Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

6.4: Відділ прокаріотичних клітин

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    489

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Прокаріоти, такі як бактерії, розмножуються бінарним поділом. Для одноклітинних організмів поділ клітин є єдиним методом отримання нових особин. Як у прокаріотичних, так і у еукаріотичних клітин результатом розмноження клітин є пара дочірніх клітин, генетично ідентичних материнській клітині. У одноклітинних організмів дочірніми клітинами є особини.

    Для досягнення результату однакових дочірніх клітин необхідні деякі кроки. Геномна ДНК повинна бути реплікована, а потім виділена в дочірні клітини; цитоплазматичний вміст також повинен бути розділений, щоб дати обом новим клітинам механізм для підтримки життя. У бактеріальних клітин геном складається з єдиної кругової ДНК хромосоми, тому процес поділу клітин спрощується. Мітоз непотрібний, оскільки немає ядра або декількох хромосом. Такий тип поділу клітин називається бінарним поділом.

    Бінарне ділення

    Клітинний процес поділу прокаріотів, званий бінарним поділом, є менш складним і набагато швидшим процесом, ніж поділ клітин у еукаріотів. Через швидкість поділу бактеріальних клітин популяції бактерій можуть рости дуже швидко. Єдина кругова ДНК хромосома бактерій не укладена в ядро, а замість цього займає певне місце, нуклеїд, всередині клітини. Як і в еукаріотах, ДНК нуклеоїду пов'язана з білками, які допомагають упакувати молекулу в компактні розміри. Однак пакувальні білки бактерій пов'язані з деякими білками, що беруть участь у хромосомному ущільненні еукаріотів.

    Початкова точка реплікації, походження, близька до місця зв'язування хромосоми з плазматичною мембраною (рис. \(\PageIndex{1}\)). Реплікація ДНК є двонаправленою - відходить від походження на обох нитках петлі ДНК одночасно. У міру формування нових подвійних ниток кожна точка початку відходить від прикріплення клітинної стінки до протилежних кінців клітини. У міру подовження клітини зростаюча мембрана допомагає транспортувати хромосом. Після того як хромосоми очистили середину витягнутої клітини, починається відділення цитоплазми. Між нуклеоїдами утворюється перегородка від периферії до центру клітини. Коли нові клітинні стінки на місці, дочірні клітини відокремлюються.

    На цій ілюстрації показано бінарне ділення у прокаріотів. Реплікація одиночної, кругової хромосоми починається при зародженні реплікації і триває одночасно в обох напрямках. У міру реплікації ДНК клітина подовжується, а білки FtSz мігрують до центру клітини, де вони утворюють кільце. Кільце FtSz направляє утворення перегородки, яка ділить клітину на два після завершення реплікації ДНК.
    Малюнок \(\PageIndex{1}\): Бінарне ділення бактерії окреслено в п'ять етапів. (кредит: модифікація роботи «Макстротера» /Wikimedia Commons)

    ЕВОЛЮЦІЯ В ДІЇ: апарат мітотичного веретен

    Точні терміни і формування мітотичного веретена мають вирішальне значення для успіху поділу еукаріотичних клітин. Прокаріотичні клітини, навпаки, не зазнають мітозу і тому не потребують мітотичного веретена. Однак білок FtSz, який відіграє таку життєво важливу роль в прокаріотичному цитокінезі, структурно і функціонально дуже схожий на тубулін - будівельний блок мікротрубочок, що складають необхідні для еукаріотів волокна мітотичного веретена. Освіта кільця, що складається з повторюваних одиниць білка під назвою FtSz, спрямовує перегородку між нуклеоїдами в прокаріотах. Формування кільця FtSz запускає накопичення інших білків, які працюють разом для набору нових мембранних і клітинно-стінових матеріалів на місце. Білки FtSz можуть утворювати нитки, кільця та інші тривимірні структури, що нагадують те, як тубулін утворює мікротрубочки, центриоли та різні компоненти цитоскелета. Крім того, і ФТСЗ, і тубулін використовують одне і те ж джерело енергії - GTP (гуанозинтрифосфат), щоб швидко збирати і розбирати складні конструкції.

    ФТСЗ і тубулін є прикладом гомології, структур, отриманих від одних і тих же еволюційних витоків. У цьому прикладі вважається, що FtSz схожий на білок предка як до сучасного ФТСЗ, так і до тубуліну. Хоча обидва білки знаходяться в існуючих організмах, функція тубуліну еволюціонувала і надзвичайно диверсифікувалася з моменту еволюції від його FTSZ-подібного прокаріотичного походження. Дослідження механізмів клітинного поділу в сучасних одноклітинних еукаріотах виявляє вирішальні посередницькі кроки до складного мітотичного механізму багатоклітинних еукаріотів (табл. \(\PageIndex{1}\)).

    Таблиця \(\PageIndex{1}\): Еволюція мітотичного шпинделя
      Структура генетичного матеріалу Відділ ядерного матеріалу Поділ дочірніх клітин
    Прокаріоти Ядра немає. Єдина кругова хромосома існує в області цитоплазми, яка називається нуклеоїдом. Відбувається за допомогою бінарного поділу. У міру реплікації хромосоми дві копії переміщаються до протилежних кінців клітини невідомим механізмом. Білки ФТСЗ збираються в кільце, яке щипає клітку надвоє.
    Деякі протисти Лінійні хромосоми існують в ядрі. Хромосоми прикріплюються до ядерної оболонці, яка залишається неушкодженою. Мітотичний веретено проходить через оболонку і подовжує клітку. Ніяких центриолей не існує. Мікрофіламенти утворюють розщеплену борозну, яка щипає клітку надвоє.
    Інші протисти Лінійні хромосоми існують в ядрі. З центриолей утворюється мітотичний веретено і проходить через ядерну мембрану, яка залишається неушкодженою. Хромосоми прикріплюються до мітотичного веретена. Мітотичний веретено розділяє хромосоми і подовжує клітку. Мікрофіламенти утворюють розщеплену борозну, яка щипає клітку надвоє.
    Клітини тварин Лінійні хромосоми існують в ядрі. З центриолей утворюється мітотичний веретено. Ядерна оболонка розчиняється. Хромосоми прикріплюються до мітотичного веретена, який їх розділяє і подовжує клітку. Мікрофіламенти утворюють розщеплену борозну, яка щипає клітку надвоє.

    Резюме

    Як при прокаріотичному, так і в еукаріотичному розподілі клітин геномна ДНК реплікується і кожна копія виділяється в дочірню клітину. Цитоплазматическое вміст також рівномірно ділиться на нові клітини. Однак існує безліч відмінностей між прокаріотичним і еукаріотичним поділом клітин. Бактерії мають єдину кругову ДНК хромосому і немає ядра. Тому мітоз не потрібен при поділі бактеріальних клітин. Бактеріальний цитокинез спрямований кільцем, що складається з білка під назвою FtSz. Вростання мембранного та клітинно-стінкового матеріалу з периферії клітин призводить до утворення перегородки, яка з часом утворює окремі клітинні стінки дочірніх клітин.

    Глосарій

    бінарне ділення
    процес поділу прокаріотичних клітин
    ФЦЗ
    тубуліноподібний білковий компонент прокаріотичного цитоскелету, що має важливе значення при прокаріотичному цитокінезі (назва походження: Filamenting temperature-sчутливий мутант Z)
    походження
    область прокаріотичної хромосоми, при якій починається реплікація
    перегородка
    стінка, утворена між бактеріальними дочірніми клітинами як попередник поділу клітин

    Автори та атрибуції