НУКЛЕОИД: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, СЪСТАВ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В Нуклеоидът е неправилна област, с нарушен вид намира вътре в прокариотни клетки, заемащ важен регион на цитоплазмата и ясно диференцируема поради различните си фаза.

Последната се отличава като мястото, където е концентрирана бактериалната ДНК, като единствената дълга молекула с две вериги, образуващи така наречената бактериална хромозома, която се кондензира, като се вижда като нуклеоид.

Нуклеоидът е отбелязан с числото 7. Източник: LadyofHats

Най-просто казано, нуклеоидът е структура, подобна на еукариотичното ядро, но няма видими структурни граници. Възможно е обаче да се разграничи от останалото цитоплазмено съдържание и да се разпознае като един от основните му компоненти.

характеристики

Формата на нуклеоида е резултат от множество проекции на него, което води до форма на корал, която по време на дублирането придобива по-двулична форма, която след това се разделя на два различни нуклеоида.

Нуклеоидът е еквивалент на хроматина в еукариотните клетки, но има някои забележими разлики. Първо, основните протеини (хистон тип), присъстващи в нуклеоида, не образуват правилни и компактни структури като хистони в хроматинови нуклеозоми, представляващи по-малко сложна организация.

В допълнение, спиралното напрежение, което уплътнява нуклеоидната ДНК, е от плектонемичен и тороидален тип, а в хроматина напрежението, причинено от взаимодействието между ДНК и хистони, е от тороидален тип (суперкопиране).

ДНК в прокариотните клетки е кръгов и те имат само една хромозома и съответно по едно копие на всеки ген, като са генетично хаплоидни.

Геномът на бактериите е сравнително малък и лесен за манипулиране, добавянето или отстраняването на ДНК фрагменти (поради лесната им дисоциация от останалите нуклеоидни компоненти) може да бъде въведено отново в бактерии, което го прави идеален за работа върху генното инженерство.

Структура и състав

Нуклеоидът, известен още като хроматиновото тяло, има като основен компонент ДНК, която представлява повече от половината от съдържанието му и се кондензира около 1000 пъти. Тъй като всеки нуклеоид е изолиран, неговата маса се състои от 80% ДНК.

Въпреки това, в допълнение към своя геном, той има молекули на РНК и голямо разнообразие от ензими като РНК полимераза и топоизомерази, както и основни протеини.

В голямо разнообразие от бактерии има генетичен материал, който не е концентриран в нуклеоида, но той е диспергиран в цитоплазмата в структури, наречени плазмиди, в които се намират по-малки ДНК молекули.

Други разновидности на протеини, тясно свързани с нуклеоида, имат функцията да го поддържат кондензиран и компактен и също така улесняват отделянето на генетичен материал към дъщерните клетки. Процесите на синтеза на РНК и протеин в нуклеоида изглежда помагат за поддържането на цялостната форма на нуклеоида.

От друга страна, по време на процеси като клетъчна диференциация или при приемането на латентни състояния, формата на нуклеоида варира драстично.

Организацията на нуклеоида варира в зависимост от вида на бактериите, който се оценява. Други нуклеоидни асоциирани протеини (PAN) също влияят на неговата организация.

Нуклеоидът в клетъчното делене

Когато бактериите започнат да се делят, нуклеоидът съдържа материала на два генома, продукт на синтеза на ДНК. Този дублиран материал се разпределя между дъщерните клетки, поради клетъчното делене.

По време на този процес всеки геном, чрез протеини, свързани с нуклеоида и мембраната, се свързва с определени сектори на последната, които ще изтеглят два участъка от бактериалната хромозома, когато се получи делене, така че всяко отделение, което възниква (т.е. всеки дъщерна клетка) е оставена с нуклеоид.

Няколко протеини като HU и IHF се свързват плътно с ДНК и участват в нейната кондензация, репликация и сгъване.

Характеристика

Нуклеоидът е не само неактивен носител на генетичния материал (бактериална хромозома). Освен това, заедно с действието на съпътстващите протеини в него, те защитават ДНК. Уплътняването му е пряко свързано със защитата на генома по време на процеси като окислителен стрес и физически фактори като радиация.

Той също така участва по прословут начин в глобалната клетъчна организация и дори има основна роля в определянето на мястото на делене на клетките по време на бинарно делене. По този начин се избягват неточни съкращения в нуклеоидите, които ще съставят дъщерните клетки, когато се образува разделителната преграда.

Вероятно поради тази причина нуклеоидите заемат специфични позиции в клетката, чрез транспортиране на ДНК, медиирана от протеини, свързани с нуклеоида (като Fts, присъстващи в септума по време на бинарно делене), за да се държи ДНК далеч от разделителната стена.

Механизмите на миграция на нуклеоида и неговото положение в бактериалната клетка все още не са точно известни, обаче има много вероятни фактори, които регулират движението му в цитоплазмата.

Нуклеоид в бактерии без бинарно делене

Въпреки че нуклеоидът се характеризира по-добре с бактерии, които проявяват бинарно делене, има някои варианти на бактерии, които се разделят или размножават по други методи.

При онези бактерии, които използват пъпката като средство за размножаване, нуклеоидът очевидно има сегментация, така че тогава има разнообразие в организацията на тази бактериална структура.

В бактерии като Gemmata obscuriglobus, които се възпроизвеждат чрез пъпкуване, нуклеоидът има серия от отделения, които са ограничени от интрацитоплазмена мембрана.

При този вид, когато дъщерната клетка излезе, той получава гол нуклеоид, който е покрит от интрацитоплазмена мембрана, когато пъпката узрява и се освобождава от родителската клетка.

Други големи бактерии имат голям брой нуклеоиди, разпръснати и разделени около периферията им, докато останалата част от цитоплазмата остава без ДНК. Това представлява случай на полиплоидия, който е по-познат в еукариотните клетки.

Разлики с еукариотното ядро

В случая на прокариотни клетки, на нуклеоида липсва мембрана, за разлика от ядрото на еукариотните клетки, което има мембрана, която опакова генома си и го защитава.

В еукариотната клетка генетичният материал е организиран в хромозомите по много компактен или организиран начин, докато нуклеоидът е по-малко компактен и по-диспергиран. Въпреки това, в прокариотите той формира дефинирани и диференцируеми тела.

Броят на хромозомите в еукариотната клетка обикновено варира. Те обаче са по-многобройни от прокариотните организми, които имат само един. За разлика от геномния материал на бактериите, еукариотните клетки притежават две копия от всеки ген, което ги прави генетично диплоидни.

Препратки

1. Lewin, B. (1994). Гените 2-ро издание Редакционен реверте, Испания.
2. Madigan, MT, Martinko, JM & Parker, J. (2004). Брок: Биология на микроорганизмите. Pearson Education.
3. Margolin W. (2010) Представяне на бактериалния нуклеоид. В: Dame RT, Dorman CJ (eds) бактериален хроматин. Спрингер, Дордрехт
4. Müller-Esterl, W. (2008). Биохимия. Основи за медицината и науките за живота. Реверте.
5. Wang, L., и Lutkenhaus, J. (1998). FtsK е важен протеин за клетъчно деление, който е локализиран в преградата и индуциран като част от SOS отговора. Молекулярна микробиология, 29 (3), 731-740.
6. Santos, AR, Ferrat, GC и Eichelmann, MCG (2005). Стационарната фаза в бактериите Escherichia coli. Преподобна Latinoamericana Microbiología, 47, 92-101.