Что такое нуклеотид бактерии
Нуклеоид
Нуклеоид (означает подобный ядру, также известен как ядерная область) — компартмент неправильной формы внутри клетки прокариот, в котором находится генетический материал. ДНК нуклеоида имеет замкнутую кольцевую форму. Такой способ хранения наследственной информации может быть противопоставлен способу эукариот, у которых ДНК упакован в хромосомы и изолирован имеющей мембрану органеллой — ядром.
Нуклеоид может быть легко идентифицирован электронной микроскопией при сильном увеличении. Несмотря на то, что он не имеет постоянной формы, он ясно виден на фоне цитоплазмы. При специальном окрашивании нуклеоид также можно различить под световым микроскопом.
Состав
Эксперименты показывают, что нуклеоид состоит в основном из ДНК (примерно 60 %), а также содержит РНК и белки. Последние два компонента представляют собой в основном матричную РНК и белки, регулирующие экспрессию генов бактериального генома. В состав нуклеоида входят также структурные белки, которые способствуют компактизации ДНК, то есть несут функцию, схожую с функцией гистонов в эукариотических клетках.
См. также
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Нуклеоид» в других словарях:
нуклеоид — 1) ДНК–содержащая зона клетки прокариот, не отграниченная мембранами (нуклеоплазма). Выявляется методом специального окрашивания после удаления из клеток РНК (см. окрашивание по Фёльгену); 2) бактериальное «ядро», представляющее собой у прокариот … Словарь микробиологии
НУКЛЕОИД — (от лат. nucleus ядро и греч. eidos вид), ДНК содержащая зона клетки прокариот. Обычно находится в центре клетки, не отграничена мембранами. Н. соответствует одной сложной кольцевидной молекуле ДНК, не соединённой с гистонами и закреплённой в… … Биологический энциклопедический словарь
нуклеоид — сущ., кол во синонимов: 1 • рибонуклеопротеид (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
нуклеоид — Кольцевая молекула ДНК прокариотических клеток и автономных органоидов эукариот [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN nucleoid … Справочник технического переводчика
нуклеоид — nucleoid, prokaryon нуклеоид. Аналог ядра у бактерий лишенный мембраны ДНК содержащий участок прокариотической клетки (у некоторых прокариот может быть более одного Н. на клетку), деление Н. происходит после репликации ДНК с участием клеточной… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
нуклеоид — (nucleoidum; нуклео + греч. eidos вид; син. ядро бактериальное) скопление ядерного вещества. бактериальной клетки … Большой медицинский словарь
НУКЛЕОИД — аналог ядра у бактерий. В отличие от истинных ядер Н. не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом. Бактериальная ДИК не связана с основными белками гистонами и в Н. расположена в виде фибрилл … Словарь ботанических терминов
Нуклеоид — аналог ядра у бактерий. В отличие от истинных ядер Н. не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом. Бактериальная ДНК не связана с основными белками гистонами и в Н. расположена в виде фибрилл … Толковый словарь по почвоведению
Нуклеоид прокарион — Нуклеоид, прокарион * нуклеоід, пракарыён * nucleoid or prokaryon 1. Область клетки прокариота, содержащая ДНК … Генетика. Энциклопедический словарь
нуклеоид вирусный — сердцевина вириона, состоящая из нуклеиновой кислоты, ассоциированной с вирусными белками … Большой медицинский словарь
Реферат Волженцева Д. 22ф. Нуклеоид бактерий, функции и методы его выявления
КАФЕДРА МИКРОБИОЛОГИИ, ВИРУСОЛОГИИ, ИММУНОЛОГИИ
«Нуклеоид бактерий, функции и методы его выявления»
22 группы фармацевтического
Волженцева Д.В.
Проверил: Доцент
Реферат посвящен теме: «Нуклеоид бактерий, функции и методы его выявления». Данная тема актуальна в настоящее время тем, что нуклеоид бактерии является одной из важных её частей, который хранит ДНК в клетке бактерии.
