Шпаргалка по дисциплине"Микробиология"

3. Конъюгативная репликация осуществляется при конъюгации, контролируется плазмидными генами.

4. Стабильная репликация так названа потому, что происходит независимо от наличия или отсутствия синтеза белка.

Деление молекулы ДНК (репликация) происходит по полуконсервативному механизму и в норме всегда предшествует делению клетки. Репликация ДНК начинается в точке прикрепления кольцевой хромосомы к ЦПМ, где локализован ферментативный аппарат, ответственный за репликацию. Контакт ДНК с ЦПМ осуществляется посредством мезосом. Репликация, начавшаяся в точке прикрепления, идет затем в двух противоположных направлениях, образуя характерные для кольцевой хромосомы промежуточные структуры.

Возникающие дочерние хромосомы остаются прикрепленными к мембране.

Репликация молекул ДНК происходит параллельно с синтезом мембраны в области контакта ДНК с ЦПМ. Это приводит к разделению (сегрегации) дочерних молекул ДНК и оформлению обособленных хромосом

 

22. Бактериальное ядро. Виды  деления бактериальной клетки. Процесс  деления.

Виды деления:

1. Равновеликое бинарное поперечное деление, приводящее к образованию двух одинаковых дочерних клеток. При таком способе деления имеет место симметрия в отношении продольной и поперечной оси. При равновеликом бинарном делении материнская клетка, делясь, дает начало двум дочерним клеткам и сама, таким образом, исчезает.

2. Неравновеликое бинарное деление, или почкование. При почковании на одном из полюсов материнской клетки образуется маленький вырост (почка), увеличивающийся в процессе роста. Постепенно почка достигает размеров материнской клетки, после чего отделяется от последней. Клеточная стенка почки полностью синтезируется заново. В процессе почкования симметрия наблюдается в отношении только продольной оси. При почковании материнская клетка дает начало дочерней клетке, и между ними можно в большинстве случаев обнаружить морфологические и физиологические различия: есть старая материнская клетка и новая дочерняя.

3. Размножение путем множественного деления, характерное для одной группы одноклеточных цианобактерий, в результате образуются мелкие клетки, получивших название баеоцитов (греч. bae – маленькая, cyto – клетка), число которых у разных видов колеблется от 4 до 1000. Освобождение баеоцитов происходит путем разрыва материнской клеточной стенки. В основе множественного деления лежит принцип равновеликого бинарного деления. Отличие заключается в том, что в этом случае после бинарного деления не происходит роста образовавшихся дочерних клеток, а они снова подвергаются делению.

 

23. Бактериальное ядро. Формы  обмена генетической информацией  у бактерий. Изменчивость бактерий.

Формы обмена генетическим материалом у бактерий:

1. по горизонтали

* трансформация – перенос генетического материала, заключающийся в том, что бактерия-реципиент захватывает (поглощает) из внешней среды фрагменты чужеродной ДНК.

А) Индуцированная (искусственно получаемая) трансформация происходит при добавлении к культуре бактерий очищенной ДНК, полученной из культур тех бактерий, генетические признаки которых стремятся передать исследуемой культуре.

Б) Спонтанная трансформация происходит в естественных условиях и проявляется в возникновении рекомбинантов при смешивании генетически различающихся клеток. Она протекает за счет ДНК, выделяющейся клетками в окружающую среду вследствие их лизиса или в результате активного выделения ДНК жизнеспособными клетками-донорами.

* сексдукция

* трансфекция – вариант трансформации бактериальных клеток, лишенных клеточной стенки, осуществляемый вирусной (фаговой) нуклеиновой кислотой. С помощью трансфекции удается вызвать у таких бактерий (без клеточной стенки) вирусную инфекцию. Трансфекцию можно осуществить и с другими (не бактериальными) клетками, если ввести в них чужеродную ДНК, способную рекомбинировать с ДНК этих клеток, или воспроизводить вирионы, или самостоятельно реплицироваться.

* конъюгация – процесс обмена генетическим материалом (хромосомным и плазмидным), осуществляемый при непосредственном контакте клеток донора и реципиента. Этот процесс контролируется только конъюгативными плазмидами, имеющими совокупность генов, называемую tra-опероном (tra – от англ., transfer – перенос).

