Genetica Procariotilor - Rezumat, pagina 1

1. Organizarea unei celule procariote. Propagarea procarioților.

2. Genomica procariotilor.

3. Viruși. Genomica virusurilor. Varietate de forme și cicluri de viață ale virușilor.





Recombinarea în diferite grupuri de viruși.

4. Recombinarea în procariote: transformare, conjugare, transducție.

1. Organizarea unei celule procariote. Reproducerea procarioților

Procarioții sunt organisme în care celulele nu există nucleu format. Kernelul funcționează ca nucleoid (adică "ca miezul"); spre deosebire de nucleu, nucleoidul nu are coajă proprie.







Unul dintre reprezentanții eubacteriilor este E. coli (Escherichia coli). E. coli formează o parte semnificativă a conținutului colonului uman, precum și a intestinelor altor animale. Aceste bacterii produc unele vitamine și împiedică dezvoltarea bacteriilor patogene. Cu toate acestea, unele forme de Escherichia coli provoacă inflamația intestinelor - enteritis. E. coli se găsește și în afara corpului uman: în apă și sol. Bacilul intestinal este folosit pe scară largă în biotehnologie.

Caracteristici generale ale procariotelor

Corpul de procariote, de regulă, constă dintr-o celulă. Dimensiunile celulelor procariote variază de la 0,1-0,15 microni (micoplasme) până la 30 microni sau mai mult. Majoritatea bacteriilor au dimensiuni de 0,2-10 microni. Totuși, cu divergența incompletă a celulelor divizibile, apar filamente, colonii și forme polinucleoide (bacteroide). În celulele procariote nu există organele permanente cu două membrane și cu o singură membrană: plastide și mitocondriile, reticulul endoplasmic, aparatul Golgi și derivații acestora. Funcțiile lor sunt realizate de mesozomi - falduri ale membranei plasmatice. În citoplasma procariotilor fotoautotrofici există diferite structuri membranare pe care apar reacții fotosintetice. Uneori se numesc cromatografi bacterieni. Substanța specifică a peretelui celular al procarioților este murină, totuși, în unele procariote nu există murină. Pe peretele celular există adesea o capsulă mucoasă. Spațiul dintre membrană și peretele celular servește drept rezervor de protoni pentru fotosinteză și respirație aerobă. Bacteriile mobile au flageluri, care se bazează pe proteine ​​de flagelină.

In vivo, mutanții care nu au un perete celular nu sunt viabili. Prin urmare, astfel de mutanți sunt folosiți pe scară largă în biotehnologie, deoarece nu pot exista în afara condițiilor de laborator (acesta este unul din aspectele legate de siguranța genetică).

Specificul structurii celulelor procariote permite alocarea unei procariote superkingdom separate (sau Dominion) fauna sălbatică. A studiat circa 3 mii de specii de organisme procariote: eubacteriile, Archaea, spirochete, rickettsia, mycoplasma, myxobacteriei, actinomicete, cianobacterii și organisme cu poziție sistematică incertă. Acestea sunt specii cultivate în laborator. Cu toate acestea, există procariote care nu sunt izolate sub formă de culturi pure. Prin urmare, adevărata lor diversitate de specii poate ajunge la 10. 100 mii de specii și, poate, mult mai mult.

Pentru a evalua nivelul de biodiversitate al procariotelor, se folosesc metodele metagenomice. Metagenomica este o diviziune a sistematicii microorganismelor, bazată pe alocarea fragmentelor ADN nu a speciilor biologice individuale, ci a microbenocenozelor (comunități de microorganisme).

Ecologia procarioților este determinată de tipurile de metabolism. Prokariotele heterotrofice libere (saprotrofe) trebuie să se aprovizioneze cu toate substanțele necesare. Asemenea organisme se numesc prototrofe. Cu toate acestea, datorită mutațiilor (inclusiv ștergerile site-urilor extinse de ADN, pierderea a 15% din genomul din E. coli), apar biotipurile auxotrofice. De exemplu, auxotrofii leucinei nu pot sintetiza leucina pe cont propriu, iar auxotrofii pentru biotină nu pot sintetiza biotina. Auxotrofii dubli și multipli necesită furnizarea a două sau mai multe substanțe organice necesare din exterior.

