GENETIK BAKTERIA: ORGANISASI, MEKANISME, PERATURAN, PEMINDAHAN - BIOLOGI - 2025

The genetik bakteria ialah kajian asas maklumat genetik dalam sel-sel bakteria. Ini meliputi organisasi informasi genetik, bagaimana ia diatur, bagaimana ia diungkapkan, dan bagaimana ia bervariasi.

Eksperimen pertama mengenai genetik bakteria dilakukan pada abad ke-19, dalam konteks sejarah di mana belum diketahui sama ada bakteria mempunyai mekanisme untuk menukar maklumat genetik, bahkan tidak diketahui sama ada mereka memiliki kromosom.

DNA bakteria (Sumber: Average_prokaryote_cell-_en.svg: Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHatsDifference_DNA_RNA-EN.svg: * Difference_DNA_RNA-DE.svg: Terjemahan Sponk (bicara): Karya terbitan Sponk (bicara): Radio89 melalui Wikimedia Commons)

Satu-satunya kepastian nyata ialah bakteria dapat membentuk garis stabil dengan fenotip yang berbeza, sekurang-kurangnya untuk asimilasi sebatian pemakanan yang berbeza, dan kadang-kadang bentuk baru muncul, nampaknya disebabkan oleh mutasi genetik.

Dengan ketidakpastian yang besar mengenai bakteria pada masa itu, sangat mustahak untuk menjawab soalan-soalan tertentu mengenai "genetik bakteria" secara eksperimen, terutama untuk memahami sama ada bakteria memenuhi prinsip asas keturunan.

Akhirnya, pada tahun 1946, Joshua Lederberg dan Edward Tatum menyelesaikan soalan asas ini dengan menggunakan dua jenis bakteria Escherichia coli, strain A dan strain B, masing-masing dengan keperluan pemakanan yang berbeza.

Sel Jenis A dan B tidak dapat tumbuh dalam medium minimum, kerana keduanya mempunyai mutasi yang menghalangnya daripada mengasimilasi nutrien dari media tersebut.

Walau bagaimanapun, apabila A dan B dicampurkan selama beberapa jam dan kemudian dimasukkan ke piring medium minimum, beberapa koloni muncul di plat medium minimum, iaitu tumbuh.

Jajahan ini berasal dari sel-sel individu yang telah bertukar bahan genetik dan, setelah pertukaran, dapat menyatakan maklumat genetik dalam fenotip dan dengan demikian mengasimilasi nutrien dari medium minimum.

Organisasi maklumat genetik

Semua maklumat genetik yang diperlukan untuk kehidupan bakteria terdapat di dalam "kromosom bakteria", molekul tunggal asid deoksiribonukleik (DNA) untai dua.

Molekul DNA ini disusun dalam struktur bulat, ditutup oleh ikatan kovalen, dan membentuk, bersama dengan beberapa protein, kromosom bakteria.

Bakteria, selain kromosom bakteria, mungkin mempunyai serpihan DNA ekstrakromosom yang lebih kecil, tetapi juga disusun secara tertutup. Molekul DNA ini secara kolektif disebut "plasmid" atau "DNA plasmid."

Molekul DNA plasmid digunakan oleh bakteria untuk bertukar maklumat genetik yang sangat khusus di antara mereka.

Umumnya, apabila salah satu sel bakteria mengalami ketahanan terhadap antibiotik, ia dapat menyebarkan ketahanan terhadap sel bakteria lain melalui plasmid.

Ukuran molekul DNA plasmid dalam bakteria dapat bervariasi dari 3 hingga 10 kilo pangkalan dan dalam banyak spesies bakteria terdapat beratus-ratus salinan satu jenis plasmid.

Komposisi dan struktur DNA bakteria sama dengan yang terdapat pada semua makhluk hidup dan virus. Strukturnya terdiri daripada rangka gula, asas nitrogen, dan kumpulan fosfat.

Peta lengkap kromosom bakteria Escherichia coli diperoleh pada tahun 1963. Ia memperincikan kedudukan tepat kira-kira 100 gen, tetapi hari ini diketahui bahawa kromosom E. coli mengandungi lebih dari 1000 gen dan berukuran 4.2. juta pasangan asas.

Mekanisme ekspresi gen

Mekanisme ekspresi gen dalam bakteria serupa dalam beberapa hal dengan proses ekspresi gen yang terjadi pada makhluk hidup lain dan juga bergantung pada proses transkripsi dan terjemahan.

Maklumat gen ditranskripsikan ke molekul RNA dan seterusnya ke urutan asid amino yang membentuk protein. Proses inilah yang menjalankan ekspresi maklumat yang terdapat dalam genotip dan struktur dalam fenotip.

Transkripsi

Dalam transkripsi, enzim polimerase RNA menghasilkan produk pelengkap kepada segmen DNA yang digunakannya sebagai templat, tetapi produk ini adalah asid ribonukleat (RNA).

Molekul ini membawa maklumat untuk sintesis protein yang dikodkan oleh segmen DNA, ia adalah satu jalur dan dipanggil messenger RNA. RNA polimerase bakteria berbeza dalam bakteria dan organisma eukariotik.

RNA polymerase mengenal pasti laman web tertentu pada DNA (promoter) di mana ia mengikat untuk memulakan transkripsi. Molekul RNA utusan tunggal boleh mengandungi maklumat untuk lebih daripada satu gen.

Tidak seperti organisma eukariotik, gen bakteria tidak mempunyai "intron" dalam urutannya, kerana bakteria tidak mempunyai inti yang memisahkan kromosom dari unsur sitoplasma yang lain.

