Ao contrário dos eucariotos, as bactérias não possuem um núcleo formado, mas seu DNA não está espalhado por toda a célula, mas está concentrado em uma estrutura compacta chamada nucleoide. Em termos funcionais, é um análogo funcional de um aparelho nuclear.
O que é um nucleóide
Um nucleoide bacteriano é uma região em suas células que contém material genético estruturado. Ao contrário do núcleo eucariótico, ele não é separado por uma membrana do restante do conteúdo celular e não tem forma permanente. Apesar disso, o aparato genético das bactérias é claramente separado do citoplasma.
O próprio termo significa "semelhante a um núcleo" ou "região nuclear". Essa estrutura foi descoberta pela primeira vez em 1890 pelo zoólogo Otto Buchli, mas suas diferenças em relação ao aparato genético dos eucariotos foram identificadas já no início da década de 1950, graças à tecnologia de microscopia eletrônica. O nome "nucleoide" corresponde ao conceito de "cromossomo bacteriano", se este último estiver contido em uma célula em uma única cópia.
Nucleoid não inclui plasmídeos quesão elementos extracromossômicos do genoma bacteriano.
Características do nucleóide bacteriano
Normalmente, o nucleoide ocupa a parte central da célula bacteriana e está orientado ao longo de seu eixo. O volume desta formação compacta não excede 0,5 mícron3, e o peso molecular varia de 1×109 a 3×109 d alton. Em certos pontos, o nucleóide é ligado à membrana celular.
O nucleoide bacteriano contém três componentes:
- DNA.
- Proteínas estruturais e reguladoras.
- RNA.
DNA tem uma organização cromossômica diferente da eucariótica. Na maioria das vezes, o nucleoide bacteriano contém um cromossomo ou várias cópias dele (com crescimento ativo, seu número chega a 8 ou mais). Este indicador varia de acordo com o tipo e estágio do ciclo de vida do microrganismo. Algumas bactérias têm vários cromossomos com diferentes conjuntos de genes.
No centro do DNA nucleoide está bem compactado. Esta zona é inacessível aos ribossomos, enzimas de replicação e transcrição. Ao contrário, as alças desoxirribonucléicas da região periférica do nucleoide estão em contato direto com o citoplasma e representam regiões ativas do genoma bacteriano.
A quantidade do componente proteico no nucleoide bacteriano não excede 10%, o que é cerca de 5 vezes menor do que na cromatina eucariótica. A maioria das proteínas está associada ao DNA e participa de sua estruturação. RNA é um produtotranscrição de genes bacterianos, que é realizada na periferia do nucleoide.
O aparato genético das bactérias é uma formação dinâmica capaz de mudar sua forma e conformação estrutural. F alta-lhe os nucléolos e o aparelho mitótico característicos do núcleo de uma célula eucariótica.
Cromossomo bacteriano
Na maioria dos casos, os cromossomos nucleoides bacterianos têm uma forma de anel fechado. Cromossomos lineares são muito menos comuns. De qualquer forma, essas estruturas consistem em uma única molécula de DNA, que contém um conjunto de genes necessários para a sobrevivência das bactérias.
O DNA cromossômico é completado na forma de alças superenroladas. O número de alças por cromossomo varia de 12 a 80. Cada cromossomo é um replicon completo, pois ao duplicar o DNA é copiado inteiramente. Esse processo sempre começa na origem de replicação (OriC), que está ligada à membrana plasmática.
O comprimento total de uma molécula de DNA em um cromossomo é várias ordens de grandeza maior que o tamanho de uma bactéria, então torna-se necessário empacotá-la, mas mantendo a atividade funcional.
Na cromatina eucariótica, essas tarefas são realizadas pelas principais proteínas - histonas. O nucleoide bacteriano contém proteínas de ligação ao DNA que são responsáveis pela organização estrutural do material genético e também afetam a expressão gênica e a replicação do DNA.
Proteínas associadas a nucleóides incluem:
- proteínas semelhantes a histonas HU, H-NS, FIS e IHF;
- topoisomerases;
- proteínas da família SMC.
