NUKLEOID: CHARAKTERISTIKA, ŠTRUKTÚRA, ZLOŽENIE, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2025

Nucleoid je nepravidelná oblasť, s neusporiadanú vzhľad umiestnené vnútri prokaryotických bunkách, ktorá zaberá významnú oblasť cytoplazmy a jasne differentiable kvôli jeho rôznych fázach.

Ten sa vyznačuje miestom, kde sa koncentruje bakteriálna DNA, ako jediná dlhá molekula s dvoma reťazcami tvoriacimi takzvaný bakteriálny chromozóm, ktorý kondenzuje a je viditeľný ako nukleoid.

Nukleoid je označený číslom 7. Zdroj: LadyofHats

Jednoducho povedané, nukleoid je štruktúra podobná eukaryotickému jadru, ale nemá viditeľné štrukturálne hranice. Je však možné odlíšiť ho od zvyšku cytoplazmatického obsahu a rozpoznať ho ako jednu z jeho hlavných zložiek.

vlastnosti

Tvar nukleoidu je výsledkom mnohých jeho projekcií, výsledkom čoho je korálový tvar, ktorý pri duplikácii nadobúda tvar dvojvrstvového tvaru, ktorý sa potom rozdelí na dva rôzne nukleoidy.

Nukleoid je ekvivalentom chromatínu v eukaryotických bunkách, existujú však značné rozdiely. Po prvé, základné proteíny (histónový typ) prítomné v nukleoide netvoria pravidelné a kompaktné štruktúry ako históny v chromatínových nukleozómoch, čo predstavuje menej komplexnú organizáciu.

Okrem toho, špirálové napätie, ktoré zhutňuje nukleoidnú DNA, je plectonemického a toroidného typu a v chromatíne je napätie spôsobené interakciou medzi DNA a histónmi toroidného typu (supercoiling).

DNA v prokaryotických bunkách je kruhová a majú iba jeden chromozóm a následne jednu kópiu každého génu, čo je genetický haploid.

Genóm baktérií je relatívne malý a ľahko sa s ním manipuluje, pridávanie alebo odstraňovanie fragmentov DNA (kvôli ich ľahkej disociácii od zvyšku nukleoidných zložiek) sa môže znova zaviesť do baktérií, čo z neho robí ideálny materiál pre prácu na genetické inžinierstvo.

Štruktúra a zloženie

Nukleoid, tiež známy ako telo chromatínu, má ako svoju hlavnú zložku DNA, ktorá tvorí viac ako polovicu jeho obsahu, a približne 1000-krát kondenzuje. Keď je každý nukleoid izolovaný, jeho hmota je tvorená 80% DNA.

Okrem genómu má však molekuly RNA a celý rad enzýmov, ako je RNA polymeráza a topoizomerázy, ako aj bázické proteíny.

Vo veľkom množstve baktérií existuje genetický materiál, ktorý nie je koncentrovaný v nukleoide, ale je rozptýlený v cytoplazme v štruktúrach nazývaných plazmidy, v ktorých sa nachádzajú menšie molekuly DNA.

Úlohou iných druhov proteínov úzko spojených s nukleoidom je udržiavať ich v kondenzovanom a kompaktnom stave a tiež uľahčovať segregáciu genetického materiálu na dcérske bunky. Zdá sa, že procesy syntézy RNA a proteínov v nukleoide pomáhajú pri udržiavaní celkového tvaru nukleoidu.

Na druhej strane, počas procesov, ako je diferenciácia buniek alebo prijímanie latentných stavov, sa tvar nukleoidu dramaticky mení.

Organizácia nukleoidov sa líši podľa druhu baktérií, ktoré sa hodnotia. Jeho organizáciu ovplyvňujú aj iné proteíny asociované s nukleoidmi (PAN).

Nukleoid v bunkovom delení

Keď sa baktérie začali deliť, nukleoid obsahuje materiál dvoch genómov, produkt syntézy DNA. Tento duplikovaný materiál je distribuovaný medzi dcérske bunky v dôsledku delenia buniek.

Počas tohto procesu sa každý genóm, prostredníctvom proteínov asociovaných s nukleoidom a membránou, viaže na určité sektory druhej, ktoré pritiahnu dve oblasti bakteriálneho chromozómu, keď dôjde k deleniu, takže každý vznikajúci kompartment (to znamená každý dcérska bunka) je ponechaná s nukleoidom.

