على عكس حقيقيات النوى ، لا تحتوي البكتيريا على نواة مشكلة ، لكن الحمض النووي الخاص بها لا ينتشر في جميع أنحاء الخلية ، ولكنه يتركز في بنية مضغوطة تسمى النواة النووية. من الناحية الوظيفية ، هو نظير وظيفي لجهاز نووي.
ما هو النواة
النواة البكتيرية هي منطقة في خلاياها تحتوي على مادة وراثية منظمة. على عكس النواة حقيقية النواة ، لا يتم فصلها بغشاء عن باقي المحتويات الخلوية وليس لها شكل دائم. على الرغم من ذلك ، فإن الجهاز الجيني للبكتيريا منفصل بوضوح عن السيتوبلازم.
المصطلح نفسه يعني "تشبه النواة" أو "المنطقة النووية". تم اكتشاف هذا الهيكل لأول مرة في عام 1890 من قبل عالم الحيوان أوتو بوكلي ، ولكن تم تحديد اختلافاته عن الجهاز الجيني لحقيقيات النوى في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي بفضل تقنية الفحص المجهري الإلكتروني. اسم "نوكليويد" يتوافق مع مفهوم "الكروموسوم البكتيري" ، إذا كان الأخير موجود في خلية في نسخة واحدة.
النيوكليويد لا يشمل ذلك البلازميداتهي عناصر خارج الصبغية من الجينوم البكتيري.
ملامح النوكليويد البكتيري
عادة ، يحتل النواة الجزء المركزي من الخلية البكتيرية ويتم توجيهها على طول محورها. لا يتجاوز حجم هذا التكوين المضغوط 0.5 ميكرون3، ويختلف الوزن الجزيئي من 1 × 109إلى 3 × 109دالتون. في نقاط معينة ، يرتبط النواة بغشاء الخلية.
يحتوي النوكليويد البكتيري على ثلاثة مكونات:
- DNA.
- البروتينات الهيكلية والتنظيمية.
- RNA.
يحتوي الحمض النووي على تنظيم كروموسومي يختلف عن حقيقيات النوى. في أغلب الأحيان ، يحتوي النواة البكتيرية على كروموسوم واحد أو عدة نسخ منه (مع النمو النشط ، يصل عددها إلى 8 أو أكثر). يختلف هذا المؤشر حسب نوع ومرحلة دورة حياة الكائن الدقيق. تحتوي بعض البكتيريا على كروموسومات متعددة بمجموعات مختلفة من الجينات.
في وسط الحمض النووي معبأ بإحكام شديد. هذه المنطقة لا يمكن الوصول إليها من الريبوسومات والتكاثر والإنزيمات النسخ. على العكس من ذلك ، فإن الحلقات deoxyribonucleic of the peripheral of nucleoid هي على اتصال مباشر مع السيتوبلازم وتمثل مناطق نشطة من الجينوم البكتيري.
كمية مكون البروتين في النواة البكتيرية لا تتعدى 10٪ ، وهي أقل بحوالي 5 مرات من الكروماتين حقيقي النواة. ترتبط معظم البروتينات بالحمض النووي وتشارك في بنائها. RNA منتجنسخ الجينات البكتيرية ، والتي تتم على محيط النواة.
الجهاز الجيني للبكتيريا هو تشكيل ديناميكي قادر على تغيير شكله وتشكيله البنيوي. يفتقر إلى النوى والجهاز الانقسامي المميز لنواة خلية حقيقية النواة.
كروموسوم بكتيري
في معظم الحالات ، يكون للكروموسومات النووية البكتيرية شكل حلقة مغلقة. الكروموسومات الخطية أقل شيوعًا. على أي حال ، تتكون هذه الهياكل من جزيء DNA واحد ، والذي يحتوي على مجموعة من الجينات اللازمة لبقاء البكتيريا.
اكتمل الحمض النووي للكروموسومات في شكل حلقات فائقة الالتفاف. عدد الحلقات لكل كروموسوم يختلف من 12 إلى 80. كل كروموسوم هو نسخة مكتملة النمو ، لأنه عند مضاعفة الحمض النووي يتم نسخه بالكامل. تبدأ هذه العملية دائمًا من أصل النسخ المتماثل (OriC) ، المرتبط بغشاء البلازما.
الطول الإجمالي لجزيء DNA في الكروموسوم أكبر بعدة مرات من حجم البكتيريا ، لذلك يصبح من الضروري تجميعها ، ولكن مع الحفاظ على النشاط الوظيفي.
في الكروماتين حقيقي النواة ، يتم تنفيذ هذه المهام بواسطة البروتينات الرئيسية - الهيستونات. يحتوي النوكليويد البكتيري على بروتينات مرتبطة بالحمض النووي مسؤولة عن التنظيم الهيكلي للمادة الجينية ، وتؤثر أيضًا على التعبير الجيني وتكرار الحمض النووي.
تشمل البروتينات المرتبطة بالنيوكليويد:
- بروتينات شبيهة بالهيستون HU و H-NS و FIS و IHF ؛
- توبويزوميراز ؛
- بروتينات من عائلة SMC
المجموعتان الأخيرتان لهما التأثير الأكبر على الالتفاف الفائق للمادة الجينية.