Нуклеоид бактерии не только хранит ДНК, но и выполняет такие важные функции, как: деление клетки, передача наследственной информации. Без этого важного элемента бактериальная клетка не смогла бы размножаться.
ЧТО ТАКОЕ НУКЛЕОИД
В отличие от эукариот бактерии не имеют оформленного ядра, однако их ДНК не разбросана по всей клетке, а сосредоточена в компактной структуре, которую называют нуклеоидом. В функциональном отношении он представляет собой функциональный аналог ядерного аппарата.
Нуклеоид бактерий — это область в их клетках, содержащая структурированный генетический материал. В отличие от ядра эукариот она не отделена мембраной от остального клеточного содержимого и не имеет постоянной формы. Несмотря на это генетический аппарат бактерий четко отграничен от цитоплазмы.
Сам термин означает «подобный ядру» или «ядерная область». Название «нуклеоид» соответствует понятию «бактериальная хромосома», если последняя содержится в клетке в единственном экземпляре.
СТРОЕНИЕ НУКЛЕОТИДА БАКТЕРИИ
Нуклеоид расположен в центре бактериальной клетки, содержит двунитевую молекулу ДНК, небольшое количество РНК и белков. У большинства бактерий двунитевая молекула ДНК диаметром около 2 нм, длиной около 1 м с молекулярной массой 1–3х109 Да замкнута в кольцо и плотно уложена наподобие клубка. У микоплазм молекулярная масса ДНК наименьшая для клеточных организмов (0,4–0,8×109 Да).
ДНК прокариот построена так же, как и у эукариот.
Молекула ДНК несет множество отрицательных зарядов, так как каждый фосфатный остаток содержит ионизированную гидроксильную группу. У эукариот отрицательные заряды нейтрализуются образованием комплекса ДНК с основными белками — гистонами. В клетках прокариот гистонов нет, поэтому нейтрализация зарядов осуществляется взаимодействием ДНК с полиаминами и ионами Mg2+.
По аналогии с хромосомами эукариот бактериальная ДНК часто обозначается как хромосома. Она представлена в клетке в единственном числе, поскольку бактерии являются гаплоидными. Однако перед делением клетки число нуклеоидов удваивается, а во время деления увеличивается до 4 и более. Поэтому термины «нуклеоид» и «хромосома» не всегда совпадают. При действии на клетки определенных факторов (температуры, pH среды, ионизирующего излучения, солей тяжелых металлов, некоторых антибиотиков и др.) происходит образование множества копий хромосомы. При устранении воздействия этих факторов, а также после перехода в стационарную фазу в клетках обнаруживается по одной копии хромосомы.
Длительное время считали, что в распределении нитей ДНК бактериальной хромосомы не прослеживается никакой закономерности. Специальные исследования показали, что хромосомы прокариот — высокоупорядоченная структура. Часть ДНК в этой структуре представлена системой из 20–100 независимо суперспирализованных петель. Суперспирализованные петли соответствуют неактивным в данное время участкам ДНК и находятся в центре нуклеоида. По периферии нуклеоида располагаются деспирализованные участки, на которых происходит синтез информационной РНК (иРНК). Поскольку у бактерий процессы транскрипции и трансляции идут одновременно, одна и та же молекула иРНК может быть одновременно связана с ДНК и рибосомами.
Кроме нуклеоида в цитоплазме бактериальной клетки могут находиться плазмиды — факторы внехромосомной наследственности в виде дополнительных автономных кольцевых молекул двунитевой ДНК с меньшей молекулярной массой. В плазмидах также закодирована наследственная информация, однако она не является жизненно необходимой для бактериальной клетки.
В большинстве случаев хромосомы нуклеоида бактерий имеют замкнутую кольцевую форму. Значительно реже встречаются линейные хромосомы. В любом случае эти структуры состоят из одной молекулы ДНК, которая содержит набор генов, необходимых для выживания бактерии.
