Ökaryotların aksine, bakterilerin oluşturulmuş bir çekirdeği yoktur, ancak DNA'ları hücrenin her yerine dağılmamıştır, nükleoid adı verilen kompakt bir yapı içinde yoğunlaşmıştır. İşlevsel anlamda, bir nükleer aygıtın işlevsel bir analogudur.
Nükleoid nedir
Bir bakteriyel nükleoid, hücrelerinde yapılandırılmış genetik materyal içeren bir bölgedir. Ökaryotik çekirdeğin aksine, hücre içeriğinin geri kalanından bir zarla ayrılmamıştır ve kalıcı bir şekli yoktur. Buna rağmen, bakterilerin genetik aparatı sitoplazmadan açıkça ayrılmıştır.
Terimin kendisi "çekirdek benzeri" veya "nükleer bölge" anlamına gelir. Bu yapı ilk olarak 1890'da zoolog Otto Buchli tarafından keşfedildi, ancak ökaryotların genetik aparatından farklılıkları elektron mikroskobu teknolojisi sayesinde 1950'lerin başında zaten tanımlandı. "Nükleoid" adı, ikincisi tek bir kopyada bir hücrede bulunuyorsa "bakteriyel kromozom" kavramına karşılık gelir.
Nükleoid, plazmitleri içermez.bakteri genomunun kromozom dışı öğeleridir.
Bakteriyel nükleoidin özellikleri
Genellikle, nükleoid bakteri hücresinin orta kısmını kaplar ve ekseni boyunca yönlendirilir. Bu kompakt oluşumun hacmi 0,5 mikronu geçmez3 ve moleküler ağırlık 1×109 ile 3×10 arasında değişir.9 d alton. Belirli noktalarda nükleoid hücre zarına bağlıdır.
Bakteriyel nükleoid üç bileşen içerir:
- DNA.
- Yapısal ve düzenleyici proteinler.
- RNA.
DNA, ökaryottan farklı bir kromozomal organizasyona sahiptir. Çoğu zaman, bakteri nükleoidi bir kromozom veya bunun birkaç kopyasını içerir (aktif büyüme ile sayıları 8 veya daha fazlasına ulaşır). Bu gösterge, mikroorganizmanın yaşam döngüsünün türüne ve aşamasına bağlı olarak değişir. Bazı bakterilerin farklı gen setlerine sahip birden fazla kromozomu vardır.
Nükleoid DNA'nın merkezinde oldukça sıkı bir şekilde paketlenmiştir. Bu bölge ribozomlar, replikasyon ve transkripsiyon enzimleri için erişilemez. Aksine, nükleoidin çevresel bölgesinin deoksiribonükleik halkaları sitoplazma ile doğrudan temas halindedir ve bakteri genomunun aktif bölgelerini temsil eder.
Bakteriyel nükleoiddeki protein bileşeninin miktarı, ökaryotik kromatinden yaklaşık 5 kat daha az olan %10'u geçmez. Çoğu protein DNA ile ilişkilidir ve yapılanmasına katılır. RNA bir üründürnükleoidin çevresinde gerçekleştirilen bakteri genlerinin transkripsiyonu.
Bakterilerin genetik aygıtı, şeklini ve yapısal yapısını değiştirebilen dinamik bir oluşumdur. Ökaryotik bir hücrenin çekirdeğinin özelliği olan nükleol ve mitotik aparattan yoksundur.
Bakteri kromozomu
Çoğu durumda, bakteri nükleoid kromozomları kapalı bir halka şekline sahiptir. Doğrusal kromozomlar çok daha az yaygındır. Her durumda, bu yapılar, bakterilerin hayatta kalması için gerekli bir dizi gen içeren tek bir DNA molekülünden oluşur.
Kromozomal DNA, süper sarmal ilmekler şeklinde tamamlanır. Kromozom başına ilmek sayısı 12 ila 80 arasında değişir. Her kromozom tam teşekküllü bir replikondur, çünkü DNA ikiye katlandığında tamamen kopyalanır. Bu süreç her zaman plazma zarına bağlı olan replikasyonun (OriC) orijininden başlar.
Bir kromozomdaki bir DNA molekülünün toplam uzunluğu, bir bakterinin boyutundan birkaç büyüklük sırası daha büyüktür, bu nedenle onu paketlemek gerekli hale gelir, ancak işlevsel aktiviteyi korurken.
Ökaryotik kromatinde bu görevler ana proteinler - histonlar tarafından gerçekleştirilir. Bakteriyel nükleoid, genetik materyalin yapısal organizasyonundan sorumlu olan ve ayrıca gen ekspresyonunu ve DNA replikasyonunu etkileyen DNA bağlayıcı proteinler içerir.
Nükleoid ile ilişkili proteinler şunları içerir:
- histon benzeri proteinler HU, H-NS, FIS ve IHF;
- topoizomerazlar;
- SMC ailesinin proteinleri.
