Hindi tulad ng mga eukaryote, ang bacteria ay walang nabuong nucleus, ngunit ang kanilang DNA ay hindi nakakalat sa buong cell, ngunit nakakonsentra sa isang compact na istraktura na tinatawag na nucleoid. Sa functional terms, isa itong functional analogue ng isang nuclear apparatus.
Ano ang nucleoid
Ang bacterial nucleoid ay isang rehiyon sa kanilang mga cell na naglalaman ng structured genetic material. Hindi tulad ng eukaryotic nucleus, hindi ito pinaghihiwalay ng isang lamad mula sa natitirang mga nilalaman ng cellular at walang permanenteng hugis. Sa kabila nito, ang genetic apparatus ng bacteria ay malinaw na hiwalay sa cytoplasm.
Ang termino mismo ay nangangahulugang "nucleus-like" o "nuclear region". Ang istrukturang ito ay unang natuklasan noong 1890 ng zoologist na si Otto Buchli, ngunit ang mga pagkakaiba nito mula sa genetic apparatus ng mga eukaryotes ay nakilala na noong unang bahagi ng 1950s salamat sa teknolohiya ng electron microscopy. Ang pangalang "nucleoid" ay tumutugma sa konsepto ng "bacterial chromosome", kung ang huli ay nakapaloob sa isang cell sa isang kopya.
Hindi kasama sa nucleoid ang mga plasmid na iyonay mga extrachromosomal na elemento ng bacterial genome.
Mga tampok ng bacterial nucleoid
Karaniwan, ang nucleoid ay sumasakop sa gitnang bahagi ng bacterial cell at naka-orient sa axis nito. Ang volume ng compact formation na ito ay hindi lalampas sa 0.5 microns3, at ang molecular weight ay nag-iiba mula 1×109 hanggang 3×109 d alton. Sa ilang partikular na punto, ang nucleoid ay nakatali sa cell membrane.
Ang bacterial nucleoid ay naglalaman ng tatlong bahagi:
- DNA.
- Structural at regulatory proteins.
- RNA.
Ang
DNA ay may chromosomal na organisasyon na iba sa eukaryotic. Kadalasan, ang bacterial nucleoid ay naglalaman ng isang chromosome o ilang mga kopya nito (na may aktibong paglaki, ang kanilang bilang ay umabot sa 8 o higit pa). Ang tagapagpahiwatig na ito ay nag-iiba depende sa uri at yugto ng siklo ng buhay ng mikroorganismo. Ang ilang bakterya ay may maraming chromosome na may iba't ibang hanay ng mga gene.
Sa gitna ng nucleoid DNA ay naka-pack na medyo mahigpit. Ang zone na ito ay hindi naa-access sa mga ribosome, replikasyon at transcription enzymes. Sa kabaligtaran, ang mga deoxyribonucleic loop ng peripheral na rehiyon ng nucleoid ay direktang nakikipag-ugnayan sa cytoplasm at kumakatawan sa mga aktibong rehiyon ng bacterial genome.
Ang dami ng bahagi ng protina sa bacterial nucleoid ay hindi lalampas sa 10%, na halos 5 beses na mas mababa kaysa sa eukaryotic chromatin. Karamihan sa mga protina ay nauugnay sa DNA at nakikilahok sa pagbubuo nito. Ang RNA ay isang produktotranskripsyon ng bacterial genes, na isinasagawa sa periphery ng nucleoid.
Ang genetic apparatus ng bacteria ay isang dynamic na pormasyon na may kakayahang baguhin ang hugis at structural conformation nito. Wala itong nucleoli at mitotic apparatus na katangian ng nucleus ng isang eukaryotic cell.
Bacterial chromosome
Sa karamihan ng mga kaso, ang bacterial nucleoid chromosome ay may saradong hugis ng singsing. Ang mga linear chromosome ay hindi gaanong karaniwan. Sa anumang kaso, ang mga istrukturang ito ay binubuo ng isang molekula ng DNA, na naglalaman ng isang hanay ng mga gene na kinakailangan para sa kaligtasan ng bakterya.
Chromosomal DNA ay nakumpleto sa anyo ng mga supercoiled loop. Ang bilang ng mga loop sa bawat chromosome ay nag-iiba mula 12 hanggang 80. Ang bawat chromosome ay isang ganap na replicon, dahil kapag ang pagdodoble ay ganap na kinopya ang DNA. Palaging nagsisimula ang prosesong ito mula sa pinagmulan ng pagtitiklop (OriC), na nakakabit sa plasma membrane.
Ang kabuuang haba ng molekula ng DNA sa isang chromosome ay ilang order ng magnitude na mas malaki kaysa sa laki ng isang bacterium, kaya kailangan itong i-package, ngunit habang pinapanatili ang functional activity.
Sa eukaryotic chromatin, ang mga gawaing ito ay ginagawa ng mga pangunahing protina - mga histone. Ang bacterial nucleoid ay naglalaman ng mga DNA-binding protein na responsable para sa istrukturang organisasyon ng genetic material, at nakakaapekto rin sa pagpapahayag ng gene at DNA replication.
Nucleoid-associated proteins ay kinabibilangan ng:
- histone-like protein HU, H-NS, FIS at IHF;
- topoisomerases;
- proteins ng SMC family.