يتم تحييد الشحنات السالبة للحمض النووي الكروموسومي بواسطة البولي أمينات وأيونات المغنيسيوم.
الدور البيولوجي للنواة
أولا وقبل كل شيء ، النواة ضرورية للبكتيريا لتخزين ونقل المعلومات الوراثية ، وكذلك لتنفيذه على مستوى التوليف الخلوي. بمعنى آخر ، الدور البيولوجي لهذا التكوين هو نفسه دور الحمض النووي.
تشمل الوظائف النووية البكتيرية الأخرى:
- توطين وضغط المواد الجينية ؛
- تغليف DNA وظيفي ؛
- تنظيم التمثيل الغذائي.
لا تسمح هيكلة الحمض النووي للجزيء بالاحتواء في خلية مجهرية فحسب ، بل تخلق أيضًا ظروفًا للتدفق الطبيعي لعمليات النسخ والنسخ.
تخلق ميزات التنظيم الجزيئي للنيوكليويد ظروفًا للتحكم في التمثيل الغذائي الخلوي عن طريق تغيير شكل الحمض النووي. يحدث التنظيم عن طريق تكرار أجزاء معينة من الكروموسوم في السيتوبلازم ، مما يجعلها متاحة للنسخ الإنزيمات ، أو العكس ، عن طريق سحبها.
طرق الكشف
هناك 3 طرق للكشف البصري عن النيوكليويد في البكتيريا:
- الفحص المجهري الضوئي
- مجهر تباين الطور
- المجهر الإلكتروني
حسب الطريقةعند التحضير وطريقة البحث ، قد يبدو النيوكليويد مختلفًا.
الفحص المجهري الضوئي
للكشف عن النيوكليويد باستخدام مجهر ضوئي ، تكون البكتيريا ملطخة مبدئيًا بحيث يكون للنيوكليود لون مختلف عن باقي محتويات الخلية ، وإلا فلن يكون هذا الهيكل مرئيًا. من الضروري أيضًا تثبيت البكتيريا على شريحة زجاجية (في هذه الحالة تموت الكائنات الحية الدقيقة).
من خلال عدسة المجهر الضوئي ، يشبه النيوكليدي شكل حبة الفول مع حدود واضحة ، والتي تحتل الجزء المركزي من الخلية.
طرق التلوين
في معظم الحالات ، تُستخدم طرق تلطيخ البكتيريا التالية لتصور النوكليويد بالمجهر الضوئي:
- وفقًا لرومانوفسكي-جيمسا ؛
- طريقة فيلجن
عند تلطيخها وفقًا لـ Romanovsky-Giemsa ، يتم تثبيت البكتيريا مسبقًا على شريحة زجاجية مع كحول الميثيل ، ثم يتم تشريبها لمدة 10-20 دقيقة بصبغة من مزيج متساوٍ من اللازوردية والأونين والأزرق الميثيلين مذاب في الميثانول. نتيجة لذلك ، يصبح النوكليويد أرجوانيًا ويصبح السيتوبلازم ورديًا باهتًا. قبل الفحص المجهري ، يتم تجفيف البقعة وغسل الشريحة بالمقطر وتجفيفها.
تستخدم طريقة Feulgen التحلل الحمضي الضعيف. نتيجة لذلك ، يمر الديوكسيريبوز المنطلق إلى شكل الألدهيد ويتفاعل مع حمض الفوكسين-الكبريتوز في كاشف شيف. نتيجة لذلك ، يصبح النوكليويد أحمر ، ويصبح السيتوبلازم أزرق.
الفحص المجهري الطوري
طور التباين المجهريدقة أعلى من الضوء. لا تتطلب هذه الطريقة تثبيت المستحضر وتلطيخه - تتم الملاحظة للبكتيريا الحية. يشبه النواة في مثل هذه الخلايا منطقة بيضاوية فاتحة على خلفية السيتوبلازم الداكن. يمكن جعل طريقة أكثر فعالية من خلال تطبيق الأصباغ الفلورية.
الكشف عن النيوكليويد بالمجهر الإلكتروني
هناك طريقتان لتحضير التحضير للفحص النووي تحت المجهر الإلكتروني:
- قص رقيقة جدا
- قطع البكتيريا المجمدة.
في الصور المجهرية الإلكترونية لقسم رفيع للغاية من البكتيريا ، يكون للنيوكليويد مظهر بنية شبكة كثيفة تتكون من خيوط رفيعة ، والتي تبدو أخف من السيتوبلازم المحيط بها.
في قسم من بكتيريا مجمدة بعد التلوين المناعي ، يشبه النوكليويد بنية تشبه المرجان مع نواة كثيفة ونتوءات رفيعة تخترق السيتوبلازم.
في الصور الإلكترونية ، غالبًا ما يحتل نواة البكتيريا الجزء المركزي من الخلية وله حجم أصغر من الخلية الحية. هذا بسبب التعرض للمواد الكيميائية المستخدمة في تثبيت المستحضر.
