Особенности кольцевой молекулы ДНК прокариотической клетки

Для бактерий и сине-зеленых водорослей, которых принято причислять к классу прокариот (то есть доядерных живых организмов), характерно наличие бактериальной хромосомы. Это условное название, за которым скрывается единственная кольцевая молекула ДНК. Она имеется у всех клеток прокариот, располагается непосредственно в цитоплазме, не имея защитной оболочки.

прокариоты

Особенности доядерных микроорганизмов

Как становится понятным из определения прокариот, основное качество их строения заключается в отсутствии ядра. Кольцевая молекула ДНК отвечает за сохранность и передачу всей информации, которая понадобится новой клетке, созданной в процессе деления. Структура цитоплазмы очень плотная и она неподвижна. В ней нет ряда органоидов, которые выполняют важные функции в клетках эукариот:

  • митохондрий,
  • лизосом,
  • эндоплазматической сети,
  • пластидов,
  • комплекса Гольджи.

цитоплазма

В цитоплазме хаотично расположены рибосомы, которые «заняты» на производстве белков. Немаловажной является миссия по производству энергии. Ее синтез происходит в митохондриях, но строение бактерий исключает их наличие. Поэтому функцию данных органоидов взяла на себя именно цитоплазма.

В митохондриях имеется одна особенность, делающая их несколько схожими с бактериями, – в них хранится митохондриальная ДНК. Ее строение напоминает бактериальные хромосомы. ДНК в митохондриях собрана в отдельный кольцевой нуклеоид. Некоторые особо длинные органоиды могут содержать до десяти таких молекул. Когда в подобных митохондриях начинается процесс деления, то от них отделяется участок, содержащий в себе один нуклеоид. И в этом можно также найти сходство с бинарным делением бактерий.

Нуклеоид бактериальной клетки

Геном микроорганизмов

Процесс самовоспроизведения, во время которого происходит копирование важных данных из одного источника на другой, называют репликацией. Результатом этого действия (свойственного в том числе и для клеток бактерий) является создание себе подобной структуры. Участниками репликации (репликонами) у прокариотов считаются:

  • кольцевая молекула ДНК,
  • плазмиды.

Строение бактериальной клетки: плазмиды

Нуклеотиды ДНК у клеток бактерий расположены в определенной последовательности. Такое строение позволяет выстроить порядок аминокислот в белке. В каждом гене содержится уникальное число и расстановка нуклеотидов.

Все свойства и особенности прокариот определены их комплексом генов (генотипом). Если вести речь о микроорганизмах, то для них генотип и геном являются практически синонимами.

Фенотип является результатом взаимодействия совокупности генов и условий обитания. Он находится в зависимости от конкретных условий окружающей среды, но контролируется непосредственно генотипом. Это обусловлено тем, что все возможные изменения уже определены набором генов, составляющим участок кольцевой молекулы ДНК.

молекула ДНК

Генотип может меняться не только в зависимости от влияния окружающей среды. К его модификации могут приводить различные мутации или перестановки генов в строении молекулы ДНК. Исходя из этого, выделяют ненаследственную (средовую) изменчивость и наследственную (модификационную) форму изменений генотипа. Если нуклеотиды в кольцевой молекуле ДНК перестроились или были частично утеряны под воздействием мутации, то такое строение будет необратимым. А когда «виновником» изменений становятся факторы окружающей среды, то с их устранением исчезнут и вновь приобретенные качества.

Бактериальная хромосома

Кольцевая молекула ДНК в клетках различных представителей класса бактерий отличается по размерам. Но имеет схожее строение, как и функции, во всех случаях.

