DNA-bakteerit smear-dekoodauksessa. Bakteerien geneettinen materiaali Bakteerien dna-molekyyli

2015-09-11 09:16:41

Maria kysyy:

Hei! Olen huolissani runsaista valkovuotoista ja jaksoittaisesta kutinasta.Tein testin piilotulehduksille.Testiä tehdessä lääkäri sanoi, että vuotoa oli erittäin runsasta ja siellä oli vakava tulehdus. Analyysitulokset: Gardnerella vaginalis DNA1*10^9Enintään Lactobacillus spp DNA, Atopobium vaginae DNA2*10^9Enintään Lactobacillus spp DNA, Lactobacillus spp DNA.8*10^7 Vähintään Bacteria DNA, Bakteeri-DNA (bakteerien kokonaismäärä )1*10 ^9Vähintään 10^6. Lactobacillus spp. bakteereihin -1,2 enemmän kuin "-1,0". Kaikkia muita infektioita ei havaittu. Mitä se tarkoittaa? Kiitos jo etukäteen vastauksestasi.

Vastaukset Bosyak Julia Vasilievna:

Hei Maria! Sinulla on banaalinen bakteerivaginoosi, ei mitään muuta. Tämä sairaus aiheuttaa voimakasta vuotoa, mikä johtaa tulehdusprosessiin emättimessä. Ota yhteyttä gynekologiisi hoidon määräämiseksi.

2015-05-08 20:03:38

Natalya kysyy:

Hyvää iltaa. Katso tänne kiitos. . TULOKSET TULOKSET TULOKSET sukupuolitautien varalta - Gardnerella vaginalis DNA 2x10^8 kopiota/ml normaali - Enintään Lactobacillus spp DNA Atopobium vaginae DNA ei havaittu normaali - Enintään Lactobacillus spp DNA Lactobacillus spp DNA. 2x10^7 kopiota/ml normi-- Vähintään DNA-bakteerit DNA-bakteerit (bakteerien kokonaismäärä) 6x10^8 kopiota/ml normi-- vähintään 10^6 bakteerien mikrosenoosin tila --- DNA-pitoisuuksien suhteet mikro-organismit vastaavat bakteerivaginoosia.Ureaa, mycoa, roskaa, trichiä, gonokokkia, candidaa ei havaittu. .Floora-näppäimessä kosteudessa on leukosyyttejä 14-15 yksikköä, kohdunkaula 18-20, virtsaputki 3-4 levyepiteelin solua --- yksittäinen sauvaryhmä - pieni määrä.. ei kokkeja. Ole hyvä ja määrää hoitoa, en ole hoitanut mitään 2 viikkoon ja on taas loma. Tarvitseeko mieheni myös hoitoa, onko mahdollista elää nyt? elämä. Pyydän sinua auttamaan. Kiitos. .

Vastaukset Bosyak Julia Vasilievna:

Hei, Natalia! Käytännössä yksikään lääkäri ei määrää hoitoa. Sinun on otettava yhteyttä gynekologiin testituloksen kanssa. Sinulla ei ole mitään kriittistä, vain yksinkertainen bakteerivaginoosi. En suosittele avointa seksielämää ilman hoitoa.

2014-10-09 12:40:16

Oksana kysyy:

Hyvää iltapäivää.
Testitulokset:
Gardnerella vaginalis DNA - 7*10^7
Lactobacillus spp. - 1*10^7
DNA-bakteerit (bakteerien kokonaismäärä) - 3*10^7
Ureaplasma urealiticum DNA - 5*10^6
Staphyloccus spp.:n DNA - 2*10^3
Streptococcus spp.:n DNA - 1*10^4

Pitääkö minun tehdä lisäviljelmiä vai voinko mennä välittömästi lääkäriin määräämään hoitoa?

Vastaukset Villi Nadezhda Ivanovna:

Oksana, hyvää iltapäivää! Tutkimustulokset ovat informatiivisia, hoito on tarpeen. Hanki hoitoa, säästä kustannuksia, on yhdistelmäinfektio. Onnea sinulle!

2014-06-27 07:13:58

Inga kysyy:

Hyvää iltapäivää Auta minua päättämään hoidosta.
Tein kokeen ja huomasin:
ureaplasma urealecticum määränä 2*10^4 (viitearvo: ei havaittu)
ja mycoplasma hominis määränä 5*10^6 (viitearvo: ei havaittu).
Myös bakteerivaginoosi tunnistettiin:
laktobasillien lukumäärä - 1*10^5 (viitearvo: vähintään bakteerien kokonaismäärä),
bakteerien kokonaismäärä - 3*10^8 (viitearvo: vähintään 10^6),
gardanella vaginalis - 1*10^7 (viitearvo: enintään laktobasillien lukumäärä)
ja atopobium vaginal - 2*10^7 (viitearvo: enintään laktobasillien lukumäärä)
Minulla on seuraava kysymys. Jos aloitan nyt hoitamaan mykoplasmaa ureaplasmalla antibiootilla, esim. Unidoxilla, vaginoosi pahenee huomattavasti, eikö niin? Mitä tehdä tässä tapauksessa?
Ja toinen kysymys vaginoosin hoidosta. Luin, että atopobium vaginae ei käytännössä reagoi metronidatsoliin, jota yleensä käytetään bakteerivaginoosin hoitoon, ja että juuri tämä aiheuttaa tämän taudin uusiutumista. Mitä suosittelisitte hoitoon? Ehkä on olemassa jokin antibiootti, joka vaikuttaa kaikkeen kerralla: ureaplasmaan mykoplasmalla ja gardanellaan atopobiumilla?

Vastaukset Verkkoportaalin lääketieteellinen konsultti:

Hyvää iltapäivää, Inga! Ajattelet oikeaan suuntaan. Et tarvitse antibiootteja, ne ovat jopa vasta-aiheisia. Tosiasia on, että päädiagnoosi on urogenitaalinen dysbioosi. Juuri siksi, että normaalin mikroflooran tasapaino häiriintyi, opportunistinen ja ohimenevä mikrofloora (ureaplasma, mykoplasma) alkoi aktiivisesti lisääntyä limakalvoilla. Sinun on palautettava normaali mikrofloora (laktobacillusvalmisteet, autorokotteet, bakteriofagit jne.), sitten ureaplasma ja mykoplasma katoavat limakalvoistasi. Jos suoritat antibioottihoitoa, tilasi paranee tilapäisesti ja sitten dysbioosi pahenee (kun normaalia mikroflooraa tuhotaan vielä enemmän) eikä tiedetä, mitä limakalvoille seuraavan kerran asettuu. Voi hyvin!

2014-03-07 15:59:00

Maria kysyy:

Hei! Auta minua tulkitsemaan tutkimuksen tulokset.

DNA-bakteerit - bakteerien kokonaismäärä (kopioita/ml) 6,7*10^5

Lactobacillus spp.:n DNA (kopioita/ml) 4,6*10^4 (vähintään bakteerien DNA:n pitoisuus

gardnerella vaginalis DNA:ta (kopioita/ml) ei havaittu (ei ylitä lactobacillus DNA:n pitoisuutta

atopobium vaginae DNA:ta (kopioita/ml) ei havaittu (ei ylitä lactobacillus DNA:n pitoisuutta
johtopäätös: bakteerikontaminaation asteen väheneminen.

Vastaukset Purpura Roksolana Yosipovna:

Analyysin tulosten mukaan patogeenistä mikroflooraa ei löytynyt, mutta hyödyllisen mikroflooran (laktobakteerien) määrä väheni. Tämä voi viitata emättimen bisbakterioosiin.

2013-03-02 22:30:55

Alexandra kysyy:

Hei. Minulla on kysymys? Minulla oli aika gynekologille, kohdunkaula ja emättimen seinämät olivat hyvin tulehtuneet (vuoto ja kutina pitkään) lääkäri otti tulehdustestinäytteen: Kokeilussa
DNA Ureaplasma parvum 2*10^5
Gardnerella vaginalis DNA Ei havaittu
Atopobium vaginae DNA Ei havaittu
Lactobacillus spp. 1*10^7
DNA Bakteerit (bakteerien kokonaismäärä) 2*10^7
1 - Lactobacillus spp. bakteereille -0,1
2 - Lactobacillus spp. G.vaginalisille ja A.vaginaelle 7.1
Bakteerimikrosenoosin tila Dysbioosia ei havaittu
Mitä nämä testit tarkoittavat?? Onko kokeessani paljon ureaplasmaa?? Mikä on seuraava toimintatapani? Jos hoitoa tarvitaan, millaista? Kiitos

Vastaukset:

Hyvää iltapäivää, Alexandra.
Ureaplasmoja on kuitenkin paljon, koska... Laktobasilleja on enemmän kuin ureaplasmaa, dysbioosia ei vielä ole, ja ajan myötä laktobasillit ehkä syrjäyttävät ne.
Ureaplasma kuuluu ohimenevien mikro-organismien ryhmään. Toisin sanoen ne voivat olla tilapäisesti läsnä terveen naisen sukupuolielimissä aiheuttamatta ongelmia. Tässä tapauksessa hoitoa ei tarvita. Jos ne aiheuttavat tulehdusta - ureaplasmoosia, tätä tulehdusprosessia on tarpeen hoitaa. Lopuksi, jos tulehdusta ei ole, mutta suunnittelet raskautta tai sukupuolikumppanin vaihtoa, sinun tulee päästä eroon ureaplasmasta.
Koska Jos sinulla on edelleen tulehdus, on parempi käydä läpi hoitojakso, jonka lääkärisi määrää sinulle henkilökohtaisen tapaamisen yhteydessä.
Voi hyvin!

2013-01-14 15:36:15

Anna kysyy:

Auta minua tulkitsemaan analyysin tulokset. Suunnittelemme vauvaa.


yli 50 - miehille
Candida albicans/glabrata/crusei DNA (kvantitatiivinen tutkimus) Valmis.
Candida albicans DNA:n määrä 2*10^7 Ei havaittu Kopioita/ml
Candida glabrata DNA:n määrä Ei havaittu Ei havaittu Kopioita/ml
Candida crusei DNA:n määrä Ei havaittu Ei havaittu Kopioita/ml
U.parvum/U.urealyticum DNA (kvantitatiivinen tutkimus) Valmis.
Ureaplasma parvum DNA:n määrä 4*10^6 Ei havaittu Kopioita/ml
Ureaplasma urealyticum DNA:n määrä Ei havaittu Ei havaittu Kopioita/ml
Bakteerivaginoosi Valmis.
Gardnerella vaginalis DNA 3*10^8 Enintään Lactobacillus spp DNA Kopioita/ml
Atopobium vaginae DNA 1*10^7 Enintään Lactobacillus spp DNA Kopioita/ml
Lactobacillus spp. 3*10^8 Vähintään DNA-bakteerikopioita/ml
DNA-bakteerit (bakteerien kokonaismäärä) 7*10^8 Vähintään 10^6 kopiota/ml
1 - Lactobacillus spp. bakteereihin -0,3 enemmän kuin "- 1,0"
2 - Lactobacillus spp. G.vaginalis ja A.vaginae 0.0 Enemmän kuin "1.0"
Bakteerimikrosenoosin tila Mesosenoosi Dysbioosia ei havaittu
Tutkimuksen suoritti: Egorova E.A.

Vastaukset Serpeninova Irina Viktorovna:

Mesosenoosi on emättimen mikroflooran tila, jossa maitohappobakteerien (Lactobacterium sp) määrä on hieman pienempi kuin muiden bakteerien (Bacteria) määrä ja Gardnerellan / anaerobisten bakteerien (Gardnerella / Atopobium) määrä lisääntyy. Normaali mikrofloora esiintyy itsenäisesti, joskus vaatii laktobasilleja sisältävien lääkkeiden reseptin.

2012-11-30 17:53:15

Olga kysyy:

Hyvää iltapäivää Voit auttaa tulkitsemaan testituloksia. Mistä minun pitäisi alkaa huolestumaan?
Parametri Tulos Viitearvot Yksikkö.
Solujen lukumäärä näytteessä (kliiniseen tulkintaan käytetty parametri) yli 500 Yli 500 - naisilla;
yli 50 - miehille
Urogenitaaliset infektiot naisilla Valmis.
Neisseria gonorrhoeae DNA Ei havaittu Ei havaittu Kopioita/ml
Chlamydia trachomatis DNA Ei havaittu Ei havaittu Kopioita/ml
Mycoplasma genitalium DNA Ei havaittu Ei havaittu Kopioita/ml
Trichomonas vaginalis DNA Ei havaittu Ei havaittu Kopioita/ml
Ureaplasma parvum DNA Ei havaittu Ei havaittu Kopioita/ml
Ureaplasma urealyticum DNA 1*10^4 Ei havaittu Kopioita/ml
Mycoplasma hominis DNA 2*10^3 Ei havaittu Kopioita/ml
Candida albicans DNA Ei havaittu Ei havaittu Kopioita/ml
Candida glabrata DNA Ei havaittu Ei havaittu Kopioita/ml
Candida krusei DNA Ei havaittu Ei havaittu Kopioita/ml
Gardnerella vaginalis DNA 2*10^5 Enintään Lactobacillus spp DNA Kopioita/ml
Atopobium vaginae DNA 1*10^4 Enintään Lactobacillus spp DNA Kopioita/ml
Lactobacillus spp. 2*10^7 Vähintään DNA-bakteerikopioita/ml
DNA-bakteerit (bakteerien kokonaismäärä) 4*10^7 Vähintään 10^6 kopiota/ml
1 - Lactobacillus spp. bakteereihin -0,2 enemmän kuin "- 1,0"
2 - Lactobacillus spp. G.vaginalis- ja A.vaginae 2.2:lle Enemmän kuin "1.0"
Bakteerimikrosenoosin tila Dysbioosia ei havaittu Dysbioosia ei havaittu
Herpes simplex -viruksen I, II (HSV I/II), sytomegaloviruksen (CMV) DNA Valmis.

Vastaukset Konsultti lääketieteellisessä laboratoriossa "Sinevo Ukraine":

Hyvää iltapäivää, Olga. Periaatteessa ei ole syytä huoleen. Emättimen dysbioosia ei havaittu. Opportunistisia mikro-organismeja, kuten ureaplasma, mykoplasma ja gardnerella, on tunnistettu, mutta niitä on vähemmän kuin hyödyllistä mikroflooraa, joten dysbioosia ei ole. Mutta jos suunnittelet kumppanin vaihtoa tai raskautta, on silti parempi päästä eroon niistä etukäteen. Voi hyvin!

