Replikace bakteriální DNA: 3 důležité pojmy

Obsah

• Jak se replikace bakteriální DNA liší od eukaryotické replikace DNA?
• Kde dochází k replikaci DNA v bakteriích?
• Jak se bakteriální buňky dělí a reprodukují?
• Jaký je základní rozdíl mezi bakteriální genomovou DNA a plazmidovou DNA?

Jak se replikace bakteriální DNA liší od eukaryotické replikace DNA?

Kontrastní rysy mezi bakteriemi Kroky replikace DNA (prokaryotický) a eukaryotický replikace DNA procesy jsou primárně identifikovány s rozdílem ve složitosti a velikosti DNA a buňky.

V prokaryotických buňkách existuje jen jedno výchozí místo pro to, aby se replikační proces odehrával ve dvou protikladných nadpisech současně a v buněčné cytoplazmě, na rozdíl od eukaryotických buněk, které mají četné oblasti původu replikace a využívají jednosměrnou replikaci uvnitř nukleoplasmy.

Replikace prokaryotické DNA	Eukaryotická replikace DNA
Místo replikace je cytoplazma	Místo replikace je Nucleus
Původ replikace: Single	Původ replikace: Vícenásobný
DNA gyráza: Povinné	DNA gyráza: Nevyžaduje se
Replikace probíhá velmi rychle (obvykle do 20 minut)	Proces replikace trvá mnohem déle
Vytvářejí se velmi dlouhé (1–2 kilové páry bází) fragmenty Okazaki	Fragmenty Okazaki jsou velmi krátké
Telomery nejsou replikovány, protože prokaryotická DNA je kruhová	Telomery jsou přítomny a replikují se, protože eukaryotická DNA není kruhová

Další důležité skutečnosti související s procesem replikace:

• Ve srovnání s prokaryoty mají eukaryoty 25krát více obsahu DNA.
• Eukaryotické buňky mají obecně dvojnásobný počet DNA polymerázy ve srovnání s prokaryotickými buňkami (normálně má dvě DNA polymerázy) Replikace navíc probíhá mnohem rychleji v prokaryotických buňkách ve srovnání s eukaryoty. Obvykle vyžadují pouhých 40 minut, zatímco lidé mohou potřebovat až 400 hodin.
• Eukaryoty mají také zvláštní interakci pro replikaci telomer na jejich chromozómuzávěry (konec). Zatímco prokaryoty mají kruhové chromozomy, není tedy přítomna žádná telomera.
• Krátká replikace v prokaryotech se děje trvale, ale v eukaryotických buňkách replikace DNA během buněčný cyklus přesněji v syntetice (S-fáze).

Kde dochází k replikaci DNA v bakteriích?

Proces replikace bakteriální DNA probíhá v cytoplazmě.

„Buněčný cyklus“ bakterie začíná zahájením replikace na počátku jediné replikace. Replikace vyžaduje spoléhání se na délku chromozomu, po které následuje nějaký čas, než je rozdělení dokončeno.

Jiné důležité fakta o růstu bakterií a replikaci DNA:

• Mikroorganismy rostou celkově za dvou jedinečných podmínek, buď za omezeného přísunu živin. To je zmiňováno jako statický mikrobiální růst (bez přírůstku populace) nebo v hojném zásobování živinami, kde růst populace (populace) je rychlý a implikovaný jako logaritmický mikrobiální růst.

• To se stává, když jsou bakteriální kultury hustší nebo některé různé proměnné odolávají růstu populace.

Replikace DNA v bakterii během fáze log probíhá nepřetržitě. Toto je základní předpoklad závislý na doprovodných čtyřech základních skutečnostech:

• Genom E. coli je dlouhý asi 4.5 milionu párů bází.

• Rychlost replikace se pohybuje kolem 1000 XNUMX bází/s.

• Dokončení replikace trvá 15 minut

• V genomu existuje pouze jeden replikační počátek.

Duplikace 4.5 milionu bází bakterie bude vyžadovat 4.500 75 sekund nebo 1000 minut (pokud je rychlost replikace XNUMX XNUMX bp/s). Replikace DNA, a to i při pomalé rychlosti duplikace, bude trvat asi hodinu Proces replikace DNA je nepřetržitý.

Nyní vyvstává otázka, jak by mohla bakterie E.coli kopírovat svou DNA do 75 minut?

• Vysvětlení je, že počátek replikace začíná před dokončením replikace chromozomu. Pokud náhoda začne ori každých 15 minut, když je primární replikace dokončena po 75 minutách, bude chromozom obsahovat další extra replikační vidlice.

• V důsledku toho v mikroskopických organismech není nic velmi podobného „buněčnému cyklu“ jako v eukaryotických buňkách. Navíc se nezmíníme o mitóze týkající se jaderných buněk, ale buněčného dělení. Reprodukce je navíc termín, který se v mikrobiální vědě často nepoužívá.

Jak se bakteriální buňky dělí a reprodukují?

Binární štěpení je druh reprodukčního procesu, kterým většina mikroorganismů znásobuje svůj počet.

Bakterie se rozdělí na dvě dceřiné buňky. Fenomén binárního štěpení začíná replikací DNA bakterie. Bakteriální buňka se nejprve prodlouží a poté vzniknou dvě dceřiné buňky rozdělením obsahu DNA v rodičovské buňce. Každá dceřiná buňka je klonem rodičovské buňky.

Binární štěpení a jiné formy reprodukce v bakteriích:

Binární dělení

Většina mikroskopických organismů je při reprodukci závislá na binárním štěpení. Je to základní forma reprodukce:

• Buňka roste ve velikosti (většinu času zdvojnásobuje svou původní velikost) a poté se rozdělí na dvě části.
• Každá dceřiná buňka představuje kompletní repliku svého základního dědičného materiálu (genomu).

