Berbeza dengan eukariota, bakteria tidak mempunyai nukleus yang terbentuk, tetapi DNA mereka tidak tersebar di seluruh sel, tetapi tertumpu dalam struktur padat yang dipanggil nukleoid. Dari segi fungsi, ia adalah analog berfungsi radas nuklear.
Apakah itu nukleoid
Nukleoid bakteria ialah kawasan dalam selnya yang mengandungi bahan genetik berstruktur. Tidak seperti nukleus eukariotik, ia tidak dipisahkan oleh membran daripada kandungan selular yang lain dan tidak mempunyai bentuk kekal. Walaupun begitu, alat genetik bakteria jelas dipisahkan daripada sitoplasma.
Istilah itu sendiri bermaksud "seperti nukleus" atau "kawasan nuklear". Struktur ini pertama kali ditemui pada tahun 1890 oleh ahli zoologi Otto Buchli, tetapi perbezaannya daripada radas genetik eukariota telah dikenal pasti pada awal 1950-an terima kasih kepada teknologi mikroskop elektron. Nama "nukleoid" sepadan dengan konsep "kromosom bakteria", jika yang kedua terkandung dalam sel dalam satu salinan.
Nukleoid tidak termasuk plasmid yangialah unsur ekstrachromosomal genom bakteria.
Ciri nukleoid bakteria
Biasanya, nukleoid menduduki bahagian tengah sel bakteria dan berorientasikan sepanjang paksinya. Isipadu pembentukan padat ini tidak melebihi 0.5 mikron3, dan berat molekul berbeza dari 1×109 hingga 3×109 d alton. Pada titik tertentu, nukleoid terikat pada membran sel.
Nukleoid bakteria mengandungi tiga komponen:
- DNA.
- Protein struktur dan pengawalseliaan.
- RNA.
DNA mempunyai organisasi kromosom yang berbeza daripada eukariotik. Selalunya, nukleoid bakteria mengandungi satu kromosom atau beberapa salinannya (dengan pertumbuhan aktif, bilangannya mencapai 8 atau lebih). Penunjuk ini berbeza-beza bergantung pada jenis dan peringkat kitaran hidup mikroorganisma. Sesetengah bakteria mempunyai berbilang kromosom dengan set gen yang berbeza.
Di tengah-tengah DNA nukleoid dibungkus dengan agak padat. Zon ini tidak boleh diakses oleh ribosom, replikasi dan enzim transkripsi. Sebaliknya, gelung deoksiribonukleik di kawasan pinggiran nukleoid bersentuhan langsung dengan sitoplasma dan mewakili kawasan aktif genom bakteria.
Jumlah komponen protein dalam nukleoid bakteria tidak melebihi 10%, iaitu kira-kira 5 kali lebih rendah daripada kromatin eukariotik. Kebanyakan protein dikaitkan dengan DNA dan mengambil bahagian dalam penstrukturannya. RNA ialah produktranskripsi gen bakteria, yang dijalankan pada pinggiran nukleoid.
Radas genetik bakteria ialah pembentukan dinamik yang mampu mengubah bentuk dan konformasi strukturnya. Ia tidak mempunyai ciri nukleolus dan radas mitosis nukleus sel eukariotik.
Kromosom bakteria
Dalam kebanyakan kes, kromosom nukleoid bakteria mempunyai bentuk cincin tertutup. Kromosom linear adalah kurang biasa. Walau apa pun, struktur ini terdiri daripada satu molekul DNA, yang mengandungi set gen yang diperlukan untuk kemandirian bakteria.
DNA kromosom dilengkapkan dalam bentuk gelung bergelung besar. Bilangan gelung setiap kromosom berbeza dari 12 hingga 80. Setiap kromosom adalah replika penuh, kerana apabila penggandaan DNA disalin sepenuhnya. Proses ini sentiasa bermula dari asal replikasi (OriC), yang dilekatkan pada membran plasma.
Jumlah panjang molekul DNA dalam kromosom adalah beberapa urutan magnitud yang lebih besar daripada saiz bakteria, jadi ia menjadi perlu untuk membungkusnya, tetapi sambil mengekalkan aktiviti berfungsi.
Dalam kromatin eukariotik, tugas-tugas ini dilakukan oleh protein utama - histon. Nukleoid bakteria mengandungi protein pengikat DNA yang bertanggungjawab untuk organisasi struktur bahan genetik, dan juga mempengaruhi ekspresi gen dan replikasi DNA.
Protein berkaitan nukleoid termasuk:
- protein seperti histon HU, H-NS, FIS dan IHF;
- topoisomerases;
- protein keluarga SMC.
2 kumpulan terakhir mempunyai pengaruh terbesar pada supercoiling bahan genetik.
