Nukleoid. Az öröklött anyag funkcionális szempontból az eukarióták sejtmagjához viszonyítva fekszik, mint a sejt egyenértékűje, más néven nukleoid, lazán a sejtben. A baktérium örökletes anyaga, a DNS, kötéllétrának tűnik. Ez egy cellában rejlik
2004. január 22., 11:20 Primar.sme.sk
Nukleoid
Az öröklött anyag funkcionális szempontból az eukarióták sejtmagjához viszonyítva fekszik, mint a sejtnek más néven nukleoidnak nevezett mag megfelelője, a sejtben lazán. A baktérium örökletes anyaga, a DNS, kötéllétrának tűnik. Ez a cellában egy visszatekercselt csavar (hélix) formájában fekszik. Csak ezeken a kanyarulatokon keresztül fér bele a sejtbe a DNS, amely körülbelül 500-szor hosszabb, mint maga a baktérium.
A DNS-molekula két, egymást kiegészítő komplementer szálból áll, amelyek kisebb egységekből, nukleotidokból állnak. A nukleotid alapstruktúrája deoxiribózból (cukormolekula), ortofoszfátból és szerves bázisból áll. Összesen négy szerves bázis létezik, timidin (T), adenin (A), citozin (C) és guanin (G). Az egyszerűség kedvéért az állat genetikai kódját leíró publikációkban csak a nukleáris bázisok rövidítéseit használják - T, A, C, G - A fehérjéket, azaz a fehérjéket e négy különböző nukleotid meghatározott sorrendje kódolja.
Az információ kódolásának ez az elve minden élőlény sejtjeivel azonos, beleértve az embert is. Tehát univerzális kód. A nukleotidok hidrogénkötésekkel kapcsolhatók össze, nevezetesen egyrészt az adenozin és a timidin, másrészt a citozin és a guanin között. Ez adja a DNS kötéllétrák tipikus felépítését. Az adenozin és timidin, valamint a guanin és a citozin bázispárok hányadosa állandó minden baktériumfaj esetében. Ezt a hányadost tehát felhasználhatjuk egy szisztematikus baktérium összeállításához, ha ez egy különleges tulajdonság.
Plazmák
Egyes baktériumok mellett a kromoszóma, amely a baktérium öröklődő anyaga, egy vagy több másik DNS-molekula is létezik a sejtben. Ezek plazmidok. Vagy külön-külön, vagy sok másolat formájában fordulnak elő. A baktériumok minden tekintetben teljesen függetlenek a kromoszómától. Nem elengedhetetlenek a sejtek működéséhez és szaporodásához. Különösen fontosak azonban az orvostudomány szempontjából.
Felismerjük a patogén, rezisztens és metabolikus plazmidokat. Vannak azonban olyan plazmidok is, amelyek kombinálják az említett csoportok több vagy több tulajdonságát. A patogén plazmidok tartalmaznak egy genetikai kódot, amely felelős a baktérium betegségeket okozó tulajdonságaiért. Ide tartozik pl. mérgek (toxinok), vörösvértesteket károsító anyagok vagy speciális kapszulák, amelyek lehetővé teszik, hogy a baktériumok jobban ellenálljanak a kemoterápiának. Egyes baktériumok rezisztenciát szereznek a kemoterápiákkal szemben. Ezeket az ellenállásokat főleg nem a bakteriális nukleoid, hanem a rezisztens plazmidok kódolják. Vannak olyan baktériumok is, amelyek ellenállnak több anyagnak. Ezt követően több rezisztens plazmidot említünk. A metabolikus plazmidok olyan tulajdonságokat kódolhatnak, amelyek befolyásolják a baktériumok anyagcseréjét.
DNS replikáció
Ha egy baktérium szaporodik egy sejt osztódásával, meg kell tennie annak genetikai anyagát is. Az ehhez szükséges folyamatot replikációnak nevezzük. Erre a célra a spirális DNS elveszíti spirális formáját, és a két szál visszahúzódik, akárcsak egy cipzár részei. A DNS kinyílásának helyét a beavatás helyének nevezzük. Komplementer nukleotidok kapcsolódnak a szál mindkét feléhez a sejtenzim DNS-polimeráz segítségével. Ez két DNS-t hoz létre.
