Строение и размножение бактерий.

Начиная с 40-х годов прошлого столетия, объектом генетических исследований стали вирусы и бактерии, преимущество которых заключалось в простоте их культивирования, коротком периоде регенерации, огромной численности потомства.

Химический состав клеток бактерий в основном такой же, как и клеток высокоорганизованных микроорганизмов. Они окружены оболочкой, внутри которой находятся цитоплазма, ядерный аппарат, рибосомы, ферменты и другие включения. В отличие от клеток эукариот в клетках бактерий отсутствуют митохондрии, аппарат Гольджи, эндоплазматичеекая сеть. Цитоплазма бактерий представляет собой коллоидную часть клетки с гранулярной (зернистой) структурой. Основную массу гранул составляют рибосомы с константой седиментации 705, участвующие в синтезе белка. В центральной части цитоплазмы бактерий расположен ядерный аппарат — нуклеоид и плазмиды. Ядро прокариот называется нуклеоидом по той причине, что оно в отличие от эукариот не изолировано от цитоплазмы мембраной и представлено одной очень длинной молекулой ДНК (хромосомой). В хромосоме кишечной палочки ДНК замкнута в кольцо и состоит из дискретно расположенных генов. Длина молекулы ДНК в расправленном состоянии достигает 1 мм, что значительно превышает среднюю длину самой бактерии.

ДНК бактерий не отличается по строению от ДНК высших организмов. При размножении клетки бактерии наиболее ответственным является процесс воспроизведения нуклеоида. В нуклеоиде ДНК суперспирализована и довольно плотно уложена. Электронно-микроскопическое исследование показало, что один конец ДНК прикреплен к клеточной мембране. Связь с клеточной мембраной необходима и для процесса репликации ДНК, и для четкого разделения вновь образовавшихся дочерних молекул ДНК. Репликация ДНК у микроорганизмов происходит, так же как и у высших организмов, - полуконсервативным способом. В репликации участвуют ферменты ДНК-полимеразы.

В соответствии с моделью Джекоба и Бреннера репликация бактериальной хромосомы идет последовательно (а, б, в, г), начиная от специфического участка, названного источником репликации, который соединен с мезосомой (структурой, представляющей собой впячивание оболочки внутрь клетки). В месте прикрепления хромосомы к мезосоме одна из цепей ДНК разрывается, что ведет к началу раздвоения молекулы ДНК. Конец 5' наружной разорванной цепи ДНК прикрепляется рядом к новому месту на мембране. Хромосома вращается против часовой стрелки за местом прикрепления ДНК к мембране. К этому же месту фиксируется система репликативных ферментов. Репликация может осуществляться и в одном и в обоих направлениях, в зависимости от условий. После завершения репликации свободные концы нитей новых цепей ДНК соединяются при помощи ферментов. К моменту завершения цикла репликации ДНК точки прикрепления дочерних ДНК отодвигаются благодаря активному росту участка бактериальной мембраны между ними.

На основании данных Оказаки, репликация ДНК в Y-вилке происходит путем образования коротких полинуклеотидных фрагментов (1000—2000 нуклеотидов), которые затем «сшиваются» полинуклеотидлигазой.

По окончании репликации ДНК в результате сложного комплекса процессов образуется межклеточная перегородка. В период репликации ДНК и образования перегородки клетка непрерывно растет, идет формирование рибосом и других соединений. На определенной стадии дочерние клетки отделяются друг от друга. Каждая дочерняя клетка имеет такой же набор генетической информации, какой был в исходной бактериальной клетке.