Niekoľko proteínov, ako je HU a IHF, sa pevne viaže na DNA a zúčastňuje sa na jej kondenzácii, replikácii a skladaní.

Vlastnosti

Nukleoid nie je iba inaktívnym nosičom genetického materiálu (bakteriálny chromozóm). Okrem toho spolu s účinkom sprievodných proteínov v ňom chránia DNA. Jeho zhutnenie priamo súvisí s ochranou genómu počas procesov, ako je oxidačný stres a fyzikálne faktory, ako je žiarenie.

To sa tiež notoricky podieľa na globálnej bunkovej organizácii a dokonca má zásadnú úlohu pri určovaní miesta bunkového delenia počas binárneho štiepenia. Týmto spôsobom sa zabráni nepresným rezom v nukleoidoch, ktoré budú tvoriť dcérske bunky, keď sa vytvorí deliaca priehradka.

Pravdepodobne z tohto dôvodu nukleoidy prijímajú špecifické polohy v bunke prostredníctvom transportu DNA sprostredkovanej proteínmi asociovanými s nukleoidom (ako sú Fts prítomné v septe počas binárneho štiepenia), aby udržali DNA mimo deliaceho septa.

Mechanizmy migrácie nukleoidu a jeho poloha v bakteriálnej bunke nie sú zatiaľ presne známe, existujú však veľmi pravdepodobné faktory, ktoré regulujú jej pohyb v cytoplazme.

Nukleoid v baktériách bez binárneho štiepenia

Hoci bol nukleoid lepšie charakterizovaný v baktériách, ktoré vykazujú binárne štiepenie, v baktériách existujú niektoré varianty, ktoré sa delia alebo reprodukujú inými metódami.

U tých baktérií, ktoré používajú pučanie ako prostriedok rozmnožovania, má nukleoid zjavne segmentáciu, takže v organizácii tejto bakteriálnej štruktúry je potom rôznorodosť.

V baktériách, ako je Gemmata obscuriglobus, ktoré sa množia pučaním, má nukleoid sériu kompartmentov, ktoré sú ohraničené intracytoplazmatickou membránou.

U tohto druhu, keď dcérska bunka opúšťa, dostáva nahý nukleoid, ktorý je pokrytý intracytoplazmatickou membránou, keď pupeň dozrie a je uvoľňovaný z rodičovskej bunky.

Iné veľké baktérie majú veľký počet nukleoidov roztrúsených a oddelených okolo ich periférie, zatiaľ čo zvyšok cytoplazmy zostáva bez DNA. To predstavuje prípad polyploidie, ktorá je známejšia v eukaryotických bunkách.

Rozdiely v eukaryotickom jadre

V prípade prokaryotických buniek nemá nukleoid na rozdiel od jadra eukaryotických buniek membránu, ktorá má membránu, ktorá zbalí svoj genóm a chráni ho.

V eukaryotickej bunke je genetický materiál organizovaný v chromozómoch veľmi kompaktným alebo usporiadaným spôsobom, zatiaľ čo nukleoid je menej kompaktný a viac rozptýlený. V prokaryotoch však vytvára definované a diferencovateľné telá.

Počet chromozómov v eukaryotických bunkách sa zvyčajne líši. Sú však početnejšie ako prokaryotické organizmy, ktoré ich majú iba jeden. Na rozdiel od genomického materiálu baktérií majú eukaryotické bunky dve kópie každého génu, vďaka čomu sú geneticky diploidné.

Referencie

1. Lewin, B. (1994). gény 2. vydanie Editorial Reverte, Španielsko.
2. Madigan, MT, Martinko, JM a Parker, J. (2004). Brock: Biology of mikroorganisms. Pearson Education.
3. Margolin W. (2010) Zobrazovanie bakteriálneho nukleoidu. In: Dame RT, Dorman CJ (eds) Bakteriálny chromatín. Springer, Dordrecht
4. Müller-Esterl, W. (2008). Biochémie. Základy medicíny a biologických vied. Reverte.
5. Wang, L., & Lutkenhaus, J. (1998). FtsK je esenciálny proteín bunkového delenia, ktorý je lokalizovaný do septa a je indukovaný ako súčasť SOS reakcie. Molecular mikrobiology, 29 (3), 731-740.
6. Santos, AR, Ferrat, GC a Eichelmann, MCG (2005). Stacionárna fáza v baktériách Escherichia coli. Latinoamericana Microbiología, 47, 92 - 101.