2012-04-27 10:28:25

Marina kysyy:

Hei! Tein äskettäin testejä, sain tulokset, mutta en osaa tulkita niitä, auttakaa!

Gardnerella vaginalis DNA 6*10*6,9 % OKB
DNA Atopobium vaginae1*10*7,14% OKB
Lactobacillus sp. 2*10*7, alle 1 % OKB

DNA-bakteerit (bakteerien kokonaismäärä) 7*10*7

Ureaplasma urealyticum DNA:ta ei havaittu
DNA Mycoplasma hominis 4,8*10*4
Candida-suvun DNA:ta ei havaittu
Tutkimustulokset:
N. gonorrhoeae DNA. DNA havaittu
C. trachomatis -DNA on havaittu.
M. genitalium DNA:ta ei havaittu
Kiitos paljon!

Vastaukset Konsultti lääketieteellisessä laboratoriossa "Sinevo Ukraine":

Hyvää iltapäivää, Marina.
Sinulla on diagnosoitu gonokokkien, klamydian, gardnerellan, mykoplasman ja Atopobium vaginaen DNA:ta. Ja myös laktobasillit - normaali emättimen mikrofloora. Joten sinun tulee varata aika gynekologille, joka määrää sinulle ja kumppanillesi hoitojakson.
Voi hyvin! Sinulla on diagnosoitu gonokokkien, klamydian, gardnerellan, mykoplasman ja Atopobium vaginaen DNA:ta. Ja myös laktobasillit - normaali emättimen mikrofloora. Joten sinun tulee varata aika gynekologille, joka määrää sinulle ja kumppanillesi hoitojakson. Voi hyvin!

Suosittuja artikkeleita aiheesta: bakteerien kokonaismäärä

Kaikista ENT-elinten patologisista ihmisistä akuutti välikorvatulehdus diagnosoidaan noin 30 prosentissa tapauksista. Akuutin välikorvatulehduksen kulku riippuu etiologiasta, altistavien tekijöiden yhdistelmästä ja morfologisten ilmenemismuotojen erityispiirteistä.

Yksi nykyajan gastroenterologian (ei vain lasten) keskusteltuimmista kysymyksistä on suoliston dysbioosi, jonka esiintyvyys ja kliininen merkitys kotimaisten lastenlääkäreiden mukaan nostaa tämän käsitteen vakavaan...

12.-13.2.2004 Kharkov isännöi osallistujia VII kansainväliseen konferenssiin "Klininen mikrobiologia ja antibakteerinen hoito: ongelmia ja ratkaisuja". Venäjän, Valko-Venäjän ja Ukrainan johtavien asiantuntijoiden puheita.

Epäspesifiset hengityselinten sairaudet, mitattuna esiintyvyyden, kuolleisuuden ja taloudellisten kustannusten osalta, ovat johtavassa asemassa yleisessä sairastuvuusrakenteessa useimpien maailman maiden väestön keskuudessa. Vuonna 2002 Ukrainassa...

Uutisia aiheesta: bakteerien kokonaismäärä

Ihmisen terveys riippuu pitkälti suuhygieniasta. Ihmiset, joiden suussa on paljon bakteereita, kärsivät todennäköisemmin sydänkohtauksista, ja riski ei kasva minkään tietyn bakteerin takia, vaan erityyppisten bakteerien lisääntymisen vuoksi. Yhdysvaltalaiset tutkijat tulivat tähän johtopäätökseen.

Oikealla on suurin ihmisen DNA:n heliksi, joka on rakennettu ihmisistä Varnan (Bulgaria) rannalla ja joka sisällytettiin Guinnessin ennätysten kirjaan 23. huhtikuuta 2016.

Deoksiribonukleiinihappo. Yleistä tietoa

DNA (deoksiribonukleiinihappo) on eräänlainen elämänsuunnitelma, monimutkainen koodi, joka sisältää tietoa perinnöllisistä tiedoista. Tämä monimutkainen makromolekyyli pystyy tallentamaan ja välittämään perinnöllistä geneettistä tietoa sukupolvelta toiselle. DNA määrittää minkä tahansa elävän organismin sellaiset ominaisuudet kuin perinnöllisyys ja vaihtelevuus. Siihen koodattu tieto asettaa minkä tahansa elävän organismin koko kehitysohjelman. Geneettisesti määräytyvät tekijät määräävät sekä ihmisen että minkä tahansa muun organismin koko elämän. Ulkoisen ympäristön keinotekoiset tai luonnolliset vaikutukset voivat vain vähän vaikuttaa yksittäisten geneettisten ominaisuuksien yleiseen ilmenemiseen tai ohjelmoitujen prosessien kehittymiseen.

Deoksiribonukleiinihappo(DNA) on makromolekyyli (yksi kolmesta päämolekyylistä, kaksi muuta ovat RNA:ta ja proteiineja), joka varmistaa varastoinnin, siirtymisen sukupolvelta toiselle ja geneettisen ohjelman toteuttamisen elävien organismien kehitykselle ja toiminnalle. DNA sisältää tietoa erityyppisten RNA:iden ja proteiinien rakenteesta.

Eukaryoottisoluissa (eläimet, kasvit ja sienet) DNA:ta löytyy solun ytimestä osana kromosomeja sekä joissakin soluorganelleissa (mitokondrioissa ja plastideissa). Prokaryoottisten organismien (bakteerit ja arkit) soluissa pyöreä tai lineaarinen DNA-molekyyli, ns. nukleoidi, on kiinnittynyt sisältä solukalvoon. Niistä ja alemmista eukaryooteista (esimerkiksi hiivasta) löytyy myös pieniä autonomisia, pääasiassa pyöreitä DNA-molekyylejä, joita kutsutaan plasmideiksi.

Kemiallisesti katsoen DNA on pitkä polymeerimolekyyli, joka koostuu toistuvista lohkoista, joita kutsutaan nukleotideiksi. Jokainen nukleotidi koostuu typpipitoisesta emäksestä, sokerista (deoksiriboosista) ja fosfaattiryhmästä. Ketjun nukleotidien väliset sidokset muodostuvat deoksiriboosista ( KANSSA) ja fosfaatti ( F) ryhmät (fosfodiesterisidokset).

Riisi. 2. Nukleotidi koostuu typpipitoisesta emäksestä, sokerista (deoksiriboosista) ja fosfaattiryhmästä

Suurimmassa osassa tapauksia (lukuun ottamatta joitakin yksijuosteista DNA:ta sisältäviä viruksia) DNA-makromolekyyli koostuu kahdesta ketjusta, jotka on suunnattu typpipitoisilla emäksillä toisiaan kohti. Tämä kaksijuosteinen molekyyli on kiertynyt heliksiä pitkin.

DNA:ssa on neljää tyyppiä typpipitoisia emäksiä (adeniini, guaniini, tymiini ja sytosiini). Yhden ketjun typpipitoiset emäkset on yhdistetty toisen ketjun typpipitoisiin emäksiin vetysidoksilla komplementaarisuuden periaatteen mukaisesti: adeniini yhdistyy vain tymiinin kanssa ( A-T), guaniini - vain sytosiinin kanssa ( G-C). Juuri nämä parit muodostavat DNA-kierreportaiden "askelmat" (katso: Kuvat 2, 3 ja 4).

Riisi. 2. Typpipitoiset emäkset

Nukleotidien sekvenssin avulla voit "koodata" tietoa erilaisista RNA-tyypeistä, joista tärkeimmät ovat lähetti- tai templaatti (mRNA), ribosomaalinen (rRNA) ja kuljetus (tRNA). Kaikki nämä RNA-tyypit syntetisoidaan DNA-templaatilla kopioimalla DNA-sekvenssi transkription aikana syntetisoituneeksi RNA-sekvenssiksi, ja ne osallistuvat proteiinien biosynteesiin (translaatioprosessiin). Koodaavien sekvenssien lisäksi solu-DNA sisältää sekvenssejä, jotka suorittavat säätely- ja rakenteellisia toimintoja.

Riisi. 3. DNA:n replikaatio

DNA:n kemiallisten yhdisteiden perusyhdistelmien järjestely ja näiden yhdistelmien väliset kvantitatiiviset suhteet varmistavat perinnöllisen tiedon koodauksen.

koulutus uusi DNA (replikaatio)

1. Replikaatioprosessi: DNA:n kaksoiskierteen purkaminen - komplementaaristen juosteiden synteesi DNA-polymeraasin vaikutuksesta - kahden DNA-molekyylin muodostuminen yhdestä.
2. Kaksoiskierre "purkaa" kahdeksi haaraksi, kun entsyymit rikkovat kemiallisten yhdisteiden emäsparien välisen sidoksen.
3. Jokainen haara on uuden DNA:n elementti. Uudet emäsparit yhdistetään samassa järjestyksessä kuin emohaarassa.

Monistamisen päätyttyä muodostuu kaksi itsenäistä heliksiä, jotka muodostuvat emo-DNA:n kemiallisista yhdisteistä ja joilla on sama geneettinen koodi. Tällä tavalla DNA pystyy välittämään tietoa solusta soluun.

Tarkempia tietoja:

NUKLEIINIHAPPOJEN RAKENNE

Riisi. 4. Typpiemäkset: adeniini, guaniini, sytosiini, tymiini

Deoksiribonukleiinihappo(DNA) viittaa nukleiinihappoihin. Nukleiinihapot ovat luokka epäsäännöllisiä biopolymeerejä, joiden monomeerit ovat nukleotideja.

NUKLEOTIDIT koostua typpipitoinen emäs, yhdistetty viiden hiilihydraatin (pentoosin) kanssa - deoksiriboosi(DNA:n tapauksessa) tai riboosi(RNA:n tapauksessa), joka yhdistyy fosforihappotähteen (H 2 PO 3 -) kanssa.

Typpipitoiset emäkset On olemassa kahta tyyppiä: pyrimidiiniemäkset - urasiili (vain RNA:ssa), sytosiini ja tymiini, puriiniemäkset - adeniini ja guaniini.

Riisi. 5. Nukleotidien rakenne (vasemmalla), nukleotidin sijainti DNA:ssa (alhaalla) ja typpiemästen tyypit (oikealla): pyrimidiini ja puriini

Pentoosimolekyylin hiiliatomit on numeroitu 1 - 5. Fosfaatti yhdistyy kolmannen ja viidennen hiiliatomin kanssa. Näin nukleinotidit yhdistetään nukleiinihappoketjuksi. Siten voimme erottaa DNA-juosteen 3'- ja 5'-päät:

Riisi. 6. DNA-ketjun 3'- ja 5'-päiden eristäminen

Muodostuu kaksi DNA-juostetta kaksoiskierre. Nämä spiraalissa olevat ketjut on suunnattu vastakkaisiin suuntiin. Eri DNA-säikeissä typpipitoiset emäkset ovat yhteydessä toisiinsa vetysidoksia. Adeniini pariutuu aina tymiinin kanssa, ja sytosiini aina pariutuu guaniinin kanssa. Sitä kutsutaan täydentävyyssääntö.

Täydentävyyssääntö:

A-T G-C

Esimerkiksi, jos meille annetaan DNA-juoste sekvenssin kanssa

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

sitten toinen ketju täydentää sitä ja suunnataan vastakkaiseen suuntaan - 5'-päästä 3'-päähän:

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.

Riisi. 7. DNA-molekyylin ketjujen suunta ja typpipitoisten emästen kytkeminen vetysidoksilla

DNA KOPIOINTI

DNA kopiointi on prosessi, jossa DNA-molekyyli kaksinkertaistuu templaattisynteesin avulla. Useimmissa tapauksissa luonnollinen DNA:n replikaatiopohjamaaliDNA-synteesi on lyhyt fragmentti (luodut uudelleen). Tällaisen ribonukleotidialukkeen muodostaa primaasientsyymi (DNA-primaasi prokaryooteissa, DNA-polymeraasi eukaryooteissa), ja se korvataan myöhemminla, joka normaalisti suorittaa korjaustoimintoja (korjaa kemiallisia vaurioita ja katkoja DNA-molekyylissä).

Replikaatio tapahtuu puolikonservatiivisen mekanismin mukaisesti. Tämä tarkoittaa, että DNA:n kaksoiskierre purkautuu ja jokaiseen sen ketjuun rakennetaan uusi ketju komplementaarisuuden periaatteen mukaisesti. Tytär-DNA-molekyyli sisältää siis yhden juosteen emomolekyylistä ja yhden vastasyntetisoidun. Replikaatio tapahtuu suunnassa emäjuosteen 3'-päästä 5'-päähän.

Riisi. 8. DNA-molekyylin replikaatio (kaksinkertaistuminen).

DNA-synteesi- Tämä ei ole niin monimutkainen prosessi kuin miltä ensi silmäyksellä näyttää. Jos ajattelet sitä, sinun on ensin selvitettävä, mitä synteesi on. Tämä on prosessi, jossa jotain yhdistetään yhdeksi kokonaisuudeksi. Uuden DNA-molekyylin muodostuminen tapahtuu useissa vaiheissa:

1) DNA-topoisomeraasi, joka sijaitsee replikaatiohaarukan edessä, leikkaa DNA:n helpottaakseen sen purkamista ja purkamista.
2) DNA-helikaasi, topoisomeraasia seuraten, vaikuttaa DNA-kierteen "punostumisen" prosessiin.
3) DNA:ta sitovat proteiinit sitovat DNA-säikeitä ja myös stabiloivat niitä estäen niitä tarttumasta toisiinsa.
4) DNA-polymeraasi δ(delta) , koordinoituna replikointihaarukan liikenopeuden kanssa, suorittaa synteesinjohtavaketjut tytäryhtiö DNA matriisin 5"→3" suunnassaäidin DNA-säikeet suunnassa sen 3" päästä 5" päähän (nopeus jopa 100 nukleotidiparia sekunnissa). Nämä tapahtumat tällä äidin DNA-säikeet ovat rajallisia.

Riisi. 9. Kaavioesitys DNA:n replikaatioprosessista: (1) Jäljessä oleva juoste (lagging juoste), (2) Johtava juoste (Johtava juoste), (3) DNA-polymeraasi α (Polα), (4) DNA-ligaasi, (5) RNA -aluke, (6) primaasi, (7) Okazaki-fragmentti, (8) DNA-polymeraasi 8 (Polδ), (9) helikaasi, (10) yksijuosteiset DNA:ta sitovat proteiinit, (11) topoisomeraasi.

