Bacteriële chromosoomstructuur: wat, hoe en gedetailleerde feiten

Een nucleoïde, die een goed gedefinieerde cytoplasmatische structuur heeft, bevat bacteriële chromosomen. Hier is het dubbele helix-DNA bedekt met eiwitten die op histon lijken.

Het bacteriële chromosoom verschilt van het bacteriële genoom. De bacteriële chromosoomstructuur heeft een sterke binding van eiwit-DNA-RNA die kan verschillen in rangschikking, DNA-gehalte, afmetingen, en voorwaarden met betrekking tot groei. Aan de andere kant is een genoom de drager van genetische informatie voor een organisme.

chromosomen van bacteriën hebben duidelijk cytoplasma vormen die aanwezig zijn in nucleoïde. Eiwitten hebben structuren die lijken op histonen die het dubbele helix-DNA in de nucleoïde omhullen. Veel bacteriën kunnen chromosomen hebben die cirkelvormig, groot en enkelvoudig zijn, maar dit is niet voor alle bacteriën hetzelfde. Andere bacteriën kunnen ook meerdere chromosomen hebben, net als: Rhodobacter sphaeroides.

Rhodobacter sphaeroides heeft meer dan één chromosoom, waarvan er één een grootte heeft van 3.0 mb en een andere een grootte heeft van 0.9 mb, terwijl Burkholderia cepacia heeft drie chromosomen en hun afmetingen zijn 3.6, 3.2 en 1.1 mb, respectievelijk. Sommige andere soorten hebben ook lineaire chromosomen, zoals de spirocheet Borrelia burgdorferi en de grampositief Streptomyces coelicolor.

Bovendien bevatten verschillende bacteriën enkele extra-chromosomale componenten, zoals plasmiden. De genoomgrootte van B. burgdorferi is hoger dan 0.56 mb omdat het is samengesteld uit ongeveer 0.9 mb lineaire chromosomen en min of meer 19 mb lineaire en circulaire plasmiden. De chromosoomstructuur heeft een significante invloed op de chromosoomreplicatie. In tegenstelling tot eukaryoten vindt de initiatie van replicatie plaats op een enkele locatie op bacteriële chromosomen.

E. coli heeft een enkel chromosoom met een cirkelvorm en de replicatie begint op de oriC-plaats (oorsprong van replicatie). In tegenstelling tot dat van eukaryoten verloopt het replicatieproces in beide richtingen op een manier die vergelijkbaar is met die van een semiconservatieve manier.

DNA-replicatie wordt overal op het chromosoom gezien, die cirkelvormig is totdat beide replicatievorken in de einduiteinden zijn gekoppeld, wat een belemmering vormt voor de voortgang van de replicatievork.

bacteriële chromosoomstructuur
Afbeelding tegoed: circulair chromosoom- Wikipedia

Zijn bacteriële chromosomen circulair of lineair?

Alle bacteriën hebben geen cirkelvormige chromosomen. Van verschillende geslachten van bacteriën komen lineaire chromosomen het meest voor, zoals: Borrelia, Streptomyces en Agrobacteriën

Weinig bacteriën hebben meer dan één chromosoom, terwijl meerdere bacteriën lineair hebben plasmiden en chromosomen. In vergelijking met de lineaire chromosomen die aanwezig zijn in eukaryote cellen, ontdekten onderzoekers dat de bacteriën circulaire chromosomen hebben die solitair en covalent gesloten zijn.

De lineaire chromosomen worden verondersteld te zijn voortgekomen uit de circulaire voorouderlijke chromosomen. Om te bewijzen dat het bacteriële chromosoom cirkelvormig was, elektronen microscopie was gebruikt. Dit proces werd uitgevoerd in zowel gram-negatieve bacteriën (zoals Escherichia coli) als gram-positieve bacteriën (zoals Bacillus subtilis). Er is ontdekt dat bacteriële plasmiden ook cirkelvormig zijn.