Хромосомная ДНК укомплектована в виде суперспирализованных петель. Количество петель на хромосому варьирует от 12 до 80. Каждая хромосома является полноценным репликоном, так как при удвоении ДНК копируется целиком. Начинается этот процесс всегда из точки начала репликации (OriC), которая прикреплена к плазматической мембране. Суммарная длина молекулы ДНК в хромосоме на несколько порядков превышает размеры бактерии, поэтому возникает необходимость в ее упаковке, но при сохранении функциональной активности. В хроматине эукариот эти задачи выполняют основные белки — гистоны. Нуклеоид бактерий имеет в своем составе ДНК-связывающие белки, которые отвечают за структурную организацию генетического материала, а также влияют на экспрессию генов и репликацию ДНК. К нуклеоид-ассоциированым белкам относятся: гистоноподобные белки HU, H-NS, FIS и IHF; топоизомеразы; белки семейства SMC. Последние 2 группы оказывают наибольшее влияние на суперспирализацию генетического материала.
ФУНКЦИИ НУКЛЕОИДА БАКТЕРИИ
Нуклеоид необходим для контроля активности клетки и ее размножения. Это фаза в которой происходит транскрипция и репликация ДНК. В рамках этого мы можем найти ферменты, которые служат в качестве биологических катализаторов и помогают с репликацией, а также другие белки, которые выполняют другие функциональные и структурные функции, включая содействие образованию ДНК, облегчение роста клеток и регулирование генетического материала клетка.
ОСОБЕННОСТИ НУКЛЕОИДА БАКТЕРИЙ
Обычно нуклеоид занимает центральный участок бактериальной клетки и ориентирован вдоль ее оси. Объем этого компактного образования не превышает 0,5 мкм3, а молекулярная масса варьирует от 1×109 до 3×109 дальтон. В определенных точках нуклеоид связан с клеточной мембраной.
В центре нуклеоида ДНК укомплектована достаточно плотно. Эта зона недоступна для рибосом, ферментов репликации и транскрипции. Напротив, дезоксирибонуклеиновые петли периферической области нуклеоида напрямую контактируют с цитоплазмой и представляют собой активные участки бактериального генома.
Количество белкового компонента в нуклеоиде бактерий не превышает 10 %, что примерно в 5 раз меньше, чем в хроматине эукариот. Большая часть белков ассоциирована с ДНК и участвует в ее структурировании. РНК представляет собой продукт транскрипции бактериальных генов, которая осуществляется на периферии нуклеоида.
Генетический аппарат бактерий является динамическим образованием, способным менять свою форму и структурную конформацию. В нем отсутствуют характерные для ядра эукариотической клетки ядрышки и митотический аппарат.
В большинстве случаев хромосомы нуклеоида бактерий имеют замкнутую кольцевую форму. Значительно реже встречаются линейные хромосомы. В любом случае эти структуры состоят из одной молекулы ДНК, которая содержит набор генов, необходимых для выживания бактерии.
Хромосомная ДНК укомплектована в виде суперспирализованных петель. Количество петель на хромосому варьирует от 12 до 80. Каждая хромосома является полноценным репликоном, так как при удвоении ДНК копируется целиком. Начинается этот процесс всегда из точки начала репликации (OriC), которая прикреплена к плазматической мембране.
Суммарная длина молекулы ДНК в хромосоме на несколько порядков превышает размеры бактерии, поэтому возникает необходимость в ее упаковке, но при сохранении функциональной активности.
В хроматине эукариот эти задачи выполняют основные белки — гистоны. Нуклеоид бактерий имеет в своем составе ДНК-связывающие белки, которые отвечают за структурную организацию генетического материала, а также влияют на экспрессию генов и репликацию ДНК.
Нейтрализация отрицательных зарядов хромосомной ДНК осуществляется за счет полиаминов и ионов магния.
