Генетичний апарат прокаріотів

В еукаріотичних клітинах ядро, а нуклеоїди в прокаріотичних є місцем локалізації генетичного матеріалу. Генетичний апарат у бактерій складається з молекули ДНК, замкненої в кільце. Воно міститься в нуклеарній ділянці бактеріальної клітини. Гігантська кільцева молекула ДНК, яка складається із функціонально неоднорідних генетичних детерміанант генів, дістала назву бактеріальної хромосоми. У нормі генетичний апарат у бактерій являє собою одну хромосому, яка є репліконом. Однак у бактеріальній хромосомі може бути кілька копій бактеріальної хромосоми. Бактерії, як і всі прокаріоти, належать до гаплоїдних організмів, тобто генетичний матеріал у них представлений одним набором генів.

Гени прокаріотної клітини складаються із безперервно кодуючої послідовності нуклеотидів, тобто прокаріотам властиве тісне зчеплення генів. Хромосоми бактерій володіють однією групою зчеплення генів. Інформація в генах записана однаковим генетичним кодом для всіх прокаріотів, і принципи ЇЇ реалізації також однакові у всіх організмів. У структурі гена запрограмовані два основні етапи його вираження (експресії) — транскрипція і трансляція. Гени бактерій складаються із промотора, білок-кодуючої ділянки і тер-мінатора транскрипції.

Послідовність розміщення генів на бактеріальній хромосомі може бути відображена на генетичній карті, яка є умовною схемою хромосоми бактерії. На цій карті зазначено послідовність розміщення окремих генів, відносну довжину самих генів і відстань між ними, виражену в умовних одиницях рекомбінації. За таку одиницю умовно прийнята частота рекомбінації, яка дорівнює 1%. До 1972 р, було встановлено 460 генів на хромосомній карті кишкової палички. Окрім цієї бактерії, генетичні карти складені для сінної палички та інших мікроорганізмів У багатьох видів бактерій є ще один тип генетичних елементів, що існують у клітині автономно, тобто поза хромосомами. Це плазміди, які є типовими репліконами (О.П. Пехов, 1979). Як і всі реплікони вони мають здатність до саморегуляції незалежно від механізмів, які регулюють розмноження бактеріальної хромосоми. Вважається, що генетична інформація, яка міститься у плазмідах та інших позахромосомних елементах (помірних фагах, транспозомах, 15-елементах), не є обов’язковою для життєдіяльності бактерій. Проте ці елементи розширяють можливості існування бактеріального виду.

Головними властивостями плазмід є їхня здатність до автономної реплікації і трансмісивність (здатність до самопередавання). Переважна більшість плазмід складається із трьох груп генів: ділянки ДНК, яка відповідає за автономну реплікацію плазміди в клітині; генів, що забезпечують можливість перенесення плазмід із однієї клітини в іншу, і генів, котрі визначають корисні властивості для клітини-хазяїна. Детальне вивчення молекулярної природи плазмід та їхніх функцій в бактеріальній клітині дозволило успішно використовувати їх у генній інженерії.

Відомо, що первинним генетичним матеріалом, з якого безпосередньо побудовані хромосоми і гени, а також бактеріальні плазміди і мігруючі елементи (транспозоми, 15-елементи), є ДНК. Вторинним генетичним матеріалом є РНК. Перед поділом клітини ДНК її геном реплікується і до кожного ланцюга добудовується коплементарний ланцюг. Обидві нові подвійні спіралі ДНК складаються з однієї початкової і однієї заново синтезованої нитки.

Таке подвоєння ДНК дозволяє зберігати генетичну інформацію клітини. Для реалізації цієї генетичної інформації ДНК спочатку транскрибується в молекули мРНК, які взаємодіють із рибосомами.

В останніх інформація з послідовності нуклеотидів переводиться в послідовність амінокислот Виявлення у прокаріотів спільних із вищими організмами закономірностей спадковості і мінливості, тобто принципова схожість у будові та функціях їхніх геномів, дає змогу розглядати результати, які одержують на бактеріях, як загально біологічні. У наш час створено генетичні карти геномів жита, пшениці та інших рослин.