Er wordt gesuggereerd dat chromosoomreplicatie een algemeen mechanisme van vroege fixatie is. Het gebied van oorsprong van replicatie heeft een genorganisatie. De genese van de genrangschikking van het replicatiegebied is evolutionair consistent over verschillende bacterielijnen (bijv. E. coli van de phylum Proteobacteria en grampositieve B. subtilis), wat impliceert dat een generiek mechanisme voor chromosoomreplicatie vroeg werd vastgesteld.

Telomeren zijn de laatste delen van de DNA-moleculen die lineair zijn. Ze hebben twee problemen die niet passen bij de DNA-moleculen die cirkelvormig zijn. Ten eerste, zoals wij weet dat de losse eindjes van het dubbelstrengs DNA zijn te delicaat voor afbraak door de intracellulaire nucleasen, er moet een procedure zijn die de uiteinden kan behouden.

Ten tweede hebben de eindgedeelten van de DNA-moleculen die lineair zijn een bepaald proces voor de replicatie van DNA. Deze problemen kunnen worden opgelost door de kenmerken van telomeren. Er zijn twee soorten telomeren die in bacteriën zijn ontdekt, namelijk invertron-telomeren en haarspeld-telomeren.

Hoe ziet een chromosoom eruit in bacteriën?

Terwijl bacteriële chromosomen cirkelvormig zijn, hebben menselijke chromosomen open uiteinden. Het betekent dat de bacteriële chromosomen aan elkaar vastzitten.

Bacteriële chromosomen hebben verschillende cytoplasmatische morfologieën die zichtbaar zijn in de nucleoïde. Eiwitten bedek het dubbele helix-DNA in de nucleoïde met structuren die lijken op histon. Hoewel veel bacteriën cirkelvormige chromosomen hebben die enorm groot en enkelvoudig in aantal zijn, is dit niet voor alle bacteriën het geval.

Bacteriën zijn van nature verschillend van mensen. Bijna alle bacteriën hebben maar één chromosoom. De reden waarom chromosomen in de bacteriecel passen, is dat er plooien in zitten. EEN nucleoïde is waar een chromosoom kan worden gevonden. Dit is min of meer vergelijkbaar met de kern aanwezig in menselijke cellen, maar het is niet hetzelfde.

Terwijl de mens kern heeft een membraan van zichzelf doet de nucleoïde in het bacteriële chromosoom dat niet. Het DNA breekt dus niet los van de cel. Het DNA is om de DNA-bindende eiwitten gevouwen. Dit is handig omdat het de chromosoom passen in de cel vanwege de plooien.

Huidige studies op het gebied van celbiologie en microscopische methoden onthulden dat DNA van bacterieel chromosoom een ​​plooiachtige structuur heeft die hen helpt kleine ruimte in de cel in te nemen. Bacterieel chromosoom dat aanwezig is in nucleoïde wordt onafhankelijk geassembleerd in supercoiled lussen die bekend staan ​​​​als domeinen.  

De vorm van nucleoïde is zeer actief omdat de rangschikking van het domein het DNA-chromosoom in staat stelt om de structuurveranderingen te doorlopen tijdens verschillende cellulaire processen zoals segregatie, replicatie en transcriptie die gelijktijdig in de cellen van bacteriën plaatsvinden.

Hoe zijn bacteriële chromosomen gerangschikt?

bacterie- chromosomen zijn gestructureerd in stereotiepe configuraties in dochtercellen, die consequent en krachtig worden herschapen.

Bacteriële chromosomen hebben ruimtelijke organisatiepatronen die onder twee brede classificaties vallen: waarbij het chromosoom longitudinaal is georiënteerd in een oriënterend patroon en waar het chromosoom ruimte inneemt in transversale configuratie met twee armen - links en rechts, replichoren genoemd die afzonderlijk aanwezig zijn in celhelften aan de linkerkant -ori-rechts patroon.

Het meest voorkomende type organisatiepatroon in chromosoom van bacteriën omvat de longitudinale positionering, ook bekend als or-terorganisatie. Hier wordt de oorsprong gevonden op of dichtbij de pool van de oude cel en bevindt het eindpunt zich in de buurt van de nieuwe cel. Daartussen bevinden zich de linkerarm en rechterarm die naast elkaar liggen. Vóór de evolutie van bacteriële celbiologie werd het patroon voor het eerst voorgesteld in het sporuleren van B. subtilis-cellen.