Ang huling 2 grupo ay may pinakamalaking impluwensya sa supercoiling ng genetic material.
Ang neutralisasyon ng mga negatibong singil ng chromosomal DNA ay isinasagawa ng polyamines at magnesium ions.
Ang biyolohikal na papel ng nucleoid
Una sa lahat, ang nucleoid ay kinakailangan para sa bacteria upang mag-imbak at magpadala ng namamana na impormasyon, gayundin upang maipatupad ito sa antas ng cellular synthesis. Sa madaling salita, ang biyolohikal na papel ng pagbuo na ito ay kapareho ng sa DNA.
Iba pang bacterial nucleoid function ay kinabibilangan ng:
- localization at compaction ng genetic material;
- functional DNA packaging;
- regulasyon ng metabolismo.
Ang pag-istruktura ng DNA ay hindi lamang nagbibigay-daan sa molekula na magkasya sa isang microscopic cell, ngunit lumilikha din ng mga kondisyon para sa normal na daloy ng mga proseso ng pagtitiklop at transkripsyon.
Ang mga tampok ng molecular organization ng nucleoid ay lumilikha ng mga kondisyon para sa kontrol ng cellular metabolism sa pamamagitan ng pagbabago sa DNA conformation. Ang regulasyon ay nangyayari sa pamamagitan ng pag-loop ng ilang partikular na seksyon ng chromosome sa cytoplasm, na ginagawang available ang mga ito para sa transcription enzymes, o kabaliktaran, sa pamamagitan ng paghila sa kanila.
Mga paraan ng pagtuklas
May 3 paraan para makita ang isang nucleoid sa bacteria:
- light microscopy;
- phase contrast microscopy;
- electron microscopy.
Depende sa paraanang paghahanda ng paghahanda at ang paraan ng pagsasaliksik, maaaring iba ang hitsura ng nucleoid.
Light microscopy
Upang matukoy ang isang nucleoid gamit ang isang light microscope, ang bacteria ay paunang nabahiran ng kulay upang ang nucleoid ay may kulay na iba sa iba pang mga nilalaman ng cellular, kung hindi, ang istrakturang ito ay hindi makikita. Obligado ding ayusin ang bacteria sa glass slide (sa kasong ito, namamatay ang mga microorganism).
Sa pamamagitan ng lens ng light microscope, ang nucleoid ay nagmumukhang isang pormasyon na hugis bean na may malinaw na mga hangganan, na sumasakop sa gitnang bahagi ng cell.
Mga paraan ng pangkulay
Sa karamihan ng mga kaso, ang mga sumusunod na paraan ng paglamlam para sa bacteria ay ginagamit upang mailarawan ang nucleoid sa pamamagitan ng light microscopy:
- ayon kay Romanovsky-Giemsa;
- Felgen method.
Kapag ang paglamlam ayon sa Romanovsky-Giemsa, ang bakterya ay na-pre-fix sa isang glass slide na may methyl alcohol, at pagkatapos ay sa loob ng 10-20 minuto sila ay pinapagbinhi ng isang pangulay mula sa pantay na halo ng azure, eonine at methylene blue, natunaw sa methanol. Bilang resulta, ang nucleoid ay nagiging lila at ang cytoplasm ay nagiging maputlang rosas. Bago ang microscopy, ang mantsa ay pinatuyo at ang slide ay hinuhugasan ng distillate at tuyo.
Ang Feulgen na paraan ay gumagamit ng mahinang acid hydrolysis. Bilang resulta, ang inilabas na deoxyribose ay pumasa sa aldehyde form at nakikipag-ugnayan sa fuchsine-sulphurous acid ng Schiff reagent. Bilang resulta, ang nucleoid ay nagiging pula, at ang cytoplasm ay nagiging asul.
Phase contrast microscopy
Phase contrast microscopy ay mayroonmas mataas na resolution kaysa sa liwanag. Ang pamamaraang ito ay hindi nangangailangan ng pag-aayos at paglamlam ng paghahanda - ang pagmamasid ay nagaganap para sa mga live na bakterya. Ang nucleoid sa naturang mga cell ay mukhang isang maliwanag na hugis-itlog na lugar laban sa background ng madilim na cytoplasm. Maaaring gumawa ng mas epektibong paraan sa pamamagitan ng paglalagay ng mga fluorescent dyes.
Nucleoid detection gamit ang electron microscope
May 2 paraan upang maghanda ng paghahanda para sa pagsusuri ng nucleoid sa ilalim ng electron microscope:
- ultra-thin cut;
- Gupitin ang frozen bacteria.
Sa mga electron micrograph ng isang ultrathin na seksyon ng isang bacterium, ang nucleoid ay may hitsura ng isang siksik na istraktura ng network na binubuo ng manipis na mga filament, na mukhang mas magaan kaysa sa nakapalibot na cytoplasm.
Sa isang seksyon ng frozen na bacterium pagkatapos ng immunostaining, ang nucleoid ay parang coral-like structure na may siksik na core at manipis na protrusions na tumatagos sa cytoplasm.
Sa mga electronic na litrato, ang nucleoid ng bacteria ay kadalasang sumasakop sa gitnang bahagi ng cell at may mas maliit na volume kaysa sa isang buhay na cell. Ito ay dahil sa pagkakalantad sa mga kemikal na ginamit upang ayusin ang paghahanda.
