ეუკარიოტებისგან განსხვავებით, ბაქტერიებს არ აქვთ ჩამოყალიბებული ბირთვი, მაგრამ მათი დნმ არ არის მიმოფანტული მთელ უჯრედში, მაგრამ კონცენტრირებულია კომპაქტურ სტრუქტურაში, რომელსაც ნუკლეოიდი ეწოდება. ფუნქციური თვალსაზრისით, ეს არის ბირთვული აპარატის ფუნქციური ანალოგი.
რა არის ნუკლეოიდი
ბაქტერიული ნუკლეოიდი არის რეგიონი მათ უჯრედებში, რომელიც შეიცავს სტრუქტურირებულ გენეტიკურ მასალას. ევკარიოტული ბირთვისგან განსხვავებით, იგი არ არის გამოყოფილი მემბრანით დანარჩენი უჯრედული შიგთავსისგან და არ აქვს მუდმივი ფორმა. ამის მიუხედავად, ბაქტერიების გენეტიკური აპარატი აშკარად გამოყოფილია ციტოპლაზმისგან.
თავად ტერმინი ნიშნავს "ბირთვის მსგავსს" ან "ბირთვულ რეგიონს". ეს სტრუქტურა პირველად 1890 წელს აღმოაჩინა ზოოლოგმა ოტო ბუჩლიმ, მაგრამ მისი განსხვავებები ევკარიოტების გენეტიკური აპარატიდან გამოვლინდა უკვე 1950-იანი წლების დასაწყისში ელექტრონული მიკროსკოპის ტექნოლოგიის წყალობით. სახელწოდება "ნუკლეოიდი" შეესაბამება "ბაქტერიული ქრომოსომის" კონცეფციას, თუ ეს უკანასკნელი შეიცავს უჯრედში ერთ ეგზემპლარად.
ნუკლეოიდი არ შეიცავს პლაზმიდებს, რომლებიცარის ბაქტერიული გენომის ექსტრაქრომოსომული ელემენტები.
ბაქტერიული ნუკლეოიდის თავისებურებები
ჩვეულებრივ, ნუკლეოიდი იკავებს ბაქტერიული უჯრედის ცენტრალურ ნაწილს და ორიენტირებულია მისი ღერძის გასწვრივ. ამ კომპაქტური წარმონაქმნის მოცულობა არ აღემატება 0.5 მიკრონს3, ხოლო მოლეკულური წონა მერყეობს 1×109-დან 3×10-მდე9 დალტონი. გარკვეულ წერტილებში ნუკლეოიდი უკავშირდება უჯრედის მემბრანას.
ბაქტერიული ნუკლეოიდი შეიცავს სამ კომპონენტს:
- დნმ.
- სტრუქტურული და მარეგულირებელი ცილები.
- RNA.
დნმ-ს აქვს ქრომოსომული ორგანიზაცია, რომელიც განსხვავდება ევკარიოტულისგან. ყველაზე ხშირად, ბაქტერიული ნუკლეოიდი შეიცავს ერთ ქრომოსომას ან მის რამდენიმე ასლს (აქტიური ზრდით მათი რიცხვი 8 ან მეტს აღწევს). ეს მაჩვენებელი განსხვავდება მიკროორგანიზმის სასიცოცხლო ციკლის ტიპისა და ეტაპის მიხედვით. ზოგიერთ ბაქტერიას აქვს მრავალი ქრომოსომა გენების სხვადასხვა ნაკრებით.
ნუკლეოიდის ცენტრში დნმ საკმაოდ მჭიდროდ არის შეფუთული. ეს ზონა მიუწვდომელია რიბოზომებისთვის, რეპლიკაციისა და ტრანსკრიფციის ფერმენტებისთვის. პირიქით, ნუკლეოიდის პერიფერიული რეგიონის დეოქსირიბონუკლეური მარყუჟები პირდაპირ კავშირშია ციტოპლაზმასთან და წარმოადგენს ბაქტერიული გენომის აქტიურ უბნებს.
პროტეინის კომპონენტის რაოდენობა ბაქტერიულ ნუკლეოიდში არ აღემატება 10%-ს, რაც დაახლოებით 5-ჯერ ნაკლებია, ვიდრე ევკარიოტულ ქრომატინში. ცილების უმეტესობა ასოცირდება დნმ-თან და მონაწილეობს მის სტრუქტურაში. რნმ არის პროდუქტიბაქტერიული გენების ტრანსკრიფცია, რომელიც ხორციელდება ნუკლეოიდის პერიფერიაზე.
