Шпора по первому разделу желтой книги

1 - процесс конъюгации между F+ и F- бактериями

2 - на электронной фотографии - клетки донора (F+) и реципиента (F-), хорошо виден цитоплазматический мостик;

3 - передача генетического материала в редких случаях может происходить по половым пилям, но все-таки в подавляющем большинстве случаев она происходит по цитоплазматичеекому мостику

4 - существуют два состояния полового фактора: свободное нахождение в цитоплазме, и тогда бактерии обозначаются F* и интегрированное в хромосому. В последнем случае бактерии обозначаются Hfr, т.е.обладающис высокой частотой рекомбинации (от англ.: hight frequence of recombinantion). Если половой фактор находится в свободном состоянии в цитоплазме, то в клетку реципиент передается только его генетический материал.

5 - передача генов резистентности к антибиотикам, кодирующих синтез ферментов, факторов вирулентности, ускорение процесса репродукции у бактерий в случае формирования Hfr-гклеток

1.43. Схема «Формирование репликативной вилки хромосомы»

1 - схема репликации ДНК (формирование репликативной вилки)

2 - процесс расплетания нитей ДНК и участвующие в нём ферменты

3 - синтез ДНК на обеих матричных цепях идет в направлении от 5' к 3' концам. На ведущей нити ДНК он происходит непрерывно, а на отстающей прерывисто в виде фрагментов Оказаки, каждый из которых включает 1000-2000 нуклеотидов

4 - образование репликативной вилки ДНК начинается в определённом участке ДНК (ориджин) при участии фермента ДНК-гиразы; дальнейшее формирование репликативной вилки обеспечивают ферменты хелнказы. Одна хеликаза передвигается по ведущей нити ДНК, а другая по отстающей. Кроме хеликаз в формировании репликативной вилки участвуют SSB - белки, специфически связывающиеся с каждой из расплетенных нитей ДНК. Они предотвращают преждевременное их соединение. Вновь синтезированные нити ДНК всегда содержат на 51 концах несколько рибонуклеотидов, т.е. Синтез ДНК начинается с синтеза короткой цепи РНК, связанной с матрицей ДНК. Эту РНК-затравку образует специальный фермент, который называется ДНК-праймаза (праймер - затравка). Затем синтез ДНК продолжается благодаря присоединению к РНК-затравке дезокеирибонуклеотидов с помощью ДНК-полимиразы III. Удаление РНК-затравки и застройка брешей осуществляется ДНК-полимеразой I. На отстающей нити ДНК, остающиеся между двумя соседние фрагментами Оказаки, однонитевые разрывы заделывает ДНК-лигаза. Раскручивание узлов, образующихся перед репликативной вилкой сверхсперилизованными нитями ДНК, осуществляет фермент топоизомераза. Энергия, необходимая для расплетания нитей ДНК поставляется в результате гидролиза АТФ

5 - делению бактериальной клетки обязательно должна предшествовать репликация ДНК

1.44. Схема «Конъюгация у бактерий. Формирование F рекомбинантов»

1 - конъюгация у бактерий: формирование Ррекомбинантов

2 - донор Hfr, вычленение плазмиды с геном z, донор f'z

3 - существуют два состояния полового фактора: свободное нахождение в цитоплазме, и тогда бактерии обозначаются F*" и интегрированное в хромосому - обозначаются Hfr, т.е.обладающие высокой частотой рекомбинации (от англ.: hight frequence of recombinantion). Бели половой фактор находится в свободном состоянии в цитоплазме, то в клетку реципиент передается только его генетический материал

4 - У Hfr бактерий может происходить выход полового фактора из состава хромосомы в цитоплазму, в результате возникает клон F* клеток. В некоторых случаях при выходе F фактора он может включить расположенный рядом ген бактериальной хромосомы (путем рекомбинации). В таких случаях рядом с обозначением полового фактора дается символ соответствующего гена (z). Следовательно, особенностью Hfr бактерий является передача генов собственной хромосомы в клетку реципиент. Например, fmac, т.е. В составе полового фактора находится лактозный оперон, отвечающий за утилизацию лактозы. В результате бактерии имеют делецию, соответствующую лактозному гену, являющегося уже составной частью полового фактора. Если в состав полового фактора войдут гены, жизненно необходимые бактерии, то потеря его клеткой может привести к ее гибели. Поскольку половые факторы могут включаться в различные участки бактериальной хромо сомы, то F плазмида может содержать различные гены.