Átírás
A szintézishez, azaz egy peptid, egy speciális fehérje előállításához számos közbenső lépésre van szükség a sejtben. A fehérjetermelés helye a riboszóma, amely az aminosavakat a megfelelő sorrendben kapcsolja össze egy peptiddé. A fehérje "építési terve" egy DNS szakasz, amely egy meghatározott módon elrendezett nukleotid sorozatból áll. Ezt a DNS-régiót, amely egy fehérje "építési tervét" tartalmazza, génnek nevezzük. Maga a riboszóma nem tud mit kezdeni a DNS-sel. Sokkal többre van szükség annak a génnek a "átírására", amely felelős a fehérje kódolásáért a DNS-be. Ezt a "transzkriptumot" Messenger ribonukleinsavnak (mRNS) hívják. A DNS mintáját követve az mRNS-t a DNS-függő RNS-polimeráz enzim hozza létre. Az RNS-polimeráz transzkripcióját a DNS egy meghatározott helyén, a promóternél kezdi meg. Az mRNS termelésének ezt a folyamatát transzkripciónak nevezzük.
Fordítás
A DNS-n mindössze három nukleotid kódol egy aminosavat. Ezt a három aminosavat kódoló nukleotidot triplettnek vagy kodonnak nevezik. Az aminosav a legkisebb elem, amely egy fehérjét alkot. Az aminosavak sorrendje egy fehérjében határozza meg későbbi tulajdonságait.
A teljes fehérjemolekulák a riboszómákban található egyes aminosavakból állnak. A fehérje-összeállítás receptje mRNS-t hordoz, amelyet korábban "átírtak" a DNS-ből. Ezt a folyamatot fordításnak nevezzük. Ezenkívül transzfer RNS (tRNS) szükséges a transzlációhoz. Egyrészt komplementer antikodont továbbít az mRNS kodonhoz.
Másrészt a kodon által kódolt aminosav kapcsolódik a tRNS-hez. A riboszómában a tRNS az mRNS aminosavhelyéhez kötődik. A peptidkötés ezután egy riboszómán keresztül kapcsolódik az előző aminosavhoz. Így egy kész fehérjemolekula képződik az aminosavláncból.
Génszabályozás
Minden sejtnek különböző fehérjékre van szüksége. Ezekre azonban nincs szükség mindig és semmilyen mennyiségben, mivel szükségletük a sejtciklustól és a környezeti feltételektől függ. A fehérjetermelés szabályozására a baktériumsejtben vannak olyan mechanizmusok, amelyek be- és kikapcsolják a fehérjetermelést. Az adott anyagcsere-lépéshez szükséges enzimek kódjai közvetlenül egymás mögött helyezkednek el a DNS-ben. Az ezen enzimek kódját tartalmazó régiót, más néven operont, két jellegzetes szakasz határolja. Az operátor itt a terület elejét, a terminátor a végét jelöli.
Ezen kívül van egy szakasz, amelyet promóternek hívnak az üzemeltető közvetlen közelében. Itt az RNS polimerázra hatnak az mRNS termelésének megindításához. Az operon aktivitását a vezérlő vezérli. Ez a szabályozó gén egy szabályozó fehérjét kódol, amely képes kötődni egy operátorhoz. Szabályozó fehérje (represszor) csatolásával az mRNS nem tud kötődni és az enzimszintézis megszakad. A szabályozó fehérje funkciójában ki- és bekapcsolható. Ebből a célból az effektorok befolyásolhatják a represszor aktivitását. Két lehetséges mechanizmust különböztetünk meg:
Indukciós rendszer
Az effektor összekapcsolásával a represszorral kikapcsol. Ezért nem kötődhet az operátorhoz. A fehérjeszintézis tehát folyamatosan zajlik.
Represszív rendszer
Az effektor összekapcsolásával a represszorral be van kapcsolva. A represszor az operonhoz kötődik, és így megakadályozza az mRNS-polimeráz tapadását. A fehérjeszintézis leáll.
Ezt a genetikai szabályozási modellt 1961-ben fejlesztették ki Francois Jacob és Jaques Monod tudósok (orvosi Nobel-díj 1965).
Mutációk
A külső hatások miatt, de spontán módon is, a DNS genetikai anyagának egyes részei megváltozhatnak, és új tulajdonságokat adhatnak az adott sejtnek. Ezeket a mutációkat nem kontrollálják. Azt, hogy egy adott mutált sejt új tulajdonságot nyert-e, amely lehetővé teszi a jobb túlélést, a szelekció határozza meg. Az új, mutánsok által megszerzett tulajdonságok, amelyek előnyt jelentenek, javítják a baktérium túlélését, és a baktériumnak szelekciós előnye van.
Törlés
Itt két-ezer nukleotid veszik el.
Pontmutáció
A változások csak egy nukleotidot érintenek. Vagy leejtünk, vagy hozzáadunk, vagy egy nukleotidot egy másik nukleotiddal helyettesítünk. A törléssel ellentétben ez a folyamat visszafordítható is.