Het longitudinale patroon van ori-ter heeft zowel de kenmerken van ongecompliceerd als instinctief. Nog steeds, een methodische observatie van E. coli die langzaam groeide en waarmee lang geleden werd geëxperimenteerd, toonde een spectaculair andere oriëntatie. In het beginstadium van de replicatie van E. coli neemt de oorsprong zijn positie in het midden van de cel in, terwijl de linker- en rechterarm zich afzonderlijk in de celhelften bevinden. Het eindpuntgebied heeft een grootte van bijna 300 kb en helpt bij het verbinden van de linker- en rechterarm om een ​​volledige cirkel te vormen.

Daarom wordt de oriënteringsas loodrecht gehouden op de lange as van de cel die een transversale organisatie genereert (links-ori-rechts (transversale) organisatie). Naarmate de oorsprong wordt gerepliceerd, worden ze gescheiden naar de kwartregio's van de cel. De linkerarm en de rechterarm die opnieuw worden gerepliceerd, worden aan weerszijden gescheiden, zodat het het transversale patroon in de volgende oorsprong of generatie kan regenereren.

300px Oorsprong van DNA-replicatie Figuur 1
Afbeelding tegoed: oorsprong van replicatie- Wikipedia

Is de bacteriële chromosoomstructuur dubbel-gestrand?

Het bacteriële chromosoom wordt over het algemeen gedefinieerd als een cirkelvormige, solitaire en dubbele helix DNA-componenten die bestaat uit bijna alle genetische informatie van een cel.

Verschillende bacteriën bevatten een haploïde genoom. Een enkel bacterieel chromosoom bestaat uit een ronde, dubbele helix DNA-strengen. Het chromosoom van bacteriën is een genetisch element dat een rond DNA-molecuul is dat zichzelf kan repliceren.

Wanneer het bacteriële genoom wordt gerepliceerd, speelt elke streng die aanwezig is in dubbel helix-DNA een rol bij de synthese van de nieuw gevormde complementaire streng. Elk dochter-DNA-molecuul, dat ook een dubbel helixvormig molecuul is, bevat een oude streng polynucleotide en een nieuwe streng die wordt gesynthetiseerd. Deze specifieke vorm van DNA-replicatie staat bekend als: semiconservatief.

Het bacteriële chromosoom is een enkel molecuul DNA. Dit is een supergekronkeld DNA-molecuul dat spiraalvormig, dubbelstrengs is. Bij verschillende bacteriën worden de einddelen van de dubbele helix-DNA-moleculen covalent aan elkaar gebonden om aanleiding te geven tot een genetische en fysieke cirkel. De DNA-moleculen die lineair zijn in bacteriën worden beschermd door twee verschillende soorten telomeren, zoals invertron-telomeren en palindroomhaarspeldlussen.

De telomeer genaamd palindromische haarspeldlussen worden beveiligd door de afwezigheid van de losse uiteinden die dubbelstrengs zijn, terwijl invertrontelomeren worden bewaard door eiwitten die binden aan 5 prime-uiteinden (5'). Deze twee procedures zijn ook bruikbaar voor sommige eukaryote virussen, fagen en sommige eukaryote plasmiden.

Invertron-telomeren bestaan ​​uit een eiwit dat covalent is gebonden aan de 5'-uiteinden van DNA-moleculen. Het 5'-terminale eiwit of kortweg TP, is de naam die aan dit 5'-uiteinde wordt gegeven. Bij de telomeer, de DNA-polymerase verbindt met het terminale eiwit, dat de vorming van een covalente binding tussen een dNTP en een TP bevordert. De dNTP gekoppeld aan TP heeft een losse groep van 3′-OH die fungeert als een voorloper voor ketenverlenging.

Bacteriën worden vaak gezien als inerte cellen die zichzelf kopiëren zonder ze te veranderen. Dit is echter niet altijd de situatie. Bacteriën zijn uiterst flexibele micro-organismen. Zelfs als ze van verschillende soorten zijn, kunnen veel bacteriën genetische informatie uitwisselen.

Lees ook: