Хромосомы – клеточные структуры, предназначенные для хранения и реализации генетической информации, впервые были описаны у эукариот – организмов, имеющих оформленное ядро. Они обнаруживались как окрашенные тельца в клетках, которые готовились к делению. После накопления достаточного количества знаний о строении бактериальной клетки и выделения ее в отдельное царство прокариот, характерным признаком стало то, что нуклеоид (иногда его называют хромосомой бактерий), несущий наследственную информацию, не окружен ядром и свободно располагается в цитоплазме.
Нуклеоид и хромосома – в чем разница?
Безъядерные организмы, строение которых отличается от эукариот не только отсутствием оформленного ядра, но и тем, что в них нет органелл, окруженных мембраной (таких, как митохондрии, пластиды, лизосомы). Строение бактерий можно считать более простым. Ферментные комплексы, осуществляющие метаболизм прокариот, расположены в них свободно или собраны на мембранах и микротрубочках в функциональные комплексы.
Аналогично обстоят дела и с генетической информацией. Кольцевая дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) бактерий также находится в тесной связи с белками, кроме того, она всегда прикреплена к мембране. Наличие ДНК и белков позволяет некоторым ученым называть нуклеоид бактериальной клетки хромосомой бактерий.
Врачи и биологи отмечают, что у бактерий отсутствуют хромосомы в традиционном понимании этого термина. Вместо этого у них есть одна кольцевая молекула ДНК, которая содержит генетическую информацию. Эта молекула расположена в цитоплазме и не окружена ядерной оболочкой, как у эукариот. Некоторые бактерии могут иметь дополнительные небольшие кольцевые ДНК, называемые плазмидами, которые отвечают за устойчивость к антибиотикам или другие специфические функции. Таким образом, хотя у бактерий нет хромосом, их генетическая структура позволяет им эффективно адаптироваться к окружающей среде и выживать в различных условиях. Врачи подчеркивают важность понимания этих различий для разработки новых методов лечения инфекционных заболеваний.
Где расположен нуклеоид?
Некоторые бактерии имеют в своем составе несколько нуклеоидов, каждый из которых содержит неперекрывающуюся генетическую информацию. У других существенная часть генома находится в плазмидах – маленьких кольцевых ДНК, каждая из которых содержит один репликон (функциональную единицу генома, способную к самостоятельному воспроизведению). Существуют также виды, имеющие несколько ядерных структур сходного строения. У известного азотфиксатора Азотобактер их обнаружено 40. Однако при изучении их и сравнении с эукариотическими обнаружено больше различий, чем сходства.
Как изучается наследование признаков?
Строение хромосом у эукариот возможно изучать только во время подготовки к делению. В это время они уплотняются, ДНК «наматывается» на нуклеосомы, а нуклеосомные нити собираются в фибриллы, которые собираются в петли и уплотняются еще сильнее, закрепляясь на белковом матриксе – скелете. В бактериальной клетке количество генетической информации намного меньше.
Строение нуклеоида проще, чем хромосомы эукариот. Он на 80% состоит из ДНК, остальные 20% – это РНК и белки. Самая крупная кольцевая хромосома обнаружена в кишечной палочке – ее периметр достигает 1,6 мм, а самую маленькую имеет микоплазма с периметром 0,25 мм.
Бактерии, в отличие от эукариот, не имеют хромосом в привычном для нас понимании. Вместо этого их генетический материал представлен в виде кольцевой молекулы ДНК, которая свободно плавает в цитоплазме. Однако это не умаляет важности их генетической информации. Многие люди удивляются, узнав, что бактерии могут обмениваться генами через процессы, такие как конъюгация, трансдукция и трансформация. Это позволяет им адаптироваться к изменениям в окружающей среде, развивать устойчивость к антибиотикам и даже обмениваться полезными свойствами. Таким образом, хотя у бактерий нет хромосом, их генетическая структура и механизмы обмена информацией играют ключевую роль в их эволюции и выживании.