Этот оперон контролирует синтез аппарата переноса, конъюгативную репликацию и явление поверхностного исключения. Аппаратом переноса являются специальные донорные ворсинки, с помощью которых устанавливается контакт между конъюгирующими клетками. Донорные ворсинки представляют собой длинные (1-20 мкм) тонкие трубчатые структуры белковой природы с внутренним диаметром около 3 нм.

Стадии:

1. установление контакта между донором и реципиентом
2. протаскивание нити ДНК от донора к реципиенту
3. достройка перенесенной нити ДНК комплементарной ей нитью в реципиентной клетке
4. рекомбинация между переданной хромосомой (ее фрагментами) и хромосомой клетки-реципиента
5. размножение мерозиготы
6. образование клеток, несущих признаки донора и реципиента

Конъюгативная репликация переносимой нити хромосомной или плазмидной ДНК осуществляется также под контролем плазмидных генов. Классическим примером конъюгативной плазмиды является половой фактор, или F-плазмида (от англ. fertility – плодовитость). F-плазмида может находиться как в автономном состоянии, так и интегрироваться в хромосому клетки. Находясь в автономном состоянии, она контролирует только собственный перенос, при котором Р~-клетка (клетка, лишенная F-плазмиды) превращается в Р+-клетку (клетку, содержащую F-плазмиду). F-плазмида может интегрироваться в определенные участки бактериальной хромосомы, в этом случае она станет контролировать конъюгативный перенос хромосомы клетки.

Таким образом, конъюгация начинается с установления контакта между донором и реципиентом с помощью донорной ворсинки. Последняя смыкается с рецептором клеточной мембраны клетки-реципиента. Нередко такой контакт устанавливается не только между двумя клетками, а между многими клетками, образуя агрегаты спаривания. Предполагают, что нить ДНК в процессе конъюгации протаскивается через канал донорной ворсинки. Поскольку донорный мостик является непрочным, процесс конъюгации может в любой момент прерваться. Поэтому при конъюгации может переноситься или часть хромосомы, или, реже, – полная хромосома. С помощью F-плазмид частота переноса генов между бактериями существенно возрастает.

* трансдукция - перенос генетического материала от клетки-донора клетке-реципиенту с помощью бактериофагов. Различают трансдукцию неспецифическую и специфическую.

А) Неспецифическая трансдукция - случайный перенос фрагментов ДНК от одной бактериальной клетки к другой.

Б) Специфическая трансдукция осуществляется только умеренными фагами, способными включаться в строго определенные участки хромосомы бактериальной клетки и переносить определенные гены.

Молекулярные механизмы изменчивости бактерий

Бактерии в силу относительной простоты их организации и короткого срока жизни подвергаются изменчивости быстрее, чем многие другие организмы. В основе их изменчивости лежат мутации и генетические рекомбинации, особенно протекающие с участием транспонируемых элементов.

*Мутации – изменения в генотипе, которые стабильно наследуются. Мутации могут быть спонтанными или индуцированными.

а) Спонтанные мутации возникают без каких-либо специальных воздействий, они происходят в результате ошибок при репликации и репарации. Средняя частота спонтанных мутаций составляет около 1•106 (один мутант на 1 млн. клеток).

б) Индуцированные мутации происходят с гораздо большей частотой, они возникают в результате воздействия различных мутагенов – физических и химических факторов, повреждающих ДНК: ионизирующая радиация, УФ облучение, различные аналоги оснований ДНК, алкилирующие соединения, акридины, антибиотики

в) Точечные мутации могут быть обусловлены: заменой оснований, выпадением (делецией) основания, появлением дополнительного основания (вставки). Точечные мутации могут иметь три последствия:

1)  замена одного кодона на  другой, а стало быть, одной аминокислоты  на другую;

2) сдвиг рамки считывания, что  приведет к изменению целой  серии последовательностей аминокислотных  остатков;

3)возникновение «бессмысленного» кодона, что приведет к прекращению трансляции в данной точке

синтез белка может быть полностью заблокирован. Будет синтезироваться измененный белок   

 Все это приведет либо  к утрате какого-то фенотипического  признака у мутанта, либо, реже, к появлению у него нового признака. 

Нарушение генома может быть следствием:

*протяженных делеций

*инверсии (поворот сегмента хромосомы  на 180°)

*транслокации (перемещение участка  хромосомы из одной позиции  в другую)

Все это также будет приводить к изменению и нарушению различных функций клетки (организма).

