Реферат на тему: «Плазміди»

Міністерство освіти і науки України

Житомирський державний університет імені Івана Франка

Реферат на тему:

«Плазміди»

виконала студентка __ групи

природничого факультету

______________________

Житомир

2011 рік

План:

1. Поняття про плазміди

2. Функції плазмід бактерій

3. Види плазмід

4. Властивості плазмід

Висновки

Поняття про плазміди

Відомо, що ядра в еукаріотних клітинах, а нуклеоїди в прокаріотних є місцем локалізації генетичного матеріалу. Генетичний апарат у бактерій складається з молекули ДНК, замкненої в кільце. Довжина кільця може сягати 1,0—1,4 мм. Воно міститься в нуклеарній ділянці бактеріальної клітини. Гігантська кільцева молекула ДНК, яка складається із функціонально неоднорідних генетичних детермінант генів, дістала назву бактеріальної хромосоми.

Рис. 1

Бактеріальна клітина, в якій містяться нуклеоїд

(хромосомна ДНК) і плазміда (плазмідна ДНК) .

У багатьох видів бактерій є ще один тип генетичних елементів, що існують у клітині автономно, тобто поза хромосомами. Це плазміди, які є типовими репліконами (, 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, IS-елементах), не є обов'язковою для життєдіяльності бактерій. Проте ці елементи розширяють можливості існування бактеріального виду.

Плазміда – це позахромосомний генетичний елемент клітини, здатний до самовідтворення. Цей фрагмент ДНК має кільцеву форму і довжину від 2 до 400 тис. пар нуклеотидів. Назву для позахромосомного генетичного матеріалу запропонували у 1952 році американські дослідники Дж. Ледерберг з співавторами.

У одній прокаріотичній клітині може бути близько десяти таких плазмід. Плазміди зустрічаються також у тих компартментах еукаріотичних клітин, які мають власний геном (мітохондріях, пластидах). Це ще один доказ симбіотичного походження мітохондрій.

Фунції плазмід бактерій

Плазміди виконують регуляторні або кодуючі функції.

Регуляторні плазміди беруть участь в компенсації тих або інших дефектів метаболізму бактерійної клітки за допомогою вбудовування в пошкоджений геном і відновлення його функцій. Кодуючі плазміди приносять в бактерійну клітку нову генетичну інформацію, що кодує нові, незвичайні властивості (наприклад, стійкість до антибіотиків).

Типи плазмід

Відповідно до функціональних особливостей, плазміди поділяють на такі основні типи:

F-плазміди. При вивченні процесу схрещування бактерій виявилось, що здатність клітки бути донором генетичного матеріалу пов'язана з присутністю особливого f-чинника [від англ. fertility, плодючість]. F-плазміди контролюють синтез F-пілей, сприяючих спаровуванню бактерій-донорів (F+) з бактеріями-реципієнтами (F"). У зв'язку з цим можна вказати, що сам термін «плазміда» був запропонований для позначення «статевого» чинника бактерій (Джошуа Ледерберг, 1952). F-плазміди можуть бути автономними і інтегрованими. Вбудована в хромосому f-плазміда забезпечує високу частоту рекомбінації бактерій даного типа, тому їх також позначають як hfr-плазміди від англ. high frequency of recombinations, висока частота рекомбінацій].

R-плазміди [від англ. resistance, стійкість] кодують стійкість до лікарських препаратів (наприклад, до антибіотиків і сульфаніламідам, хоча деякі детермінанти стійкості правильніше розглядати як пов'язані з транспозонами), а також до важких металів. R-плазміди включають всі гени, відповідальні за перенесення чинників стійкості з клітки в клітку. Некон'югатівні плазміди зазвичай характерні для грампозитивних коків, але зустрічаються також в деяких грамнегативних мікроорганізмів (наприклад, в Haemophilus influenzae, Neisseria gonorrhoeae). Вони зазвичай мають невеликі розміри (молекулярна маса приблизно 1 — 10*106 D). Виявляють велику кількість дрібних плазмід (більше 30 на клітку), оскільки лише наявність такої кількості забезпечує їх розподіл в потомстві при клітинному діленні. Некон'югативні плазміди можуть бути також перенесені з клітки в клітку за наявності в бактерії одночасно кон'югатівних і некон'югатівних плазмід. При кон'югації донор може передати і некон'югатівні плазміди за рахунок скріплення генетичного матеріалу останніх з кон'югативною плазмідою. Плазміди бактеріоциногенії кодують синтез бактеріоцинів — білкових продуктів, що викликають загибель бактерій того ж або близьких видів. Багато плазмід, що кодують утворення бактеріоцинов, також містять набір генів, відповідальних за кон'югацію і перенесення плазмід. Подібні плазміди відносно великі (молекулярна маса 25-150*106 D), їх досить часто виявляють в грамнегативних паличок. Великі плазміди зазвичай присутні в кількості 1~2 копій на клітку. Їх реплікація тісно пов'язана з реплікацією бактерійної хромосоми.