  1. Бактериальная хромосома у прокариотов всегда одна.
  2. Она находится в цитоплазме.
  3. Если в клетках у эукариотов молекула ДНК имеет линейное строение и считается более длинной (в ней имеется до 1010 пар оснований), то у бактерий она замкнута в кольцо. И еще бактериальная хромосома прокариот короче (5106 пар оснований).
  4. В одной кольцевой молекуле ДНК находится информация обо всех нужных функциях для жизнедеятельности бактерий. Эти гены можно поделить на 10 групп (по принципу процессов, которые они контролируют в клетке). Можно отобразить данную классификацию в виде таблицы.
Процессы жизнедеятельности в клетках прокариот Число изученных генов, которые находятся в клетке бактерий и отвечают за определенные процессы
Доставка клетке различных соединений и питательных веществ 92
Проведение синтеза фосфолипидов, жирных и аминокислот, нуклеотидов, витаминов и других соединений 221
Организация работы аппарата по синтезу белков 164
Синтез оболочки 42
Расщепление сложных органических веществ и другие реакции для выработки энергии 138
Катаболизм (переработка, расщепление) макромолекул белков, углеводов и жиров 22
Способность направленного движения к полезным веществам и от раздражителя (хемотаксис), подвижность бактерий в целом 39
Выработка АТФ (универсальная форма химической энергии, присущая любой живой клетке). Как упоминалось ранее, данный процесс у эукариотов протекает в митохондриях и является для этих органоидов основным родом деятельности 15
Репликация нуклеиновых кислот, в том числе и генов 49
Иные гены, в том числе и с неизученными функциями 110

строение бактерии

Вообще, одна хромосома способна нести в себе около 1000 известных генов.

Плазмиды

Еще одним репликоном прокариот являются плазмиды. У бактерий они представляют собой молекулы ДНК, имеющие строение в виде двух цепочек, замкнутых в кольцо. В отличие от бактериальной хромосомы они отвечают за кодирование тех «умений» бактерии, которые помогут ей выжить, если вдруг она окажется в неблагоприятных условиях для существования. Они могут автономно воспроизводить себя, поэтому в цитоплазме может быть несколько копий плазмид.

Бактериальный геном

Трансмиссивные репликоны способны передаваться из одной клетки в другую. Они несут в своей кольцевой молекуле ДНК некоторые признаки, которые причисляют к категории фенотипических изменений:

  • выработка устойчивости к антибиотикам;
  • способность продуцировать колицины (белковые вещества, способные уничтожать микроорганизмы того же рода, что послужили источником их возникновения);
  • переработка сложных органических веществ;
  • синтез антибиотических веществ;
  • способность проникать в организм и вызывать заболевания;
  • возможность преодолевать защитные механизмы, размножаться и распространяться в организме;
  • умение вырабатывать токсины.

Последние три «навыка» называют факторами патогенности, знания о которых содержит в себе кольцевая молекула ДНК плазмид. Именно благодаря этим факторам болезнетворные бактерии становятся опасными для человеческого организма.

Таким образом, кольцевая молекула ДНК, имеющаяся у всех прокариот, одна несет в себе целый комплекс навыков, полезных для их выживания и жизнедеятельности.

Похожие статьи:
Загрузка...

__________________________

Остались вопросы? Задайте их в комментариях к статье, мы обязательно ответим

  • Татьяна

    Не перестаю удивляться тематической насыщенности и информативности данного сайта! Эта статья затрагивает одну из моих любимых тем — строение генома бактерий. Новая для меня информация — о факторах патогенности, «включающих» опасные для человека свойства бактерий. Поскольку они являются фенотипическими, то зависят от условий внешней среды. Как же должна измениться среда (человеческий организм), чтобы бактерии перестали проявлять свои болезнетворные свойства?

  • Маргарита

    Вы наверное интересуетесь биологией или исполнили свою мечту — поступили на первый курс биохимического факультета. Просто так восхищаться данной статьей можно только пропустив программу школьного курса биологии за 6-7 классы. Даже картинки припоминаю такие в учебниках. Не хотела обидеть, всегда приятно видеть, что наш народ чем-то так интересуется.

  • Татьяна

    Интересуюсь — не то слово, и насчет мечты Вы почти угадали, хотя и ошиблись с направлением моего обучения. Но даже во время подготовки к вступительным испытаниям в вуз, перечитывая школьные учебники и изучая пособия по биологии, я не находила в них столь подробной информации, изложенной доступным языком, как на этом сайте, посвященном — обращу Ваше внимание — именно Бактериям, а не всей Биологии в целом. Да, и к сведению — в 6-7 классах мы изучали строение пестиков и тычинок, а не ДНК прокариот, не знаю уж, как с этим обстоит дело в современных школах.