Peneutralan cas negatif DNA kromosom dilakukan oleh poliamina dan ion magnesium.
Peranan biologi nukleoid
Pertama sekali, nukleoid diperlukan untuk bakteria untuk menyimpan dan menghantar maklumat keturunan, serta untuk melaksanakannya pada tahap sintesis selular. Dalam erti kata lain, peranan biologi pembentukan ini adalah sama seperti DNA.
Fungsi nukleoid bakteria lain termasuk:
- penyetempatan dan pemadatan bahan genetik;
- pembungkusan DNA berfungsi;
- peraturan metabolisme.
Penstrukturan DNA bukan sahaja membenarkan molekul dimuatkan dalam sel mikroskopik, tetapi juga mewujudkan keadaan untuk aliran normal proses replikasi dan transkripsi.
Ciri organisasi molekul nukleoid mewujudkan keadaan untuk mengawal metabolisme selular dengan mengubah konformasi DNA. Regulasi berlaku dengan menggelungkan bahagian tertentu kromosom ke dalam sitoplasma, yang menjadikannya tersedia untuk enzim transkripsi, atau sebaliknya, dengan menariknya masuk.
Kaedah pengesanan
Terdapat 3 cara untuk mengesan nukleoid dalam bakteria secara visual:
- mikroskop cahaya;
- mikroskop kontras fasa;
- mikroskop elektron.
Bergantung pada kaedahpenyediaan penyediaan dan kaedah penyelidikan, nukleoid mungkin kelihatan berbeza.
Mikroskop cahaya
Untuk mengesan nukleoid menggunakan mikroskop cahaya, bakteria diwarnakan terlebih dahulu supaya nukleoid mempunyai warna yang berbeza daripada kandungan selular yang lain, jika tidak, struktur ini tidak akan kelihatan. Ia juga wajib untuk membetulkan bakteria pada slaid kaca (dalam kes ini, mikroorganisma mati).
Melalui kanta mikroskop cahaya, nukleoid kelihatan seperti pembentukan berbentuk kacang dengan sempadan yang jelas, yang menduduki bahagian tengah sel.
Kaedah mewarna
Dalam kebanyakan kes, kaedah pewarnaan berikut untuk bakteria digunakan untuk menggambarkan nukleoid melalui mikroskop cahaya:
- menurut Romanovsky-Giemsa;
- Kaedah Felgen.
Apabila pewarnaan mengikut Romanovsky-Giemsa, bakteria dipra-tetapkan pada slaid kaca dengan metil alkohol, dan kemudian selama 10-20 minit ia diresapi dengan pewarna dari campuran biru biru, eonin dan metilena yang sama., dilarutkan dalam metanol. Akibatnya, nukleoid menjadi ungu dan sitoplasma menjadi merah jambu pucat. Sebelum mikroskop, noda disalirkan dan slaid dicuci dengan sulingan dan dikeringkan.
Kaedah Feulgen menggunakan hidrolisis asid lemah. Akibatnya, deoksiribosa yang dilepaskan masuk ke dalam bentuk aldehid dan berinteraksi dengan asid fuchsine-sulfurous reagen Schiff. Akibatnya, nukleoid menjadi merah, dan sitoplasma menjadi biru.
Mikskopi kontras fasa
Mikroskop kontras fasa adaresolusi yang lebih tinggi daripada cahaya. Kaedah ini tidak memerlukan penetapan dan pewarnaan penyediaan - pemerhatian berlaku untuk bakteria hidup. Nukleoid dalam sel tersebut kelihatan seperti kawasan bujur cahaya dengan latar belakang sitoplasma gelap. Kaedah yang lebih berkesan boleh dibuat dengan menggunakan pewarna pendarfluor.
Pengesanan nukleoid dengan mikroskop elektron
Terdapat 2 cara untuk menyediakan persediaan untuk pemeriksaan nukleoid di bawah mikroskop elektron:
- potongan ultra-nipis;
- Potong bakteria beku.
Dalam mikrograf elektron bahagian ultranipis bakteria, nukleoid mempunyai rupa struktur rangkaian padat yang terdiri daripada filamen nipis, yang kelihatan lebih ringan daripada sitoplasma sekeliling.
Pada bahagian bakteria beku selepas imunostaining, nukleoid kelihatan seperti struktur seperti karang dengan teras padat dan tonjolan nipis menembusi ke dalam sitoplasma.
Dalam gambar elektronik, nukleoid bakteria paling kerap menduduki bahagian tengah sel dan mempunyai isipadu yang lebih kecil daripada sel hidup. Ini disebabkan oleh pendedahan kepada bahan kimia yang digunakan untuk membaiki penyediaan.
