Ndryshe nga eukariotët, bakteret nuk kanë një bërthamë të formuar, por ADN-ja e tyre nuk është e shpërndarë në të gjithë qelizën, por është e përqendruar në një strukturë kompakte të quajtur nukleoid. Në aspektin funksional, është një analog funksional i një aparati bërthamor.
Çfarë është një nukleoid
Një nukleoid bakterial është një rajon në qelizat e tyre që përmban material të strukturuar gjenetik. Ndryshe nga bërthama eukariote, ajo nuk ndahet nga një membranë nga pjesa tjetër e përmbajtjes qelizore dhe nuk ka një formë të përhershme. Pavarësisht kësaj, aparati gjenetik i baktereve është i ndarë qartë nga citoplazma.
Vetë termi do të thotë "i ngjashëm me bërthamën" ose "rajon bërthamor". Kjo strukturë u zbulua për herë të parë në 1890 nga zoologu Otto Buchli, por dallimet e saj nga aparati gjenetik i eukariotëve u identifikuan tashmë në fillim të viteve 1950 falë teknologjisë së mikroskopisë elektronike. Emri "nukleoid" korrespondon me konceptin e "kromozomit bakterial", nëse ky i fundit gjendet në një qelizë në një kopje të vetme.
Nukleoidi nuk përfshin plazmide qëjanë elementë ekstrakromozomalë të gjenomit bakterial.
Veçoritë e nukleoidit bakterial
Zakonisht, nukleoidi zë pjesën qendrore të qelizës bakteriale dhe është i orientuar përgjatë boshtit të saj. Vëllimi i këtij formacioni kompakt nuk i kalon 0,5 mikron3 dhe pesha molekulare varion nga 1×109 në 3×109 d alton. Në pika të caktuara, nukleoidi është i lidhur me membranën qelizore.
Nukleoidi bakterial përmban tre komponentë:
- ADN.
- Proteinat strukturore dhe rregullatore.
- ARN.
ADN-ja ka një organizim kromozomik që është i ndryshëm nga eukarioti. Më shpesh, nukleoidi bakterial përmban një kromozom ose disa kopje të tij (me rritje aktive, numri i tyre arrin 8 ose më shumë). Ky tregues ndryshon në varësi të llojit dhe fazës së ciklit jetësor të mikroorganizmit. Disa baktere kanë kromozome të shumta me grupe të ndryshme gjenesh.
Në qendër të nukleoidit ADN-ja është e mbushur mjaft fort. Kjo zonë është e paarritshme për ribozomet, replikimin dhe enzimat e transkriptimit. Përkundrazi, unazat deoksiribonukleike të rajonit periferik të nukleoidit janë në kontakt të drejtpërdrejtë me citoplazmën dhe përfaqësojnë rajone aktive të gjenomit bakterial.
Sasia e përbërësit proteinik në nukleoidin bakterial nuk kalon 10%, që është rreth 5 herë më pak se në kromatinën eukariotike. Shumica e proteinave janë të lidhura me ADN-në dhe marrin pjesë në strukturimin e saj. ARN është një produkttranskriptimi i gjeneve bakteriale, i cili kryhet në periferi të nukleoidit.
Aparati gjenetik i baktereve është një formacion dinamik i aftë të ndryshojë formën dhe konformitetin strukturor të tij. I mungojnë nukleolat dhe aparati mitotik karakteristik për bërthamën e një qelize eukariote.
Kromozom bakterial
Në shumicën e rasteve, kromozomet nukleoide bakteriale kanë një formë unazore të mbyllur. Kromozomet lineare janë shumë më pak të zakonshme. Në çdo rast, këto struktura përbëhen nga një molekulë e vetme e ADN-së, e cila përmban një grup gjenesh të nevojshme për mbijetesën e baktereve.
ADN kromozomike plotësohet në formën e sytheve të mbimbështjellura. Numri i sytheve për kromozom varion nga 12 në 80. Çdo kromozom është një replikon i plotë, pasi kur dyfishohet ADN-ja kopjohet tërësisht. Ky proces fillon gjithmonë nga origjina e replikimit (OriC), e cila është ngjitur në membranën plazmatike.
Gjatësia totale e një molekule të ADN-së në një kromozom është disa gradë më e madhe se madhësia e një bakteri, kështu që bëhet e nevojshme paketimi i saj, por duke ruajtur aktivitetin funksional.
Në kromatinën eukariote, këto detyra kryhen nga proteinat kryesore - histonet. Nukleoidi bakterial përmban proteina që lidhin ADN-në që janë përgjegjëse për organizimin strukturor të materialit gjenetik dhe gjithashtu ndikojnë në shprehjen e gjeneve dhe replikimin e ADN-së.
Proteinat e lidhura me nukleoid përfshijnë:
- proteina të ngjashme me histone HU, H-NS, FIS dhe IHF;
- topoizomeraza;
- proteinat e familjes SMC.
2 grupet e fundit kanë ndikimin më të madh në mbimbështjelljen e materialit gjenetik.
