Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
12 Организация генома бактерий
Под понятием генома у бактерий обычно подразумевается хромосома, образующая в бактериальной клетке особую органеллу —нуклеоид. Помимо хромосомы в генофонд, которым фактически располагает клетка, входит и внехромосомная ДНК, т.е. гены, находящиеся на плазмидах. Наличие плазмид, в конечном счете, важно и для понимания динамики изменения собственно генома, т.е. хромосомы бактерии в процессе эволюции .
Содержание ДНК, приходящееся на геном, у разных видов бактерий обычно составляет величину порядка 2…4×106 нуклеотидных пар (пн). У Escherichia coli на геном приходится 4,7×106 пн. С молекулярной точки зрения хромосома E.coli представляет собой очень длинную, замкнутую в кольцо молекулу ДНК. В расчете на В-ДНК («обычную» двуспиральную правозакрученную ДНК) эта молекула имеет протяженность ~1 мм, что почти в 1000 раз превышает размер самой бактериальной клетки (1…2 мкм).
На один нуклеоид в клетках культуры E.coli в логарифмической фазе роста приходится в среднем 2,8 ДНК-эквивалента одного генома, что является следствием постепенного выщепления двух дочерних геномов, находящихся в состоянии репликации и содержащих каждый по 1,4 ДНК-эквивалента генома. Но помимо репликации ДНК и разделения дочерних геномов в нуклеоиде должны происходить сопряженные процессы транскрипции и трансляции генов, т.е. синтез РНК и белка. Предположительно эти процессы осуществляются при переходе ДНК в менее сконденсированное состояние и «выпячивании» соответствующего сегмента молекулы в окружающее пространство клетки, заполненное рибосомами.
У грамотрицательных бактерий, подобных E.coli, нуклеоид прикреплен к оболочке клетки в одной из зон контактированияцитоплазматической мембраны, пептидогликанового каркаса и наружной мембраны; причем область прикрепления хромосомы к мембране соответствует началу ее репликации — oriC.
Для экспрессии генов важное значение имеет то, что ДНК нуклеоида находится в состоянии так называемой отрицательнойсверхскрученности. Это означает, что на уровне третичной структуры ДНК образует супервитки, причем в противоположном направлении по отношению к двойной спирали, закрученной вправо. Один супервиток образуется на каждые 200 пар оснований, а в масштабе целой хромосомы образуются отдельные домены, или петли, в которых сверхскручивание происходит независимо. Во многих работах показано, что состояние сверхскрученности облегчает плавление ДНК при инициации транскрипции и тем самым способствует экспрессии генов; состояние отрицательной сверхскрученности ДНК в нуклеоиде обязано действию фермента ДНК-гиразы. В культуре клеток E.coli, делящихся со скоростью 30 мин, на один нуклеоид образуется около 120 доменов отрицательной сверхскрученности или 43±10 доменов на геном. Отсюда на домен в среднем приходится ~100 тысяч нуклеотидных пар (тпн), что на карте E.coli соответствует сегменту хромосомы протяженностью ~2 мин. Таков может быть размер гипотетической области, в которой экспрессия генов зависит от состояния сверхспирализации ДНК.