ბაქტერიების გენეტიკური აპარატი არის დინამიური წარმონაქმნი, რომელსაც შეუძლია შეცვალოს მისი ფორმა და სტრუქტურული კონფორმაცია. მას აკლია ევკარიოტული უჯრედის ბირთვისთვის დამახასიათებელი ნუკლეოლი და მიტოზური აპარატი.
ბაქტერიული ქრომოსომა
უმეტეს შემთხვევაში, ბაქტერიულ ნუკლეოიდულ ქრომოსომებს აქვთ დახურული რგოლის ფორმა. ხაზოვანი ქრომოსომა გაცილებით ნაკლებად გავრცელებულია. ნებისმიერ შემთხვევაში, ეს სტრუქტურები შედგება ერთი დნმ-ის მოლეკულისგან, რომელიც შეიცავს ბაქტერიების გადარჩენისთვის აუცილებელ გენებს.
ქრომოსომული დნმ სრულდება ზეგადახვეული მარყუჟების სახით. მარყუჟების რაოდენობა ქრომოსომაზე 12-დან 80-მდე მერყეობს. თითოეული ქრომოსომა არის სრულფასოვანი რეპლიკონი, რადგან გაორმაგებისას დნმ მთლიანად კოპირდება. ეს პროცესი ყოველთვის იწყება რეპლიკაციის საწყისიდან (OriC), რომელიც მიმაგრებულია პლაზმურ მემბრანაზე.
ქრომოსომაში დნმ-ის მოლეკულის მთლიანი სიგრძე რამდენიმე რიგით აღემატება ბაქტერიის ზომას, ამიტომ საჭირო ხდება მისი შეფუთვა, მაგრამ ფუნქციური აქტივობის შენარჩუნებით.
ეუკარიოტულ ქრომატინში ამ ამოცანებს ასრულებენ ძირითადი ცილები - ჰისტონები. ბაქტერიული ნუკლეოიდი შეიცავს დნმ-ის დამაკავშირებელ პროტეინებს, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან გენეტიკური მასალის სტრუქტურულ ორგანიზაციაზე და ასევე გავლენას ახდენენ გენის ექსპრესიასა და დნმ-ის რეპლიკაციაზე.
ნუკლეოიდთან ასოცირებული ცილები მოიცავს:
- ჰისტონის მსგავსი პროტეინები HU, H-NS, FIS და IHF;
- ტოპოიზომერაზები;
- პროტეინები.
SMC ოჯახის
ბოლო 2 ჯგუფს აქვს უდიდესი გავლენა გენეტიკური მასალის ზეგადახვევაზე.
ქრომოსომული დნმ-ის უარყოფითი მუხტების ნეიტრალიზაცია ხორციელდება პოლიამინების და მაგნიუმის იონების მიერ.
ნუკლეოიდის ბიოლოგიური როლი
უპირველეს ყოვლისა, ნუკლეოიდი აუცილებელია ბაქტერიებისთვის, როგორც მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შესანახად და გადაცემისთვის, ასევე მისი უჯრედული სინთეზის დონეზე განსახორციელებლად. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ამ წარმონაქმნის ბიოლოგიური როლი იგივეა, რაც დნმ-ს.
სხვა ბაქტერიული ნუკლეოიდური ფუნქციები მოიცავს:
- გენეტიკური მასალის ლოკალიზაცია და დატკეპნა;
- ფუნქციური დნმ-ის შეფუთვა;
- მეტაბოლიზმის რეგულირება.
დნმ-ის სტრუქტურა არა მხოლოდ საშუალებას აძლევს მოლეკულას მოთავსდეს მიკროსკოპულ უჯრედში, არამედ ქმნის პირობებს რეპლიკაციისა და ტრანსკრიფციის პროცესების ნორმალური ნაკადისთვის.
ნუკლეოიდის მოლეკულური ორგანიზაციის თავისებურებები ქმნის პირობებს უჯრედული მეტაბოლიზმის კონტროლისთვის დნმ-ის კონფორმაციის შეცვლით. რეგულაცია ხდება ციტოპლაზმაში ქრომოსომის გარკვეული მონაკვეთების მარყუჟით, რაც მათ ხელმისაწვდომს ხდის ტრანსკრიფციის ფერმენტებისთვის, ან პირიქით, მათი შეყვანით.
გამოვლენის მეთოდები
არის 3 გზა ბაქტერიებში ნუკლეოიდის ვიზუალურად აღმოსაჩენად:
- მსუბუქი მიკროსკოპია;
- ფაზის კონტრასტული მიკროსკოპია;
- ელექტრონული მიკროსკოპია.