Neutralizimi i ngarkesave negative të ADN-së kromozomale kryhet nga poliaminat dhe jonet e magnezit.
Roli biologjik i nukleoidit
Para së gjithash, nukleoidi është i nevojshëm për bakteret për të ruajtur dhe transmetuar informacionin trashëgues, si dhe për ta zbatuar atë në nivelin e sintezës qelizore. Me fjalë të tjera, roli biologjik i këtij formacioni është i njëjtë me atë të ADN-së.
Funksione të tjera nukleoidale bakteriale përfshijnë:
- lokalizimi dhe ngjeshja e materialit gjenetik;
- paketimi funksional i ADN-së;
- rregullimi i metabolizmit.
Strukturimi i ADN-së jo vetëm që lejon që molekula të përshtatet në një qelizë mikroskopike, por gjithashtu krijon kushte për rrjedhën normale të proceseve të riprodhimit dhe transkriptimit.
Veçoritë e organizimit molekular të nukleoidit krijojnë kushte për kontrollin e metabolizmit qelizor duke ndryshuar konformacionin e ADN-së. Rregullimi ndodh duke futur pjesë të caktuara të kromozomit në citoplazmë, gjë që i bën ato të disponueshme për enzimat e transkriptimit, ose anasjelltas, duke i tërhequr ato brenda.
Metodat e zbulimit
Ka 3 mënyra për të zbuluar vizualisht një nukleoid në baktere:
- mikroskopi drite;
- mikroskopi me kontrast fazor;
- mikroskopi elektronik.
Në varësi të metodëspërgatitja e preparatit dhe metoda e kërkimit, nukleoidi mund të duket ndryshe.
Mikroskopi drite
Për të zbuluar një nukleoid duke përdorur një mikroskop drite, bakteret ngjyrosen paraprakisht në mënyrë që nukleoidi të ketë një ngjyrë të ndryshme nga pjesa tjetër e përmbajtjes qelizore, përndryshe kjo strukturë nuk do të jetë e dukshme. Është gjithashtu e detyrueshme fiksimi i baktereve në një rrëshqitës xhami (në këtë rast, mikroorganizmat vdesin).
Përmes thjerrëzës së një mikroskopi me dritë, nukleoidi duket si një formacion në formë fasule me kufij të qartë, i cili zë pjesën qendrore të qelizës.
Metodat e ngjyrosjes
Në shumicën e rasteve, metodat e mëposhtme të ngjyrosjes për bakteret përdoren për të vizualizuar nukleoidin me mikroskop me dritë:
- sipas Romanovsky-Giemsa;
- Metoda Felgen.
Kur ngjyroset sipas Romanovsky-Giemsa, bakteret fiksohen paraprakisht në një rrëshqitje xhami me alkool metil, dhe më pas për 10-20 minuta ato ngopen me një ngjyrë nga një përzierje e barabartë e k altër, eoninë dhe blu metilen., i tretur në metanol. Si rezultat, nukleoidi bëhet i purpurt dhe citoplazma bëhet rozë e zbehtë. Para mikroskopit, njolla kullohet dhe rrëshqitja lahet me distilim dhe thahet.
Metoda Feulgen përdor hidrolizën e dobët të acidit. Si rezultat, deoksiriboza e çliruar kalon në formën e aldehidit dhe ndërvepron me acidin fuksine-sulfurik të reagentit Schiff. Si rezultat, nukleoidi bëhet i kuq dhe citoplazma bëhet blu.
Mikroskopi me kontrast fazor
Mikroskopi me kontrast fazor karezolucion më i lartë se drita. Kjo metodë nuk kërkon fiksim dhe ngjyrosje të preparatit - vëzhgimi bëhet për bakteret e gjalla. Nukleoidi në qeliza të tilla duket si një zonë ovale e lehtë në sfondin e citoplazmës së errët. Një metodë më efektive mund të bëhet duke aplikuar ngjyra fluoreshente.
Zbulimi nukleoid me mikroskop elektronik
Ka 2 mënyra për të përgatitur një përgatitje për ekzaminimin nukleoid nën një mikroskop elektronik:
- prerje ultra e hollë;
- Preni bakteret e ngrira.
Në mikrografët elektronikë të një seksioni tepër të hollë të një bakteri, nukleoidi ka pamjen e një strukture rrjeti të dendur të përbërë nga filamente të hollë, e cila duket më e lehtë se citoplazma përreth.
Në një pjesë të një bakteri të ngrirë pas imunosngjyrosjes, nukleoidi duket si një strukturë e ngjashme me koralin me një bërthamë të dendur dhe zgjatime të holla që depërtojnë në citoplazmë.
Në fotografitë elektronike, nukleoidi i baktereve më së shpeshti zë pjesën qendrore të qelizës dhe ka një vëllim më të vogël se në një qelizë të gjallë. Kjo është për shkak të ekspozimit ndaj kimikateve të përdorura për të rregulluar përgatitjen.
