Binārā dalīšanās — DNS replikācija un meitasšūnu veidošanās baktērijās

Binārā dalīšanās: detalizēts skaidrojums par DNS replikāciju un meitasšūnu veidošanos baktērijās — process, etapi un nozīme mikrobioloģijā.

Autors: Leandro Alegsa

Bināra dalīšanās ("dalīšanās uz pusēm") ir bezdzimuma vairošanās veids, kas ir visizplatītākais vairošanās veids prokariotos, piemēram, baktērijās. To redz arī dažās vienšūnu eikariontos, piemēram, amebās un paramoēcijās. Binārajā dalīšanās procesā DNS replikācija un hromosomu segregācija parasti notiek koordinēti, ļaujot vienai mātesšūnai radīt divas meitasšūnas.

Procesa galvenie posmi

Vienkāršoti binārā dalīšanās posmi baktērijās ir šādi:

  • DNS replikācija — šūna nokopē savu ģenētisko materiālu. Prokariotos replikācija parasti sākas konkrētā vietā, ko sauc par ori (oriC), un norisinās divos virzienos līdz termiņa reģionam.
  • Hromosomu segregācija un šūnas pagarināšanās — pēc replikācijas katra DNS kopija pārvietojas uz pretējām šūnas pusēm, kam bieži palīdz šūnas augšana un speciāli mehānismi (piemēram, plasmīdu sadale var izmantot Par sistēmas).
  • Septuma (pāršķeļošana) iniciācija — šūnas vidū veidojas īpaša proteīnu gredzena struktūra (piem., FtsZ veidots "Z‑gredzens"), kas nosaka, kur veidosies jaunā šūnas siena un membrāna.
  • Citoķineze — tiek uzbūvēts septums (sienas un membrānas ieplakums), kas pilnībā sadala mātesšūnu divās atsevišķās meitasšūnās.
  • Pēcdalīšanās — jaunās meitasšūnas "noslēdzas", DNS tiek noraksturots un ribosomas/plazmīdi tiek sadalīti; šūnas var uzreiz atsākt augšanu un jaunu dalīšanos.

Šūnu sadalīšanās molekulārie mehānismi

Atsevišķi proteīni un mehānismi regulē precīzu dalīšanās vietu un laiku. Piemēram, FtsZ proteīns veido Z‑gredzenu, kas piesaista citus sadalīšanās komponentus (divisome). E. coli līdzīgās baktērijās darbojas arī Min sistēma, kas palīdz novirzīt Z‑gredzenu uz šūnas vidu, un tā sauktā nucleoid occlusion ietekmē, lai neizveidotos septums virs nemetielētās nukleoidmasas.

Īpatnības un variācijas

  • Daudzas baktērijas dalašanos veic simetriski, taču ir arī asimetriskas dalīšanās piemēri (piem., Caulobacter crescentus), kur meitasšūnas atšķiras pēc formas un funkcijas.
  • Plasmīdi — mazas, bieži spirālveida DNS molekulas — var replikēties neatkarīgi un tikt sadalītas aktīvi, izmantojot īpašas partīcijas sistēmas.
  • Dažās eikariotiskajās šūnās (vienšūņos) binārā dalīšanās var izskatīties līdzīgi, taču sarežģītāki mehānismi un kompartmentācija padara procesu vairāk pakārtotu mitozei. Par eikariotu dalīšanos skatiet arī mitozi.
  • Organelli, piemēram, mitohondriji un hloroplasti, arī pavairojas ar līdzīgiem dalīšanās mehānismiem (binary fission tipa), bet tās kontrolē gan organella iekšējais DNS, gan šūnas signāli.

Binary fission in a prokaryote 1. The bacterium before binary fission is when the DNA is tightly coiled. 2. The DNA of the bacterium has replicated. 3. The DNA is pulled to the separate poles of the bacterium as it increases size to prepare for splitting. 4. The growth of a new cell wall begins to separate the bacterium. 5. The new cell wall fully develops, resulting in the complete split of the bacterium. 6. The new daughter cells have tightly coiled DNA, ribosomes, and plasmids.

Rezultāts un nozīme

Pēc binārās dalīšanās rodas divas meitasšūnas, kuras parasti ir ģenētiski identiskas mātesšūnai, ja vien replikācijas laikā neparādās mutācija). Ātri notiekoša binārā dalīšanās ļauj baktēriju populācijām augt eksponenciāli; ideālos apstākļos populācijas lielumu var aprēķināt ar formulu N = N0 × 2^n (kur N0 ir sākotnējais šūnu skaits, n — dalīšanās reižu skaits).

Praktiskas implikācijas

Binārā dalīšanās ir pamats baktēriju straujai izplatībai infekciju gadījumos, pārtikas bojāšanai un rūpnieciskajai mikrobioloģijai. Izpratne par dalīšanās mehānismiem (piem., FtsZ inhibēšana) ir svarīga arī jaunu antibiotiku un biotehnoloģiju attīstībā. Vidē, barības vielu pieejamība, temperatūra, pH un citi stresa faktori ietekmē dalīšanās ātrumu un šūnu dzīves ciklu.

Būtībā procesā šūna nokopē savu DNS un pēc tam sadalās pa vidu, izveidojot divas meitas šūnas — tomēr reālais molekulārais un strukturālais pamatojums ir daudz niansētāks un regulēts ar virkni proteīnu un šūnas mehānismu.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir binārā skaldīšanās?


A: Bināra dalīšanās ir aseksuālas vairošanās veids, kad viena mātes šūna sadalās divās meitas šūnās ar identisku ģenētisko materiālu.

J: Kādi organismi izmanto bināro dalīšanos vairošanās procesā?


A: Bināro dalīšanos visbiežāk izmanto prokarioti, piemēram, baktērijas, un daži vienšūnas eikarioti, piemēram, ameba un paramoecijs.

J: Kā darbojas binārais dalījums?


A: Binārajā dalīšanās procesā pilnībā izaugusi mātesšūna replicē savu ģenētisko materiālu un pēc tam sadalās divās vienāda lieluma meitas šūnās. DNS molekula sadalās un veido divas molekulas, kas pārvietojas uz baktērijas pretējām pusēm, bet šūnas membrāna arī sadalās, veidojot divas meitas šūnas. Pēc dalīšanās jaunās šūnas aug, un process atkārtojas.

Vai mitozi var salīdzināt ar bināro dalīšanos?


A: Lai gan abos procesos viena šūna sadalās divās, mitozes process ir sarežģītāks nekā binārais dalīšanās process, jo tas notiek eikariotu audu šūnās.

J: Vai binārajā dalīšanās procesā replikācijas laikā ir iespējamas mutācijas?


A: Jā, replikācijas laikā binārajā dalīšanās procesā var rasties mutācijas, kuru rezultātā iegūtās meitas šūnas ģenētiski atšķiras viena no otras.

Vai visi organismi izmanto bināro dalīšanos vairošanās procesā?


A: Nē, ne visi organismi vairošanās procesā izmanto bināro sintēzi; daži organismi vairojas, izmantojot dzimumdzīvi vai citus aseksuālas vairošanās veidus, piemēram, pumpuru veidošanos vai fragmentāciju.


Meklēt
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3