I. Особенности строения и функционирования наследственного аппарата прокариот
Всякое живое существо по большенству своих признаков сходно со своими предками. Сохранение специфических свойств, т.е. постоянство признаков в ряду поколений, называют наследственностью.
Генетика изучает механизмы передачи признаков и закономерности их наследования. Каждому признаку в качестве носителя информации соответсвует ген. Еще во времена классической гентики исследователи пришли к выводу, что гены находятся в клеточном ядре и что они располагаются в линейном порядке .
Долгое время считали, что наследственная информация связана с белковыми компонентами нуклеоплазмы. Лишь после успешных экспериментов по передаче наследственных признаков с помощью ДНК, генетики пришли к убеждению, что именно ДНК, входящая в сотав хромосом, у всех организмов служит материальным носителем наследственной информации.
Доказано, что проявление признаков зависит от активности ферментов. У микроорганизмов ферменты можно было связать с конкретными признаками, поддающимися точному биохимическому опеделению. Гипотеза «Один ген - один фермент» гласит,что определенный ген содержит информацию, необходимую для синтеза определенного фермента. (Поздняя формулировка: каждый структурный ген кодирует определенную полипептидную цепь).
Вся информация о признаках, присущих данному организму, сосредоточена в его генетичсеком аппарате. Он обеспечивает сохранение и точное воспроизведение этих признаков в процессе размножения микроорганизма и дочерние особи обнаруживают в большинстве случаев полное сходство с родительскими формами. Это говорит о том, что генетический аппарат обладает высокой стабильностью и точностью, обеспечивающих его функционирование.
Однако стабильность генетического аппарата не абсолютна, т.к. исключало бы всякую возможность его изменений,а следовательно и эволюционных преобразований, приводящих в конечном итоге к возникновению разнообразных форм жизни. Следовательно, генетичсекий аппарат должен быть организован так, так, чтобы, с одной стороны, обеспечивать свою стабильность, с другой – быть достаточно пластичным и обладать способностью к изменчивости.
Генетический аппарат прокариот. До 40-х гг. немногие бактериологи думали, что бактерии обладают наследственностью, основной на тех же принципах, которые установлены для высших организмов.
Прокариоты не имеют ядра, ни хромосом, аналогичных таковым, эукариотных клеток, поэтому бактерии считали в генетическом отношении анархической формой жизни.
Одним первых к пониманию того, что бактерии и высшие организмы подчиняются общим генетическим каноном, описавший у прокариот стабильность, легко распознаваемые и наследуемые изменения.
У бактерий, так же как у высших организмов, носителем генетической информации служит ДНК. Бактериальная ДНК представляет собой двойную спираль, замкнутую в кольцо, что в структурном отношении и образует одну хромосому. Информационные свойства хромосомы определяются специфической последовательностью четырёх нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК. Таким образом, хромосома и в химическом и в функциональном отношении неоднородна. Каждый такой детерминированный участок называют геном – или функциональной единицей наследственности.
Гены на хромосоме расположены линейно, при этом сам ген может существовать в виде ряда структурных форм, или аллелей. Совокупность всех генов клетки составляет генотип. В генотипе «записана» информация относительна всех свойств, присущих клетке. Он определяет особенности клеточных компонентов, их структуру и функцию. Кроме хромосомной ДНК, у микроорганизмов в ряде случаев имеется и внехромосомная ДНК, сосредоточенная в цитоплазматических образованиях – плазмидах /дополнительные генетические детерминанты/. Но бактерии , как и все прокариоты, гаплоидны и генетический материал у них представлен одним набором генов.
Репликация ДНК. Сразу же возникает вопрос: каким же образом осуществляется функции генов по сохранению и передаче потомству наследственной информации, как сохраняется наследственная информация при росте и размножения?
Чтобы ответить на этот вопрос следует описать структуру ДНК и точно представить как происходит во времени деление клеток идентичная редупликация, или репликация генов. Этот процесс можно удовлетворительно объяснить, исходя из модели структуры ДНК, предложенной Уотсоном и Криком, и из механизма удвоение ДНК.
ДНК /дезоксирибонуклеиновая кислота/ полимер, состоящий из однотипных ,более простых молекул. Химический состав ДНК у разных организмов выявил удивительное однообразие набора соответствующих её единиц. В состав ДНК входят: остаток фосфорной кислоты, сахар дезоксирибоза и азотистые/нуклеиновые/основания: два пурина –аденин /А/ и гуанин /Г/ и два пиримидина – тимин /Т/ и цитозин /Ц/. Азотистые основания, присоединенные к молекуле дезоксирибозы, называются нуклидами.
Никлеозиды соединяются между собой при помощи остатков фосфорной кислоты через углеродные атомы соседних нуклеозидов. Их соединение нуклеозида с фосфорными остатками, их соединение составляет мономер макромолекулы ДНК и называемый нуклеотидом. Молекула ДНК может иметь до 100 и более тысяч нуклеотидов.
Схема нуклеотида
|
| |
| |
| |
1.Остаток фосфорной кислоты
2.Дезоксирибоза
3.Азотистое основание
|
Всем организмам присуща одна и та же структура ДНК. Специфика индивидуальных ДНК заключается лишь в различных относительных количеств отдельных азотистых оснований и в их чередовании вдоль по длине полимера.
Существуют определенные ограничения в варьировании соотношений нуклеотидов. Так, отношение аденина /А/ к темину /Т/, а гуанина /Г/ к цитозину /Ц/ очень близко к единице,а соотношение суммарного количества первой /А+Т/ и второй /Г+Ц/ пар оснований может варьировать очень сильно. Макромолекула ДНК состоит из двух цепей, комплиментарных друг другу /взаимодополняющих/, где наличие А или Ц в одной цепи обусловливает соответственно наличие Т или Г в другой. В результате этого равенство содержания относительных количеств Г и парного ему Ц, а также количеств А с количеством Т становиться легко объясним. Два тяжа спирали ДНК скреплены водородными связями, возникающими между азотистыми основаниями.