Внутриклеточные структуры бактерий

В цитоплазме есть рибосомы, нуклеоид, запасные питательные вещества.

Специфические структуры: карбоксисомы, аэросомы, магнитосомы, параспоральные тела и т.д.

Рибосомы — часть белоксинтезирующего аппарата, встречаются у всех. У молодых клеток рибосом больше, чем у старых. Рибосомы эукариот отличаются от рибосом прокариот: у эукариот — 80 S, а у прокариот — 70 S. При концентрации 2-валентного магния 10^-3 распадаются на 2 субъединицы. 80 S — на 50 S (большая) и 40 S (малая); 70 S — 50 S (большая) и 30 S (малая). Строение малой субъединицы: у истинных бактерий есть тело, головка и платформа, у архибактерий — клювик (носик), у эукариот — лопасть.

Таким образом рибосомы архибактерий — переходная ступень от бактерий к эукариотам. В хим. соотношении рибосома — рибонуклеопротеид, который состоит из РНК и белка. В рибосоме сконцентрировано до 80% РНК всей клетки.

Большая (50 S) субъединица содержит:

· 5-S-РНК (120 нуклеотидов);

· 23-S-РНК (3000 нуклеотидов);

· 32 специфических рибосомальных белка.

Малая (30 S) субъединица содержит:

· 16-S-РНК;

· 21 специфических рибосомальных белков.

Нуклеоид — аналог ядра бактерии, не содержит ядерной оболочки. Представлен 1 молекулой двухцепочечной ДНК в ковалентно замкнутом кольце. ДНК построена по типу комплементарности, который приедставили Уотсон и Криг. Согласно этой модели ДНК построена из чередующихся остатков дезоксирибозы и остатков фосфорной кислоты. К 1-му атому «С» дезоксирибозы присоединено одно из 4-х азотистых оснований. В структуре ДНК встречаются 2 пуриновых основания (аденин, тиамин) и 2 пиримидиновых (цитозин, гуанин). Основания обращены внутрь спирали. Обе цепи скреплены водородными связями (они не идентичны друг другу, а комплементарны). Напротив Аденина — Тимин (2 водородные связи), а напротив Цитозина — Гуанин (3 связи). На 1 виток спирали приходится около 10 оснований. Кроме того каждая цепь обладает полярностью: на одном конце фосфат-группа в положении «5», на другом — свободная гидроксильная группа в положении «3». Направление 2-х цепей противоположно по отношению друг к другу. Синтез или репликация ДНК идет от 5 к 3 концу. Репликация ДНК осуществляется по полуконсервативному механизму — по модели «катящегося колеса». В период репликации ДНК прикрепляется к определенному участку ЦПМ, где есть ферменты, инициирующие репликацию (разрыв водородной связи и формируют репликативную вилку). После репликации ДНК, участок ЦПМ, к которому прикрепляется ДНК разрывается и распределяет 2 молекулы ДНК по полюсам. Затем происходит деление клетки, которое ведет к образованию 2- дочерних клеток (содержат по 1 нуклеоиду). Не содержит ядерной оболочки, внутриядерных структур (ядрышки). ДНК бактерий стабилизируется не гистонами, как у эукариот, а полиаминами и ионами магния 2-х валентного. Количество хромосом — 1, но перед делением их 2. Отсутствует митоз и мейоз.

Функции ДНК

ДНК содержит всю генетическую информацию о структуре клетки. Помимо нуклеоида клетка бактерии содержит и внехромосомные генетические элементы:

1) плазмиды;

2) траспозоны;

3) инсерционные фрагменты (IS-фрагменты);

Это также 2-х цепочечные ДНК с различной молекулярной массой. Самые крупные — плазмиды(10 и больше генов). Все плазмиды могут находиться в трех видах:

- линейная молекула ДНК;

- кольцевая молекула ДНК;

- в релаксированном виде (одна замкнута, одна — незамкнута).

Разновидность плазмид — эписомы, которые могут находится, как в автономном состоянии, в цитоплазме клетки, так и встраиваться в структуру ДНК. Они все не несут информацию жизненно важную для клетки. Нет информации о ферментах, основных метаболитических путей клетки.

Плазмиди делятся по классу совместиммости :

Совместимые плазмиды( относятся к разному классу совместимости)

Не совместимие плазмиды( относятся к одному класу совместимости)

На плазмидах и транспозонах (они меньше плазмид и не содержат репликона) может быть записана информация, которая расширяет селективные возможности организма. На R-плазмидах содержится информация об устойчивости к антибиотикам. IS-фрагменты не содержат репликон и не имеют кодирующей функции. Они являются биологическими мутагенами.

Карбоксисомы — это структуры, которые обнаружены в клетках цианобактерий, нитрифицирующих бактерий, тионовых и пурпурных. Это 4 и 6-гранные вкючения, диаметром до 500 мкм, которые окружены однослойной белковой мембраной. В них содержится ключевой фрагмент фиксации углекислого газа (рибулоза дифосфат в цикле Кальвирна).

Газовые вакуоли (аэросомы). Характерны для водных бактерий — это полые цилиндры, окруженные белковой мембраной. Эта мембрана имеет особое строение, поскольку гидрофобные аминокислоты (а/к) обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. За счет этого вода не проходит внутрь. Газ внутри очень напоминает воздух. Клетка воспроизводит аэросомы заново. Являются регуляторами плавучести.

Магнитосомы. Обладают магнитотаксисом (способность плыть к магнитномы полю Земли). Это структуры, окруженные белковой мембраной, внутри которых находятся кристаллики оксида железа 3-х валентного.