Terjemahan

Oleh kerana semua unsur "longgar" dalam sitoplasma sel bakteria, molekul RNA messenger yang baru disintesis dapat bersentuhan dengan ribosom dan segera memulakan sintesis protein.

Ini membolehkan bakteria mempunyai kelebihan dalam bertindak balas dan menyesuaikan diri dengan perubahan persekitaran yang melampau.

Ribosomal RNA, transfer RNA, dan pelbagai protein ribosom mengambil bahagian dalam terjemahan. Ribosom sel prokariotik berbeza dalam struktur dan komposisi berbanding dengan ribosom sel eukariotik.

Unsur-unsur ini "dibaca" dalam bentuk nukleotida triplet (kodon) petunjuk yang terkandung dalam kod genetik molekul RNA utusan dan, pada masa yang sama, mereka mengumpulkan setiap asid amino untuk membentuk polipeptida.

“Universalitas” kod genetik membolehkan para saintis menggunakan terjemahan bakteria sebagai alat penting untuk sintesis peptida dan protein dengan kepentingan teknologi.

Peraturan ekspresi gen

Mekanisme yang mengawal ekspresi gen pada bakteria sangat tepat; ia membolehkan mereka mengatur secara tepat jumlah dan masa sintesis produk gen, sehingga ia hanya berlaku apabila perlu.

Kawasan genom bakteria yang menyatukan beberapa gen disebut "operon." Kawasan ini mengaktifkan atau menyahaktifkan transkripsi bergantung pada keadaan di mana bakteria tersebut.

Semua gen yang merupakan bahagian dari operon yang sama ditranskripsikan secara koordinat ke RNA messenger yang mengandungi banyak gen (disebut "polycistronic" RNA). RNA ini diterjemahkan pada ribosom secara berurutan, satu demi satu.

Operon boleh diatur secara positif atau negatif. Gen hanya berhenti mengekspresikan diri apabila protein penghambat yang disebut penindas mengikat urutan tertentu dalam strukturnya.

Urutan spesifik gen disebut "promoter", ketika protein penekan terikat dengan promoter, RNA polimerase tidak dapat memulai transkripsi urutan genetik yang dimaksudkan.

Sebaliknya, apabila operon diatur dengan baik, transkripsi kawasan genetik itu tidak akan bermula sehingga terdapat protein pengaktif yang mengikat urutan DNA tertentu.

Para saintis menggunakan "inducibility" operon ini untuk meningkatkan atau mengurangkan ekspresi gen kawasan tertentu yang berminat dengan bakteria. Dengan memperkenalkan beberapa substrat, ekspresi enzim yang diperlukan untuk metabolisme dapat ditingkatkan.

Pemindahan gen

Bakteria, tidak seperti sel eukariotik, tidak memindahkan gen mereka melalui pembiakan seksual; sebaliknya, mereka dapat melakukannya dengan tiga proses yang berbeza: transformasi, transduksi dan konjugasi.

Pemindahan gen mendatar dalam bakteria (Sumber: 2013MMG320B melalui Wikimedia Commons)

Transformasi

Dalam transformasi , beberapa sel bakteria dalam populasi menjadi "kompeten". Setelah "cekap" mereka dapat menerima DNA eksogen dari bakteria lain yang terdapat di persekitaran ekstraselular.

Setelah DNA dimasukkan ke dalam sel, bakteria melakukan proses penggabungan gen yang terdapat dalam kromosomnya dengan DNA asing yang baru dimasukkan. Proses ini dikenali sebagai pengumpulan semula genetik.

Transduksi

Dalam transduksi, bakteria memasukkan DNA dari bakteria lain ke dalam molekul DNA mereka melalui virus yang menjangkiti bakteria (bacteriophages). Ini boleh diberikan secara khusus atau umum.

Dalam transduksi khusus, ia berlaku apabila fag yang sebelumnya menjangkiti bakteria lain memperoleh gennya semasa kitaran berjangkit.

Kemudian, dengan menjangkiti bakteria baru dan memasukkan gennya ke dalam kromosom bakteria yang baru dijangkiti, ia juga memasukkan gen dari bakteria yang dijangkiti sebelumnya.

Semasa transduksi umum, zarah-zarah fag yang cacat yang memiliki kapsid kosongnya memasukkan sebahagian kromosom bakteria semasa replikasi virus, kemudian, setelah mereka menjangkiti bakteria lain, mereka dapat memperkenalkan gen yang diambil dari bakteria sebelumnya.

Konjugasi

Dalam konjugasi, bakteria menukar bahan genetik secara unidirectional, melalui hubungan fizikal. Salah satu bakteria bertindak sebagai penderma dan yang lain sebagai penerima. Dalam proses ini, bakteria penderma pada umumnya memberikan molekul DNA plasmid kepada bakteria penerima.

Konjugasi pada bakteria tidak khas dari semua spesies; kapasiti konjugasi diberikan melalui gen yang ditularkan melalui molekul DNA plasmid.

Rujukan

1. Braun, W. (1953). Genetik Bakteria. Genetik Bakteria.
2. Brock, TD (1990). Kemunculan genetik bakteria (No. 579: 575 BRO). Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press.
3. Fry, JC, & Day, MJ (Eds.). (1990). Genetik bakteria dalam persekitaran semula jadi (hlm. 55-80). London: Chapman and Hall.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Pengenalan kepada analisis genetik. Macmillan.
5. Luria, SE (1947). Kemajuan terkini dalam genetik bakteria. Ulasan bakteriologi, 11 (1), 1.