5 - передача генов резистентности к антибиотикам, кодирующих синтез ферментов, факторов вирулентности, ускорение процесса репродукции у бактерий в случае формирования Hfr-гклеток

1.45. Схема «Этапы конъюгации у бактерий»

1 - конъюгация у бактерий

2 - конъюгирующие клетки, этапы репликации F плазмиды с последующим формированием из F- клетки

3- конъюгация является вариантом рекомбинативной изменчивости у бактерий; в процессе конъюгации от клетки донора к клетке реципиенту осуществляется перенос фактора фертильности (F-плазмида), а также и других плазмид и генов хромосомы (плазмиды резистентности к антибиотикам, tox-гены и т.п.). Бактерии доноры, чтобы иметь возможность осуществлять конъюгацию, должны обладать дополнительным генетическим материалом - F плазмидой (от слова фертильность - плодовитость). F плазмида имеет синонимы - половой фактор, фактор фертильности, фактор плодовитости, F фактор; она представляет собой двунитевую ковалентно замкнутую молекулу ДНК, которая по молекулярной массе значительно меньше хромосомы бактериальной клетки; в составе F фактора имеются гены, отвечающие не только за репликацию, но и кодирующие синтез половых пилей (ворсинок) на поверхности бактериальной клетки.

4 - расплетание ДНК плазмиды; переход нити ДНК из F+ донора с 5* конца в F

Реципиент; достраивание комплементарной нити; формирование F плазмиды

5 - передача генов резистентности к антибиотикам, кодирующих синтез ферментов, факторов вирулентности и т.п.

1.46. Схема «Конъюгация у бактерий. Формирование Hfr рекомбинантов»

1 - конъюгация у бактерий: формирование Hfr рекомбинантов

2 - донор F+, Hfr клетка, деление Hfr рекомбинантов

3 - существуют два состояния полового фактора: свободное нахождение в цитоплазме, и тогда бактерии обозначаются F+ и интегрированное в хромосому - обозначаются Hfr, т.е.обладающие высокой частотой рекомбинации (от англ.: hight frequence of recombinantion). Если половой фактор находится в свободном состоянии в цитоплазме, то в клетку реципиент передается только его генетический материал

4 - У Hfr штаммов (у них половой фактор включен в хромосому) конъюгация начинается с разрезания одной нити ДНК в области включенного полового фактора. Поэтому в клетку реципиент входит сначала небольшой участок ДНК F фактора наподобие "локомотива", а затем гены хромосомы донора (вагоны, которые тянет "локомотив"). На нити ДНК, входящей в реципиент, синтезируется комплементарная ей нить. Затем перешедшие в клетку реципиент гены донора вступают в рекомбинацию с генами реципиента, замещая свои аллели. У Hfr бактерий может происходить выход полового фактора из состава хромосомы в цитоплазму, в результате возникает клон F* клеток.

5 - передача генов резистентности к антибиотикам, кодирующих синтез ферментов, факторов вирулентности, ускорение процесса репродукции у бактерии в случае формирования Hfr-гклеток

1.47. Схема «Репарация ДНК»

1 - схема темновой репарации ДНК

2 - двойная ДНК с тиминовым димером, сформировавшимся при повреждении У Ф-светом

3 - восстановление разрушенного участка ДНК с помощью экндо- и экзонуклеаз

4 - этапы темновой репарации ДНК: участок ДНК с тиминовым димером (1); разрезание повреждённой нити ДНК эндонуклеазой (2), удаление тиминового димера и прилежащей части ДНК экзонуклеазой - эксцизия (3), ресинтез удаленного участка ДНК зашивание однонитевого разрыва ДНК с помощью ДНК-лигазы