Tytär-DNA:n jäljessä olevan juosteen synteesi kuvataan alla (katso. Kaavio replikaatiohaarukka ja replikaatioentsyymien toiminnot)

Lisätietoja DNA:n replikaatiosta on kohdassa

5) Välittömästi sen jälkeen kun emomolekyylin toinen säie on purettu ja stabiloitunut, se kiinnitetään siihenDNA-polymeraasi α(alfa)ja 5"→3" suunnassa se syntetisoi alukkeen (RNA-aluke) - RNA-sekvenssin DNA-templaatissa, jonka pituus on 10-200 nukleotidia. Tämän jälkeen entsyymipoistettu DNA-juosteesta.

Sijasta DNA-polymeraasitα on kiinnitetty pohjamaalin 3" päähän DNA-polymeraasiε .

6) DNA-polymeraasiε (epsilon) näyttää jatkavan pohjamaalin pidentämistä, mutta lisää sen alustaksideoksiribonukleotidit(150-200 nukleotidin määrässä). Tämän seurauksena yksi lanka muodostuu kahdesta osasta -RNA(eli pohjamaali) ja DNA. DNA-polymeraasi etoimii, kunnes se kohtaa edellisen alukkeenOkazakin fragmentti(syntetisoitu vähän aikaisemmin). Tämän jälkeen tämä entsyymi poistetaan ketjusta.

7) DNA-polymeraasi β(beta) on sen sijaanDNA-polymeraasi e,liikkuu samaan suuntaan (5" → 3") ja poistaa alukeribonukleotidit samalla kun lisää deoksiribonukleotideja niiden tilalle. Entsyymi toimii, kunnes aluke on kokonaan poistettu, ts. kunnes deoksiribonukleotidi (jopa aikaisemmin syntetisoituDNA-polymeraasi e). Entsyymi ei pysty yhdistämään työnsä tulosta edessä olevaan DNA:han, joten se poistuu ketjusta.

Tämän seurauksena tytär-DNA:n fragmentti "makaa" emäjuosteen matriisissa. Sitä kutsutaanOkazakin fragmentti.

8) DNA-ligaasi silloittaa kaksi vierekkäistä Okazakin fragmentit , eli 5" syntetisoidun segmentin pääDNA-polymeraasi e,ja sisäänrakennettu 3"-pääketjuDNA-polymeraasiβ .

RNA:n RAKENNE

Ribonukleiinihappo(RNA) on yksi kolmesta päämakromolekyylistä (kaksi muuta ovat DNA:ta ja proteiineja), joita löytyy kaikkien elävien organismien soluista.

Aivan kuten DNA, RNA koostuu pitkästä ketjusta, jossa jokainen lenkki on nimeltään nukleotidi. Jokainen nukleotidi koostuu typpipitoisesta emäksestä, riboosisokerista ja fosfaattiryhmästä. Toisin kuin DNA:ssa, RNA:ssa on kuitenkin yleensä yksi juoste kahden sijaan. RNA:n pentoosi on riboosi, ei deoksiriboosi (riboosilla on ylimääräinen hydroksyyliryhmä toisessa hiilihydraattiatomissa). Lopuksi DNA eroaa RNA:sta typpipitoisten emästen koostumuksessa: tymiinin sijasta ( T RNA sisältää urasiilia ( U) , joka myös täydentää adeniinia.

Nukleotidisekvenssi sallii RNA:n koodata geneettistä tietoa. Kaikki solueliöt käyttävät RNA:ta (mRNA) ohjelmoidakseen proteiinisynteesiä.

Solujen RNA:ta tuotetaan prosessilla, jota kutsutaan nimellä transkriptio eli RNA:n synteesi DNA-matriisissa erityisillä entsyymeillä - RNA-polymeraasit.

Viesti-RNA:t (mRNA:t) osallistuvat sitten prosessiin, jota kutsutaan lähettää, nuo. proteiinisynteesi mRNA-matriisissa ribosomien osallistuessa. Muut RNA:t käyvät läpi kemiallisia modifikaatioita transkription jälkeen, ja sekundaaristen ja tertiääristen rakenteiden muodostumisen jälkeen ne suorittavat toimintoja RNA:n tyypistä riippuen.

Riisi. 10. DNA:n ja RNA:n ero typpipitoisessa emäksessä: RNA sisältää tymiinin (T) sijaan urasiilia (U), joka on myös komplementaarinen adeniinille.

TRANSkriptio

Tämä on RNA-synteesiprosessi DNA-templaatissa. DNA purkautuu yhdessä paikassa. Yksi säikeistä sisältää tietoa, joka on kopioitava RNA-molekyyliin - tätä juostetta kutsutaan koodaavaksi juosteeksi. Toista DNA-juostetta, joka on komplementaarinen koodaavalle, kutsutaan templaatiksi. Transkription aikana komplementaarinen RNA-ketju syntetisoituu templaattijuosteeseen 3’-5’ suunnassa (DNA-juostetta pitkin). Tämä luo RNA-kopion koodaavasta juosteesta.

Riisi. 11. Transkription kaavamainen esitys

Esimerkiksi, jos meille annetaan koodausketjun sekvenssi

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

silloin komplementaarisuussäännön mukaan matriisiketju kantaa sekvenssin

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

ja siitä syntetisoitu RNA on sekvenssi

LÄHETTÄÄ

Harkitse mekanismia proteiinisynteesi RNA-matriisissa, samoin kuin geneettinen koodi ja sen ominaisuudet. Selvyyden vuoksi suosittelemme myös katsomaan alla olevasta linkistä lyhyen videon elävässä solussa tapahtuvista transkriptio- ja translaatioprosesseista:

Riisi. 12. Proteiinin synteesiprosessi: DNA koodaa RNA:ta, RNA koodaa proteiinia

GENEETTINEN KOODI

Geneettinen koodi- menetelmä proteiinien aminohapposekvenssin koodaamiseksi käyttämällä nukleotidisekvenssiä. Jokaista aminohappoa koodaa kolmen nukleotidin sekvenssi - kodoni tai tripletti.

Geneettinen koodi on yhteinen useimmille pro- ja eukaryooteille. Taulukko näyttää kaikki 64 kodonia ja vastaavat aminohapot. Emäjärjestys on mRNA:n 5" - 3" päästä.

Taulukko 1. Tavallinen geneettinen koodi

1 perusta sio	2. pohja								3 perusta sio
	U		C		A		G
U	U U U	(Phe/F)	U C U	(Ser/S)	U A U	(Tyr/Y)	U G U	(Cys/C)	U
	U U C		U C C		U A C		U G C		C
	U U A	(Leu/L)	U C A		U A A	Lopeta kodoni**	U G A	Lopeta kodoni**	A
	U U G		U C G		U A G	Lopeta kodoni**	U G G	(Trp/W)	G
C	C U U		C C U	(Pro/P)	C A U	(hänen/Hänen)	C G U	(Arg/R)	U
	C U C		C C C		C A C		C G C		C
	C U A		C C A		C A A	(Gln/Q)	C GA		A
	C U G		C C G		C A G		C G G		G
A	A U U	(Ile/I)	A C U	(Thr/T)	A A U	(Asn/N)	A G U	(Ser/S)	U
	A U C		A C C		A A C		A G C		C
	A U A		A C A		A A A	(Lys/K)	A G A		A
	A U G	(Met/M)	A C G		A A G		A G G		G
G	G U U	(Val/V)	G C U	(Ala/A)	G A U	(Asp/D)	G G U	(Gly/G)	U
	G U C		G C C		G A C		G G C		C
	G U A		G C A		G A A	(Liima)	G G A		A
	G U G		G C G		G A G		G G G		G

Kolmosten joukossa on 4 erityistä sekvenssiä, jotka toimivat "välimerkkeinä":

• * Kolmos ELOK, joka myös koodaa metioniinia, kutsutaan aloituskodoni. Proteiinimolekyylin synteesi alkaa tästä kodonista. Siten proteiinisynteesin aikana sekvenssin ensimmäinen aminohappo on aina metioniini.

• **Kolmoset UAA, UAG Ja U.G.A. kutsutaan stop kodonit eivätkä koodaa yhtä aminohappoa. Näissä sekvensseissä proteiinisynteesi pysähtyy.

Geneettisen koodin ominaisuudet

1. Kolminkertainen. Jokaista aminohappoa koodaa kolmen nukleotidin sekvenssi - tripletti tai kodoni.

2. Jatkuvuus. Triplettien välillä ei ole ylimääräisiä nukleotideja, tiedot luetaan jatkuvasti.

3. Ei päällekkäisiä. Yhtä nukleotidia ei voi sisällyttää kahteen triplettiin samanaikaisesti.

4. Yksiselitteisyys. Yksi kodoni voi koodata vain yhtä aminohappoa.

5. Degeneraatio. Yhtä aminohappoa voivat koodata useat erilaiset kodonit.

6. Monipuolisuus. Geneettinen koodi on sama kaikille eläville organismeille.

Esimerkki. Meille annetaan koodausketjun järjestys:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

Matriisiketjulla on seuraava järjestys:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Nyt "syntetisoimme" informaatio-RNA:ta tästä ketjusta:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Proteiinisynteesi etenee suuntaan 5' → 3', joten meidän on käännettävä sekvenssi päinvastaiseksi "lukeaksemme" geneettisen koodin:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Etsitään nyt aloituskodoni AUG:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Jaetaan sekvenssi kolmoisiksi:

kuulostaa tältä: informaatio siirtyy DNA:sta RNA:han (transkriptio), RNA:sta proteiiniin (translaatio). DNA voidaan myös monistaa replikaatiolla ja myös käänteistranskriptioprosessi on mahdollinen, kun DNA syntetisoidaan RNA-templaatista, mutta tämä prosessi on tyypillistä pääasiassa viruksille.

Riisi. 13. Molekyylibiologian keskusdogma

GENOME: GEENIT ja KROMOSOMIT

(yleiset käsitteet)

Genomi - organismin kaikkien geenien kokonaisuus; sen täydellinen kromosomisarja.

G. Winkler ehdotti termiä "genomi" vuonna 1920 kuvaamaan geenisarjaa, joka sisältyy yhden biologisen lajin organismien haploidiseen kromosomisarjaan. Tämän termin alkuperäinen merkitys osoitti, että genomin käsite, toisin kuin genotyyppi, on lajin geneettinen ominaisuus kokonaisuutena, ei yksilön. Molekyyligenetiikan kehittyessä tämän termin merkitys on muuttunut. Tiedetään, että DNA, joka on geneettisen tiedon kantaja useimmissa organismeissa ja siten muodostaa genomin perustan, ei sisällä vain geenejä sanan nykyisessä merkityksessä. Suurin osa eukaryoottisolujen DNA:sta edustaa ei-koodaavia ("redundantteja") nukleotidisekvenssejä, jotka eivät sisällä tietoa proteiineista ja nukleiinihapoista. Siten minkä tahansa organismin genomin pääosa on sen haploidisen kromosomisarjan koko DNA.

Geenit ovat DNA-molekyylien osia, jotka koodaavat polypeptidejä ja RNA-molekyylejä

Viime vuosisadan aikana ymmärryksemme geeneistä on muuttunut merkittävästi. Aikaisemmin genomi oli kromosomin alue, joka koodaa tai määrittelee yhden ominaisuuden tai fenotyyppinen(näkyvä) ominaisuus, kuten silmien väri.

Vuonna 1940 George Beadle ja Edward Tatham ehdottivat geenin molekulaarista määritelmää. Tiedemiehet käsittelivät sieni-itiöitä Neurospora crassa röntgensäteet ja muut aineet, jotka aiheuttavat muutoksia DNA-sekvenssissä ( mutaatioita), ja löysi sienen mutanttikantoja, jotka olivat menettäneet joitain spesifisiä entsyymejä, mikä joissakin tapauksissa johti koko aineenvaihduntareitin häiriintymiseen. Beadle ja Tatem päättelivät, että geeni on pala geneettistä materiaalia, joka määrittää tai koodaa yhtä entsyymiä. Näin hypoteesi ilmestyi "yksi geeni - yksi entsyymi". Tätä käsitettä laajennettiin myöhemmin määrittelemään "yksi geeni - yksi polypeptidi", koska monet geenit koodaavat proteiineja, jotka eivät ole entsyymejä, ja polypeptidi voi olla monimutkaisen proteiinikompleksin alayksikkö.

Kuvassa Kuvio 14 esittää kaavion siitä, kuinka DNA:n nukleotiditripletit määrittävät polypeptidin - proteiinin aminohapposekvenssin mRNA:n välittämisen kautta. Yksi DNA-ketjuista toimii templaattina mRNA:n synteesissä, jonka nukleotiditripletit (kodonit) ovat komplementaarisia DNA-tripleteille. Joissakin bakteereissa ja monissa eukaryooteissa koodaussekvenssit katkaistaan ​​ei-koodaavilla alueilla (ns. intronit).

Nykyaikainen geenin biokemiallinen määritys vielä tarkempi. Geenit ovat kaikki DNA:n osia, jotka koodaavat lopputuotteiden primäärisekvenssiä, mukaan lukien polypeptidit tai RNA, joilla on rakenteellinen tai katalyyttinen toiminta.

Geenien ohella DNA sisältää myös muita sekvenssejä, jotka suorittavat yksinomaan säätelytoimintoa. Sääntelysekvenssit voi merkitä geenien alkua tai loppua, vaikuttaa transkriptioon tai osoittaa replikaation tai rekombinaation aloituskohdan. Joitakin geenejä voidaan ilmentää eri tavoilla, jolloin sama DNA-alue toimii templaattina eri tuotteiden muodostumiselle.

Voimme laskea karkeasti geenin vähimmäiskoko, joka koodaa keskimmäistä proteiinia. Jokaista polypeptidiketjun aminohappoa koodaa kolmen nukleotidin sekvenssi; näiden triplettien (kodonien) sekvenssit vastaavat tämän geenin koodaaman polypeptidin aminohappoketjua. 350 aminohappotähteen polypeptidiketju (keskipitkä ketju) vastaa 1050 bp:n sekvenssiä. ( peruspareja). Kuitenkin monet eukaryoottigeenit ja jotkut prokaryoottigeenit katkeavat DNA-segmenteillä, jotka eivät sisällä proteiiniinformaatiota, ja siksi ne osoittautuvat paljon pidemmiksi kuin yksinkertainen laskelma osoittaa.