Os 2 últimos grupos têm a maior influência no superenrolamento do material genético.
A neutralização das cargas negativas do DNA cromossômico é realizada por poliaminas e íons de magnésio.
O papel biológico do nucleóide
Em primeiro lugar, o nucleóide é necessário para que as bactérias armazenem e transmitam informações hereditárias, bem como para implementá-las ao nível da síntese celular. Em outras palavras, o papel biológico dessa formação é o mesmo do DNA.
Outras funções de nucleoides bacterianos incluem:
- localização e compactação de material genético;
- empacotamento de DNA funcional;
- regulação do metabolismo.
A estruturação do DNA não apenas permite que a molécula se encaixe em uma célula microscópica, mas também cria condições para o fluxo normal dos processos de replicação e transcrição.
As características da organização molecular do nucleoide criam condições para o controle do metabolismo celular alterando a conformação do DNA. A regulação ocorre através do looping de certas seções do cromossomo no citoplasma, o que as torna disponíveis para enzimas de transcrição, ou vice-versa, puxando-as para dentro.
Métodos de detecção
Existem 3 maneiras de detectar visualmente um nucleóide em bactérias:
- microscopia de luz;
- microscopia de contraste de fase;
- microscopia eletrônica.
Dependendo do métodoa preparação da preparação e o método de pesquisa, o nucleóide pode parecer diferente.
Microscopia de luz
Para detectar um nucleóide usando um microscópio de luz, as bactérias são coradas preliminarmente para que o nucleóide tenha uma cor diferente do restante do conteúdo celular, caso contrário essa estrutura não será visível. Também é obrigatório fixar as bactérias em uma lâmina de vidro (neste caso, os microrganismos morrem).
Através da lente de um microscópio de luz, o nucleóide parece uma formação em forma de feijão com limites claros, que ocupa a parte central da célula.
Métodos de coloração
Na maioria dos casos, os seguintes métodos de coloração para bactérias são usados para visualizar o nucleóide por microscopia de luz:
- de acordo com Romanovsky-Giemsa;
- Método de Felgen.
Ao colorir de acordo com Romanovsky-Giemsa, as bactérias são pré-fixadas em uma lâmina de vidro com álcool metílico e, em seguida, por 10 a 20 minutos, são impregnadas com um corante de uma mistura igual de azul, eonina e azul de metileno, dissolvido em metanol. Como resultado, o nucleóide torna-se roxo e o citoplasma torna-se rosa pálido. Antes da microscopia, o corante é drenado e a lâmina é lavada com destilado e seca.
O método de Feulgen usa hidrólise de ácido fraco. Como resultado, a desoxirribose liberada passa para a forma de aldeído e interage com o ácido fucsina-sulfúrico do reagente de Schiff. Como resultado, o nucleóide fica vermelho e o citoplasma fica azul.
Microscopia de contraste de fase
A microscopia de contraste de fase temresolução maior que a luz. Este método não requer fixação e coloração da preparação - a observação ocorre para bactérias vivas. O nucleoide nessas células parece uma área oval clara contra o fundo do citoplasma escuro. Um método mais eficaz pode ser feito pela aplicação de corantes fluorescentes.
Detecção de nucleóides com um microscópio eletrônico
Existem 2 maneiras de preparar uma preparação para exame de nucleoide sob um microscópio eletrônico:
- corte ultrafino;
- Corta bactérias congeladas.
Nas micrografias eletrônicas de uma seção ultrafina de uma bactéria, o nucleoide tem a aparência de uma estrutura de rede densa consistindo de filamentos finos, que parecem mais leves que o citoplasma circundante.
Em uma seção de uma bactéria congelada após imunocoloração, o nucleoide parece uma estrutura semelhante a um coral com um núcleo denso e saliências finas penetrando no citoplasma.
Nas fotografias eletrônicas, o nucleóide das bactérias ocupa na maioria das vezes a parte central da célula e tem um volume menor do que em uma célula viva. Isso se deve à exposição aos produtos químicos usados para fixar a preparação.