5 - восстановление генофонда хромосом, увеличение продолжительности «жизни» ДНК

1.48. Схема «Трансформация у бактерий»

1 - схема трансформации с включением в хромосому клетки реципиента фрагмента одноцепочечной ДНК донора

2 - фрагмент ДНК донора, ДНК реципиента

3 - приобретение новых генотипических признаков клеткой реципиент

4 - трансформация включает следующие этапы: адсорбция выделившийся трансформирующей ДНК из клетки донора на рецепторах бактерии - реципиента Выделение ДНК из клетки донора может происходить в результате разрушения бактерий во внешней среде под действием различных химических и физических факторов, а также их аутолиза (1), разрезание двунитевой молекулы ДНК, адсорбированной на поверхности бактерий, ферментом эндонуклеазой на отдельные двунитевые фрагменты (2), на поверхности бактерий экзонуклеаза вызывает деградацию одной из нитей двунитевых фрагментов трансформирующей ДНК; в результате формируются однонитевые отрезки ДНК (3), синтез белка-лоцмана, который соединяется с однонитевыми фрагментами трансформирующей ДНК. На поверхности бактерий существует электрическое поле. Учитывая это белок-лоцман можно рассматривать в качестве ротора, а белки мембраны как статор. Под действием потока ионов Н* через статор происходит вращение ротора и продвижение в цитоплазму бактерий вместе с трансформирующей ДНК (4). Далее происходит интеграция поступившего в цитоплазму трансформирующего однонитевого фрагмента ДНК в образовавшуюся в одной из нитей ДНК реципиента брешь, которая возникает в результате удаления аллельного гена. Затем происходит репликация ДНК и формирование клона рекомбинантных бактерий (5).

5 - передача генов резистентности к антибиотикам, кодирующих синтез ферментов, факторов вирулентности

1.49. Схема «Лизогенная конверсия у бактерий»

1 - интеграция ДНК фага лямда в бактериальную ДНК и формирование лизогенной бактерии (лизогенная конверсия)

2 - умеренный бактериофаг, бактериальная клетка, процесс лизогении

3 - репродукция умеренного бактериофага в бактериальной клетке с привнесением в бактерии новой генетической информации (на модели фага лямбда и его хозяина -кишечной палочки; перенос гена, кодирующего биосинтез биотина)

4 - этапы специфической трансдукции: умеренный фаг впрыскивает ДНК в цитоплазму бактерии, где она принимает кольцевую структуру, которая накладывается на ДНК бактерии между генами gal (ген, отвечающий за утилизацию галактозы в клетке) и bio (ген, кодирующий синтез биотина в бактерии). Именно в этом месте находится специфический участок бактериальной хромосомы, который спаривается с участком фага, затем нуклеазы клетки разрезают обе ДНК, т.е. Имеет место их разрыв, и далее происходит перекрестное воссоединение свободных концов обеих нуклеиновых кислот, В результате ДНК фага включается в ДНК бактерий между генами gal и bio. Включенная ДНК фага в ДНК бактерии называется профаг. Клетка, имеющая профаг, называется лизогенной бактерией. При делении бактериальных клеток профаг передается дочерним по наследству. Такая наследственная передача профага может быть неограниченно долгой. Возникающее лизогенное состояние бактерий (лизогения) представляет собой интегративную форму инфекции.

5 - присутствие профага в ДНК бактерий приводит к появлению у них новых свойств. Приобретение лизогенными бактериями новых свойств называется лизогенной конверсией (превращением).

1.50. Схема «Трансдукции у бактерий»

1 - механизм специфической трансдукции на модели умеренного фага лямбда и его хозяин кишечная палочка. Донорные лизогенные бактерии облучаются УФ-светом, чтобы разрушить белок репрессор, удерживающий профаг в составе ДНК донора. В результате ликвидации белка репрессора происходит выход профага в цитоплазму и начинается продуктивный цикл его развития.