მეთოდიდან გამომდინარეპრეპარატის მომზადება და კვლევის მეთოდი, ნუკლეოიდი შეიძლება განსხვავებულად გამოიყურებოდეს.
სინათლის მიკროსკოპია
ნუკლეოიდის აღმოსაჩენად სინათლის მიკროსკოპის გამოყენებით, ბაქტერიებს წინასწარ ღებავენ ისე, რომ ნუკლეოიდს აქვს სხვა უჯრედული შიგთავსისგან განსხვავებული ფერი, წინააღმდეგ შემთხვევაში ეს სტრუქტურა არ იქნება ხილული. ასევე სავალდებულოა ბაქტერიების დაფიქსირება შუშის სლაიდზე (ამ შემთხვევაში მიკროორგანიზმები იღუპებიან).
მსუბუქი მიკროსკოპის ლინზების საშუალებით ნუკლეოიდი ჰგავს ლობიოს ფორმის ფორმირებას მკაფიო საზღვრებით, რომელიც იკავებს უჯრედის ცენტრალურ ნაწილს.
შეღებვის მეთოდები
უმეტეს შემთხვევაში, ბაქტერიების შეღებვის შემდეგი მეთოდები გამოიყენება ნუკლეოიდის ვიზუალიზაციისთვის სინათლის მიკროსკოპით:
- რომანოვსკი-გიემსას მიხედვით;
- Felgen მეთოდი.
რომანოვსკი-გიემსას მიხედვით შეღებვისას ბაქტერიები წინასწარ ფიქსირდება შუშის სლაიდზე მეთილის სპირტით, შემდეგ კი 10-20 წუთის განმავლობაში გაჟღენთილია საღებავით ლაზურის, ეონინის და მეთილენის ლურჯის თანაბარი ნარევიდან. მეთანოლში გახსნილი. შედეგად, ნუკლეოიდი ხდება მეწამული და ციტოპლაზმა ხდება ღია ვარდისფერი. მიკროსკოპის დაწყებამდე ხდება ლაქის დრენირება და სლაიდი გარეცხილი დისტილატით და გაშრობა.
ფეულგენის მეთოდი იყენებს სუსტი მჟავას ჰიდროლიზს. შედეგად, გამოთავისუფლებული დეზოქსირიბოზა გადადის ალდეჰიდის ფორმაში და ურთიერთქმედებს შიფის რეაგენტის ფუქსინ-გოგირდმჟავასთან. შედეგად, ნუკლეოიდი ხდება წითელი, ციტოპლაზმა კი ლურჯი.
ფაზური კონტრასტული მიკროსკოპია
ფაზური კონტრასტის მიკროსკოპიაუფრო მაღალი გარჩევადობა ვიდრე სინათლე. ეს მეთოდი არ საჭიროებს პრეპარატის ფიქსაციას და შეღებვას - დაკვირვება ხდება ცოცხალ ბაქტერიებზე. ნუკლეოიდი ასეთ უჯრედებში ჰგავს ღია ოვალურ ზონას მუქი ციტოპლაზმის ფონზე. უფრო ეფექტური მეთოდი შეიძლება გაკეთდეს ფლუორესცენტური საღებავების გამოყენებით.
ნუკლეოიდის აღმოჩენა ელექტრონული მიკროსკოპით
არსებობს ნუკლეოიდური გამოკვლევისთვის პრეპარატის ელექტრონული მიკროსკოპის ქვეშ მომზადების 2 გზა:
- ულტრა თხელი ჭრა;
- მოჭერით გაყინული ბაქტერიები.
ბაქტერიის ულტრათხელი მონაკვეთის ელექტრონულ მიკროგრაფებში ნუკლეოიდს აქვს თხელი ძაფებისგან შემდგარი მკვრივი ქსელის სტრუქტურის სახე, რომელიც გამოიყურება უფრო მსუბუქი ვიდრე მიმდებარე ციტოპლაზმა.
გაყინული ბაქტერიის მონაკვეთზე იმუნოშეღებვის შემდეგ ნუკლეოიდი ჰგავს მარჯნის მსგავს სტრუქტურას მკვრივი ბირთვით და წვრილი გამონაზარდებით, რომლებიც აღწევს ციტოპლაზმაში.
ელექტრონულ ფოტოებში ბაქტერიების ნუკლეოიდი ყველაზე ხშირად იკავებს უჯრედის ცენტრალურ ნაწილს და აქვს უფრო მცირე მოცულობა, ვიდრე ცოცხალ უჯრედში. ეს გამოწვეულია იმ ქიმიკატების ზემოქმედებით, რომლებიც გამოიყენება პრეპარატის დასამაგრებლად.
