Bakteriell reproduktion och binär klyvning

Bakterier är prokaryota organismer som reproducerar oexuellt. Bakteriell reproduktion sker oftast genom en typ av celldelning som kallas binär klyvning. Binär klyvning involverar uppdelningen av en enda cell, vilket resulterar i bildandet av två celler som är genetiskt identiska. För att förstå processen med binär klyvning är det bra att förstå bakteriecellstruktur.

Key Takeaways

• Binär klyvning är den process genom vilken en enda cell delar sig och bildar två celler som är genetiskt identiska med varandra.
• Det finns tre vanliga bakteriecellformer: stavformad, sfärisk och spiral.
• Vanliga bakteriecellkomponenter inkluderar: en cellvägg, ett cellulärt membran, cytoplasma, flagella, en nukleoidregion, plasmider såväl som ribosomer.
• Binär klyvning som ett reproduktionsmedel har ett antal fördelar, främst bland dem är förmågan att reproducera i höga nummer med mycket snabb hastighet.
• Eftersom binär fission producerar identiska celler kan bakterier bli mer genetiskt varierade genom rekombination, vilket innebär överföring av gener mellan celler.

Bakteriell cellstruktur

Bakterier har olika cellformer. De vanligaste bakteriecellformerna är sfäriska, stavformade och spiralformade. Bakterieceller innehåller vanligen följande strukturer: en cellvägg, cellmembran, cytoplasma, ribosomer, plasmider, flagella och en nukleoidregion.

• Cellvägg: En yttre täckning av cellen som skyddar bakteriecellen och ger den form.
• cytoplasma: En gelliknande substans som huvudsakligen består av vatten som också innehåller enzymer, salter, cellkomponenter och olika organiska molekyler.
• Cellmembran eller plasmamembran: Omger cellens cytoplasma och reglerar flödet av ämnen in och ut ur cellen.
• flag: Långt, piskliknande utsprång som hjälper till i den cellulära rörelsen.
• ribosomer: Cellstrukturer ansvariga för proteinproduktion.
• plasmider: Genbärande, cirkulära DNA-strukturer som inte är involverade i reproduktion.
• Nukleoid Region: Område med cytoplasma som innehåller den enskilda bakteriella DNA-molekylen.

Binär fission

Detta är en färgad transmissionselektronmikrograf (TEM) av en E. coli-bakterie i de tidiga stadierna av binär klyvning. Kredit: CNRI / Getty Images

De flesta bakterier, inklusive Salmonella och E coli, reproducera med binär klyvning. Under denna typ av asexuell reproduktion replikeras den enda DNA-molekylen och båda kopiorna fäster vid olika punkter till cellmembranet. När cellen börjar växa och förlängas ökar avståndet mellan de två DNA-molekylerna. När bakterien nästan fördubblat sin ursprungliga storlek börjar cellmembranet klämma inåt i mitten. Slutligen bildas en cellvägg som separerar de två DNA-molekylerna och delar upp den ursprungliga cellen i två identiska dotterceller.

Denna bild visar bakterier som växer exponentiellt i en petriskål. En enda koloni kan ha biljoner bakterier. Wladimir Bulgariska / Science Photo Library / Getty Images

Det finns ett antal fördelar med reproduktion genom binär klyvning. En enda bakterie kan reproducera sig i högt antal i snabb takt. Under optimala förhållanden kan vissa bakterier fördubbla sitt befolkningstal inom några minuter eller timmar. En annan fördel är att ingen tid slösas bort med att söka efter en kompis eftersom reproduktionen är asexuell. Dessutom är dottercellerna resulterande från binär fission identiska med den ursprungliga cellen. Detta innebär att de är väl lämpade för livet i sin miljö.

Bakteriell rekombination

Binär klyvning är ett effektivt sätt för bakterier att reproducera, men det är inte utan problem. Eftersom cellerna som produceras genom denna typ av reproduktion är identiska är de alla mottagliga för samma typer av hot, till exempel miljöförändringar och antibiotika. Dessa faror kan förstöra en hel koloni. För att undvika sådana faror kan bakterier bli mer genetiskt varierade genom rekombination. Rekombination innebär överföring av gener mellan celler. Bakteriell rekombination åstadkommes genom konjugering, transformation eller transduktion.

Konjugation

Vissa bakterier kan överföra bitar av generna till andra bakterier som de kontaktar. Under konjugering ansluter en bakterie sig till en annan genom en proteinrörstruktur som kallas a pilus. Gener överförs från en bakterie till en annan genom detta rör.

Omvandling

Vissa bakterier kan ta upp DNA från sin miljö. Dessa DNA-rester kommer oftast från döda bakterieceller. Under transformation binder bakterien DNA: et och transporterar det över bakteriecellmembranet. Det nya DNA: et införlivas sedan i bakteriecellens DNA.

transduktion

Transduktion är en typ av rekombination som involverar utbyte av bakteriellt DNA genom bakteriofager. Bakteriofager är virus som infekterar bakterier. Det finns två typer av transduktion: generaliserad och specialiserad transduktion.

När en bakteriofag fästs vid en bakterie sätter den in sitt genom i bakterien. Det virala genomet, enzymer och virala komponenter replikeras sedan och monteras i värdbakterien. När de nya bakteriofagerna bildats lyser eller delas bakterien upp och släpper de replikerade virusen. Under monteringsprocessen kan emellertid en del av värdens bakterie-DNA inkapslas i den virala kapsiden istället för det virala genomet. När denna bakteriofag infekterar en annan bakterie, injicerar den DNA-fragmentet från den tidigare infekterade bakterien. Detta DNA-fragment sätts sedan in i den nya bakteriens DNA. Denna typ av transduktion kallas generaliserad transduktion.

Vid specialiserad transduktion införlivas fragment av värdbakteriens DNA i de virala genomerna i de nya bakteriofagerna. DNA-fragmenten kan sedan överföras till alla nya bakterier som dessa bakteriofager infekterar.

källor

• Reece, Jane B. och Neil A. Campbell. Campbellbiologi. Benjamin Cummings, 2011.