СПОСОБЫ ОБНАРУЖЕНИЯ НУКЛЕОИДА
Для выявления нуклеоида при помощи светового микроскопа бактерии предварительно окрашивают таким образом, чтобы нуклеоид имел цвет, отличный от остального клеточного содержимого, — иначе эта структура не будет видна. Также обязательна фиксация бактерий на предметном стекле (при этом микроорганизмы погибают).
Через объектив светового микроскопа нуклеоид выглядит как бобовидное образование с четкими границами, которое занимает центральную часть клетки.
Фазово-контрастная микроскопия имеет большее разрешение, чем световая. Этот метод не требует фиксации и окраски препарата, — наблюдение происходит за живыми бактериями. Нуклеоид в таких клетках выглядит как светлая овальная область на фоне темной цитоплазмы. Более эффективным метод можно сделать, применив флюоресцентные красители.
Существует 2 способа подготовки препарата для исследования нуклеоида под электронным микроскопом: ультратонкий срез; срез замороженной бактерии. На электронных микрофотографиях ультратонкого среза бактерии нуклеоид имеет вид состоящей из тонких нитей плотной сетчатой структуры, которая выглядит светлее окружающей цитоплазмы.
На срезе замороженной бактерии после иммуноокрашивания нуклеоид выглядит как кораллоподобная структура с плотной сердцевиной и тонкими проникающими в цитоплазму выступами. На электронных фотографиях нуклеоид бактерий чаще всего занимает центральную часть клетки и имеет меньший объем, нежели в живой клетке. Это связано с воздействием химических реактивов, используемых для фиксации препарата.
Сложные методы окраски
1. На фиксированный мазок накладывают фильтровальную бумагу, пропитанную карболово-спиртовым раствором генцианового фиолетового и сверху капают несколько капель дистиллированной воды на 1-2 мин.
2. Убирают фильтровальную бумагу и, не промывая водой, наносят раствор Люголя на 1-2 мин.
3. Сливают раствор Люголя и обесцвечивают спиртом – 30 секунд.
4. Тщательно промывают водой.
5. Докрашивают водным раствором фуксина 1-2 мин., промывают, высушивают, микроскопируют.
Результат: Гр(+) бактерии окрашиваются в сине-фиолетовый цвет, Гр(-) бактерии – в розовый.
Окраска по Бурри-Гинсу:
1. Каплю взвеси микробов смешивают с каплей туши на обезжиренном стекле и готовят мазок шлифованным краем стекла, как мазки крови, высушивают, фиксируют.
2. Наносят водный раствор фуксина на 1-2 мин.
3. Промывают, высушивают, микроскопируют.
Результат: на темном фоне туши видны неокрашенные светлые капсула, внутри которой – красные бактерии.
1. На нефиксированный мазок наносят 0,5% раствор хлористоводородной кислоты и подогревают на пламени горелки в течение 2-3 мин.
2. Кислоту сливают, промывают мазок, просушивают, фиксируют в пламени горелки.
3. Через фильтровальную бумагу наносят карболовый фуксин Циля, подогревают над пламенем горелки до трехкратного появления паров.
4. Снимают бумагу, промывают водой.
5. Обесцвечивают мазок 5% раствором серной кислоты 1-2 мин.
7. Докрашивают метиленовым синим 3-5 мин.
8. Промывают,высушивают, микроскопируют.
Результат: споры окрашиваются в красный цвет, вегетативные клетки – в синий.
Окраска по Нейссеру:
1. На фиксированный мазок наносят ацетат синьки Нейссера на 2-3 мин.
2. Наносят раствор Люголя на 10-30 секунд.
4. Докрашивают раствором везувина или хризоидина 0,5-1 мин.
5. Промывают, высушивают, микроскопируют.
Результат : зерна волютина окрашиваются в темно-синий цвет, цитоплазма бактерий – в желто-коричневый.
Подводя итог вышесказанному, хочется отметить, что действительно тема актуально в настоящее время, она очень важна в микробиологии, в вирусологии.