În condiții naturale, mutantele auxotrof pot exista numai în prezența substanțelor lipsă în mediul extern (de exemplu, în tranziția la comensalism sau parazitism). Auxotrofii sunt folosiți pe scară largă în biotehnologie deoarece nu pot exista în afara condițiilor de laborator (acesta este unul dintre aspectele legate de siguranța genetică).

În condiții naturale, procariotele formează populații (seturi genetice eterogene de organisme dintr-o specie) și comunități de specii diferite (microbocenoză). Apoi fenomenul de operare a protocolului este posibil: auxotroful mutant poate umple deficiența substanțelor necesare datorită interacțiunii cu prototrofii pentru această substanță.

Reproducerea reproductivă (vegetativă) a procariotelor apare prin împărțirea celulelor, numită zdrobire. În unele procariote (actinomicite) reproducerea asexuală are loc cu ajutorul unor spori (conidia).

Atunci când bacteriile se înmulțesc în condiții artificiale (într-un volum limitat al mediului nutritiv), 4 perioade sau faze sunt alocate în dezvoltarea culturii.

1 faza de faza log. Numărul de bacterii crește foarte încet (uneori chiar scade). Bacteriile, așa cum au fost, dezvoltă un nou mediu.

Faza 2 este faza de creștere exponențială. Numărul de bacterii crește într-o avalanșă, în progresie geometrică.

Faza 3 - faza staționară. Numărul de bacterii este stabilizat.

4 faze - faza de deces. Numărul de bacterii începe să scadă și, în curând, să nu rămână bacterii active. Prezența fazei staționare și a fazei de extincție este asociată cu o scădere a concentrației de nutrienți și acumularea de produse metabolice dăunătoare.

La unele specii, procesul sexual (conjugarea) este cunoscut. Când este conjugat, una din celule transmite informația genetică unei alte celule. Nu există o creștere a numărului de persoane. Transferul de informații genetice poate să apară prin viruși (transducție) sau prin transfer direct de ADN prin membrană (transformare).

2. Genomica procariotilor

(pe exemplul Escherichia coli de E. coli)

Baza genomului E. coli este molecula ADN inel: cromozomii prokaryoti și plasmidele.

O mulțime de molecule ADN formează două subsisteme interconectate: cromozom și plasmidă.

Subsisteme cromozomiale ale genomului procariotic

Baza subsistemului cromozomic al genomului procariotic este cromozomul procariotic (bacteriologic) (genofor), care face parte din structura nucleoidă - nucleară. Nucleoidul în morfologie seamănă cu inflorescența conopidei și ocupă aproximativ 30% din citoplasmă.

Cromozomul bacterian este un ADN dublu inelar dublu cu o rană dreaptă, care este pliată într-o helix secundar. Structura secundară a cromozomului este menținută prin intermediul proteinelor (ARN) asemănătoare histonului și ARN. Punctul de atașare al cromozomului bacterian la mesozom (plosmalemma ori) este punctul de origine al replicării ADN (acest punct se numește situs OriC). Cromozomul bacterian se dublează înainte de diviziunea celulară. Reacția ADN merge în două direcții de la situl OriC și se termină la punctul TerC. Moleculele ADN care se pot reproduce prin replicare se numesc repliconi.

În cromozomii prokariotici, numărul de situri OriC poate fi mărit, de exemplu la bacilul Bacillus subtilis există cel puțin două dintre ele.

Lungimea cromozomului procariotic este de câteva milioane de perechi de nucleotide (mn); de exemplu, lungimea minimă a ADN-ului cromozomului procariotic al tulpinei E. coli MG1655 este de 4639221 bp (lungimea fizică este de aproximativ 1,5 mm).

În prokaryotes diferite, mărimea genomului variază de la 0,5 la 6 mn:

Aproximativ 11% din ADN-ul cromozomului E. coli procariote reprezentat secvențe „non-codare“ (transcrise). Restul de 89% din ADN este transcris sau transcris cu formarea de ARN. Aproximativ 75% din unitățile ADN transcripție (promotor segment ADN de până la terminator) conține 1 gena (de obicei, genele „menaj“ gena care este necesară pentru menținerea activității celulelor), restul de 25% reprezintă operons (E. coli genomului conține 600 ... 700 de operoni).

