Bakteriel kromosomstruktur: Hvad, hvordan og detaljerede fakta

En nukleoid, som har en veldefineret cytoplasmatisk struktur, indeholder bakterielle kromosomer. Her er dobbelthelix-DNA'et dækket med proteiner, der ligner histon.

Det bakterielle kromosom adskiller sig fra det bakterielle genom. Den bakterielle kromosomstruktur har en stærk binding af protein-DNA-RNA, der kan variere i arrangement, DNA-indhold, dimensioner, og vækstbetingelser. På den anden side er et genom bæreren af ​​genetisk information for en organisme.

Kromosomer af bakterier har klar cytoplasmisk former, der er til stede i nukleoid. Proteiner har strukturer, der ligner histon, der dækker dobbelthelix-DNA'et i nukleoiden. Mange bakterier kan have kromosomer, der er cirkulære i form, store i størrelse og enkelte, men det er ikke ens for alle bakterier. Andre bakterier kan også have flere kromosomer ligesom Rhodobacter sphaeroides.

Rhodobacter sphaeroides har mere end ét kromosom, hvoraf et er på størrelse 3.0 mb og et andet er på størrelse 0.9 mb, hvorimod Burkholderia cepacia har tre kromosomer og deres størrelser omfatter 3.6, 3.2 og 1.1 mb, henholdsvis. Nogle andre arter har også lineære kromosomer, såsom spiroketten Borrelia burgdorferi og gram-positive Streptomyces coelicolor.

Desuden har flere bakterier nogle ekstrakromosomale komponenter i dem, som plasmider. Genomstørrelsen af B. burgdorferi er højere end 0.56 mb da det er sammensat af ca. 0.9 mb lineære kromosomer og mere eller mindre 19 mb lineære og cirkulære plasmider. Kromosomstruktur har en betydelig indflydelse på kromosomreplikation. I modsætning til eukaryoter foregår replikationsinitieringen et enkelt sted på bakterielle kromosomer.

E. coli har et enkelt kromosom med en cirkulær form, og dets replikation begynder ved oriC-stedet (oprindelse af replikation). I modsætning til eukaryoter skrider replikationsprocessen frem i begge retninger på en måde, der ligner den på en semikonservativ måde.

DNA-replikation ses overalt på kromosomet, som er cirkulær i form, indtil begge replikationsgaflerne forbindes i terminalenderne, hvilket udgør en hindring for fremdriften af ​​replikationsgaflen.

bakteriel kromosomstruktur
Billedkredit: Cirkulært kromosom- Wikipedia

Er bakterielle kromosomer cirkulære eller lineære?

Alle bakterier har ikke cirkulære kromosomer. Ud af flere slægter af bakterier er lineære kromosomer de mest almindelige, som f.eks Borrelia, Streptomycesog Agrobakterier

Få bakterier har mere end ét kromosom, hvorimod flere bakterier har lineære plasmider og kromosomer. Sammenlignet med de lineære kromosomer, der er til stede i eukaryote celler, fandt forskerne ud af, at bakterierne har cirkulære kromosomer, der er solitære og kovalent lukkede.

De lineære kromosomer menes at være opstået fra de cirkulære forfædres kromosomer. For at bevise, at det bakterielle kromosom var cirkulært, elektronmikroskopi var brugt. Denne proces blev udført i både gram-negative bakterier (såsom Escherichia coli) og gram-positive bakterier (såsom Bacillus subtilis). Bakterieplasmider er også blevet opdaget at være cirkulære.

Kromosomreplikation foreslås at være en generel mekanisme for tidlig fiksering. Regionen for replikationsoprindelse har en genorganisation. Genopbygningen af ​​replikationsregionens genarrangement er evolutionært konsistent på tværs af flere bakterielinjer (f.eks. E. coli af phylum Proteobacteria og gram-positive B. subtilis), hvilket antyder, at en generisk mekanisme for kromosomreplikation blev fikset tidligt.

Telomerer er de sidste dele af DNA-molekylerne, der er lineære. De har to vanskeligheder, som ikke passer til de DNA-molekyler, der er cirkulære. For det første som vi ved, at de løse ender af det dobbeltstrengede DNA er for sarte til nedbrydning af de intracellulære nukleaser, der bør være en procedure, der kan bevare enderne.

For det andet har endedelene af DNA-molekylerne, der er lineære, en særlig proces til replikation af DNA. Disse problemer kan løses ved telomers egenskaber. Der er to varianter af telomerer, der er blevet opdaget i bakterier, nemlig invertrontelomerer og hårnåletelomerer.

Hvordan ser et kromosom ud i bakterier?

Mens bakterielle kromosomer er cirkulære i form, har menneskelige kromosomer åbne ender. Det betyder, at de bakterielle kromosomer er knyttet til hinanden.

Bakterielle kromosomer har forskellige cytoplasmatiske morfologier, der er synlige i nukleoiden. Proteiner belægge dobbelthelix-DNA'et i nukleoiden med strukturer, der ligner histon. Selvom mange bakterier har cirkulære kromosomer, der er enorme i størrelse og enkelte i antal, er dette ikke tilfældet for alle bakterier.

Bakterier er naturligt forskellige fra mennesker. Næsten alle bakterier har kun et enkelt kromosom. Grunden til, at kromosomer kan få plads i bakteriecellen, er, at de har folder i sig. EN nukleoid er hvor et kromosom kan findes. Dette minder mere eller mindre om kerne til stede i menneskelige celler, men det er ikke det samme.