Плазміди патогенності контролюють вірулентні властивості багатьох видів, особливо ентеробактерій. Зокрема F-, r-плазміди і плазміди бактеріоциногенії включають tox+-транспозони (мігруючий генетичний елемент, див. нижчий), кодуючі токсиноутворення. Незрідка tox+-транспозони кодують синтез інтактних протоксинов (наприклад дифтерійного або ботулінічеського), що активуються клітинними протеазами, утворення яких контролюють гени бактерійних хромосом.

Приховані плазміди. Криптичні (приховані) плазміди не містять генів, які можна було б виявити по їх фенотипічному прояву.

Плазміди біодеградації. Виявлений також ряд плазмід, що кодують ферменти деградації природних (сечовина, вуглеводи) і неприродних (толуол, камфора, нафталін) з'єднань, необхідних для використання як джерела вуглецю або енергії, що забезпечує ним селективні переваги перед іншими бактеріями даного вигляду. Патогенним бактеріям подібні плазміди додають переваги перед представниками аутомікрофлори.

Col-плазміди містять гени для виробництва коліцина та бактеріоцина білка, які можуть вбивати інших бактерій.

Ti-плазміди викликають пухлини у вищих рослин. Особливий фрагмент цих плазмід, який називається ті-ДНК може інтегруватися з геномом рослини і сприяти розвитку клітин. Утворення пухлин в тканинах рослин, що викликається ті-плазмідами індукується перенесенням ділянки ті-ДНК і її інтеграцією в геном еукаріотичної клітини. Ті-ДНК містить 7 генів. Пізніше за допомогою ті-плазміди вдалось перенести ген, який кодує білок фазиолін з бобових рослин в рослину соняшника.

Властивості плазмід

Плазміди часто реплікуються разом з ДНК хазяїна, але вони не потрібні для виживання його клітини. Деякі вчені розглядають їх як своєрідних внутрішньоклітинних паразитів або симбіонтів, які побудовані більш примітивно, ніж віруси.

Плазміди, переходячи з однієї клітини у іншу, починають інтенсивно розмножуватися. Саме завдяки переміщенню R-плазміди від однієї хвороботворної бактерії до іншої, вони набувають стійкості до дії лікарських препаратів. Це відбувається дуже швидко. Так, наприклад, у 1956 р. у Японії практично не було випадків дизентерії, які б не вилікувалися. Але вже у 1964 р. половина всіх бактеріальних штамів виявилася стійкою до високоефективних раніше антибіотиків.

Висока здатність до самовідтворення, властива плазмідам, знайшла застосування у сучасних біотехнологіях.

Методами генетичної інженерії у клітини-донора “вирізають” необхідний ген. Потім, за допомогою плазміди, його вводять у клітину-реціпієнт. У результаті подібної тонкої операції бактеріальна клітина починає виробляти необхідний продукт у дуже великих кількостях. Таким чином можна не лише різко збільшити виробництво звичайних для даної клітини метаболітів, але і змусити їх виробляти навіть абсолютно невластиві речовини. Так “навчили” E. coli синтезувати білкову частину гемоглобіну кроля.

Молекули ДНК, які складаються з фрагментів геному різних організмів, називаються рекомбінантними ДНК. Плазміди і віруси, які переносять фрагменти ДНК від одного організму до іншого, називаються векторами. Довгий час вчені не розуміли, яким чином відбувається обмін генетичним матеріалом під час кон’югації. Лише розвиток електронної мікроскопії дозволив заглянути у “інтимне” життя мікробів.

У 1957 р. П. Андерсон зумів отримати електронну мікрофотографію двох бактерій, з’єднаних кон’югаційним містком. Але лише у 1964 р. була виявлена природа таких містків. Вони отримали назву пілів або фімбій.

Плазміди можуть існувати в клітині не тільки в автономному, а й в інтегрованому (об'єднаному) стані з бактеріальною хромосомою (подібно до хромосомних генів). У цьому разі їх називають епісомами. До останніх належать F-фактор, помірні фаги X, Р22, Р2 та ін. У хімічному відношенні плазміди являють собою лінійні або кільцеві ковалентнозамкнені молекули ДНК, які містять від 1500 до пар нуклеотидів. Кількість плазмідної ДНК у клітині не перевищує кілька відсотків від вмісту ДНК у бактеріальній хромосомі, а число плазмід коливається від однієї до чотирьох десятків.

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, IS-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 за такою спрощеною схемою:

Висновки:

Плазміди відіграють надзвичайно валиву роль у молекулярній біології та генній інженерії.

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 загальнобіологічні. У наш час створено генетичні карти геномів жита, пшениці та інших рослин, а в 2000 р. багаторічна праця американських, англійських, японських та інших учених увінчалася одним із найвидатніших відкриттів — розшифруванням геному людини: на її генетичній карті нарахували тридцять тисяч генів.

Бібліографія:

1. Векірчик К. М. Мікробіологія з основами вірусології: Підручник. – К.: Либідь, 2001. – 312 с.

2. Ґудзь С. П. та ін. Основи мікробіології. – К., 1991.

3. , Емцев . – М., 1987.

4. http:///Medical/Microbiology/78.html

5. http://slovari. *****/~книги/БСЭ/Плазмиды/