Большая роль в изменчивости бактерий и других организмов принадлежит так называемым транспонируемым генетическим элементам, то есть генетическим структурам, способным в интактной форме перемещаться внутри данного генома или переходить от одного генома к другому, например от плазмидного генома к бактериальному и наоборот. Различают три класса транспонируемых элементов: IS-элементы, транспозоны и эписомы.

#Вставочные последовательности (от  англ, insertion sequence), имеют обычно размеры, не превышающие 2 тыс. пар оснований, или 2 к.б. (килобаза – тысяча пар оснований). IS-элементы несут только один ген, кодирующий белок транспозазу, с помощью которой IS-элементы встраиваются в различные участки хромосомы. Их обозначают цифрами: IS1, IS2, IS3 и т. д.

#Транспозоны представляют собой  более крупные сегменты ДНК, фланкированные  инвертированными IS-элементами. Способны  встраиваться в различные участки  хромосомы или переходить из  одного генома в другой, т. е. ведут себя как IS-элементы. Помимо генов, обеспечивающих их перемещение, они содержат и другие гены, например гены лекарственной устойчивости. Транспозоны обнаружены в геномах плазмид, вирусов, прокариот и эукариот и их, как и IS-элементы, обозначают порядковым номером: Tп1, Тп2, ТпЗ и т. д.

# К эписомам относятся еще  более крупные и сложные саморегулирующиеся  системы, содержащие IS-элементы и  транспозоны и способные реплицироваться  в любом из двух своих альтернативных  состояний – автономном или  интегрированном – в хромосому клетки-хозяина. К эписомам относят различные умеренные лизогенные фаги; они отличаются от всех других транспонируемых элементов наличием собственной белковой оболочки и более сложным циклом репродукции. Собственно эписомы – это вирусы, обладающие, подобно другим транспонируемым элементам, способностью в интактной форме переходить из одного генома в другой.

 

24. Бактериальное ядро. Плазмиды. Биологическая роль, отличия от  вирусов, виды плазмид.

Плазмида или R-фактор (от англ. resistance – устойчивость) (экстрахромосомный генетический элемент) представляет собой репликон, который стабильно наследуется в экстрахромосомном состоянии. 

Плазмиды имеют собственные гены, которые наделяют их специфическими наследственными признаками и способностью к размножению, должны быть отнесены к живым организмам.

Плазмиды – наипростейшие организмы, лишенные оболочки, собственных систем синтеза белка и мобилизации энергии и представляющие собой особый класс абсолютных внутриклеточных паразитов, наделяющих своих бактерий-хозяев полезными для них свойствами (А. И. Коротяев).

Плазмиды как и вирусы:

* не имеют собственной белоксинтезирующей  системы

*Не имеют собственной системы  мобилизации энергии;

*не способны к росту и бинарному  делению

* размножаются путем воспроизведения себя из собственного генома (путем его саморепликации)

*Являются абсолютными внутриклеточными  паразитами

В отличие от вирусов:

* Геном представлен только двунитевой  ДНК

* Не имеют оболочки – представляют  собой «голые» геномы

* Размножение только путем саморепликации

* Среда обитания - бактерии

* Наделяют хозяина важными свойствами, повышающими жизнеспособность

КЛАССИФИКАЦИЯ

*F-плазмиды: Донорные функции

*R-плазмиды :Устойчивость к лекарственным препаратам

*Col-плазмиды: Синтез колицинов

*Ent-плазмиды: Синтез энтеротоксннов

*Hly-плазмиды: Синтез гемолизинов

*Биодеградативные плазмиды:  Разрушение  различных органических и неорганических  соединений, в том числе содержащих  тяжелые металлы

*Криптические плазмиды: ф-ции неизвестны

Все известные плазмиды представляют собой кольцевидные суперспирализованные молекулы двунитевой ДНК, размеры которых варьируют от 1,5 до 200 МД и более (от 1500 до 400 000 пар нуклеотидов). Чем больше молекулярная масса, тем больше и сложнее набор генов, тем многообразнее функции плазмид.

Особенности плазмид:

* Саморегулируемая репликация. Эта  функция свойственна всем живым  организмам. В составе плазмидных  ДНК имеются фиксированная точка ori (точка начала репликации) и  соответствующие гены, контролирующие  репликацию.