Kuinka monta geeniä on yhdessä kromosomissa?

Riisi. 15. Näkymä kromosomeista prokaryoottisissa (vasemmalla) ja eukaryoottisoluissa. Histonit ovat suuri luokka ydinproteiineja, jotka suorittavat kaksi päätehtävää: ne osallistuvat DNA-säikeiden pakkaamiseen ytimeen ja ydinprosessien, kuten transkription, replikaation ja korjauksen, epigeneettiseen säätelyyn.

Kuten tiedetään, bakteerisoluilla on kromosomi DNA-juosteen muodossa, joka on järjestetty kompaktiin rakenteeseen - nukleoidiin. Prokaryoottinen kromosomi Escherichia coli, jonka genomi on täysin purettu, on pyöreä DNA-molekyyli (itse asiassa se ei ole täydellinen ympyrä, vaan silmukka ilman alkua tai loppua), joka koostuu 4 639 675 bp:stä. Tämä sekvenssi sisältää noin 4 300 proteiinigeeniä ja vielä 157 geeniä stabiileja RNA-molekyylejä varten. SISÄÄN ihmisen genomi noin 3,1 miljardia emäsparia, jotka vastaavat lähes 29 000 geeniä, jotka sijaitsevat 24 eri kromosomissa.

Prokaryootit (bakteerit).

Bakteeri E. coli on yksi kaksijuosteinen pyöreä DNA-molekyyli. Se koostuu 4 639 675 bp:stä. ja saavuttaa noin 1,7 mm:n pituuden, mikä ylittää itse kennon pituuden E. coli noin 850 kertaa. Nukleoidin osana olevan suuren pyöreän kromosomin lisäksi monet bakteerit sisältävät yhden tai useita pieniä pyöreitä DNA-molekyylejä, jotka sijaitsevat vapaasti sytosolissa. Näitä ekstrakromosomaalisia elementtejä kutsutaan plasmidit(Kuva 16).

Useimmat plasmidit koostuvat vain muutamasta tuhannesta emäsparista, jotkut sisältävät yli 10 000 emäsparia. Ne kuljettavat geneettistä tietoa ja replikoituvat muodostaen tytärplasmideja, jotka tulevat tytärsoluihin emosolun jakautumisen aikana. Plasmideja ei löydy vain bakteereista, vaan myös hiivasta ja muista sienistä. Monissa tapauksissa plasmidit eivät hyödytä isäntäsoluja, ja niiden ainoa tarkoitus on lisääntyä itsenäisesti. Jotkut plasmidit sisältävät kuitenkin isännälle hyödyllisiä geenejä. Esimerkiksi plasmidien sisältämät geenit voivat tehdä bakteerisoluista vastustuskykyisiä antibakteerisille aineille. P-laktamaasigeeniä sisältävät plasmidit tarjoavat resistenssin β-laktaamiantibiooteille, kuten penisilliinille ja amoksisilliinille. Plasmidit voivat siirtyä antibiooteille vastustuskykyisistä soluista muihin saman tai eri bakteerilajin soluihin, jolloin myös näistä soluista tulee resistenttejä. Antibioottien intensiivinen käyttö on voimakas selektiivinen tekijä, joka edistää antibioottiresistenssiä koodaavien plasmidien (sekä samanlaisia ​​geenejä koodaavien transposonien) leviämistä patogeenisten bakteerien joukossa, mikä johtaa useille antibiooteille vastustuskykyisten bakteerikantojen syntymiseen. Lääkärit alkavat ymmärtää antibioottien laajan käytön vaaroja ja määräävät niitä vain kiireellisissä tapauksissa. Samankaltaisista syistä antibioottien laajaa käyttöä tuotantoeläinten hoidossa on rajoitettu.

Katso myös: Ravin N.V., Shestakov S.V. Prokaryoottien genomi // Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2013. T. 17. Nro 4/2. s. 972-984.

Eukaryootit.

Taulukko 2. Joidenkin organismien DNA, geenit ja kromosomit

	Jaettu DNA p.n.	Kromosomien lukumäärä*	Geenien arvioitu määrä
Escherichia coli(bakteeri)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae(hiiva)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans(sukkulamadot)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana(tehdas)	119 186 200		33 000
Drosophila melanogaster(Kukkakärpänen)	120 367 260		20 000
Oryza sativa(riisi)	480 000 000		57 000
Musmus musculus(hiiri)	2 634 266 500		27 000
Homo sapiens(Ihmisen)	3 070 128 600		29 000

Huomautus. Tietoja päivitetään jatkuvasti; Ajantasaista tietoa saat yksittäisten genomiikkaprojektien verkkosivuilta

* Kaikille eukaryooteille, paitsi hiivalle, on annettu diploidi kromosomisarja. Diploidi pakki kromosomit (kreikan sanoista diploos - double ja eidos - lajit) - kaksinkertainen kromosomisarja (2n), joista jokaisella on homologinen.
**Haploidi setti. Villillä hiivakannoilla on tyypillisesti kahdeksan (oktaploidi) tai useampi sarja näitä kromosomeja.
***Naisille, joilla on kaksi X-kromosomia. Miehillä on X-kromosomi, mutta ei Y-kromosomia, eli vain 11 kromosomia.

Hiivassa, joka on yksi pienimmistä eukaryooteista, on 2,6 kertaa enemmän DNA:ta kuin E. coli(Taulukko 2). Hedelmäkärpäsen solut Drosophila, klassinen geenitutkimuksen aihe, sisältävät 35 kertaa enemmän DNA:ta ja ihmissolut sisältävät noin 700 kertaa enemmän DNA:ta kuin E. coli. Monet kasvit ja sammakkoeläimet sisältävät vielä enemmän DNA:ta. Eukaryoottisolujen geneettinen materiaali on järjestetty kromosomien muodossa. Diploidisarja kromosomeja (2 n) riippuu organismin tyypistä (taulukko 2).

Esimerkiksi ihmisen somaattisessa solussa on 46 kromosomia ( riisi. 17). Kukin eukaryoottisolun kromosomi, kuten kuvassa 2 on esitetty. 17, A, sisältää yhden erittäin suuren kaksijuosteisen DNA-molekyylin. Ihmisen 24 kromosomia (22 kromosomiparia ja kaksi sukupuolikromosomia X ja Y) vaihtelevat pituudeltaan yli 25 kertaa. Jokainen eukaryoottinen kromosomi sisältää tietyn joukon geenejä.

Riisi. 17. Eukaryoottien kromosomit.A- pari kytkettyjä ja kondensoituneita sisarkromatideja ihmisen kromosomista. Tässä muodossa eukaryoottiset kromosomit säilyvät replikaation jälkeen ja metafaasissa mitoosin aikana. b- täydellinen sarja kromosomeja yhden kirjan kirjoittajan leukosyytistä. Jokainen normaali ihmisen somaattinen solu sisältää 46 kromosomia.

Jos yhdistät ihmisen genomin DNA-molekyylit (22 kromosomia ja kromosomit X ja Y tai X ja X), saadaan noin metrin pituinen sekvenssi. Huomautus: Kaikissa nisäkkäissä ja muissa heterogameettisissa miesorganismeissa naarailla on kaksi X-kromosomia (XX) ja miehillä yksi X-kromosomi ja yksi Y-kromosomi (XY).

Suurin osa ihmissoluista, joten tällaisten solujen DNA:n kokonaispituus on noin 2 m. Aikuisella ihmisellä on noin 10 14 solua, joten kaikkien DNA-molekyylien kokonaispituus on 2-10 11 km. Vertailun vuoksi maapallon ympärysmitta on 4・10 4 km ja etäisyys maasta Auringoon on 1,5・10 8 km. Näin hämmästyttävän kompakti DNA on pakattu soluihimme!

Eukaryoottisoluissa on muita DNA:ta sisältäviä organelleja - mitokondrioita ja kloroplasteja. Mitokondrioiden ja kloroplastien DNA:n alkuperästä on esitetty monia hypoteeseja. Nykyään yleisesti hyväksytty näkemys on, että ne edustavat muinaisten bakteerien kromosomien alkioita, jotka tunkeutuivat isäntäsolujen sytoplasmaan ja joista tuli näiden organellien esiasteita. Mitokondrio-DNA koodaa mitokondrioiden tRNA:ita ja rRNA:ita sekä useita mitokondrioproteiineja. Yli 95 % mitokondrioiden proteiineista on tuman DNA:n koodaamia.

GEENIEN RAKENNE

Tarkastellaan geenin rakennetta prokaryooteissa ja eukaryooteissa, niiden yhtäläisyyksiä ja eroja. Huolimatta siitä, että geeni on DNA:n osa, joka koodaa vain yhtä proteiinia tai RNA:ta, se sisältää välittömän koodaavan osan lisäksi myös säätely- ja muita rakenteellisia elementtejä, joilla on erilaiset rakenteet prokaryooteissa ja eukaryooteissa.

Koodaussekvenssi- geenin tärkein rakenteellinen ja toiminnallinen yksikkö, siinä sijaitsevat koodaavien nukleotidien tripletitaminohapposekvenssi. Se alkaa aloituskodonilla ja päättyy lopetuskodonilla.

Ennen ja jälkeen koodaussekvenssiä on transloimattomat 5'- ja 3'-sekvenssit. Ne suorittavat säätely- ja aputoimintoja, esimerkiksi varmistaen ribosomin laskeutumisen mRNA:lle.

Transloitumattomat ja koodaavat sekvenssit muodostavat transkriptioyksikön - DNA:n transkriptoidun osan, eli sen DNA:n osan, josta mRNA-synteesi tapahtuu.

Terminaattori- transkriptioimaton DNA-osio geenin päässä, jossa RNA-synteesi pysähtyy.

Alussa geeni on sääntelyalue, Johon sisältyy promoottori Ja operaattori.

Promoottori- sekvenssi, johon polymeraasi sitoutuu transkription aloituksen aikana. Operaattori- tämä on alue, johon erityiset proteiinit voivat sitoutua - repressoreita, joka voi vähentää RNA-synteesin aktiivisuutta tästä geenistä - toisin sanoen vähentää sitä ilmaisu.

Geenirakenne prokaryooteissa

Prokaryoottien ja eukaryoottien geenirakenteen yleinen suunnitelma ei ole erilainen - molemmat sisältävät säätelyalueen promoottorilla ja operaattorilla, transkriptioyksikön koodaavilla ja transloimattomilla sekvensseillä sekä terminaattorin. Geenien järjestäytyminen prokaryooteissa ja eukaryooteissa on kuitenkin erilainen.

Riisi. 18. Prokaryoottien (bakteerien) geenirakenteen kaavio -kuva on suurennettu

Operonin alussa ja lopussa on yhteiset säätelyalueet useille rakennegeeneille. Operonin transkriptoidulta alueelta luetaan yksi mRNA-molekyyli, joka sisältää useita koodaavia sekvenssejä, joista jokaisella on oma aloitus- ja lopetuskodoni. Jokaiselta näiltä alueiltayksi proteiini syntetisoituu. Täten, Yhdestä mRNA-molekyylistä syntetisoidaan useita proteiinimolekyylejä.

Prokaryooteille on ominaista useiden geenien yhdistäminen yhdeksi toiminnalliseksi yksiköksi - operoni. Operonin toimintaa voivat säädellä muut geenit, jotka voivat olla huomattavan kaukana itse operonista - sääntelijät. Tästä geenistä käännetty proteiini on ns repressori. Se sitoutuu operonin operaattoriin sääteleen kaikkien sen sisältämien geenien ilmentymistä kerralla.

Myös prokaryooteille on ominaista ilmiö Transkriptio-käännösliitännät.

Riisi. 19 Transkription ja translaation kytkeytymisilmiö prokaryooteissa - kuva on suurennettu

Tällaista kytkentää ei tapahdu eukaryooteissa, koska siinä on tuman vaippa, joka erottaa sytoplasman, jossa translaatio tapahtuu, geneettisestä materiaalista, jossa transkriptio tapahtuu. Prokaryooteissa ribosomi voi sitoutua välittömästi syntetisoituun RNA-molekyyliin RNA-synteesin aikana DNA-templaatissa. Siten kääntäminen alkaa jo ennen kuin transkriptio on valmis. Lisäksi useat ribosomit voivat samanaikaisesti sitoutua yhteen RNA-molekyyliin syntetisoimalla useita yhden proteiinin molekyylejä kerralla.

Eukaryoottien geenirakenne

Eukaryoottien geenit ja kromosomit ovat hyvin monimutkaisia

Monilla bakteerilajeilla on vain yksi kromosomi, ja lähes kaikissa tapauksissa kussakin kromosomissa on yksi kopio jokaisesta geenistä. Vain muutamia geenejä, kuten rRNA-geenejä, löytyy useista kopioista. Geenit ja säätelysekvenssit muodostavat käytännössä koko prokaryoottisen genomin. Lisäksi lähes jokainen geeni vastaa tiukasti sen koodaamaa aminohapposekvenssiä (tai RNA-sekvenssiä) (kuvio 14).

Eukaryoottisten geenien rakenteellinen ja toiminnallinen organisaatio on paljon monimutkaisempi. Eukaryoottisten kromosomien tutkiminen ja myöhemmin eukaryoottisten täydellisten genomisekvenssien sekvensointi toi monia yllätyksiä. Monilla, ellei useimmilla, eukaryoottigeeneillä on mielenkiintoinen piirre: niiden nukleotidisekvenssit sisältävät yhden tai useamman DNA-osan, joka ei koodaa polypeptidituotteen aminohapposekvenssiä. Tällaiset transloimattomat insertiot katkaisevat suoran vastaavuuden geenin nukleotidisekvenssin ja koodatun polypeptidin aminohapposekvenssin välillä. Näitä geenien sisällä olevia kääntämättömiä segmenttejä kutsutaan intronit, tai sisäänrakennettu sekvenssejä, ja koodaussegmentit ovat eksonit. Prokaryooteissa vain muutamat geenit sisältävät introneita.

Joten eukaryooteissa geenien yhdistämistä operoneiksi ei käytännössä tapahdu, ja eukaryoottigeenin koodaava sekvenssi jaetaan useimmiten transloituihin osiin - eksonit, ja kääntämättömät osat - intronit.