Son 2 grup, genetik materyalin aşırı sarılması üzerinde en büyük etkiye sahiptir.
Kromozomal DNA'nın negatif yüklerinin nötralizasyonu poliaminler ve magnezyum iyonları tarafından gerçekleştirilir.
Nükleoidin biyolojik rolü
Her şeyden önce, nükleoid bakteriler için kalıtsal bilgileri depolamak ve iletmek ve ayrıca hücresel sentez düzeyinde uygulamak için gereklidir. Başka bir deyişle, bu oluşumun biyolojik rolü DNA'nınkiyle aynıdır.
Diğer bakteriyel nükleoid işlevleri şunları içerir:
- Genetik materyalin lokalizasyonu ve sıkıştırılması;
- fonksiyonel DNA paketleme;
- metabolizmanın düzenlenmesi.
DNA yapılanması sadece molekülün mikroskobik bir hücreye sığmasını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda replikasyon ve transkripsiyon süreçlerinin normal akışı için koşullar yaratır.
Nükleoidin moleküler organizasyonunun özellikleri, DNA konformasyonunu değiştirerek hücresel metabolizmanın kontrolü için koşullar yaratır. Düzenleme, kromozomun belirli bölümlerini sitoplazmaya aktararak gerçekleşir, bu da onları transkripsiyon enzimleri için kullanılabilir hale getirir veya tam tersi, onları içeri çekerek.
Algılama yöntemleri
Bakterilerdeki bir nükleoidi görsel olarak tespit etmenin 3 yolu vardır:
- ışık mikroskobu;
- faz kontrast mikroskobu;
- elektron mikroskobu.
Yönteme bağlı olarakpreparasyonun hazırlanması ve araştırma yöntemi, nükleoid farklı görünebilir.
Işık mikroskobu
Bir ışık mikroskobu kullanarak bir nükleoidi tespit etmek için, bakteri ön olarak boyanır, böylece nükleoid hücre içeriğinin geri kalanından farklı bir renge sahip olur, aksi takdirde bu yapı görünmez. Bakterileri bir cam slayt üzerine sabitlemek de zorunludur (bu durumda mikroorganizmalar ölür).
Bir ışık mikroskobunun merceğinden, nükleoid, hücrenin orta kısmını kaplayan net sınırları olan fasulye şeklindeki bir oluşuma benziyor.
Boyama yöntemleri
Çoğu durumda, nükleoidi ışık mikroskobuyla görselleştirmek için bakteriler için aşağıdaki boyama yöntemleri kullanılır:
- Romanovsky-Giemsa'ya göre;
- Felgen yöntemi.
Romanovsky-Giemsa'ya göre boyama yaparken, bakteriler metil alkol ile bir cam slayt üzerine önceden sabitlenir ve daha sonra 10-20 dakika boyunca eşit bir azure, eonin ve metilen mavisi karışımından bir boya ile emprenye edilir., metanol içinde çözüldü. Sonuç olarak, nükleoid morlaşır ve sitoplazma soluk pembe olur. Mikroskopiden önce leke boş altılır ve slayt distilat ile yıkanır ve kurutulur.
Feulgen yöntemi, zayıf asit hidrolizi kullanır. Sonuç olarak, salınan deoksiriboz aldehit formuna geçer ve Schiff reaktifinin fuksin-sülfür asidi ile etkileşime girer. Sonuç olarak, nükleoid kırmızı olur ve sitoplazma mavi olur.
Faz kontrast mikroskobu
Faz kontrast mikroskopisiışıktan daha yüksek çözünürlük. Bu yöntem, müstahzarın sabitlenmesini ve boyanmasını gerektirmez - canlı bakteriler için gözlem yapılır. Bu tür hücrelerdeki nükleoid, koyu sitoplazmanın arka planına karşı hafif oval bir alana benziyor. Floresan boyalar uygulanarak daha etkili bir yöntem yapılabilir.
Elektron mikroskobu ile nükleoid tespiti
Elektron mikroskobu altında nükleoid incelemesi için hazırlık hazırlamanın 2 yolu vardır:
- ultra ince kesim;
- Donmuş bakterileri kesin.
Bir bakterinin ultra ince bölümünün elektron mikrograflarında, nükleoid, çevreleyen sitoplazmadan daha hafif görünen, ince filamentlerden oluşan yoğun bir ağ yapısı görünümündedir.
İmmün boyamadan sonra donmuş bir bakterinin bir bölümünde, nükleoid, yoğun bir çekirdeğe ve sitoplazmaya giren ince çıkıntılara sahip mercan benzeri bir yapı gibi görünür.
Elektronik fotoğraflarda, bakteri nükleoidi çoğunlukla hücrenin orta kısmını kaplar ve canlı bir hücredekinden daha küçük bir hacme sahiptir. Bunun nedeni, müstahzarı sabitlemek için kullanılan kimyasallara maruz kalmadır.