2 - профаг в бактериальной клетке и процессы перехода к продуктивной инфекции под действием ультрафиалетового облучения

3 - приобретение новых генотипических свойств в результате лизогенной специфической трансдукции трансдуцирующим фагом лямда

4 - профаг лямбда включен на хромосоме кишечной палочки между генами gal (отвечающим за утилизацию галактозы) и bio (контролирующем синтез биотина), т.е. Эти гены соприкасаются с концами профага. При выходе профага из состава ДНК донора в него в результате рекомбинации может включиться либо ген gal, либо ген bio. Трансдуцирующий бактериофаг может перенести в клетку реципиент только один из указанных генов. В случае если необходимо перенести из клетки донора (клетка дикого типа, т.е. Все гены работающие), ген gal, то в качестве реципиента используют бактерии, в которых имеется мутировавший галактозный ген gal". Трансдуцирующий бактериофаг переносит gal ген в цитоплазму реципиента. При этом он не замещает свой аллель gal", а прикрепляется рядом. Образуется мерозигота. Так как ген gal* является доминантным, то образовавшаяся частично диплоидная клетка (gal* / gal") будет утилизировать галактозу

5 - приобретение трансдуцирующего фага бактериями реципиентами приводит к появлению у них новых генов и новых фенотипических признаков (свойств)

1.51. Схема «Трансформация у бактерий. Опыты Гриффита»

1 - открытие явления трансформации - передачи генетической информации из разрушенных бактерий-доноров в виде неповрежденной молекулы ДНК в клетки реципиенты

2 - варианты опытов Грифита на модели пневмококковой инфекции у белых мышей; представлены высоковирулентные пневмококки (клетки образуют полисахаридную капсулу, колонии блестящие, гладкие, т.е. Находятся в S форме (от английского слова smooth - гладкий) и авирулентные (не имеют капсулы, их колонии шероховатые (от английского слова rought - шероховатый)

3 - включение фрагмента ДНК разрушенной клетки донора в живую клетку реципиент с приобретением последней новых признаков

4 - Опыт Гриффита заключался в следующем. Для заражения он использовал 4 партии мышей. Опытная партия была инфицирована смесью убитых нагреванием пневмококков в S форме с живыми бактериями в R форме. Контрольные группы мышей заражали следующим образом: одной группе вводили живых в S форме пневмококков другой -убитых нагреванием пневмококков в S форме, третьей - живых в R форме бактерий. При учете полученных данных в контрольных экспериментах были отмечены ожидаемые результаты, т.е. Мыши погибли при заражении их только живыми в S форме пневмококками, а две другие контрольные группы остались живыми. Мыши, входившие в состав опытной группы, т.елараженные смесью убитых нагреванием пневмококков в S форме и живых бактерий в R форме погибли. Гриффит выделил из погибших мышей возбудителя. Это были живые пневмококки - в S форме. Они образовывали капсулу. Таким образом, под влиянием убитых вирулентных пневмококков у R мутанта вос­становилась способность формировать капсулу, утраченную в результате мутации, т.е.они стали вирулентными. Явление трансформации было продемонстрировано также in vitro (в пробирке) при размножении R - мутанта в присутствии убитых нагреванием пневмококков в S форме. Трансформация происходила и в тех случаях, когда к размножившейся культуре пневмококков в R форме добавляли бесклеточный экстракт из

Бактерий. Работа Гриффита заложила краеугольный камень в развитие молекулярной генетики и молекулярной биологии. В 1944 году Эйвери, Мак-Карти и Мак-Леод установили, что трансформирующим началом, обеспечивающим превращение пневмококков из R формы в вирулентную S форму является ДНК.

5 - Открытие явления трансформации продемонстрировало, что наследственная информация закодирована в молекуле ДНК, а не в белке, как считали ранее. В последствии было показано наличие трансформации и у других видов бактерий.