Конспект лекций

  • 03 окт. 2012 г.
  • 23806 Слова
Глава 1. ПЛАЗМИДЫ БАКТЕРИЙ


Основным и обязательным генетическим элементом бактериальной клетки является хромосома (хромосомы), организованная в виде репликона, Т.е. структура способная к самостоятельной репликации. Молекулярная масса ДНК хромосомы наиболее широко распространенных микроорганизмов таких как энтеробактерии и псевдомонады составляет величину около 109 Д. Наряду с хромосомойв бактериальной клетке может присутствовать дополнительный генетический материал в виде плазмидной или фаговой ДНК.
Впервые термин «плазмида» был введен Дж. Ледербергом (J. Lederberg) в 1952 г. для обозначения внехромосомных наследственных факторов бактерий. Позднее, в 1958 г., с открытием ряда свойств некоторых бактериальных плазмид Ф. Жакоб (F. Jacob) и Е. Вольман (Е. Wollman) предложилитермин «эписома» для тех плазмид, которые могут существовать в клетке как в автономном, так и в интегрированном в хромосому состояниях.
В соответствии с предложениями группы генетиков по унификации номенклатуры плазмидами называются репликоны, стабильно наследуемые, т. е. сохраняющиеся без специальной селекции во внехромосомном состоянии.
Плазмиды имеют ряд общих свойств с умеренными фагами. ДНКумеренных фагов как и эписом:
• может находиться в бактериальной клетке как в свободном, так и в интегрированном в хромосому состояниях;
• может передаваться в другие клетки;
• детерменирует соответствующие свойства.
Однако между фагами и плазмидами существуют различия:
• фаг в свободном состоянии (зрелый фаг) ведет к летальному исходу – клетка лизируется. Плазмиды неприводят к этому;
• фаги могут существовать во внешней среде. Плазмиды – нет, так как у них нет белкового капсида, который защищал бы их от неблагоприятных факторов внешней среды.
Плазмиды представляют собой двухцепочечные молекулы ДНК, которые могут обнаруживаться как в кольцевой, так и в линейной формах. Кольцевая форма плазмидной ДНК возникает в результате смыкания либо ее обеих цепей, либо однойцепи. При смыкании обеих цепей формируются ковалентно замкнутые кольцевые двуцепочечные молекулы. Поскольку они скручены, то их называют еще «суперскрученными» или «сверхспиральными» молекулами ДНК (рис. 1).


[pic]
Рис. 1. Двунитевая ковалентно замкнутая кольцевая молекула плазмидной ДНК.


При смыкании же одной цепи в образующейся кольцевой двуцепочечной структуре сохраняется «разрыв» наместе, где не произошло смыкание другой цепи. Молекулы этого типа не скручены, и их часто называют открытыми кольцевыми молекулами, или релаксированными молекулами (рис. 2).


[pic]
Рис. 2. Двунитевая открытая кольцевая молекула плазмидной ДНК.


В щелочных растворах вследствие разрывов водородных связей цепи открытых кольцевых и линейных молекул ДНК (рис. 3) разъединяются, давая началоодноцепочечным молекулам, тогда как цепи ковалентно замкнутых кольцевых молекул в этих условиях остаются интактными.



[pic]


Рис. 3. Двунитевая линейная структура плазмидной ДНК.


Показано, что в большинстве случаев плазмиды бактерий представляют собой двуцепочечные суперскрученные ковалентно замкнутые кольцевые молекулы ДНК. Благодаря такой структуре они не подвергаются действию клеточных нуклеаз. Налинейные молекулы плазмид нуклеазы также не действуют, потому что нити на концах их ДНК защищены белками. Кроме того, у некоторых плазмид имеются тиломероподобные концы (длинные инвертированные повторы), которые соединяются ковалентно. Ферменты, участвующие в замыкании таких концов, называются тиломеразами.
Размеры плазмид весьма вариабельны. В качестве примера можно отметить, что молекулярнаямасса одной из самых мелких плазмид, найденных в штаммах бактерий Escherichia coli, составляет 1,5 МД. С другой стороны, клетки псевдомонад могут содержать плазмиды, молекулярная масса которых близка к 500 МД, что составляет около 30 % от молекулярной массы хромосомы этих бактерий.
Следует отметить, что плазмиды не являются жизненно важными (или абсолютно...
tracking img