Zaujímavý

Bakteriálna reprodukcia a binárne štiepenie

Bakteriálna reprodukcia a binárne štiepenie

Baktérie sú prokaryotické organizmy, ktoré sa rozmnožujú asexuálne. Bakteriálna reprodukcia sa najčastejšie vyskytuje prostredníctvom druhu bunkového delenia nazývaného binárne štiepenie. Binárne štiepenie zahŕňa rozdelenie jednej bunky, čo vedie k vytvoreniu dvoch geneticky identických buniek. Aby sme pochopili proces binárneho štiepenia, je užitočné pochopiť štruktúru bakteriálnych buniek.

Kľúčové jedlá

  • Binárne štiepenie je proces, pri ktorom sa jedna bunka delí za vzniku dvoch navzájom geneticky identických buniek.
  • Existujú tri bežné tvary bakteriálnych buniek: tyčinkovitý, sférický a špirálový.
  • Bežné bakteriálne bunkové komponenty zahŕňajú: bunkovú stenu, bunkovú membránu, cytoplazmu, bičíkovicu, nukleoidnú oblasť, plazmidy, ako aj ribozómy.
  • Binárne štiepenie ako prostriedok rozmnožovania má množstvo výhod, medzi ktoré patrí predovšetkým schopnosť reprodukcie vo veľkom počte veľmi rýchlym tempom.
  • Pretože binárne štiepenie produkuje identické bunky, môžu sa baktérie geneticky meniť pomocou rekombinácie, ktorá zahŕňa prenos génov medzi bunkami.

Bakteriálna bunková štruktúra

Baktérie majú rôzne tvary buniek. Najbežnejšie tvary buniek baktérií sú sférické, tyčinkovité a špirálové. Bakteriálne bunky typicky obsahujú nasledujúce štruktúry: bunkovú stenu, bunkovú membránu, cytoplazmu, ribozómy, plazmidy, bičíky a oblasť nukleoidov.

  • Bunková stena: Vonkajší obal bunky, ktorý chráni bakteriálnu bunku a dáva jej tvar.
  • cytoplazma: Gélová látka zložená hlavne z vody, ktorá obsahuje aj enzýmy, soli, bunkové zložky a rôzne organické molekuly.
  • Bunková membrána alebo plazmatická membrána: Obklopuje cytoplazmu bunky a reguluje tok látok dovnútra a von z bunky.
  • bičíky: Dlhý, bičovitý výčnelok, ktorý pomáha pri bunkovej lokomócii.
  • ribozómy: Bunkové štruktúry zodpovedné za produkciu proteínov.
  • plazmidy: Génové kruhové štruktúry DNA, ktoré sa nezúčastňujú reprodukcie.
  • Nukleoidná oblasť: Oblasť cytoplazmy, ktorá obsahuje jednu molekulu bakteriálnej DNA.

Binárne delenie

Toto je farebný transmisný elektrónový mikrograf (TEM) baktérie E. coli v skorých štádiách binárneho štiepenia. Kredit: CNRI / Getty Images

Väčšina baktérií vrátane Salmonella a E.coli, reprodukované binárnym štiepením. Počas tohto typu asexuálnej reprodukcie sa jedna molekula DNA replikuje a obe kópie sa v rôznych bodoch pripájajú k bunkovej membráne. Keď bunka začína rásť a predlžovať sa, zväčšuje sa vzdialenosť medzi dvoma molekulami DNA. Akonáhle baktéria zdvojnásobí svoju pôvodnú veľkosť, bunková membrána sa začne štiepiť dovnútra v strede. Nakoniec sa vytvorí bunková stena, ktorá oddeľuje dve molekuly DNA a rozdeľuje pôvodnú bunku na dve identické dcérske bunky.

Tento obrázok zobrazuje baktérie exponenciálne rastúce v Petriho miske. Jedna kolónia môže obsahovať bilióny baktérií. Wladimir Bulgaria / Science Photo Library / Getty Images

S binárnym štiepením sa spája množstvo výhod. Jedna baktéria je schopná rýchlo sa rozmnožovať vo veľkom počte. Za optimálnych podmienok môžu niektoré baktérie zdvojnásobiť počet svojich obyvateľov v priebehu niekoľkých minút alebo hodín. Ďalšou výhodou je to, že nie je čas zbytočne hľadať partnera, pretože reprodukcia je nepohlavná. Okrem toho sú dcérske bunky, ktoré sú výsledkom binárneho štiepenia, identické s pôvodnou bunkou. To znamená, že sa dobre hodia na život vo svojom prostredí.

Bakteriálna rekombinácia

Binárne štiepenie predstavuje účinný spôsob rozmnožovania baktérií, nie je to však bez problémov. Pretože bunky produkované týmto typom reprodukcie sú identické, všetky sú citlivé na rovnaké typy hrozieb, ako sú zmeny životného prostredia a antibiotiká. Tieto riziká môžu zničiť celú kolóniu. Aby sa zabránilo takýmto nebezpečenstvám, môžu sa baktérie rekombináciou geneticky meniť. Rekombinácia zahŕňa prenos génov medzi bunkami. Bakteriálna rekombinácia sa uskutočňuje konjugáciou, transformáciou alebo transdukciou.

Časovanie

Niektoré baktérie sú schopné prenášať kúsky svojich génov na iné baktérie, s ktorými prichádzajú do styku. Počas konjugácie sa jedna baktéria spojí s druhou prostredníctvom štruktúry proteínovej trubice nazývanej a pilus, Gény sa touto skúmavkou prenášajú z jednej baktérie na druhú.

Premena

Niektoré baktérie sú schopné absorbovať DNA zo svojho prostredia. Tieto zvyšky DNA najčastejšie pochádzajú z mŕtvych bakteriálnych buniek. Počas transformácie baktéria viaže DNA a transportuje ju cez membránu bakteriálnych buniek. Nová DNA sa potom včlení do DNA bakteriálnych buniek.

Transdukcia

Transdukcia je typ rekombinácie, ktorá zahŕňa výmenu bakteriálnej DNA prostredníctvom bakteriofágov. Bakteriofágy sú vírusy, ktoré infikujú baktérie. Existujú dva typy transdukcie: všeobecná a špecializovaná transdukcia.

Keď sa bakteriofág naviaže na baktériu, vloží do baktérie svoj genóm. Vírusový genóm, enzýmy a vírusové komponenty sa potom replikujú a zostavia v hostiteľskej baktérii. Po vytvorení nové bakteriofágy lyžujú alebo štiepia baktériu a uvoľňujú replikované vírusy. Počas procesu zostavovania však môže byť časť bakteriálnej DNA hostiteľa obalená vo vírusovom kapside namiesto vírusového genómu. Keď tento bakteriofág infikuje ďalšiu baktériu, vstrekne fragment DNA z predtým infikovanej baktérie. Tento fragment DNA sa potom vloží do DNA novej baktérie. Tento typ transdukcie sa nazýva všeobecná transdukcia.

Pri špecializovanej transdukcii sa fragmenty DNA hostiteľskej baktérie začleňujú do vírusových genómov nových bakteriofágov. Fragmenty DNA sa potom môžu preniesť na akékoľvek nové baktérie, ktoré tieto bakteriofágy infikujú.

Zdroje

  • Reece, Jane B. a Neil A. Campbell. Campbell Biology, Benjamin Cummings, 2011.