Useimmissa tapauksissa intronien toimintaa ei ole vahvistettu. Yleensä vain noin 1,5 % ihmisen DNA:sta on "koodaavaa", eli se kuljettaa tietoa proteiineista tai RNA:sta. Kuitenkin, kun otetaan huomioon suuret intronit, käy ilmi, että ihmisen DNA:sta on 30% geenejä. Koska geenit muodostavat suhteellisen pienen osan ihmisen genomista, merkittävä osa DNA:sta jää huomiotta.

Riisi. 16. Eukaryoottien geenirakenteen kaavio - kuva on suurennettu

Jokaisesta geenistä syntetisoidaan ensin epäkypsä tai pre-RNA, joka sisältää sekä introneita että eksoneja.

Tämän jälkeen tapahtuu silmukointiprosessi, jonka seurauksena introniset alueet leikataan pois ja muodostuu kypsä mRNA, josta voidaan syntetisoida proteiinia.

Riisi. 20. Vaihtoehtoinen liitosprosessi - kuva on suurennettu

Tämä geenien järjestäytyminen mahdollistaa esimerkiksi sen, että yhdestä geenistä voidaan syntetisoida proteiinin eri muotoja, koska silmukoinnin aikana eksonit voivat ompeltua yhteen eri sekvensseiksi.

Riisi. 21. Erot prokaryoottien ja eukaryoottien geenien rakenteessa - kuva on suurennettu

MUTAATIOT JA MUTAGENEESI

Mutaatio kutsutaan pysyväksi muutokseksi genotyypissä, eli muutokseksi nukleotidisekvenssissä.

Mutaatioihin johtavaa prosessia kutsutaan mutageneesi, ja vartalo Kaikki joiden soluissa on sama mutaatio - mutantti.

Mutaatioteoria sen muotoili ensimmäisen kerran Hugo de Vries vuonna 1903. Sen nykyaikainen versio sisältää seuraavat säännökset:

1. Mutaatiot tapahtuvat äkillisesti, puuskittaisesti.

2. Mutaatiot siirtyvät sukupolvelta toiselle.

3. Mutaatiot voivat olla hyödyllisiä, haitallisia tai neutraaleja, hallitsevia tai resessiivisiä.

4. Mutaatioiden havaitsemisen todennäköisyys riippuu tutkittujen yksilöiden määrästä.

5. Samanlaisia ​​mutaatioita voi esiintyä toistuvasti.

6. Mutaatiot eivät ole suunnattuja.

Mutaatioita voi tapahtua eri tekijöiden vaikutuksesta. On mutaatioita, jotka syntyvät vaikutuksen alaisena mutageeninen vaikutuksia: fyysinen (esimerkiksi ultravioletti tai säteily), kemiallinen (esimerkiksi kolkisiini tai reaktiiviset happilajit) ja biologinen (esimerkiksi virukset). Mutaatioita voi myös aiheuttaa replikointivirheet.

Mutaatiot jaetaan olosuhteiden mukaan, joissa mutaatiot ilmaantuvat spontaani- eli normaaleissa olosuhteissa syntyneet mutaatiot ja aiheutettu- eli erityisolosuhteissa syntyneet mutaatiot.

Mutaatioita voi tapahtua ei vain tuman DNA:ssa, vaan myös esimerkiksi mitokondrioiden tai plastidi-DNA:ssa. Sen mukaisesti voimme erottaa ydin Ja sytoplasminen mutaatioita.

Mutaatioiden seurauksena voi usein ilmaantua uusia alleeleja. Jos mutanttialleeli tukahduttaa normaalin toiminnan, mutaatiota kutsutaan hallitseva. Jos normaali alleeli suppressoi mutantin, tätä mutaatiota kutsutaan resessiivinen. Useimmat mutaatiot, jotka johtavat uusien alleelien syntymiseen, ovat resessiivisiä.

Mutaatiot erottuvat vaikutuksen perusteella mukautuva mikä lisää organismin sopeutumiskykyä ympäristöön, neutraali, jotka eivät vaikuta selviytymiseen, haitallista, vähentää organismien sopeutumiskykyä ympäristöolosuhteisiin ja tappava, mikä johtaa organismin kuolemaan varhaisessa kehitysvaiheessa.

Seurausten mukaan mutaatiot johtavat proteiinin toiminnan menetys, mutaatioita, jotka johtavat ilmaantuminen proteiinilla on uusi tehtävä, sekä mutaatiot, jotka muuttaa geeniannosta ja vastaavasti siitä syntetisoidun proteiinin annos.

Mutaatio voi tapahtua missä tahansa kehon solussa. Jos sukusolussa tapahtuu mutaatio, sitä kutsutaan itiö(germinaalinen tai generatiivinen). Tällaisia ​​mutaatioita ei esiinny organismissa, jossa ne esiintyivät, mutta ne johtavat mutanttien esiintymiseen jälkeläisissä ja ovat periytyviä, joten ne ovat tärkeitä genetiikalle ja evoluutiolle. Jos mutaatio tapahtuu jossakin toisessa solussa, sitä kutsutaan somaattinen. Tällainen mutaatio voi ilmetä tavalla tai toisella organismissa, jossa se on syntynyt, esimerkiksi johtaen syöpäkasvainten muodostumiseen. Tällainen mutaatio ei kuitenkaan ole peritty eikä vaikuta jälkeläisiin.

Mutaatiot voivat vaikuttaa genomin erikokoisiin alueisiin. Kohokohta geneettinen, kromosomaalinen Ja genominen mutaatioita.

Geenimutaatiot

Mutaatioita, jotka tapahtuvat yhtä geeniä pienemmässä mittakaavassa, kutsutaan geneettinen, tai piste (piste). Tällaiset mutaatiot johtavat muutoksiin yhdessä tai useassa sekvenssin nukleotidissa. Geenimutaatioiden joukossa onvaihtoja, joka johtaa yhden nukleotidin korvaamiseen toisella,poistot, mikä johtaa yhden nukleotidin menettämiseen,lisäykset, mikä johtaa ylimääräisen nukleotidin lisäämiseen sekvenssiin.

Riisi. 23. Geeni(piste)mutaatiot

Proteiinin vaikutusmekanismin mukaan geenimutaatiot jaetaan:synonyymi, jotka (geenikoodin rappeutumisen seurauksena) eivät johda muutokseen proteiinituotteen aminohappokoostumuksessa,missense mutaatiot, jotka johtavat yhden aminohapon korvaamiseen toisella ja voivat vaikuttaa syntetisoidun proteiinin rakenteeseen, vaikka ne ovat usein merkityksettömiä,järjettömiä mutaatioita, joka johtaa koodaavan kodonin korvaamiseen lopetuskodonilla,mutaatioita, jotka johtavat silmukointihäiriö:

Riisi. 24. Mutaatiomallit

Lisäksi proteiinin vaikutusmekanismin mukaan erotetaan mutaatiot, jotka johtavat kehyksen siirto lukeminen, kuten lisäykset ja poistot. Tällaiset mutaatiot, kuten nonsense-mutaatiot, vaikka ne esiintyvät yhdessä geenin kohdassa, vaikuttavat usein proteiinin koko rakenteeseen, mikä voi johtaa täydelliseen muutokseen sen rakenteessa.

Riisi. 29. Kromosomi ennen ja jälkeen kahdentumisen

Genomiset mutaatiot

Lopuksi, genomiset mutaatiot vaikuttavat koko genomiin, eli kromosomien lukumäärä muuttuu. On olemassa polyploidioita - solun ploidisuuden lisääntyminen ja aneuploidiat, toisin sanoen kromosomien lukumäärän muutos, esimerkiksi trisomia (lisähomologin esiintyminen yhdessä kromosomista) ja monosomia (kromosomien puuttuminen). homologi kromosomissa).

Video DNA:sta

DNA:N REPLIKAATIO, RNA-KOOODAUS, proteiinisynteesi

Orgaanisen elämän pääsalaisuus piilee kyvyssä toistaa ja välittää perinnöllistä tietoa edellisiltä sukupolvilta jälkeläisille melko yksinkertaisella mekanismilla, joka kopioi jokaisen elävän solun DNA-makromolekyylin itse. Jokainen, riippumatta siitä, koostuuko organismi suuresta määrästä soluja vai puhummeko DNA:sta, joka löytyy bakteerisoluista, nämä yksisoluiset yksinkertaiset organismit, jotka eivät aina pysty kerääntymään edes suureksi pesäkkeeksi .

Kuten kaikki orgaanisen elämän edustajat, bakteerien perinnöllinen (geneettinen) tieto on tallennettu niiden DNA:han. Mitä on geneettinen tieto? Mikä rakenne säilyttää perinnöllistä tietoa?

1. Geneettinen tieto on tietty nukleotidisekvenssi. Ytimessä ei ole muuta salaisuutta. Kopioimalla tätä sekvenssiä solu syntetisoi monenlaisia ​​proteiineja. He ratkaisevat myös kaikki muut kehon ongelmat organisatorisista kysymyksistä solun toimittamiseen rakennusmateriaaleilla.
2. DNA-makromolekyyli koostuu neljästä nukleiiniemäksestä (adeniini, guaniini, tymiini ja sytosiini), jotka sokerideoksiriboosi- ja fosforihappotähteet yhdistävät kaksoiskierteeksi. Nukleiiniemäkset koodaavat proteiinikokoonpanon sekvenssiä riippumatta siitä, onko solussa muodostunut tuma vai ei.

Bakteerien deoksiribonukleiinihapolla on sama rakenne kuin molekyyleillä, jotka tallentavat kaikkien planeetan muiden elävien olentojen perinnöllistä tietoa. Kuten kaikki muutkin orgaaniset solut, bakteerit muodostavat kromosomeja DNA:sta. Mutta tämä ei tarkoita, etteikö muita eroja olisi.

Bakteerin perustavanlaatuinen ero on, että sillä ei ole solutumaa, bakteerin perinnöllistä tietoa ei kerätä soluytimeen, se on yksinkertaisesti rengasmolekyyli, joka on juuttunut yhteen sytoplasman kalvon seinämistä.

Ytimen puuttuminen ei kuitenkaan estä aktiivisia replikointi- ja translaatioprosesseja käyttämällä tätä perinnöllisen tiedon haltijaa. Tietojen siirtämisen ymmärtämiseksi sinun on ymmärrettävä, mitä kromosomit, geenit ja solun ydin ovat.

1. Geeni on makromolekyylin osa, johon on kirjoitettu nukleotidisekvenssi, joka mahdollistaa tietyn tyyppisen proteiinin kokoamisen. Geeneissä ei ole muuta tietoa.
2. Kromosomi on yhdistelmä DNA-juostetta ja histoniproteiineja, jotka jäsentävät sen ja antavat sille tietyn muodon ennen kuin solu alkaa jakautua. Vaiheessa, jolloin jakautumista ei tapahdu, solussa (tai ytimessä, jos puhutaan ydineukaryooteista) ei ole kromosomeja sellaisenaan.
3. Solun ydin on solurakenne, joka sisältää perinnöllistä tietoa, joka on rakentunut kromosomiin, kun solu valmistautuu jakautumaan. Se käynnistää itse jakoprosessin. On tärkeää muistaa, että bakteereissa ei ole solutumaa.

Jos eukaryoottisolussa jakautumisen aikana käytetään erillisiä rakenteita, jotka on erityisesti muodostettu jakautumisen helpottamiseksi, niin kuinka bakteerit lisääntyvät muodostumattoman, näennäisen kaaoksen olosuhteissa solun ytimen puuttuessa?

Bakteerisolun deoksiribonukleiinihappo

Vaikka bakteeri-DNA-molekyyli on kuvattu melko suurena pyöreänä rakenteena, joka sijaitsee solun keskellä, se on itse asiassa melko kompakti muodostelma, joka sijaitsee rajoitetuilla sytoplasman alueilla.

Koska ydinkalvoa ei ole, joka erottaisi kootun bakteerimakromolekyylin muista solurakenteista, ydinvapaiden organismien geneettistä laitteistoa ei voida yhdistää eukaryoottien geneettiseen laitteistoon, joten prokaryoottien geneettistä laitteistoa kutsuttiin nukleoidiksi.

Nukleoidin tunnusmerkit:

1. DNA sisältää useita tuhansia geenejä.
2. Geenit on järjestetty lineaarisesti ja niitä kutsutaan kromosomeiksi. Bakteerin kromosomi on lineaarinen kokoelma sen geenejä.
3. Makromolekyylin laskostavat myös eukaryoottisten histonien kaltaiset proteiinit.

Nukleoidi kiinnittyy sytoplasmiseen kalvoon kohdissa, joissa replikaatio alkaa ja päättyy (itsekopioiva).

Kokeellisesti on osoitettu, että nukleoidi ja kromosomi eivät ole sama asia. Kromosomien (lineaaristen geenien) määrän kasvu on todiste siitä, että bakteerit jakautuvat aktiivisesti. Yksi nukleoidi voi koostua yhdestä kromosomista tai useista sen kopioista. Siten jakautumisjakson aikana Azotobacter replikoituu 20-25 kromosomiin (nukleoidikopiot).

Kopiointiprosessi

Mikrobiologien kehittämissä teoreettisissa suunnitelmissa niinä vuosina, kun monimutkaisten molekyyliprosessien kokeellinen tutkiminen oli erittäin vaikeaa tai käytännössä mahdotonta, deoksiribonukleiinihapon kopiointi voidaan suorittaa kolmella tavalla:

1. Konservatiivinen, jossa vanhempi kaksoiskierre ei puristu ja tytär kaksoiskierre muodostuu kokonaan uudesta materiaalista.
2. Dispersiivinen, jossa emomakromolekyyli hajoaa fragmenteiksi ja näiden fragmenttien nukleotidisekvensseille muodostuu tytärmolekyylejä templaattien tapaan.
3. Puolikonservatiivinen. Tämän mallin mukaan kaksoiskierre purkautuu ja kierteen jokainen juoste toimii templaattina tytär-DNA:lle. Muodostuu niin sanottu hybridi vanhasta makromolekyylistä ja uusista komponenteista luodusta ketjusta.

Kun vuonna 1957 löydettiin tapa seurata bakteeri-DNA:ssa sen replikaation aikana tapahtuvia prosesseja, havaittiin, että deoksiribonukleiinihappo replikoituu puolikonservatiivisella tavalla, toisin sanoen purkautumalla ja käyttämällä purkautuvia alueita templaatteina synteesin synteesiin. uusia makromolekyylejä.