Воспроизведение и реализация генетической информации
Место прикрепления ДНК к мембране бактериальной клетки является также и местом начала репликации – воспроизведения наследственной информации. Здесь есть точка инициации, в которой ферменты расплавляют дезоксирибонуклеиновую кислоту и начинают расплетать ее, чтобы нарастить на каждой цепи полноценную молекулу ДНК. В отличие от эукариот, при делении бактериальной клетки существенных изменений плотности ее ДНК не происходит.
Кольцевая хромосома прокариот представлена большим количеством суперспирализованных участков. Они петлями отходят от центрального тяжа, который имеет высокую плотность. Компактность обеспечивается белками и РНК. Однако белки, принимающие участие в увеличении компактности нуклеоида, отличаются по строению от гистонов эукариот.
Важная особенность
В процессе реализации генетической информации у прокариот и эукариот есть еще одно существенное отличие – бактерии способны начинать синтез белка еще до того, как закончится создание молекулы РНК. Рибосомы бактерий распознают образующиеся в результате трансляции цепи и начинают считывать с них белок, как только они появляются в цитоплазме. Это существенно ускоряет процедуру, однако увеличивает число возможных ошибок. Такая процедура, как процессинг (созревание вновь синтезированных цепочек РНК), у бактерий отсутствует.
Интересно, что у бактерий репликация ДНК не обязательно приводит к делению. А деление не оказывает никакого влияния на форму нуклеоидов и бактериальных хромосом. Исследования быстро растущих культур показали, что во многих бактериях после деления может содержаться 2 и более нуклеоидов с дублированной генетической информацией.
Таким образом, хромосом как таковых у бактерий нет, но существует формация, отвечающая за деление и наследование данных.
Читайте также:
Вопрос-ответ
У бактерий есть хромосомы?
Ряд бактерий имеют и кольцевые, и линейные хромосомы, а некоторые — только линейные. Например, линейная хромосома имеется у возбудителя болезни Лайма — Borrelia burgdorferi. Известны и линейные плазмиды.
Есть ли хромосомы у бактерий?
Хромосомы. Бактериальные хромосомы расположены в нуклеоиде – особой цитоплазматической структуре, в которой двухцепочечная ДНК покрыта гистонподобными белками. У большинства бактерий, по-видимому, имеется одна большая кольцевая хромосома, но это не является универсальным признаком.
Чего нет у бактерий?
В отличие от эукариот, бактерии не имеют ограниченной оболочкой ядра и, в большинстве случаев, каких-либо мембранных органелл.
Сколько хромосом у бактерии?
В отличие от человеческих клеток с 46 хромосомами, большинство бактерий имеют только одну хромосому. Бактериальные хромосомы имеют кольцевую, а не линейную форму, с соединёнными концами. Они содержат всю генетическую информацию, необходимую для клеточных функций, причём каждый ген отвечает за определённый белок.
Советы
СОВЕТ №1
Изучите основы генетики бактерий, чтобы лучше понять, как они отличаются от эукариот. Это поможет вам осознать, что у бактерий нет хромосом в привычном для нас понимании, а вместо этого они имеют кольцевую ДНК.
СОВЕТ №2
Обратите внимание на понятие плазмид — небольших кольцевых молекул ДНК, которые могут содержаться в бактериях. Они играют важную роль в обмене генетической информации между бактериями и могут быть полезны для изучения антибиотикорезистентности.
СОВЕТ №3
Посмотрите на примеры, как бактерии используют свои генетические материалы для адаптации к окружающей среде. Это поможет вам понять, как их генетическая структура влияет на выживание и эволюцию.
СОВЕТ №4
Изучите методы молекулярной биологии, такие как ПЦР и секвенирование, которые используются для анализа бактериальной ДНК. Это даст вам представление о современных подходах к исследованию генетики микроорганизмов.
