Nucleoid ( ing. Nucleoid ) este o zonă cu formă neregulată din citoplasma unei celule procariote , în care se află ADN-ul genomic și proteinele sale asociate . Ponderea ADN-ului reprezintă aproximativ 60% din masa nucleoidului; pe lângă ADN, nucleoidul conține ARN și proteine [1] . Proteinele nucleoide care asigură organizarea spațială a ADN-ului genomic sunt numite proteine nucleoide sau proteine asociate cu nucleoizi; nu au nimic de-a face cu histonele care împachetează ADN-ul în eucariote . Spre deosebire de histonele, proteinele de legare la ADN nucleoidului nu formează nucleozomi și asigură compactarea ADN-ului genomic într-un mod diferit [2] . În ciuda formei amorfe, genele individuale sunt aranjate în ea într-o manieră ordonată [3] .
În cele mai multe cazuri, genomul unei bacterii este reprezentat de o moleculă circulară de ADN , care este numită și cromozom . De regulă, cromozomul bacterian are aproximativ 1 mm lungime , ocupă până la 20% din citoplasmă și are un volum de aproximativ 0,2 µm³ . Replicarea ADN-ului genomic începe de la locul de inițiere ( oriC ), de la care două furculițe de replicare se mișcă în direcții opuse și se întâlnesc la locul de terminare ( Ter ), unde cromozomii fiice legați sunt deschiși în continuare. Numărul de cromozomi dintr-o celulă bacteriană depinde nu numai de specie , ci și de faza de dezvoltare a populației . Bacteriile care au în mod constant mai mulți cromozomi includ Deinococcus radiodurans (de la 4 la 10 cromozomi), Borrelia hermsii (de la 8 la 16 cromozomi), Desulfovibrio gigas (de la 9 la 17 cromozomi), Azotobacter vinelandii (până la 80 de cromozomi). Celulele tinere conțin de obicei mai mulți cromozomi decât cele mai vechi. Uneori, cromozomii nu sunt doar copii ale ADN-ului genomic: în unele cazuri, genomul este distribuit între mai mulți cromozomi și elemente extracromozomiale inegale ( plasmide ). Astfel, Agrobacterium tumefaciens , Brucella melitensis și Rhodobacter sphaeroides au doi cromozomi diferiți, în timp ce Bacillus cereus , Leptospira interrogans și Rhizobium meliloti au una sau două megaplasmide în plus față de cromozomi, formate din 100-500 de mii de perechi . baze (p. o.) [4] .
O serie de bacterii au cromozomi atât circulari, cât și liniari, în timp ce unele au doar cromozomi liniari. De exemplu, agentul cauzal al bolii Lyme , Borrelia burgdorferi are un cromozom liniar . Plasmidele liniare sunt de asemenea cunoscute. În acest caz, rolul telomerilor poate fi îndeplinit fie prin ac de păr terminali monocatenare , fie prin proteine speciale atașate covalent la capetele unui cromozom liniar sau plasmidă; în unele cazuri, cromozomul liniar devine circular pe durata replicării [5] .
Mai multe proteine eterogene sunt responsabile pentru compactarea cromozomului bacterian, dintre care HU, H-NS și SMC sunt cele mai importante. Proteinele HU și H-NS sunt numite asemănătoare histonelor, interacțiunea lor cu ADN-ul depinde de secvența sa , de prezența acelor de păr și a curbelor în moleculă . Au fost identificate, de asemenea, proteine minore asemănătoare histonelor FIS și IHF, care, împreună cu HU și H-NS, nu numai că asigură organizarea spațială a ADN-ului genomic bacterian, dar afectează și replicarea, recombinarea și exprimarea genei . HU, împreună cu ADN-giraza , mediază supraînfăşurarea negativă a ADN-ului . H-NS compactează ADN-ul, îi afectează supraînfăşurarea, provoacă îndoituri în el, dar în cea mai mare parte este implicat în expresia genelor: până la 40 de gene sunt sub controlul său. Proteinele SMC sunt prezente în reprezentanții tuturor celor trei domenii ale vieții . Sunt omoloage miozinei , la eucariote joacă rolul de motoare în condensarea cromatinei [6] .
Astfel, se pot distinge următoarele niveluri de compactare a ADN-ului bacterian. Primul nivel este asigurat de proteinele asemănătoare histonelor HU și H-NS. Al doilea nivel - supercoiling negativ - este asigurat de proteinele SMC și topoizomeraze . În cele din urmă, cel mai înalt nivel de compactare este reprezentat de bucle (domenii) supercoilate independent în care este împărțit cromozomul bacterian. Fiecare domeniu conține aproximativ 10 mii bp [7] .
În arhee , nucleoizii compacti sunt localizați în centrul celulei, ca și în bacterii, și sunt orientați de-a lungul axei sale longitudinale. Numărul de cromozomi depinde de specie și de faza de dezvoltare a populației, în plus, în majoritatea cazurilor, celulele tinere conțin mai mulți cromozomi. Astfel, Methanocaldococcus jannaschii are de la unu la cinci cromozomi în faza de creștere staționară și 3–15 cromozomi în faza de creștere exponențială. Ca și bacteriile, arheile pot avea plasmide [8] .
În multe arhee, cum ar fi euryarheotes , nivelul inferior de compactare a ADN-ului este asigurat de proteine omoloage histonelor eucariote. Histonele arheale sunt mai mici decât histonele eucariote și au o regiune N-terminală scurtată , astfel încât interacționează cu ADN-ul într-un mod ușor diferit. Nucleozomii arheali nu au o structură octamerică din cauza absenței histonelor H2A și H2B , dar sunt asemănători cu un tetrazom ( H3 / H4 ) 2 . Krenarheotele termofile și hipertermofile nu au histone, dar au proteine care leagă ADN-ul non-histone. De exemplu, unul dintre ele, Sul7D, interacționează cu șanțul minor ADN și îl protejează de denaturarea termică [9] .
Spre deosebire de bacterii, ADN-ul genomic arheal este caracterizat prin supraînfăşurare pozitivă, despre care se crede că stabilizează ADN-ul la speciile extremofile . Suprabobinarea pozitivă este asigurată de așa-numita girază „inversă” [10] .