Itse bakteerien DNA:n replikaatioprosessi on hyvin samanlainen kuin muiden orgaanisten mekanismien DNA:n replikaatio. Se tapahtuu seuraavan kaavion mukaisesti:

1. DNA-helikaasit purkautuvat ja rikkovat kaksoiskierteen liikkumalla pitkin deoksiribonukleiinihapon sokeri-fosfaattirunkoa.
2. Polymeraasientsyymit katalysoivat komplementaaristen nukleiiniemästen lisäämistä deoksiribonukleiinihapon yksijuosteisiin fragmentteihin.

Replikaation jälkeen kaikki solun pääosat monistuvat: organellit, sytoplasminen kalvo, soluseinä ja bakteerisolu jakautuu kahtia.

Ongelmat

Puhtaasti tieteellisen kiinnostuksen lisäksi bakteeri-DNA:n tutkimukseen, myös perinnöllisen tiedon replikaatiomekanismilla ja siirtymisellä solusta toiseen on poikkeuksellinen käytännön merkitys.

On laajalti tunnettu tosiasia, että bakteerit sopeutuvat hyvin nopeasti altistuessaan antibiooteille ja alkavat tuottaa tiettyjä vasta-aineproteiineja, jotka estävät antibioottien tuhoavan vaikutuksen bakteerisoluun. Seuraavissa bakteerisukupolvissa tämä vastustuskyky tietylle antibakteeristen lääkkeiden ryhmälle säilyy.

Lisäksi horisontaalisen geeninsiirron (ei jakautumisen, vaan bakteerin yksinkertaisen kosketuksen kautta toiseen) kautta siirretään myös tällaista geneettistä tietoa, mikä tekee kasvavasta määrästä bakteerilajeja vastustuskykyisiä antibiooteille.

Näiden bakteerien ominaisuuksien tutkiminen, sen määrittäminen, kuinka vieras geeni sisältyy deoksiribonukleiinihapon yleiseen rakenteeseen, on nykyajan mikrobiologian aihe.

DNA (deoksiribonukleiinihappo) on polymeeri, joka tallentaa, välittää ja toteuttaa tietoa organismien elintärkeistä toiminnoista. Se toimii tiedon välittäjänä erityyppisten RNA:n ja proteiinien rakenteesta.

Prokaryoottisolun ydin sisältää pyöreän DNA:n - suljettua polymeeriä, jolla ei ole terminaaligeenejä. Näille molekyyleille (nukleotideille) on tunnusomaista kiinnittyminen soluissa kalvoon sisältäpäin. Pyöreät plasmidit ovat läsnä prokaryoottien ja alempien eukaryoottien soluissa. Lineaarista DNA:ta on eläinten, kasvien ja sienten (eukaryoottien) soluissa.

Molekyylibiologian nopean kehityksen alun provosoi vuonna 1953 kaksiketjuisen rakenteen löytäminen. Erinomaiset tutkijat, jotka antoivat ratkaisevan panoksen tähän läpimurtoon, Francis Crick, James Watson ja Maurice Wilkins, saivat Nobel-palkinnon vuonna 1962.

Kantajat

Jotkut virukset sisältävät sirkulaarista genomista DNA:ta. Ihmisillä pyöreä DNA löytyy sytoplasman mitokondrioista. Renkaan kantajat ovat esinukleaaristen organismien solut - prokaryootit: soluorganellit mitokondriot ja plastidit; yksinkertaisimmat yksisoluiset bakteerit. Prokaryootteja edustavat monet lajit.

Pyöreä DNA

Fototrofiset edustajat - klorofyllit ja karotenoidit, käyttävät valoa energialähteenä. Rikkibakteerit, jotka assimiloivat vetyä, hapettavat rikkivetyä rikiksi ja sulfaateiksi. Syanobakteerit hajottavat vettä ja vapauttavat molekyylistä happea. Kemoautotrofiset bakteerit käyttävät epäorgaanisia aineita energian saamiseksi. Nitriittejä saadaan ammoniakista assimiloimalla hiiltä. Ne pystyvät hapettamaan rautaraudan ferriraudaksi. Bakteerit ovat organotrofeja, jotka käyttävät käymisen kemiallista reaktiota elämän lähteenä. Niitä kutsutaan myös anaerobiksi.

On myös prokaryootteja, jotka ovat sopeutuneet elämään elävien olentojen kehossa. Niiden joukossa on lajeja, jotka hyödyttävät omistajiaan. Esimerkiksi bakteerit, jotka auttavat ruoansulatusta ja ravintoaineiden imeytymistä. On lajeja, joista ei ole haittaa tai hyötyä.

Toinen syanidiprokaryoottien edustaja on sinilevä. Ne puhdistavat vettä ja auttavat mineralisoimaan mätäneviä tuotteita.

Replikointi

DNA:n pyöreä rakenne on tehokkain sen kaksinkertaistumiseen eli replikaatioon. Pyöreä replikaatio on melko yksinkertainen prosessi molekyylin kaksinkertaistamiseksi. Toisin sanoen täydentävyysperiaatteen mukaan jakautuminen ja kasvu tapahtuu toisessa ketjussa. Tuloksena saamme kaksi tytär-DNA:ta, jotka ovat identtisiä kopioita alkuperäisestä. Replikaatio ei ole muuta kuin monisoluisen organismin kasvua tai yksisoluisen organismin lisääntymistä. Molekyylin rengasrakenteen tapauksessa duplikaatioprosessi tapahtuu tarkimmin ilman virhettä terminaalisten geenien puuttumisen vuoksi.

Hakemus ja näkymät

Uusi aikakausi lääketieteessä on rokotteiden keksiminen. Nykyään paljon tieteellistä tutkimusta tähtää rokotteiden kehittämiseen. Tällaisen tutkimuksen tarkoituksena on ehkäistä ihmisten sairastumista.

DNA-rokotteiden tuotanto tapahtuu käyttämällä yhdistelmä-DNA-tekniikoita. Infektoivaa bakteeria heikentää keinotekoiset geenimutaatiot. Samanlaista periaatetta käytetään elävien yhdistelmärokotteiden tuottamiseen. Ne saadaan viemällä solun immunogeenistä proteiinia koodaava geeni ja liittämällä sitten plasmidi stabiiliin pyöreän DNA:n polymeeriin. Lisäksi plasmidiin insertoidaan elementtejä tehokkaan geenin lisäämiseksi eukaryoottisoluun ja proteiinisynteesiin. Transformoitu plasmidi asetetaan bakteerialustaan ​​lisääntymistä varten. Plasmidi-DNA saadaan sitten bakteereista puhdistamalla se epäpuhtauksista. Tämä on elävä rokote. Se edistää vastustuskykyä taudinaiheuttajia vastaan. Nämä plasmidit eivät tunkeudu ihmisen kromosomeihin.

Elävien rokotteiden kyky tuottaa immuniteetti patogeeneja vastaan ​​on todistettu.

Geenitekniikka tarjoaa loistavat mahdollisuudet muuttaa eukaryoottisia ja prokaryoottisia soluja proteiinien tuottamiseksi. Tämä mahdollistaa proteiinien rakenteen ja toiminnan analysoinnin niiden käyttöä lääkkeenä.

Geenit, jotka tuottavat tärkeitä proteiineja lääketieteellisiin tarkoituksiin, viedään yksinkertaisiin organismeihin. Tieteelliset laboratoriot käyttävät erikoislaitteita lääkkeiden (antibioottien, entsyymien, hormonien, vitamiinien ja muiden aktiivisten yhdisteiden) saamiseksi erityisesti kasvatetuista mikro-organismeista.

Yksi esimerkki on E. coli. Sen solut tuottavat ihmishormonia insuliinia. Tällä tavalla valmistetussa hormonissa ei ole epäpuhtauksia eikä se aiheuta ei-toivottuja vaikutuksia eläininsuliiniin verrattuna. Escherichia coli pystyy tuottamaan somatotropiinia. Aikaisemmin se valmistettiin ruumismateriaalista, mutta tällainen hormoni saattoi sisältää viruksia. Viruslääke interferoni syntyi laboratoriossa geenitekniikan ansiosta.

Geeniterapian perusta on DNA:n rakenteen löytäminen. Perusasia on korjata geneettistä materiaalia kontrolloiduilla muutoksilla.

Nykyään kehitysvaiheessa on tehtävä geneettisesti aktiivisen materiaalin toimittaminen viallisen geenin sisältäviin ongelmasoluihin. Eli tärkeintä on järjestää tehokas toimitustapa ja varmistaa geneettisen materiaalin pitkäaikainen toiminta. Yksi tapa on käyttää puhdasta DNA:ta insertoituna plasmidiin. Korjausmateriaalin toimituskysymys on käytännössä ratkaistu. Mutta sellaiset tehtävät kuin materiaalin vakaus, säädettävyys ja turvallisuus ovat viimeistelemässä.

Geeniterapia avaa suuria mahdollisuuksia perinnöllisten sairauksien, keskushermoston häiriöiden, infektio- ja onkologisten sairauksien hoidossa.

Huolimatta tieteen merkittävästä edistymisestä rakenteen tutkimuksessa, monia kysymyksiä on jäljellä. Kiireellisin kysymys on syy pyöreän DNA:n esiintymiseen yksinkertaisimmissa organismeissa ja lineaarisen DNA:n esiintymiseen korkeammissa organismeissa.

BAKTEERIT
suuri joukko yksisoluisia mikro-organismeja, joille on ominaista kalvon ympäröimän soluytimen puuttuminen. Samaan aikaan bakteerin geneettisellä materiaalilla (deoksiribonukleiinihapolla tai DNA:lla) on solussa hyvin spesifinen paikka - vyöhyke, jota kutsutaan nukleoidiksi. Organismeja, joilla on tällainen solurakenne, kutsutaan prokaryooteiksi ("esinukleaariset"), toisin kuin kaikki muut - eukaryootit ("todellinen ydin"), joiden DNA sijaitsee ytimessä, jota ympäröi kuori. Bakteerit, joita aiemmin pidettiin mikroskooppisena kasveina, luokitellaan nyt itsenäiseksi Monera-valtakunnaksi - joka on yksi viidestä nykyisessä luokitusjärjestelmässä, yhdessä kasvien, eläinten, sienten ja protistien kanssa.

Fossiiliset todisteet. Bakteerit ovat luultavasti vanhin tunnettu organismiryhmä. Kerrostetut kivirakenteet - stromatoliitit - ajoittuivat joissain tapauksissa arkeotsoisen (arkeaanisen) alkuun, ts. syntyi 3,5 miljardia vuotta sitten, - seurausta bakteerien elintärkeästä toiminnasta, yleensä fotosyntetisoinnista, ns. sinilevät. Samanlaisia ​​rakenteita (karbonaatilla kyllästettyjä bakteerikalvoja) muodostuu edelleen nykyäänkin pääasiassa Australian rannikolla, Bahamalla, Kalifornian ja Persianlahdella, mutta ne ovat suhteellisen harvinaisia ​​eivätkä saavuta suuria kokoja, koska kasvissyöjäorganismeja, kuten kotijalkaisia. , ruokkii niitä. Nykyään stromatoliitit kasvavat pääasiassa siellä, missä näitä eläimiä ei esiinny veden korkean suolapitoisuuden tai muiden syiden vuoksi, mutta ennen kasvinsyöjämuotojen ilmaantumista evoluution aikana ne saattoivat saavuttaa valtavia kokoja muodostaen välttämättömän valtameren matalan veden elementin, joka on verrattavissa nykyaikaiseen. koralliriutat. Joistakin muinaisista kivistä on löydetty pieniä hiiltyneitä palloja, joiden uskotaan myös olevan bakteerien jäänteitä. Ensimmäiset ydinvoimalat, ts. eukaryoottisolut kehittyivät bakteereista noin 1,4 miljardia vuotta sitten.
Ekologia. Bakteereja on runsaasti maaperässä, järvien ja valtamerten pohjalla – kaikkialla, missä orgaanista ainesta kertyy. Ne elävät kylmässä, kun lämpömittari on hieman yli nollan, ja kuumissa happamissa lähteissä, joiden lämpötila on yli 90 °C. Jotkut bakteerit sietävät erittäin korkeaa suolapitoisuutta; Erityisesti ne ovat ainoita Kuolleestamerestä löydettyjä organismeja. Ilmakehässä niitä on vesipisaroina, ja niiden runsaus korreloi yleensä ilman pölyisyyden kanssa. Siten kaupungeissa sadevesi sisältää paljon enemmän bakteereja kuin maaseudulla. Niitä on vähän korkeiden vuorten ja napa-alueiden kylmässä ilmassa, mutta niitä löytyy jopa stratosfäärin alemmasta kerroksesta 8 km:n korkeudessa. Eläinten ruoansulatuskanava on tiheästi asutettu bakteereilla (yleensä vaarattomia). Kokeet ovat osoittaneet, että ne eivät ole välttämättömiä useimpien lajien elämälle, vaikka ne voivat syntetisoida joitain vitamiineja. Märehtijöillä (lehmät, antiloopit, lampaat) ja monilla termiiteillä ne ovat kuitenkin mukana kasviruoan sulatuksessa. Lisäksi steriileissä olosuhteissa kasvatetun eläimen immuunijärjestelmä ei kehity normaalisti bakteeristimulaation puutteen vuoksi. Suoliston normaali bakteerifloora on myös tärkeä suoliston haitallisten mikro-organismien estämiseksi.