Dělení bakteriálních buněk je analyzováno v mnoha výzkumných výzkumných centrech po celém světě. Tato vyšetření odhalují genetické mechanismy, které řídí dělení bakteriálních buněk - porozumění mechanice tohoto cyklu a zvažování výroby nových látek nebo antibiotik, které se výslovně zaměřují na dělení bakteriálních buněk.

Některé neobvyklé formy reprodukce u bakterií:

• Existují mikrobi, kteří ke množení využívají neobvyklé formy buněčného dělení.
• Mikrobi rostou více než dvojnásobně oproti své původní velikosti buněk a poté využívají následné dělení k vytvoření více dceřiných buněk.
• Některé druhy bakterií se množí procesem pučení.
• Jiní tvoří strukturu (vnitřní), která se tvoří uvnitř cytoplazmy obří „mateřské buňky“.
• Existuje několik příkladů těchto překvapivých typů bakteriálních reprodukčních procesů.

Produkce baeocytů v sinici Stanieria

Výroba baeocytů probíhá v následujících krocích:

• Stanieria nikdy nepřijímá proces binárního štěpení pro násobení. Začíná jako malá sférická buňka o šířce zhruba 1 až 2 μm. Tato buňka je zmiňována jako baeocyt (což znamená „malá buňka“).
• Baeocyt začne růst a nakonec vytvoří vegetativní buňku o velikosti až 30 μm. Jak se vyvíjí, buněčná DNA se znovu a znovu duplikuje a buňka vytváří hustou extracelulární matrix.
• Vegetativní buňka se nakonec změní na užitečnou fázi, kdy prochází rychlou progresí cytoplazmatických dělení a dodává více baeocytů.
• Extracelulární struktura se na konci trhá a uvolňuje baeocyty. Různí jedinci z Pleurocapsales (Řád sinic) používají při svém šíření překvapivé příklady rozdělení.

Pučení v bakteriích

• Pučení bylo pozorováno u jedinců z firem Firmicutes, Cyanobacteria, Planctomycetes (aka grampozitivní bakterie s nízkým G+C) a proteobakterií prostatecate.
• Přestože mechanismus pučení byl rozsáhle studován u kvasinek (Saccharomyces cerevisiae), což je eukaryotický systém, mechanismus vývoje pupenů je stále ve výzkumu a zkoumání.

Intracelulární produkce potomstva některými Firmicutes

• Metabacterium polyspora, Epulopiscium species a Segmented Filamentous Bacteria (SFB) strukturují mnoho intracelulárních potomků.
• U některých mikrobů se tento cyklus jeví jako nejlepší způsob rozmnožování. Intracelulární růst potomků v těchto mikroskopických organizmech uděluje podobnosti s vývojem endospóry u Bacillus subtilis. 

U obřích druhů Epulopiscium tento mimořádný regenerační systém začíná nerovným dělením buněk. Spíše než nastavovat prstenec FtsZ ve středu buňky, jako v procesu binárního štěpení: 

1. Z kroužky jsou umístěny blízko obou koncovek buněk v Epulopiscium. 
2. Divize utváří obří mateřskou buňku a dvě malé dceřiné buňky. 
3. Malé buňky obsahují DNA a zcela se zaplaví obří mateřskou buňkou. 
4. Vnitřní potomstvo se vyvíjí uvnitř cytoplazmy mateřské buňky. 
5. Jakmile je růst potomstva ukončen, mateřská buňka degraduje a přináší potomstvo.

Jaký je základní rozdíl mezi bakteriální genomovou DNA a plazmidovou DNA?

Genomická DNA a plazmidová DNA jsou dva druhy DNA vystavené živými organismy.

Genomická DNA je chromozomální DNA forem živého života, které obsahují genetická data. Plazmidová DNA je opět extrachromozomální DNA přítomná v mikroskopických organismech, archeach a několika eukaryotech.

• Hlavní rozdíl mezi plazmidovou DNA a genomovou DNA spočívá v tom, že genomová DNA je zásadní pro vytrvalost životních forem.
• Plazmidová DNA není nezbytná pro perzistenci živých organismů. Podobně se genomová a plazmidová DNA také liší svou velikostí. Genomická DNA je obvykle větší než plazmidová DNA.
• Genomická DNA obsahuje klíčové geny, které produkují všechny primární a cenné bílkoviny. Plazmidová DNA však obsahuje geny, které tvorům přinášejí další výhody. Následně se také jedná o rozdíl mezi genomovou a plazmidovou DNA.

charakteristika	Plazmidová DNA	Genomická DNA
Definice	Je to typ extra chromozomální DNA přítomné v prokaryotech a některých eukaryotech	Je přítomen ve formě genetického materiálu, který uchovává genetickou informaci jednotlivce
Organismus	Je často přítomen v prokaryotech a také v některých eukaryotech	Je přítomen ve všech živých bytostech
velikost	Menší velikost (několik párů kilobase)	Obecně větší velikost
typ	Extra chromozomální povaha	Přítomný v chromozomech
Kódující geny	Kóduje další proteiny, jako je rezistence vůči antibiotikům, což poskytuje organismu další schopnosti přežití	Enkódy pro bílkoviny, které jsou nezbytné pro přežití organismu (podílejí se na provádění životních procesů)
Genový přenos	Horizontální přenos genů (transformace) je možný, ale buněčné dělení není nutné	Horizontální genový přenos není možný, možný je pouze vertikální genový přenos (z rodičů na potomky)
vektor	Často se používá jako vektor pro experimenty genetického inženýrství	Není příliš slibné, že bude použit jako vektor
Rychlost replikace	Velmi vysoko	Nízký