Mens mennesket kerne har en membran af sig selv gør nukleoidet i bakteriekromosomet ikke. DNA'et bryder således ikke væk fra cellen. DNA'et er foldet rundt om de DNA-bindende proteiner. Dette er nyttigt, da det hjælper kromosom passer ind i cellen på grund af folderne.

Aktuelle undersøgelser inden for felterne, nemlig cellebiologi og mikroskopiske metoder, afslørede, at DNA fra bakteriel kromosom har folderlignende struktur, der hjælper dem med at optage lille plads i cellen. Bakterielt kromosom, som er til stede i nukleoid, er uafhængigt samlet i supercoiled loops kendt som domæner.  

Formen af ​​nukleoid er meget aktiv, da arrangementet af domænet tillader DNA-kromosomet at gennemgå strukturændringerne under forskellige cellulære processer såsom segregation, replikation og transkription, der forekommer i bakteriers celler samtidigt.

Hvordan er bakterielle kromosomer arrangeret?

Bakteriel kromosomer er struktureret i stereotype konfigurationer i datterceller, som konsekvent og energisk genskabes.

Bakterielle kromosomer har rumlige organisationsmønstre, der kategoriserer under to brede klassifikationer: hvor kromosom er orienteret på langs i ori-ter mønster og hvor kromosom optager plads i tværgående konfiguration med to arme-venstre og højre, kaldet replichores, som er til stede separat i cellehalvdelene i venstre side -ori-højre mønster.

Den mest almindelige form for organisationsmønster i bakteriers kromosom inkluderer den langsgående positionering, også kendt som ori-ter organisation. Her findes oprindelsen ved eller tæt på polen af ​​den gamle celle, og endestationen er placeret nær den nye celle. Mellem dem er venstre arm og højre arm til stede, der er placeret ved siden af ​​hinanden. Før udviklingen af ​​bakteriel cellebiologi blev mønsteret først foreslået i sporulerende B. subtilis-celler.

Ori-ter's længdemønster har både træk ved at være ukompliceret og instinktivt. stadig, en metodisk observation af E. coli, som voksede langsomt og eksperimenterede med for længe siden, viste en spektakulært anderledes orientering. I det indledende stadium af replikationen af ​​E. coli indtager oprindelsen sin position i midten af ​​cellen, hvorimod venstre og højre arm viser sig at være i cellehalvdelene separat. Terminalområdet har en størrelse på næsten 300 kb, og det hjælper med at forbinde venstre og højre arm for at danne en komplet cirkel.

Derfor holdes ori-ter-aksen vinkelret på cellens lange akse, der genererer en tværgående organisation (venstre-eller-højre (tværgående) organisation). Efterhånden som oprindelsen bliver replikeret, adskilles de til cellens fjerdedele. Den venstre arm og den højre arm, der er replikeret på ny, er adskilt til hver side, så den kan regenerere det tværgående mønster i den næste oprindelse eller generation.

300px Oprindelse af DNA-replikation Figur 1
Billedkredit: Replikationsoprindelse- Wikipedia

Er den bakterielle kromosomstruktur dobbelt-strandet?

Det bakterielle kromosom er generelt defineret som en cirkulær, solitær og dobbelt helix-DNA-komponent, der består af næsten al genetisk information fra en celle.

Flere bakterier indeholder et haploid genom. Et enkelt bakteriel kromosom består af en rund, dobbelt helix DNA-strenge. Bakteriers kromosom er et genetisk element, som er et rundt DNA-molekyle, der har evnen til selv at replikere.

Når bakteriegenomet bliver replikeret, spiller hver streng til stede i dobbelthelix-DNA en rolle i syntesen af ​​den nydannede komplementære streng. Hvert datter-DNA-molekyle, som også er et dobbeltspiralformet molekyle, indeholder en gammel streng af polynukleotid og en ny streng, der syntetiseres. Denne særlige form for DNA-replikation er kendt som semikonservativ.

Det bakterielle kromosom er et enkelt DNA-molekyle. Dette er et supersnoet DNA-molekyle, som er spiralformet, dobbeltstrenget. Hos flere bakterier bliver endedelene af dobbelthelix-DNA-molekylerne bundet til hinanden kovalent for at skabe en genetisk og fysisk cirkel. DNA-molekylerne, der er lineære i bakterier, er beskyttet af to forskellige slags telomerer såsom invertrontelomerer og palindromiske hårnålesløjfer.

Telomeren kaldet palindromiske hårnålesløjfer er sikret ved fraværet af de løse ender, der er dobbeltstrenget, hvorimod invertrontelomerer bevares af proteiner, der binder sig til 5 prime ender (5'). Disse to procedurer er også nyttige for nogle eukaryote vira, fag og nogle eukaryote plasmider.

Invertrontelomerer er opbygget af et protein, der er kovalent bundet til 5′ enderne af DNA-molekyler. Det 5′-terminale protein eller TP for kort, er navnet på denne 5′-ende. Ved telomeren, den DNA -polymerase forbindes med det terminale protein, som fremmer dannelsen af ​​en kovalent binding mellem en dNTP og en TP. dNTP koblet til TP har en løs gruppe af 3'-OH, der fungerer som en precursor for kædeforlængelse.

Bakterier opfattes ofte som inerte celler, der kopierer sig selv uden at ændre dem. Dette er dog ikke altid situationen. Bakterier er ekstremt tilpasningsdygtige mikroorganismer. Selvom de er fra forskellige arter, kan mange bakterier udveksle genetisk information.

Læs også: