Роль молекули ДНК в бактеріальній клітині
Зміст
- Головна структурна одиниця всього живого Секретна генетична інформація Бактеріальні особливості шифрування Захисна система “стоп-вірус” Всюдисущі мікроорганізми в генної інженерії
Довгий час вчені всього світу вели палкі дискусії щодо того, якою структурою в клітині бактерій володіє молекула ДНК, і де міститься вся спадкова інформація. Зробивши безліч дослідів, вони все ж прийшли до висновку, що генетичний код зашифрований в молекулах ДНК. Але на відміну від багатоклітинних організмів їх структура має свої особливості.
Головна структурна одиниця всього живого
Колосальна різноманіття тваринного миру на планеті вражає уяву. Немає такого куточка на Землі, де не існували б маленькі і великі істоти. Спекотні піски пустель, холодні льоди Арктики, глибоководні западини океанів – їх можна зустріти всюди. Але, як не дивно звучить, всі вони мають загальну структурну одиницю – клітку.
У одноклітинних всі функціональні елементи організму поміщені в одну-єдину клітину. До їх числа належать:
Бактерії;
ряд грибів:
найпростіші;
синьо-зелені водорості.
Різноманітність одноклітинних організмовОстальние організми мають багатоклітинну структуру. Клітини чітко взаємодіють між собою і формують внутрішні органи, сполучні тканини або структури. Наприклад, в людському організмі їх налічується більше 3 тисяч мільярдів. Завдяки їх злагодженій роботі людина життєздатний.
Розмір клітинок дуже малий і становить менше 1 мм. Вперше виявити той факт, що організми мають клітинну будову, вдалося 300 років тому. Винахід першого мікроскопа значно спростило вивчення структурних одиниць.
Жива клітина, незважаючи на свої мікроскопічні розміри, має складну будову:
Мембрана:
цитоплазма;
ядро.
Будова бактерільной клеткіОтлічітельной рисою бактеріальної клітини є те, що у неї немає чітко оформленого ядра. Тому бактерії та синьо-зелені водорості відносяться до окремого класу прокариотов.
Секретна генетична інформація
Вся спадкова інформація закодована в дезоксирибонуклеїнової кислоті (ДНК). Саме в ній міститься інструкція, яка визначає ріст, ділення і функціональність клітин. Наприклад, незважаючи на дуже маленькі розміри, для бактерій характерно достатня різноманітність форм:
Куляста;
паличкоподібна;
вигнута;
закручена в потрійну спіраль.
І завдяки генетичної інформації, укладеної в спіралі ДНК, дочірні клітини будуть приймати форму материнської. Природа так методично відпрацювала механізм розмноження, що практично немає збоїв. У процесі поділу утворюється дочірня спіраль, яка ідентична за своєю хромосомної структурі материнської. Процес цей називається реплікацією.
Можливість розмножуватися – це провідне властивість клітини. Щоб якісно виконувати покладену на неї функцію, вона повинна мати достатньо складну будову. На ділі так воно і є – кожна молекула містить в собі більше 1000 різних сполук.
У процесі поділу прості молекули перетворюються на складні молекулярні комбінації, використовуючи енергію при харчуванні. Бактерії отримують свою частку енергетичного заряду від розщеплення органічних речовин, а рослини – неорганічних.
молекула ДНКВнутрі молекул хімічні реакції відбуваються самі по собі досить повільно. Тому, щоб живі організми на Землі не припинили своє існування, молекули оснащені спеціальними каталізаторами (ферментами). На жаль, універсального ферменту немає, і кожен відповідає тільки за проведення певної хімічної реакції.
Бактеріальні особливості шифрування
Основне скупчення спіралей ДНК у бактерій знаходиться у великій кільцевій молекулі. Називається вона бактеріальної хромосомою.
Але, крім того, бактеріальна клітина забезпечена чималою кількістю дуже дрібних кільцевих молекул ДНК під назвою плазміди. Вони здатні не тільки розмножуватися, але й передаватися іншим мікробам. Найкраще вивчені сучасною наукою плазміди, які несуть інформацію про стійкість до медикаментів. Зокрема, інформація про несприйнятливості мікроорганізмів до тих чи інших антибіотиків допомагає розробляти дієві лікарські препарати.
Молекула ДНК – подвійна спіраль. Це полімер, який являє собою дві спірально закручені між собою ланцюга, об’єднані водневими зв’язками. Ланки ланцюга складаються з більш простих сполук:
Азотистого підстави;
цукру дезоксирибози;
залишку фосфорної кислоти.
молекула ДНКЕслі молекулу ДНК розгорнути, то її довжина буде за величиною перевершувати бактеріальну клітину в 1000 разів. Протягом тривалого проміжку часу вважалося, що у бактеріальної спіралі ДНК немає чіткої організації, і всі нитки хаотично сплетені в великий клубок. Але наукові експерименти показали, що насправді бактеріальні хромосоми мають чітко впорядковане пристрій. Інакше процес реплікації і подальше розосередження хромосом по дочірнім клітинам були б неможливі.
Захисна система “стоп-вірус”
Здавалося б, немає зловмисників, які можуть атакувати таку крихту, як бактерія. Немає ворога, здатного оселитися всередині одноклітинного організму. Виявляється, є. І називається він вірусом.
Цей інфекційний агент не має оформленої клітинної структури і може вести активну життєдіяльність тільки усередині живих клітин. У тому числі і всередині бактерій.
Впровадження вірусу відбувається наступним чином. Він прикріплюється до бактеріальної мембрані, пробиває її і впорскує в середину свою ДНК.
Ретельні наукові експерименти показали, що пробити клітинну оболонку для вірусу не складає ніяких труднощів завдяки своєрідному буру. Він являє собою білкове спис з наконечником з іона заліза.
Нуклеїнова кислота, впорснути вірусом, блискавично поширюється по всьому мікроорганізму. Вірусні частинки дуже швидко руйнують його. І якби був відсутній захисний механізм, то бактерія дуже швидко загинула.
“Малюки” виробили свою охоронну систему, яка називається бактеріальним імунітетом. З її допомогою мікроорганізм фіксує всі дані щодо вірусів. Згодом він використовує її для оборони від атакуючих супротивників.
Бактеріальна хромосома має чітку послідовність спіралі ДНК, де певні ділянки поперемінно повторюються. Якщо імунна захист виявляє присутність в клітці чужорідної ДНК, то включається механізм знищення прибульця. Руйнування ворожого компонента відбувається за допомогою особливого білкового комплексу.
Будова бактерііВсякая система може іноді давати збої. Немає винятків і у імунного захисту бактерій. Іноді ДНК вірусу пошкоджує спіраль ДНК мікроба, і виникає так зване аутоімунне захворювання. Справедливості заради слід зазначити, що такі інциденти досить рідкісні і є скоріше винятком із правил.
Всюдисущі мікроорганізми в генної інженерії
Генна інженерія тільки починає впроваджуватися в нашу реальність. Проте вже досягнуті достатньо відчутні результати, які якісно покращують людське життя. Наприклад, синтетичним шляхом отриманий такий життєво важливий препарат, як інсулін.
Генна інженеріяНе залишилися осторонь від науково-технічного прогресу і крихти-бактерії. Справа в тому, що основна частина роботи проводилася саме на спіралях ДНК цих мікроорганізмів.
У бактеріях спадкова інформація накопичувалася протягом мільярдів років. У переданих з покоління в покоління даних практично немає змін. Бактеріальні плазміди можна перенести з однієї молекули в іншу, не спотворивши вихідних даних. Так, гени, що відповідають за стійкість до антибіотиків, при впровадженні в мікрофлору кишечника значно збільшують її життєздатність в несприятливих умовах.
Одним з феноменальних досягнень генної інженерії став синтез противірусного препарату “Інтерферон”. Людський організм виділяє цей білок при попаданні в нього вірусної інфекції. Але при ускладненому перебігу захворювання природного інтерферону може бути недостатньо. І тоді на допомогу людині прийде синтезована форма препарату.
ІнтерферонЗапустіть “Інтерферон” в масове виробництво допомогли саме бактерії. Посудіть самі: з одного літра бактеріальної культури виходить така кількість препарату, на яке б знадобилися тисячі літрів людської крові.
Розробки генних інженерів йдуть далі. Вже проводяться роботи з конструювання генів, що носять протипухлинний код. Генна терапія застосовується при лікуванні спадкових захворювань.
Не обділили своєю увагою вчені і сільське господарство. Проводяться роботи по створенню нових кормових культур, які, наприклад, збільшують надої молока. Розроблено вакцина, яка не дає можливості вірусу герпесу атакувати поголів’я домашньої худоби і звести нанівець всі зусилля тваринників.
І багато в чому своїми досягненнями людина зобов’язана крихітним бактеріям. Невидимі помічники надають неоціненну послугу людству в боротьбі з такими справжніми трагедіями, як нестача їжі або захворювання, калічать і знищують людей.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)