Строение и функции генетического аппарата
Генетический аппарат бактерий представлен молекулой ДНК, которая состоит из большого числа элементарных единиц нуклеотидов. ДНК в прокариотной клетке является аналогом ядра в эукариотической клетке, располагается в центральной части цитоплазмы и называется нуклеоидом. Нуклеоид бактерий условно можно назвать хромосомой. Длина молекулы ДНК в развернутом виде может составлять более 1 мм. Элементарными единицами ДНК являются нуклеотиды. Каждый нуклеотид представляет собой соединение из фосфата, сахара и азотистого основания. Молекула ДНК состоит из двух нитей, спирально закрученных одна вокруг другой. Ее сравнивают с винтовой лестницей. Если свернутую в спираль ДНК развернуть, то она примет вид лестницы.
Сахар и фосфат составляют основу продольных нитей, «перекладины» состоят из попарно соединенных азотистых оснований. Азотистые основания — плотные кольцевидные соединения из атомов С и N (аденин, гуанин, тимин, цитозин). Они одни и те же у всех видов организмов. ДНК разных видов различается порядком чередования указанных азотистых оснований. Последовательность четыре азотистых оснований определяет порядок расположения аминокислот в белке.
В состав белков входят 20 аминокислот. Каждой из них соответствует определенный триплет — три азотистых основания. Совокупность всех триплетов получила название генетического кода. Код одинаков у бактерий, вирусов, простейших, животных, человека, т. е. команды чередования в молекуле триплетов и в молекуле белка оказываются едиными во всем органическом мире. В этом единстве строения и функции ДНК — величайшее единство органического мира. Азотистые основания в ДНК двух видов: 1) двухкольцевые (пуриновые) — аденин, гуанин — 12 нм; 2) однокольцевые (пиримидиновые) — тимин, цитозин — 8 нм.
Аденин комплементарен тимину, гуанин — цитозину, т. е. в молекуле ДНК аденин соединяется с тимином, гуанин с цитозином. Принцип комплементарности азотистых оснований в молекуле ДНК очень важен. Комплементарность азотистых оснований в молекуле ДНК представляет главную сущность молекулярных основ наследственности. Эта закономерность позволяет понять, как при делении клетки синтезируются тождественные молекулы ДНК. В результате процесса удвоения (редупликация или репликация) из одной молекулы ДНК возникает подобная же молекула с такой же последовательностью оснований, какая была в исходной. А если последовательность оснований определяет характер белков, наследственность может передаваться из поколения в поколение. ДНК непосредственного участия в синтезе белка не принимает. Она находится в ядре клетки, а синтез белка происходит в рибосомах — мельчайших структурах. Для синтеза белка в рибосомы направляются точные копии этой информации. Осуществляется это с помощью мРНК, или иРНК, которая синтезируется на ДНК и точно копирует ее структуру. Эта матричная, или информационная, РНК несет в рибосомы информацию о составе белка. Туда же в рибосомы идет из цитоплазмы поток материала, из которого строится белок, т. е. аминокислоты. Аминокислоты попадают в рибосому несамостоятельно, а несут их к рибосомам молекулы РНК, специально приспособленные для транспорта аминокислот. Эта РНК называется транспортной тРНК, представляет собой короткие цепочки, состоящие из нескольких десятков нуклеотидов. Процесс биосинтеза белка происходит в два этапа:
1) первый ДНК -> мРНК называется транскрипцией (переписыванием);
2) мРНК -> белок — трансляцией (переводом).
Приблизительно 1500 нуклеотидов составляют ген средней величины. Ген — это участок хромосомы. Хромосома состоит из сотен генов и тысяч нуклеотидов. В генах запрограммировано проявление и развитие оцределенных биологических признаков. В целом в молекуле ДНК, составляющей генетический аппарат бактерий, заложен код (шифр), программирующий их метаболизм.
Генетический аппарат бактериальной клетки выполняет следующие функции: обеспечивает передачу биологических свойств по наследству в период размножения бактерий половым или неполовым путем; отвечает за проявление инфекционных свойств бактерий; программирует синтез белка с определенными свойствами; участвует в процессе изменчивости бактерий; способствует сохранению индивидуальности вида.