BAKTEERIEN RAKENNE JA ELÄMÄAKTIIVISUUS

Bakteerit ovat paljon pienempiä kuin monisoluisten kasvien ja eläinten solut. Niiden paksuus on yleensä 0,5-2,0 mikronia ja pituus 1,0-8,0 mikronia. Jotkut muodot ovat tuskin näkyvissä tavallisten valomikroskooppien resoluutiolla (noin 0,3 mikronia), mutta tunnetaan myös lajeja, joiden pituus on yli 10 mikronia ja leveys ylittää myös määritellyt rajat, ja joukko erittäin ohuita bakteereja voi pituus yli 50 mikronia. Kynällä merkittyä pistettä vastaavalle pinnalle mahtuu neljännesmiljoona tämän valtakunnan keskikokoista edustajaa.
Rakenne. Morfologisten ominaisuuksiensa perusteella erotetaan seuraavat bakteeriryhmät: kokit (enemmä tai vähemmän pallomaiset), basillit (sauvat tai sylinterit pyöristetyillä päillä), spirilla (jäykät spiraalit) ja spirokeetat (ohuet ja taipuisat karvat muistuttavat muodot). Jotkut kirjoittajat pyrkivät yhdistämään kaksi viimeistä ryhmää yhdeksi - spirillaksi. Prokaryootit eroavat eukaryooteista pääasiassa muodostuneen ytimen puuttuessa ja vain yhden kromosomin tyypillisessä läsnäolossa - hyvin pitkässä pyöreässä DNA-molekyylissä, joka on kiinnittynyt yhteen kohtaan solukalvoon. Prokaryooteilla ei myöskään ole kalvon ympäröimiä solunsisäisiä organelleja, joita kutsutaan mitokondrioiksi ja kloroplasteiksi. Eukaryooteissa mitokondriot tuottavat energiaa hengityksen aikana, ja fotosynteesi tapahtuu kloroplasteissa (katso myös CELL). Prokaryooteissa koko solu (ja ensisijaisesti solukalvo) ottaa mitokondrion toiminnan ja fotosynteettisissä muodoissa se ottaa myös kloroplastin toiminnan. Kuten eukaryooteissa, bakteerien sisällä on pieniä nukleoproteiinirakenteita - ribosomeja, jotka ovat välttämättömiä proteiinisynteesille, mutta ne eivät liity mihinkään kalvoon. Hyvin harvoja poikkeuksia lukuun ottamatta bakteerit eivät pysty syntetisoimaan steroleja, jotka ovat tärkeitä eukaryoottisten solukalvojen komponentteja. Solukalvon ulkopuolella useimmat bakteerit on peitetty soluseinällä, joka muistuttaa jonkin verran kasvisolujen selluloosa-seinämää, mutta koostuu muista polymeereistä (niissä ei ole vain hiilihydraatteja, vaan myös aminohappoja ja bakteerispesifisiä aineita). Tämä kalvo estää bakteerisolua räjähtämästä, kun vesi pääsee siihen osmoosin kautta. Soluseinän päällä on usein suojaava limakapseli. Monet bakteerit on varustettu flagellalla, jonka kanssa ne uivat aktiivisesti. Bakteerisiimot ovat rakenteeltaan yksinkertaisempia ja hieman erilaisia ​​kuin samanlaiset eukaryoottien rakenteet.

"TYYPILLINEN" BAKTEERISOLU ja sen perusrakenteet.

Sensoriset toiminnot ja käyttäytyminen. Monilla bakteereilla on kemiallisia reseptoreita, jotka havaitsevat muutoksia ympäristön happamuudessa ja erilaisten aineiden, kuten sokereiden, aminohappojen, hapen ja hiilidioksidin, pitoisuuksissa. Jokaisella aineella on omat tyyppinsä tällaiset "maku"-reseptorit, ja yhden niistä menettäminen mutaation seurauksena johtaa osittaiseen "makusokeuteen". Monet liikkuvat bakteerit reagoivat myös lämpötilan vaihteluihin, ja fotosynteettiset lajit reagoivat valon intensiteetin muutoksiin. Jotkut bakteerit havaitsevat magneettikenttälinjojen suunnan, mukaan lukien Maan magneettikenttä, niiden soluissa olevien magnetiittihiukkasten (magneettinen rautamalmi - Fe3O4) avulla. Vedessä bakteerit käyttävät tätä kykyä uida voimalinjoja pitkin suotuisan ympäristön etsimiseksi. Bakteerien ehdollisia refleksejä ei tunneta, mutta niillä on tietynlainen primitiivinen muisti. Uidessaan he vertaavat ärsykkeen havaittua voimakkuutta sen aikaisempaan arvoon, ts. määrittää, onko siitä tullut suurempi vai pienempi, ja tämän perusteella säilyttää liikesuunta tai muuttaa sitä.
Lisääntyminen ja genetiikka. Bakteerit lisääntyvät aseksuaalisesti: niiden solun DNA replikoituu (kaksinkertaistuu), solu jakautuu kahtia ja jokainen tytärsolu saa yhden kopion emo-DNA:sta. Bakteeri-DNA:ta voidaan siirtää myös jakautumattomien solujen välillä. Samaan aikaan niiden fuusiota (kuten eukaryooteissa) ei tapahdu, yksilöiden lukumäärä ei kasva ja yleensä vain pieni osa genomista (täydellinen geenisarja) siirtyy toiseen soluun, toisin kuin "todellinen" seksuaalinen prosessi, jossa jälkeläinen saa täydellisen geenisarjan jokaiselta vanhemmalta. Tämä DNA-siirto voi tapahtua kolmella tavalla. Transformaation aikana bakteeri imee ympäristöstä "alastonta" DNA:ta, joka joutui sinne muiden bakteerien tuhoutumisen yhteydessä tai jonka kokeilija on tahallaan "liukusta". Prosessia kutsutaan transformaatioksi, koska sen tutkimuksen alkuvaiheessa päähuomio kiinnitettiin vaarattomien organismien muuntamiseen (muuntamiseen) virulenteiksi tällä tavalla. DNA-fragmentteja voidaan siirtää bakteereista bakteereihin myös erityisten virusten - bakteriofagien - avulla. Tätä kutsutaan transduktioksi. Hedelmöitystä muistuttava prosessi, jota kutsutaan konjugaatioksi, tunnetaan myös: bakteerit kytkeytyvät toisiinsa väliaikaisilla putkimaisilla ulokkeilla (kopulaatiofimbrioilla), joiden kautta DNA siirtyy "urossolusta" "naarassoluun". Joskus bakteerit sisältävät hyvin pieniä lisäkromosomeja - plasmideja, jotka voivat myös siirtyä yksilöstä yksilöön. Jos plasmidit sisältävät geenejä, jotka aiheuttavat resistenssiä antibiooteille, ne puhuvat infektioresistenssistä. Se on lääketieteellisesti tärkeä, koska se voi levitä eri lajien ja jopa bakteerisukujen välillä, minkä seurauksena koko esimerkiksi suoliston bakteerifloora tulee vastustuskykyiseksi tiettyjen lääkkeiden vaikutukselle.

aineenvaihdunta

Osittain bakteerien pienestä koosta johtuen niiden aineenvaihduntanopeus on paljon nopeampi kuin eukaryoottien. Suotuisimmissa olosuhteissa jotkut bakteerit voivat kaksinkertaistaa kokonaismassansa ja lukumääränsä noin 20 minuutin välein. Tämä selittyy sillä, että monet niiden tärkeimmistä entsyymijärjestelmistä toimivat erittäin suurella nopeudella. Siten kani tarvitsee muutaman minuutin proteiinimolekyylin syntetisoimiseen, kun taas bakteerit vievät sekunteja. Kuitenkin luonnollisessa ympäristössä, esimerkiksi maaperässä, useimmat bakteerit ovat "nälkäruokavaliolla", joten jos niiden solut jakautuvat, se ei tapahdu 20 minuutin välein, vaan kerran muutaman päivän välein.
Ravitsemus. Bakteerit ovat autotrofeja ja heterotrofeja. Autotrofit ("itsesyöttyvät") eivät tarvitse muiden organismien tuottamia aineita. He käyttävät hiilidioksidia (CO2) pääasiallisena tai ainoana hiilen lähteenä. Yhdistämällä hiilidioksidia ja muita epäorgaanisia aineita, erityisesti ammoniakkia (NH3), nitraatteja (NO-3) ja erilaisia ​​rikkiyhdisteitä monimutkaisiin kemiallisiin reaktioihin, ne syntetisoivat kaikki tarvitsemansa biokemialliset tuotteet. Heterotrofit ("ruokkivat muita") käyttävät muiden organismien syntetisoimia orgaanisia (hiiltä sisältäviä) aineita, erityisesti sokereita, päähiilen lähteenä (jotkut lajit tarvitsevat myös CO2:ta). Hapetettuna nämä yhdisteet tarjoavat energiaa ja molekyylejä, jotka ovat välttämättömiä solujen kasvulle ja toiminnalle. Tässä mielessä heterotrofiset bakteerit, joihin kuuluu suurin osa prokaryooteista, ovat samanlaisia ​​kuin ihmiset.
Tärkeimmät energianlähteet. Jos solukomponenttien muodostukseen (synteesiin) käytetään pääasiassa valoenergiaa (fotoneita), prosessia kutsutaan fotosynteesiksi ja siihen kykeneviä lajeja kutsutaan fototrofeiksi. Fototrofiset bakteerit jaetaan fotoheterotrofeihin ja fotoautotrofeihin sen mukaan, mitkä yhdisteet - orgaaniset tai epäorgaaniset - toimivat niiden päähiilen lähteenä. Fotoautotrofiset syanobakteerit (sinilevät), kuten vihreät kasvit, hajottavat vesimolekyylejä (H2O) valoenergialla. Tämä vapauttaa vapaata happea (1/2O2) ja tuottaa vetyä (2H+), jonka voidaan sanoa muuntavan hiilidioksidia (CO2) hiilihydraateiksi. Vihreät ja violetit rikkibakteerit käyttävät valoenergiaa hajottaakseen muita epäorgaanisia molekyylejä, kuten rikkivetyä (H2S), veden sijaan. Tuloksena syntyy myös vetyä, joka vähentää hiilidioksidia, mutta happea ei vapaudu. Tämän tyyppistä fotosynteesiä kutsutaan happittomaksi. Fotoheterotrofiset bakteerit, kuten purppuraiset rikkittömät bakteerit, käyttävät valoenergiaa tuottamaan vetyä orgaanisista aineista, erityisesti isopropanolista, mutta niiden lähde voi olla myös H2-kaasua. Jos solun pääasiallinen energianlähde on kemikaalien hapettuminen, bakteereja kutsutaan kemoheterotrofeiksi tai kemoautotrofeiksi riippuen siitä, toimivatko molekyylit päähiilen lähteenä - orgaaninen vai epäorgaaninen. Ensin mainitulle orgaaninen aine tuottaa sekä energiaa että hiiltä. Kemoautotrofit saavat energiaa epäorgaanisten aineiden, kuten vedyn (vedeksi: 2H4 + O2 - 2H2O), raudan (Fe2+ - Fe3+) tai rikin (2S + 3O2 + 2H2O - 2SO42- + 4H+) hapettumisesta, ja hiiltä CO2:sta. Näitä organismeja kutsutaan myös kemolitotrofeiksi, mikä korostaa, että ne "ruokkivat" kiviä.
Hengitä. Soluhengitys on prosessi, jossa vapautuu "ruoka"molekyyleihin varastoitunutta kemiallista energiaa käytettäväksi edelleen elintärkeissä reaktioissa. Hengitys voi olla aerobista ja anaerobista. Ensimmäisessä tapauksessa se vaatii happea. Sitä tarvitaan ns. elektronien kuljetusjärjestelmä: elektronit liikkuvat molekyylistä toiseen (energiaa vapautuu) ja lopulta liittyvät happeen vetyionien mukana - muodostuu vettä. Anaerobiset organismit eivät tarvitse happea, ja joillekin tämän ryhmän lajeille se on jopa myrkyllistä. Hengityksen aikana vapautuvat elektronit kiinnittyvät muihin epäorgaanisiin vastaanottajiin, kuten nitraattiin, sulfaattiin tai karbonaattiin, tai (yhdessä tällaisen hengityksen muodossa - fermentaatiossa) tiettyyn orgaaniseen molekyyliin, erityisesti glukoosiin. Katso myös aineenvaihdunta.

LUOKITTELU

Useimmissa organismeissa lajia pidetään lisääntymiskykyisesti eristettynä yksilöryhmänä. Laajassa mielessä tämä tarkoittaa, että tietyn lajin edustajat voivat tuottaa hedelmällisiä jälkeläisiä pariutumalla vain oman lajinsa kanssa, mutta eivät muiden lajien yksilöiden kanssa. Siten tietyn lajin geenit eivät yleensä ulotu sen rajojen ulkopuolelle. Bakteereissa geeninvaihtoa voi kuitenkin tapahtua eri lajien, mutta myös eri sukujen yksilöiden välillä, joten ei ole täysin selvää, onko tässä oikeutettua soveltaa tavanomaisia ​​käsitteitä evoluution alkuperästä ja sukulaisuudesta. Tämän ja muiden vaikeuksien vuoksi ei ole vielä olemassa yleisesti hyväksyttyä bakteeriluokitusta. Alla on yksi laajalti käytetyistä muunnelmista.
MONERAN KUNINGASKUNTA

Phylum Gracilicutes (ohutseinäiset gram-negatiiviset bakteerit)

Luokka Scotobacteria (ei-fotosynteettiset muodot, kuten myksobakteerit) Luokka Anoksifotobakteerit (happea tuottamattomat fotosynteettiset muodot, kuten purppuraiset rikkibakteerit) Luokka Oksifotobakteerit (happea tuottavat fotosynteettiset muodot, kuten syanobakteerit)

Phylum Firmicutes (paksuseinäiset grampositiiviset bakteerit)

Luokka Firmibakteerit (kovasoluiset muodot, kuten klostridia)
Luokka Tallobakteerit (haaroittuneet muodot, esim. aktinomykeetit)

Phylum Tenericutes (Gram-negatiiviset bakteerit ilman soluseinää)

Mollicutes-luokka (pehmeäsoluiset muodot, kuten mykoplasmat)

Phylum Mendosicutes (bakteerit, joilla on vialliset soluseinät)

Luokka Arkebakteerit (muinaiset muodot, esim. metaania muodostavat)

Verkkotunnukset. Viimeaikaiset biokemialliset tutkimukset ovat osoittaneet, että kaikki prokaryootit on selvästi jaettu kahteen luokkaan: pieni ryhmä arkebakteereja (Archaebacteria - "muinaiset bakteerit") ja kaikki loput, joita kutsutaan eubakteereiksi (Eubacteria - "todelliset bakteerit"). Uskotaan, että arkkibakteerit ovat eubakteereihin verrattuna primitiivisempiä ja lähempänä prokaryoottien ja eukaryoottien yhteistä esi-isää. Ne eroavat muista bakteereista useiden merkittävien ominaisuuksien osalta, kuten proteiinisynteesiin osallistuvien ribosomaalisten RNA-molekyylien (rRNA) koostumuksessa, lipidien (rasvan kaltaisten aineiden) kemiallisessa rakenteessa ja joidenkin muiden aineiden läsnäolossa soluseinässä. proteiini-hiilihydraattipolymeerimureiini. Yllä olevassa luokitusjärjestelmässä arkebakteereja pidetään vain yhtenä saman valtakunnan tyypeistä, joka yhdistää kaikki eubakteerit. Erot arkkibakteerien ja eubakteerien välillä ovat kuitenkin joidenkin biologien mukaan niin syvällisiä, että Moneran sisällä olevia arkebakteereja on järkevämpää pitää erityisenä alivaltakuntana. Äskettäin on ilmestynyt vielä radikaalimpi ehdotus. Molekyylianalyysi on paljastanut niin merkittäviä eroja geenirakenteessa näiden kahden prokaryoottiryhmän välillä, että jotkut pitävät niiden läsnäoloa samassa organismien valtakunnassa epäloogisena. Tältä osin ehdotetaan, että luodaan vielä korkeampi taksonominen luokka (taksoni), jota kutsutaan alueeksi, ja jaetaan kaikki elävät olennot kolmeen alueeseen - Eucarya (eukaryootit), Archaea (arkebakteerit) ja Bakteerit (nykyiset eubakteerit). .

