Nośnikiem informacji genetycznej wirusów, organizmów prokariotycznych i eukariotycznych są kwasy nukleinowe. U większości form geny występują w postaci fragmentów DNA, natomiast u niektórych wirusów jest to RNA. Budowa i zasada działania materiału genetycznego jest identyczna u wszystkich form. Całość materiału genetycznego danej komórki, czy cząsteczki wirusa, określamy jako genomgenomgenom.

RtegwaPELMdXQ1

Zdjęcia przedstawia wirusy w przybliżeniu mikroskopu. Mają one pałeczkowaty kształt. Niektóre z nich są częściowo skręcone.

Wirusy to małe cząstki zakaźne o stosunkowo prostej budowie. Nie są organizmami, nie wykazują czynności życiowych, nie posiadają własnego metabolizmu − ich namnażanie się jest ściśle zależne od komórek gospodarza, u którego wywołują infekcję wirusową, a nośnikiem ich informacji genetycznej są kwasy nukleinowe. Genom wirusów obejmuje cząsteczkę DNA lub RNA (u niektórych wirusów może występować kilka nici kwasu nukleinowego), która jest kolista lub liniowa. Umieszczone są w nim geny konieczne do produkcji cząstek potomnych wirusa oraz syntezy enzymów, warunkujących odtworzenie białkowego kapsydu (nie ma genów warunkujących metabolizm). Cały genom obejmuje tylko kilka do kilkunastych genów.

Genom organizmów prokariotycznych jest bardziej skomplikowany. Bakterie posiadają chromosom bakteryjny (nukleoid), w postaci kolistej lub liniowej, podwójnej helisy DNA, zanurzonej bezpośrednio w cytozolu. Znane są również gatunki bakterii, które posiadają więcej chromosomów. Ponadto chromosom może występować w jednej lub kilku kopiach − zlokalizowane są w nim  geny niezbędne dla życia i funkcjonowania mikroorganizmu. Wiele komórek bakterii posiada dodatkowo małe, koliste cząsteczki DNA, tzw. plazmidy, w których umieszczone są geny warunkujące cechy przystosowawcze do środowiska, np. oporność na antybiotyki.

Budowa genomu organizmów prokariotycznych jest bardzo zwarta − znajdują się tu głównie odcinki kodujące białka, występujące jeden za drugim. Każdy gen składa się wyłącznie w sekwencji kodujących. Wielkość genomu prokariotów jest różna − u archeonówarcheonyarcheonów jego rozmiar waha się w przedziale od 0,49 MpzMpzMpz do 5,75 Mpz, natomiast u bakterii wynosi od 0,2 Mpz do nawet 13 Mpz (średnia wielkość mieści się w zakresie 2–5 Mpz).

Ciekawostka

Niektóre bakterie posiadają zdolność modyfikowania swojego genomu za pomocą procesów koniugacji, transformacji i transdukcji. W trakcie tych procesów pobierają DNA, zawierające korzystne dla nich geny i włączają je do swojego genomu − dzięki temu szybciej adaptują się do zmieniających się warunków środowiska − zdolności tej nie posiadają nawet organizmy eukariotyczne! W trakcie koniugacji komórki przekazują sobie plazmidy bezpośrednio z komórki do komórki. Transformacja to pobieranie fragmentów DNA oraz plazmidów ze środowiska, natomiast w trakcie transdukcji − przekazywanie fragmentów DNA między bakteriami odbywa się za pomocą bakteriofagów.

RKyGk5rLZo6Jy

Ilustracja przedstawia schemat procesu koniugacji. Komórka dawcy zawiera luźno zawieszone w jej wnętrzu DNA chromosomalne oraz kulisty plazmid. W jej strukturze możemy również wyróżnić pilę koniugacyjną, czyli pustą w środku strukturę przypominającą kształtem słomkę. Komórka biorcy posiada w sobie wyłącznie chromosomalne DNA. Następnie dochodzi do replikacji plazmidu w komórce dawcy. Przy pomocy pili koniugacyjnej zreplikowana informacja genetyczna przekazywana jest do komórki biorcy. Po zakończeniu procesu bakterie rozłączają się. Komórka dawcy posiada te same struktury co przed rozpoczęciem procesu koniugacji, natomiast komórka biorcy posiada dodatkową informację genetyczną w postaci plazmidu przekazana mu przez komórkę dawcy.

Organizmy eukariotyczne mają najbardziej skomplikowany genom − materiał genetyczny zlokalizowany jest w jądrze komórkowym. Każdy gatunek posiada określoną liczbę cząsteczek DNA (chromosomów), które występują w dwóch kopiach, dziedziczonych po rodzicach. U roślin liczba kopii może być większa (zjawisko poliploidalności). Liczba chromosomów jest charakterystyczna dla danego gatunku i tworzy tzw. kariotyp. W DNA eukariotów występuje bardzo wiele sekwencji niezawierających żadnych genów, tzw. sekwencji pozagenowych. U człowieka jest to praktycznie 70 proc. − tylko 30 proc. DNA stanowią geny. Ponadto, w obrębie struktury genów występują odcinki niekodujące, tzw. introny. Szacuje się , że w genomie człowieka sekwencje kodujące białka zajmują tylko ok 1,5 proc. DNA jądrowego! A przecież w skład genomu wchodzi jeszcze DNA mitochondrialne, a w przypadku roślin również to zawarte w chloroplastach! Wielkość genomu człowieka w komórce haploidalnej wynosi 3 miliardy par zasad, a całkowita długość DNA każdej komórki to ok. 2 m!

Nośnikiem informacji genetycznej u wszystkich form są kwasy nukleinowe, ale stopień komplikacji genomów jest różny − najprostszy genom posiadają wirusy, a najbardziej skomplikowany organizmy eukariotyczne. Można stwierdzić, że stopień złożoności genomu wzrasta, wraz z rozwojem poszczególnych form życia.

Słownik