В своем реферате я постаралась наиболее доступно изложить теоретические основы данной темы, а также рассказать о строении, функциях и основных способах выявления нуклеоида бактерии, сделать упор на том что это важный элемент в клетке, без которого невозможно размножение и жизнедеятельность.
Что такое нуклеотид бактерии
• Нуклеоид бактерий выглядит как диффузная масса ДНК, однако для него характерна высокая упорядоченность и неслучайное расположение генов
• У бактерий нет нуклеосом, однако организации ДНК способствуют различные белки, связанные с нуклеоидом
• Подобно тому как это имеет место для ядра и цитоплазмы эукариотической клетки, у бактерий транскрипция происходит по всей массе нуклеоида, трансляция — на его периферической зоне
• Важную роль в организации нуклеоида играет РНК полимераза
Фундаментальное отличие клеток прокариот от клеток эукариот заключается в отсутствии у них ядерной оболочки. Присутствие ядерной мембраны у эукариот обеспечивает существование компартментов, которые разделяют процессы транскрипции и трансляции. У прокариот эти процессы не разделены мембраной, и мРНК может транслироваться во время транскрипции. Одновременное протекание этих процессов имеет важные последствия для регуляции активности некоторых генов.
Как показано на рисунке ниже, хромосомальная ДНК бактерий имеет вид аморфной массы, нуклеоида, занимающего большую часть объема в центре цитоплазмы. Нуклеоид состоит из хромосомальной ДНК и связанных с ней белков. Бактерии не содержат нуклеосом, которые участвуют в упаковке ДНК хромосом эукариотов и архей. Однако бактериальная ДНК компактна и упакована с участием многочисленных белков, ассоциированных с нуклеоидом, которые перчислены на рисунке ниже.
Электронная микрофотография, демонстрирующая,
что нуклеоид представляет собой диффузную массу, находящуюся внутри клетки бактерии.
К числу наиболее важных из этих белков относятся топоизомеразы. Они контролируют суперспирализацию ДНК, которая играет важную роль в ее компактизации, и обеспечивают протекание таких процессов, как репликация и транскрипция, для которых требуется раскручивание молекулы ДНК. Белки семейства SMC, поддерживающие структурную организацию хромосом, также участвуют в организации нуклеоида. Об этом свидетельствует фенотип соответствующих мутантов, однако конкретный механизм их участия остается неясным.
В клетках эукариот белки, близкие к SMC, участвуют в скреплении хромосом между собой и их конденсации в митозе и мейозе. Эти белки различной природы, связанные с нуклеоидом, участвуют в поддержании необходимого уровня его суперспирализации и компактизации. Однако предстоит еще выяснить, каким образом достигается и поддерживается такое состояние гомеостаза нуклеоида.
Хотя нуклеоид обладает аморфной структурой, отдельные гены располагаются в нем упорядоченно. Положение генов в нуклеоиде отражает их относительное расположение на карте хромосомы. По счастью, первое подтверждение этого было получено при исследовании свойств мутантов бактерий В. subtilis, дефектных по гену spoIIIE. Мутант этого организма не способен правильно сегрегировать хромосому при асимметрическом делении, которое сопровождает ранние стадии образования споры. Вместо этого септа деления замыкается вокруг одной копии хромосомы. У этого мутанта определенные гены почти всегда попадают в небольшой компартмент, поблизости от полюса, в то время как другие из него всегда исключаются.
Это наблюдение позволяет предполагать, что до деления хромосома всегда находится в определенном месте и в определенной ориентации.
Прямые данные были получены в исследованиях с использованием гибридизации in situ и флуоресцентной метки (FISH). Этот метод позволяет непосредственно отслеживать положение в клетке определенных генов. Однако при его использовании, перед гибридизацией зонда с ДНК, необходима фиксация препаратов и проведение других жестких воздействий. Еще один подход заключается в использовании конъюгата зеленого флуоресцирующего белка с белком LacI, связывающимся с ДНК. Этот конъюгат может присоединяться к сайтам связывания, находящимся в разных местах клетки. На основании всех этих экспериментов было показано, что гены не диффундируют по бактериальной клетке свободно, а локализованы в определенных, строго ограниченных местах.