În procarioții tipici (de exemplu, în Escherichia coli) într-o celulă neuniformă, există un cromozom bacterian. Prin urmare, procariotele sunt, în general, haploide (haplobionți).

In haploid fiecare genă este reprezentată de o singură alelă, deci, în general, nu se aplică procariote conceptului de „dominare“ și „recesiv“: orice alele se manifestă în fenotip în cazul în care gena este exprimată (acolo moștenire monoallelic).

În faza de întârziere, în celulă există un cromozom bacterian, dar în faza de creștere exponențială, ADN replică mai repede decât diviziunea celulară; apoi numărul de cromozomi bacterieni pe celulă crește la 2. 4. 8. Această stare a aparatului genetic este numită polhaploiditate.

Atunci când se divid celulele, copiile surori ale cromozomului bacterian sunt distribuite uniform pe celulele fiice folosind mezosomul.

Mecanismul de segregare a subsistemului de cromozomi al genomului procariotic asigură conservarea completă a volumului și calității informațiilor genetice conținute în cromozomul bacterian. Ca urmare, există o moștenire directă a caracteristicilor

De exemplu, dacă într-o populație de procariote normale (prototrofică, „tip sălbatic“), într-una dintre celulele există o mutație care determină incapacitatea de a sintetiza leucina aminoacizi, toate progeniturile (tulpina clona) a celulei nu poate supraviețui pe mediu lipsit de leucină (salvează auxotrofie leucină).

Din populația eterogenă genetică a procarioților, este posibil să se izoleze tulpinile (clone, linii curate genetic omogene) care rețin haplotipul cromozomului bacterian al celulei originale. În prokaryotes pure, recombinarea nu are loc. Prin urmare, apariția unor noi haplotipuri, noi combinații de caracteristici. De exemplu, există auxotrofe duble stabile pentru biotină și metionină.

În unele cazuri, aceeași genă de cromozom prokaryotic poate fi reprezentată de două copii. Astfel de celule (heterogeni) pot purta alelele dominante și recesive ale unei gene. Apoi, există o moștenire dialelică, de exemplu, alela normală a prototrofiei în leucină domină alela mutantă a auxotrofiei.

Subsistemul plasmidic al genomului procariotic

În plus față de cromozomul bacterian, compoziția genomului de procariote include molecule de plasmide ADN - inel de mii de bp în lungime. Plasmidele de această dimensiune conțin câteva zeci de gene. De obicei, un „gene de lux“ care asigură rezistență la antibiotice, metale grele care codifică toxine specifice, precum și genele conjugare și schimbul de material genetic cu alte persoane. Sunt cunoscute și plasmide mici cu o lungime de 2,3 mil, care nu codifică mai mult de 2 proteine. Multe bacterii au megaplasmide cu o lungime de un milion de pb, adică puțin mai mici decât un cromozom bacterian. Există plasmide reprezentate de o copie - ele sunt reproduse în mod sincron cu ADN-ul cromozomului bacterian. Alte plasmide pot fi reprezentate prin multe copii, iar replicarea lor are loc independent de replicarea cromozomului bacterian. Replicarea plasmidelor libere se desfășoară adesea în conformitate cu principiul unui "inel de rulare" - o copie "infinită" este citită dintr-o matrice de inele a ADN-ului.

Replicarea plasmidelor poate fi sincronizată cu replicarea cromozomului bacterian, dar poate fi și independentă. În consecință, distribuția plasmidelor asupra celulelor fiice poate fi exactă sau statistică. Segregarea precisă este caracteristică pentru plasmidele mari cu dimensiuni reduse, iar segregarea statistică este pentru plasmidele multicopice la scară mică. În cel de-al doilea caz, o celulă fiică primește informații genetice redundante (duplicate), iar cealaltă celulă poate pierde, în general, unele gene plasmidice

Unitatea subsistemelor cromozomiale și plasmidice ale genomului procariotic

Unele plasmide pot fi în starea autonomă și integrată. În ultimul caz, plasmida este inclusă în cromozomul bacterian la anumite puncte attB. Astfel, aceeași plasmidă poate fi inclusă în cromozom și poate fi excizată din ea.

Acest lucru asigură schimbul de informații genetice între diferite subsisteme ale genomului procariotic: cromozom și plasmidă.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: