

Трансформация n (от лат. transformatio – преобразование) – изменение генома и свойств бактерий в результате переноса информации проникновении фрагмента свободной ДНК из среды в клетку. Процесс трансформации проходит в несколько этапов: n 1) адсорбция трансформирующей ДНК на поверхности компетентной клетки-реципиента; n 2) ферментативное расщепление трансформирующей ДНК с образованием фрагментов со средней молекулярной массой (4 -5)· 106; n 3) проникновение фрагментов ДНК в клетку-реципиент, сопровождающееся деградацией одной из цепей ДНК и образованием одноцепочечных фрагментов; n 4) интеграция – включение фрагментов трансформирующей ДНК в ДНК клетки-реципиента путем генетического обмена; n 5) экспрессия – интенсивное размножение трансформированных клеток, потомство которых будет иметь измененный ген в молекуле ДНК.

Трансдукция n перенос генетического материала из клетки-донора в клетку- реципиент умеренным бактериофагом. n У бактерий различают 3 типа трансдукции: специализированную, общую и абортивную.

Конъюгация n происходит при непосредственном контакте бактериальных клеток и предусматривает направленный перенос генетического материала из клетки-донора в клетку- реципиент. Конъюгация и обмен генетической информацией между клетками кишечной палочки (фото Eye of Science)

Рост и размножение прокариот n У прокариотов онтогенез равнозначен одноклеточному циклу, т. е. периоду от одного деления клетки до другого. Клеточный цикл у бактерий включает совокупность процессов, связанных с ростом и делением. n Под ростом бактериальной клетки понимают скоординированное увеличение всех химических компонентов, которые формируют клеточные структуры. Рост клеток сопровождается увеличением массы и размеров.

Деление бактериальной клетки Время генерации (период от одного деления клетки до другого) при благоприятных условиях для многих бактерий (Escherichia coli, Steptococcus faecalis, Clostridiurn perfringens) составляет 15 -30 мин, в то время как для клеток млекопитающих в культуре тканей – 1 сутки.

Рост бактериальной популяции в статической культуре При размножении бактерий в искусственных условиях (в ограниченном объеме питательной среды) в развитии культуры выделяется 4 периода, или фазы. n 1 фаза – лаг-фаза. Численность бактерий увеличивается очень медленно (иногда даже снижается). Бактерии как бы осваивают новую среду. n 2 фаза – фаза экспоненциального роста. Численность бактерий увеличивается лавинообразно, в геометрической прогрессии. n 3 фаза – стационарная фаза. Численность бактерий стабилизируется. n 4 фаза – фаза отмирания. Численность бактерий начинает уменьшаться и вскоре активных бактерий не остается. Наличие стационарной фазы и фазы отмирания связано с уменьшением концентрации питательных веществ и накоплением вредных