Вообще говоря, область хромосомы, содержащая oriC, находится на одном конце нуклеоида, а область, содержащая terC, — на противоположном. Гены, которые на генетической карте расположены между двумя этими точками, распределены по нуклеоиду более или менее пропорционально.
У бактерий в аппарате транскрипции используется одна каталитическая основная РНК-полимераза, состоящая из двух а-, одной b- и одной b-субъединиц. Специфичность промотора определяется на начальном уровне различными сигма (а) факторами, которые также необходимы для инициации транскрипции, однако после этого отщепляются от кора. Регуляция транскрипции осуществляется большим набором дополнительных регуляторов, которые обычно связываются с ДНК вблизи от промотора, с тем чтобы активировать или подавлять инициацию транскрипции. Другие факторы регуляции действуют на уровне терминации (прекращения) транскрипции или изменения стабильности мРНК.
Большая часть молекул основной РНК-полимеразы находится в нуклеоиде в центре клетки. Поэтому, вероятно, здесь в основном происходит транскрипция. Напротив, рибосомы и различные белки, принимающие участие в трансляции, сосредоточены по периферии клетки. Таким образом, даже при отсутствии ядерной оболочки, в бактериальной клетке транскрипция и трансляция пространственно разобщены, подобно тому как это имеет место в клетке эукариот. Однако существуют различные данные в пользу того, что иногда у бактерий транскрипция и трансляция тесно сопряжены друг с другом.
Эти данные не противоречат имеющимся результатам, которые свидетельствуют о том, что РНК-полимеразы и рибосомы локализованы в разных местах клетки. Возможно, что оба процесса происходят на границе центральной, или сердцевинной, и периферийной областях клетки. Пока мы мало знаем об организации центральной, или сердцевинной, и периферийной областей нуклеоида, так же как и о деталях общей организации этой структуры.
Белки, участвующие в организации нуклеоида Escherichia coli.
У большинства других бактерий вместо белков MukB, MukE и MukF присутствуют белки SMC (белки, поддерживающие структуру хромосом),
а также связанные с ними факторы, родственные когезину и конденсинам эукариот. 
Сегрегация хромосом после образования полярной септы при наступлении споруляции.
В холе споруляции В. subtilis клетки делятся асимметрично, образуя материнскую клетку и небольшую преспору.
Каждая клетка получает одну копию хромосомы. Сегрегация хромосом с образованием преспоры представляет собой двухэтапный процесс.
Вначале полярная разделительная септа замыкается вокруг хромосомы,
а затем белок SpoIIIE активно транспортирует оставшиеся 2/3 хромосомы в преспоровый компартмент.
У мутантов по гену spoIIIE только 1/3 хромосомы сегрегирует в преспору.
Анализ ДНК, захваченной в небольшой компартмент клеток мутанта по гену spoIIIE, показывает, что всегда захватывается специфический участок ДНК.
Это указывает на то, что до деления хромосома должна быть строго ориентирована и упорядочена.
На фотографиях, полученных во флуоресцентном микроскопе, представлены клетки спорулирующих spoIIIE-мутантов и клетки дикого типа, окрашенные на ДНК. 
Несмотря на отсутствие ядерной оболочки, аппараты транскрипции и трансляции локализуются в отдельных частях бактериальной клетки.
Представлены делящиеся клетки В. subtilis.
Они экспрессируют конъюгаты белка рибосомальной субъединицы RpsB с зеленым флуоресцирующим белком (GFP)
и субъединицы РНК-полимеразы RpoC с GFP-UV, обладающие зеленой и красной флуоресценцией соответственно.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021