Tidak seperti eukariota, bakteri tidak memiliki nukleus yang terbentuk, tetapi DNA mereka tidak tersebar di seluruh sel, tetapi terkonsentrasi dalam struktur kompak yang disebut nukleoid. Dalam istilah fungsional, ini adalah analog fungsional dari aparatus nuklir.
Apa itu nukleoid
Nukleoid bakteri adalah daerah dalam selnya yang mengandung materi genetik terstruktur. Berbeda dengan nukleus eukariotik, ia tidak dipisahkan oleh membran dari sisa isi seluler dan tidak memiliki bentuk permanen. Meskipun demikian, perangkat genetik bakteri jelas terpisah dari sitoplasma.
Istilah itu sendiri berarti "mirip inti" atau "wilayah nuklir". Struktur ini pertama kali ditemukan pada tahun 1890 oleh ahli zoologi Otto Buchli, tetapi perbedaannya dari perangkat genetik eukariota telah diidentifikasi pada awal 1950-an berkat teknologi mikroskop elektron. Nama "nukleoid" sesuai dengan konsep "kromosom bakteri", jika yang terakhir terkandung dalam sel dalam satu salinan.
Nucleoid tidak termasuk plasmid yangadalah elemen ekstrakromosom dari genom bakteri.
Fitur nukleoid bakteri
Biasanya, nukleoid menempati bagian tengah sel bakteri dan berorientasi sepanjang sumbunya. Volume formasi kompak ini tidak melebihi 0,5 mikron3, dan berat molekul bervariasi dari 1×109 hingga 3×10 9 d alton. Pada titik tertentu, nukleoid terikat pada membran sel.
Nukleoid bakteri mengandung tiga komponen:
- DNA.
- Protein struktural dan pengatur.
- RNA.
DNA memiliki organisasi kromosom yang berbeda dari eukariotik. Paling sering, nukleoid bakteri mengandung satu kromosom atau beberapa salinannya (dengan pertumbuhan aktif, jumlahnya mencapai 8 atau lebih). Indikator ini bervariasi tergantung pada jenis dan tahap siklus hidup mikroorganisme. Beberapa bakteri memiliki banyak kromosom dengan set gen yang berbeda.
Di bagian tengah DNA nukleoid dikemas cukup rapat. Zona ini tidak dapat diakses oleh ribosom, enzim replikasi dan transkripsi. Sebaliknya, loop deoxyribonucleic dari daerah perifer nukleoid berhubungan langsung dengan sitoplasma dan mewakili daerah aktif dari genom bakteri.
Jumlah komponen protein dalam nukleoid bakteri tidak melebihi 10%, yaitu sekitar 5 kali lebih sedikit daripada kromatin eukariotik. Sebagian besar protein dikaitkan dengan DNA dan berpartisipasi dalam strukturnya. RNA adalah produktranskripsi gen bakteri, yang dilakukan di pinggiran nukleoid.
Alat genetik bakteri adalah formasi dinamis yang mampu mengubah bentuk dan konformasi strukturalnya. Ia tidak memiliki nukleolus dan aparatus mitosis yang merupakan karakteristik dari inti sel eukariotik.
Kromosom bakteri
Dalam kebanyakan kasus, kromosom nukleoid bakteri memiliki bentuk cincin tertutup. Kromosom linier jauh lebih jarang. Bagaimanapun, struktur ini terdiri dari satu molekul DNA, yang berisi satu set gen yang diperlukan untuk kelangsungan hidup bakteri.
DNA kromosom selesai dalam bentuk loop superkoil. Jumlah loop per kromosom bervariasi dari 12 hingga 80. Setiap kromosom adalah replika penuh, karena ketika menggandakan DNA disalin seluruhnya. Proses ini selalu dimulai dari asal replikasi (OriC), yang menempel pada membran plasma.
Panjang total molekul DNA dalam kromosom adalah beberapa kali lipat lebih besar dari ukuran bakteri, sehingga menjadi perlu untuk mengemasnya, tetapi tetap mempertahankan aktivitas fungsionalnya.
Dalam kromatin eukariotik, tugas-tugas ini dilakukan oleh protein utama - histon. Nukleoid bakteri mengandung protein pengikat DNA yang bertanggung jawab untuk organisasi struktural materi genetik, dan juga mempengaruhi ekspresi gen dan replikasi DNA.
Protein terkait nukleoid meliputi:
- protein mirip histon HU, H-NS, FIS dan IHF;
- topoisomerase;
- protein dari keluarga SMC.
