F-плазмиды: свойства, функции

Плазмиды – молекулы ДНК, с размерами от 1 350 МД и более (1000 550000 нуклеотидов). Молекуле плазмидной ДНК присущи различные конформации: может быть 2-хцепочечная кольцевая форма

Конформации плазмидной ДНК (суперспирализованная, линейная и кольцевая релаксированная).

F-плазмиды представляют собой собственно tra-оперон, без каких-либо дополнительных генов. Эту плазмиду называют еще половым фактором или фактором фертильности (откуда и название) потому что наличие F-плазмиды превращает клетку в возможного донора наследственного материала при конъюгации (т.е. в «мужскую» клетку), соответственно клетка, лишенная F-плазмиды, является потенциальным реципиентом генетического материала при конъюгации («женской» клеткой). Реципиентная клетка, получив при конъюгации F-плазмиду, превращается тем самым из женской в мужскую.

 F-плазмида — эписома со строгим контролем репликации. Попадая в F−-клетки (клетки, не имеющие F-плазмиды до этого), эта плазмида изменяет их фенотипические свойства. Клетки приобретают половые пили (выросты мембраны для коньюгации), а также чувствительность к фагам MS2, f1, f2, Qβ, становятся донорами ДНК, перестают поддерживать развитие фагов ТЗ и Т7. При конъюгации таких клеток блокируется проникновение в них донорной ДНК (проявляется свойство поверхностного исключения).

За конъюгативные свойства F-плазмиды отвечает tra-область генома, в которую. За автономную репликацию F-плазмиды отвечают rep-гены. За распределение молекул плазмидной ДНК по дочерним клеткам отвечают гены области par. Рядом с областью par находится ген pif, продукт которого исключает развитие в клетке фагов ТЗ и Т7. Структурными компонентами, обеспечивающими интеграцию F-плазмиды в бактериальную хромосому, являются элементы IS2, IS3A, IS3B и Tn1000 (они представляют собой последовательности нуклеотидов), входящие в состав плазмидной ДНК. Они взаимодействуют с аналогичными элементами бактериальной ДНК через сайтспецифическую рекомбинацию и встраиваются в неё в разных местах и направлениях в зависимости от локализации и направления бактериальных элементов. Клетка после интеграции в её ДНК F-плазмиды приобретает свойства Hfr-клетки, то есть способна с высокой частотой направленно передавать свои гены другим клеткам.

Функции плазмид:

– регуляторная— компенсирует нарушение функции ДНК нуклеоида (напр., при интеграции плаз­миды в состав поврежденного бактериального генома, неспособного к репликации, его функция восстанавливается за счет плазмидного репликона);

– кодирующая — вносит в бактериальную клетку новую информацию:

· индуцирует деление,

· контролирует синтез факторов патогенности,

· совершенствует защиту бактерий (синтез бактериоцинов, резистентность к антибиотикам);

Транскрипция у прокариот

Транскрипция – процесс переноса генетической информации от ДНК к РНК. Все виды РНК – мРНК, рРНК и тРНК – синтезируются в соответствии с последовательностью оснований в ДНК, служащей матрицей.

Инициация — это первая стадия транскрипции, в ходе которой происходит сборка транскрипционного комплекса, расплетение спирали ДНК и синтез короткого фрагмента РНК.

У прокариот процесс начинается с того, что прокариотический σ-фактор РНК-полимеразы «узнаёт» промо́тор и связывается с ним. Промотор — фрагмент цепи ДНК до сайта начала транскрипции, включающий два участка: –10 (бокс Прибнова) и –35. Затем к σ-фактору присоединяется кор-фермент РНК-полимеразы и корректно располагается на промоторе для инициации транскрипции (σ-фактор повышает сродство РНК-полимеразы к промотору). Формируется закрытый комплекс.

Далее РНК-полимераза меняет конформацию, её β’- и σ-субъединицы инициируют разделение цепей ДНК (отрезок длиной в 14 нуклеотидов), формируется транскрипционный пузырёк и открытый комплекс. Затем σ-субъединица отделяется, к РНК-полимеразе присоединяются дополнительные белки и полимераза продвигается по цепи ДНК, покидая промотор.

Элонгация — это вторая стадия транскрипции, в ходе которой происходит синтез цепи РНК. Он осуществляется в направлении 5’→ 3’ (подобно синтезу ДНК в репликации).

В месте синтеза участок ДНК расспирализован, связи между полинуклеотидными цепями ДНК разорваны для того, чтобы РНК-полимераза могла «считать» информацию с антисмысловой цепи ДНК.

Терминация — это заключительная стадия транскрипции, на которой происходит остановка синтеза и отщепление цепочки РНК, а также всего транскрипционного аппарата. Терминация происходит по двум механизмам в специальных сайтах.

Ро-независимая

Этапы терминации по первому механизму:

1.РНК-полимераза синтезирует два комплементарных участка из пар G • C. Они образуют шпильку.

2.РНК-полимераза останавливается на участке пар A • T и меняет конформацию. В результате гибрид РНК-ДНК диссоциирует: синтезированная цепь РНК отщепляется и вслед за ней от ДНК отщепляется РНК-полимераза.

Второй механизм терминации требует участия ρ-фактора («ро»-фактора), белка, способного разрывать связи между новой цепью РНК и цепью ДНК (т.е. обладающего хеликазной активностью). Модель ρ -зависимой терминации:

1.ρ-Фактор связывается с растущей цепью РНК в особом участке узнавания и движется в направлении 5’→ 3’, пока не встретит РНК-полимеразу, остановившуюся на участке терминации — последовательность из 80100 нуклеотидов, богатых цитозином.

2.ρ-Фактор «толкает» РНК-полимеразу вперёд и сворачивает диссоциированные цепи ДНК в транскрипционном пузырьке в двойную спираль, одновременно с этим разрывая гибрид РНК-ДНК. РНК отщепляется, а вслед за ней — и РНК-полимераза.