EKOLOGIA

Bakteerien kaksi tärkeintä ekologista tehtävää ovat typen sitominen ja orgaanisten jäämien mineralisaatio.
Typen kiinnitys. Molekyylitypen (N2) sitoutumista ammoniakiksi (NH3) kutsutaan typen kiinnittymiseksi, ja jälkimmäisen hapettumista nitriitiksi (NO-2) ja nitraatiksi (NO-3) kutsutaan nitrifikaatioksi. Nämä ovat elintärkeitä prosesseja biosfäärille, koska kasvit tarvitsevat typpeä, mutta ne voivat imeä vain sen sitoutuneita muotoja. Tällä hetkellä noin 90 % (n. 90 miljoonaa tonnia) tällaisen ”kiinteän” typen vuotuisesta määrästä on peräisin bakteereista. Loput tuotetaan kemiallisissa tehtaissa tai tapahtuu salamaniskujen aikana. Typpeä ilmassa, joka on n. 80 % ilmakehästä on pääasiassa gramnegatiivisen Rhizobium-suvun ja sinilevien sitomia. Rhizobium-lajit ovat symbioosissa noin 14 000 palkokasvilajien (heimon Leguminosae) kanssa, joita ovat esimerkiksi apila, sinimailas, soijapavut ja herneet. Nämä bakteerit elävät ns. kyhmyt - juurille niiden läsnä ollessa muodostuneet turvotukset. Bakteerit saavat kasvista orgaanisia aineita (ravintoa) ja vastineeksi toimittavat isännälle kiinteää typpeä. Tällä tavalla kiinnitetään vuoden aikana jopa 225 kg typpeä hehtaarilta. Muut kuin palkokasvit, kuten leppä, ovat myös symbioosissa muiden typpeä sitovien bakteerien kanssa. Syanobakteerit fotosyntetisoivat, kuten vihreät kasvit, vapauttaen happea. Monet niistä pystyvät myös sitomaan ilmakehän typpeä, jota kasvit ja lopulta eläimet kuluttavat. Nämä prokaryootit toimivat tärkeänä kiinteän typen lähteenä maaperässä yleensä ja riisipelloilla erityisesti idässä sekä sen päätoimittajana valtamerten ekosysteemeille.
Mineralisointi. Tämä on nimi orgaanisten jäämien hajoamiselle hiilidioksidiksi (CO2), vedeksi (H2O) ja mineraalisuoloiksi. Kemiallisesti tämä prosessi vastaa palamista, joten se vaatii suuria määriä happea. Maaperän yläkerros sisältää 100 000 - 1 miljardi bakteeria 1 grammaa kohti, ts. noin 2 tonnia hehtaarilta. Tyypillisesti kaikki orgaaniset jäännökset, joutuessaan maahan, hapettavat nopeasti bakteerit ja sienet. Hajoamista kestävämpi on ruskehtava orgaaninen aine, humushappo, joka muodostuu pääasiassa puun sisältämästä ligniinistä. Se kerääntyy maaperään ja parantaa sen ominaisuuksia.

BAKTERIT JA TEOLLISUUS

Kun otetaan huomioon bakteerien katalysoimien kemiallisten reaktioiden moninaisuus, ei ole yllättävää, että niitä on käytetty laajalti valmistuksessa, joissain tapauksissa muinaisista ajoista lähtien. Prokaryootit jakavat tällaisten mikroskooppisten ihmisapulaisten loiston sienten, pääasiassa hiivan, kanssa, jotka tarjoavat suurimman osan alkoholikäymisprosesseista esimerkiksi viinin ja oluen valmistuksessa. Nyt kun on tullut mahdolliseksi viedä bakteereihin hyödyllisiä geenejä, jotka saavat ne syntetisoimaan arvokkaita aineita, kuten insuliinia, näiden elävien laboratorioiden teollinen sovellus on saanut uuden voimakkaan kannustimen. Katso myös Geenitekniikka.
Ruokateollisuus. Tällä hetkellä tämä teollisuus käyttää bakteereja pääasiassa juustojen, muiden fermentoitujen maitotuotteiden ja etikan valmistukseen. Tärkeimmät kemialliset reaktiot ovat happojen muodostuminen. Siten Acetobacter-suvun bakteerit hapettavat etikkaa tuottaessaan siiderin tai muiden nesteiden sisältämän etyylialkoholin etikkahapoksi. Samanlaisia ​​prosesseja tapahtuu, kun kaali on hapankaalia: anaerobiset bakteerit fermentoivat tämän kasvin lehtien sisältämät sokerit maitohapoksi sekä etikkahapoksi ja erilaisiksi alkoholeiksi.
Malmin liuotus. Bakteereja käytetään heikkolaatuisten malmien liuottamiseen, ts. muuntamalla ne arvometallien, pääasiassa kuparin (Cu) ja uraanin (U) suolojen liuokseksi. Esimerkkinä on kalkopyriitin tai kuparipyriitin (CuFeS2) prosessointi. Tämän malmin kasat kastellaan säännöllisesti vedellä, joka sisältää Thiobacillus-suvun kemolitotrofisia bakteereja. Elämänsä aikana ne hapettavat rikkiä (S) muodostaen liukoisia kupari- ja rautasulfaatteja: CuFeS2 + 4O2 CuSO4:ssä + FeSO4. Tällaiset tekniikat yksinkertaistavat suuresti arvometallien uuttamista malmeista; periaatteessa ne vastaavat niitä prosesseja, jotka tapahtuvat luonnossa kivien rapautuessa.
Kierrätys. Bakteerit myös muuttavat jätemateriaaleja, kuten jätevettä, vähemmän vaarallisiksi tai jopa hyödyllisiksi tuotteiksi. Jätevesi on yksi nykyajan ihmiskunnan kiireellisimmistä ongelmista. Niiden täydellinen mineralisoituminen vaatii valtavia määriä happea, ja tavallisissa säiliöissä, joihin tämä jäte on tapana kaataa, ei enää ole tarpeeksi happea sen "neutralointiin". Ratkaisu on jäteveden lisäilmastuksessa erityisissä altaissa (ilmastussäiliöissä): tämän seurauksena mineralisoituvilla bakteereilla on tarpeeksi happea hajottaakseen orgaanisen aineksen täydellisesti, ja edullisimmissa tapauksissa juomavedestä tulee yksi prosessin lopputuotteista. Matkan varrella jäljellä oleva liukenematon sedimentti voidaan altistaa anaerobiselle käymiselle. Jotta tällaiset vedenkäsittelylaitokset vievät mahdollisimman vähän tilaa ja rahaa, tarvitaan hyvä bakteriologian tuntemus.
Muut käyttötarkoitukset. Muita tärkeitä bakteerien teollisen sovelluksen alueita ovat esimerkiksi pellavanlehti, so. sen kehruukuitujen erottaminen muista kasvin osista sekä antibioottien, erityisesti streptomysiinin (Streptomyces-suvun bakteerit) tuotanto.

BAKTERIOIDEN TORJUNTA TEOLLISUUDELLA

Bakteerit eivät ole vain hyödyllisiä; Niiden massalisäyksen torjumisesta esimerkiksi elintarvikkeissa tai sellu- ja paperitehtaiden vesijärjestelmissä on tullut kokonainen toiminta-alue. Ruoka pilaantuu bakteerien, sienten ja omien entsyymiensä vaikutuksesta, jotka aiheuttavat autolyysiä ("itsedigestio"), ellei niitä ole inaktivoitu lämmöllä tai muulla tavalla. Koska bakteerit ovat pääasiallinen pilaantumisen aiheuttaja, tehokkaiden elintarvikkeiden säilytysjärjestelmien kehittäminen edellyttää näiden mikro-organismien sietorajojen tuntemista. Yksi yleisimmistä teknologioista on maidon pastörointi, joka tappaa bakteereja, jotka aiheuttavat esimerkiksi tuberkuloosia ja luomistautia. Maitoa pidetään 61-63°C:ssa 30 minuuttia tai 72-73°C:ssa vain 15 sekuntia. Tämä ei heikennä tuotteen makua, mutta inaktivoi patogeeniset bakteerit. Viini, olut ja hedelmämehut voidaan myös pastöroida. Ruoan kylmässä säilyttämisen edut ovat olleet tiedossa jo pitkään. Alhaiset lämpötilat eivät tapa bakteereja, mutta ne estävät niitä kasvamasta ja lisääntymästä. Totta, kun jäädytetään esimerkiksi -25 °C:seen, bakteerien määrä vähenee muutaman kuukauden kuluttua, mutta suuri osa näistä mikro-organismeista säilyy edelleen. Hieman alle nollan lämpötiloissa bakteerit jatkavat lisääntymistä, mutta hyvin hitaasti. Niiden elinkykyisiä viljelmiä voidaan säilyttää lähes loputtomiin lyofilisoinnin (pakastekuivauksen) jälkeen proteiinipitoisessa väliaineessa, kuten veriseerumissa. Muita tunnettuja elintarvikkeiden säilytysmenetelmiä ovat kuivaaminen (kuivaus ja savustus), suurten suola- tai sokerimäärien lisääminen, mikä vastaa fysiologisesti dehydratointia, sekä peittaus, ts. laittamalla väkevään happoliuokseen. Kun ympäristön happamuus vastaa pH-arvoa 4 tai alle, bakteerien elintärkeä toiminta yleensä estyy tai pysähtyy.

BAKTERIT JA SAIraudet

TUTKIMUS BAKTEERIA

Monet bakteerit ovat helppoja kasvattaa ns. viljelyalusta, joka voi sisältää lihalientä, osittain pilkottua proteiinia, suoloja, dekstroosia, kokoverta, sen seerumia ja muita komponentteja. Bakteerien pitoisuus tällaisissa olosuhteissa saavuttaa yleensä noin miljardin kuutiosenttimetriä kohden, mikä saa ympäristön sameaksi. Bakteerien tutkimiseksi on kyettävä saamaan niiden puhtaat viljelmät tai kloonit, jotka ovat yhden solun jälkeläisiä. Tämä on tarpeen esimerkiksi sen määrittämiseksi, minkä tyyppiset bakteerit ovat saaneet potilaan tartunnan ja mille antibiootille tämä tyyppi on herkkä. Mikrobiologiset näytteet, kuten kurkku- tai haavanäytteet, veri, vesi tai muut materiaalit, laimennetaan voimakkaasti ja levitetään puolikiinteän alustan pinnalle, jossa yksittäisistä soluista kehittyy pyöreitä pesäkkeitä. Viljelyalustan kovetusaine on yleensä agar, polysakkaridi, jota saadaan tietyistä merilevistä ja jota lähes kaikki bakteerit eivät sula. Agar-alustaa käytetään "parvioiden" muodossa, ts. kaltevat pinnat, jotka muodostuvat koeputkiin, jotka seisovat suuressa kulmassa, kun sula viljelyalusta jähmettyy, tai ohuiden kerrosten muodossa lasisissa petrimaljoissa - litteät pyöreät astiat, jotka on suljettu samanmuotoisella, mutta halkaisijaltaan hieman suuremmalla kannella. Yleensä vuorokaudessa bakteerisolu onnistuu lisääntymään niin paljon, että se muodostaa pesäkkeen, joka näkyy helposti paljaalla silmällä. Se voidaan siirtää toiseen ympäristöön jatkotutkimuksia varten. Kaikkien viljelyalustojen tulee olla steriilejä ennen bakteerien kasvattamisen aloittamista, ja jatkossa on ryhdyttävä toimenpiteisiin, jotta ei-toivotut mikro-organismit eivät pääse asettumaan niihin. Tällä tavalla kasvatettujen bakteerien tutkimiseksi kuumenna ohut lankasilmukka liekissä, kosketa sillä ensin pesäkettä tai sivelyä ja sitten lasilevylle levitettyä vesipisaraa. Kun otettu materiaali on jakautunut tasaisesti tähän veteen, lasi kuivataan ja johdetaan nopeasti polttimen liekin yli kaksi tai kolme kertaa (bakteeripuolen tulee olla ylöspäin): seurauksena mikro-organismit pysyvät lujasti vahingoittumatta. kiinnitetty alustaan. Väriainetta tiputetaan valmisteen pinnalle, sitten lasi pestään vedellä ja kuivataan uudelleen. Nyt voit tutkia näytettä mikroskoopilla. Bakteerien puhtaat viljelmät tunnistetaan pääasiassa niiden biokemiallisten ominaisuuksien perusteella, ts. määrittää, muodostavatko ne kaasua tai happoja tietyistä sokereista, pystyvätkö ne sulattamaan proteiinia (nesteyttämään gelatiinia), tarvitsevatko ne happea kasvuun jne. He myös tarkistavat, ovatko ne värjätty tietyillä väriaineilla. Herkkyys tietyille lääkkeille, kuten antibiooteille, voidaan määrittää asettamalla bakteerien saastuttamalle pinnalle pieniä, näihin aineisiin kasteltuja suodatinpaperilevyjä. Jos jokin kemiallinen yhdiste tappaa bakteereja, muodostuu bakteereista vapaa vyöhyke vastaavan kiekon ympärille.

Collier's Encyclopedia. – Avoin yhteiskunta. 2000 .