2 kelompok terakhir memiliki pengaruh terbesar pada superkoil materi genetik.
Netralisasi muatan negatif DNA kromosom dilakukan oleh poliamina dan ion magnesium.
Peran biologis nukleoid
Pertama-tama, nukleoid diperlukan bakteri untuk menyimpan dan mengirimkan informasi turun-temurun, serta menerapkannya pada tingkat sintesis seluler. Dengan kata lain, peran biologis formasi ini sama dengan DNA.
Fungsi nukleoid bakteri lainnya meliputi:
- lokalisasi dan pemadatan materi genetik;
- kemasan DNA fungsional;
- pengaturan metabolisme.
Penataan DNA tidak hanya memungkinkan molekul untuk masuk ke dalam sel mikroskopis, tetapi juga menciptakan kondisi untuk aliran normal proses replikasi dan transkripsi.
Fitur organisasi molekuler nukleoid menciptakan kondisi untuk mengontrol metabolisme seluler dengan mengubah konformasi DNA. Regulasi terjadi dengan memutar bagian tertentu dari kromosom ke dalam sitoplasma, yang membuatnya tersedia untuk enzim transkripsi, atau sebaliknya, dengan menariknya ke dalam.
Metode deteksi
Ada 3 cara untuk mendeteksi nukleoid pada bakteri secara visual:
- mikroskop cahaya;
- mikroskop kontras fase;
- mikroskop elektron.
Tergantung metodenyapersiapan persiapan dan metode penelitian, nukleoid mungkin terlihat berbeda.
mikroskop cahaya
Untuk mendeteksi nukleoid menggunakan mikroskop cahaya, bakteri terlebih dahulu diwarnai sehingga nukleoid memiliki warna yang berbeda dari isi seluler lainnya, jika tidak, struktur ini tidak akan terlihat. Bakteri pada kaca objek juga wajib difiksasi (dalam hal ini mikroorganisme mati).
Melalui lensa mikroskop cahaya, nukleoid tampak seperti formasi berbentuk kacang dengan batas yang jelas, yang menempati bagian tengah sel.
Metode pewarnaan
Dalam kebanyakan kasus, metode pewarnaan bakteri berikut digunakan untuk memvisualisasikan nukleoid dengan mikroskop cahaya:
- menurut Romanovsky-Giemsa;
- metode Felgen.
Saat pewarnaan menurut Romanovsky-Giemsa, bakteri difiksasi sebelumnya pada slide kaca dengan metil alkohol, dan kemudian selama 10-20 menit mereka diresapi dengan pewarna dari campuran biru biru, eonin dan metilen yang sama, dilarutkan dalam metanol. Akibatnya, nukleoid menjadi ungu dan sitoplasma menjadi merah muda pucat. Sebelum mikroskopis, noda dikeringkan dan slide dicuci dengan destilat dan dikeringkan.
Metode Feulgen menggunakan hidrolisis asam lemah. Akibatnya, deoksiribosa yang dilepaskan masuk ke dalam bentuk aldehida dan berinteraksi dengan asam fukhsin-sulfur dari reagen Schiff. Akibatnya, nukleoid menjadi merah, dan sitoplasma menjadi biru.
Mikroskop kontras fase
Mikroskop kontras fase memilikiresolusi lebih tinggi dari cahaya. Metode ini tidak memerlukan fiksasi dan pewarnaan sediaan - pengamatan dilakukan untuk bakteri hidup. Nukleoid dalam sel seperti itu terlihat seperti area oval terang dengan latar belakang sitoplasma gelap. Metode yang lebih efektif dapat dibuat dengan menerapkan pewarna fluoresen.
Deteksi nukleoid dengan mikroskop elektron
Ada 2 cara mempersiapkan preparat untuk pemeriksaan nukleoid di bawah mikroskop elektron:
- potongan sangat tipis;
- Memotong bakteri beku.
Dalam mikrograf elektron bagian ultra tipis bakteri, nukleoid memiliki tampilan struktur jaringan padat yang terdiri dari filamen tipis, yang terlihat lebih ringan daripada sitoplasma di sekitarnya.
Pada bagian bakteri beku setelah imunostaining, nukleoid tampak seperti struktur seperti karang dengan inti padat dan tonjolan tipis menembus ke dalam sitoplasma.
Dalam foto elektronik, nukleoid bakteri paling sering menempati bagian tengah sel dan memiliki volume lebih kecil daripada di sel hidup. Ini karena paparan bahan kimia yang digunakan untuk memperbaiki preparasi.