Egyszerű mutáció
Ebben a típusban egyetlen mutáció egy génhelyen új tulajdonsághoz vezethet, amely szelekciós előnyt jelent a kérdéses sejt számára.
Többszörös mutáció
Itt mutációk fordulnak elő az egymást követő generációkban. Csak minden mutáció ügyesen enged új tulajdonságot.
A bakteriális mutációs folyamatok különleges szerepet játszanak az orvostudományban, mivel olyan baktériumokat állítanak elő, amelyek mutált új tulajdonságai például ellenállást nyújtanak a kemoterápiával szemben. A mutációk azonban ritkák. A bakteriális magmutációk mellett mutációk is előfordulhatnak a plazmidokban. Szélsőséges esetben akár az összes plazmid teljes vesztesége is előfordulhat. Ezt a tulajdonságot, mint bármely más mutációt, alább örökölhetjük. Egy sejt szelekciós előnye lehet, hogy a plazmidtól mentes sejtek gyorsabban szaporodnak, mivel a plazmidok szaporításához szükséges energia megtakarítható.
Mutagének
A mutációk általában spontán fordulnak elő. Vannak azonban bizonyos külső tényezők, amelyek előidézhetik vagy elősegíthetik a mutációt. A mutagén faktorok közvetlenül reagálhatnak az öröklődő anyaggal, vagy közvetett módon mutációkat indukálhatnak az intracelluláris reakciótermékek hatására. Megfelelő mutagének az ultraibolya fények, amelyek maximális DNS-érzékenysége 260 nm, vagy az ionizált sugarak, az alfa sugárzás mutagén módon erősebben hat, mint a béta és a gamma sugárzás. Idegen örökletes anyag, paraziták anyagcseretermékei, vírusok és számos vegyi anyag, o.i. a vinca alkaloid, azaz méregméreg vagy rák kemoterápiás szerek mutagénekként kerülnek figyelembe vételre.
Parasexualitás
Az állati sejtek a reduktív osztódás (meiózis) és egy új kombináció (kariotámia) után keverik örökletes anyagukat a nemi folyamatokban. Ezzel szemben a baktériumok keresztirányú osztódással szaporodnak, ivarsejtek (ivarsejtek) nem fordulnak elő. Vannak azonban olyan mechanizmusok, amelyek lehetővé teszik az örökletes anyag cseréjét a sejtek között aszexuális módon egy nemzedék sejtjein belül.
átalakítás
Egyes baktériumok be tudják fogadni egy másik baktérium DNS-ét egy sejtbe. Ott ennek a DNS-nek az egyik része beépül a befogadó baktérium DNS-szálába (rekombináció). Az így megváltozott baktériumgenomot a keresztmetszetű DNS-reduplikáció (DNS-szaporodás) után továbbadják. Ez alapján minden baktériumnak új tulajdonságai vannak, amelyeket a kapott DNS határoz meg. Ezt a mechanizmust használják a géntechnológiában is. Ott a baktériumok plazmidjait "hírvivőként" használják.
Transzdukció
A bakteriofágok a baktériumokra szakosodott vírusok. Normális esetben a baktériumok megfertőznek egy sejtet, és beépítik saját DNS-ét a gazdaszervezet DNS-ébe. Ha a gazda DNS szaporodik, akkor a fág DNS is szaporodik. A sejt fágkomponenseket is termel. Ha az egyes részekből új fágok képződnek, feloldják a sejtfalat, felszabadítják és megtámadják az új baktériumokat. Ezen folyamatok során a baktérium DNS (donor) vagy baktérium plazmid részei inkorporálódhatnak a fágba. A sejtlízis képessége elvész, de a bakteriális fertőzés képessége nem. Egy új baktérium (befogadó) megfertőzése után a fágból származó DNS-fragmenst rekombináció után a baktérium DNS-be illesztik be. Ez új tulajdonságot adott a baktériumoknak. Ha egy plazmid bejut a fágsejtbe, rekombinációra nincs szükség. Szó van általánosított transzdukcióról is. A speciális transzdukcióban a baktérium kromoszóma beépül a fág kromoszóma helyett. Ezek a fágok szintén elveszítik a bakteriolízis képességét, de nem fertőzőképességüket.
Konjugáció
Két baktérium összekapcsolódása plazmahidat képezve, amelyen keresztül egy kromoszóma (vagy annak egy része) átjuthat a donor sejtből a befogadó sejtbe (= donor vagy receptor), és rekombinálódhat a helyi kromoszómával.
Következő téma
Baktériumtenyészetek és baktériumok szaporodása