Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из двоичного деления )
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Бинарное деление» перенаправляется сюда. Для бинарного деления атомных ядер см. Ядерное деление .

Деление , в биологии, разделение единого целого на две или более части и регенерация этих частей отдельных объектов , напоминающих оригинал. Объектом, подвергающимся делению, обычно является клетка , но этот термин может также относиться к тому, как организмы , тела, популяции или виды разделяются на отдельные части. [1] [2] [3] Деление может быть бинарным делением , при котором один организм производит две части, или множественным делением , при котором один объект производит несколько частей.

Двоичное деление [ править ]

Принципиальная схема клеточного роста (удлинения) и бинарного деления бацилл. Синяя и красная линии обозначают старую и вновь образованную клеточную стенку бактерий соответственно. (1) рост в центре бактериального тела. например, Bacillus subtilis , E. coli и другие. (2) апикальный рост. например, Corynebacterium diphtheriae . Это размножение бактерий .

Организмы в доменах от архей и бактерий размножаются бинарным делением. Эта форма бесполого размножения и деления клеток также используется некоторыми органеллами внутри эукариотических организмов (например, митохондриями ). Бинарное деление приводит к воспроизводству живой прокариотической клетки (или органеллы) путем деления клетки на две части, каждая из которых может вырасти до размера оригинала.

Деление прокариот [ править ]

Одиночная молекула ДНК сначала реплицируется, а затем прикрепляет каждую копию к разным частям клеточной мембраны. Когда клетка начинает разъединяться , реплицированная и исходная хромосомы разделяются. Следствием этого бесполого метода размножения является то, что все клетки генетически идентичны, что означает, что они имеют один и тот же генетический материал (за исключением случайных мутаций ). В отличие от процессов митоза и мейоза, используемых эукариотическими клетками, бинарное деление происходит без образования веретенообразного аппарата на клетке. Как и в митозе (и в отличие от мейоза), родительская идентичность сохраняется.

Процесс FtsZ-зависимого деления [ править ]

Бинарное деление в прокариотах

FtsZ гомологичен β-тубулину , строительному блоку цитоскелета микротрубочек, используемого во время митоза у эукариот. [4] FtsZ считается первым белком, который локализуется в месте будущего деления у бактерий, и он собирается в Z-кольцо, закрепленное FtsZ-связывающими белками, и определяет плоскость деления между двумя дочерними клетками. [5] [4] MiNC и возражают функции вместе в качестве ингибиторов деления, блокируя образование кольца FtsZ. MinE останавливает промежуточную ячейку активности MinCD, позволяя FtsZ взять на себя бинарное деление. [6]

В частности, выполняются следующие шаги:

  1. Бактерия до бинарного деления - это когда ДНК плотно свернута.
  2. ДНК бактерии развернулась и продублировалась.
  3. ДНК притягивается к отдельным полюсам бактерии, поскольку она увеличивает размер, чтобы подготовиться к расщеплению.
  4. Рост новой клеточной стенки начинает разделять бактерию (запускается полимеризацией FtsZ и образованием «Z-кольца») [7]
  5. Новая клеточная стенка ( перегородка ) полностью развивается, в результате чего бактерия полностью расщепляется.
  6. Новые дочерние клетки имеют плотно скрученные стержни ДНК, рибосомы и плазмиды ; теперь это совершенно новые организмы.

Исследования бактерий, созданных так, чтобы не продуцировать клеточную стенку, называемых бактериями L-формы , показывают, что FtsZ требует, чтобы клеточная стенка работала. Мало что известно о том, как бактерии, которые естественным образом не растут в клеточной стенке, делятся, но считается, что это похоже на процесс экструзии и разделения L-формы, похожий на почкование . [8] [9]


Скорость FtsZ-зависимого деления [ править ]

Бинарное деление обычно происходит быстро, хотя его скорость варьируется у разных видов. Для E. coli клетки обычно делятся примерно каждые 20 минут при 37 ° C. [10] Поскольку новые клетки, в свою очередь, будут подвергаться бинарному делению сами по себе, время, необходимое для бинарного деления, также является временем, необходимым для бактериальной культуры, чтобы удвоить количество клеток, которые она содержит. Поэтому этот период времени можно назвать временем удвоения . Некоторые виды, кроме E. coli, могут иметь более быстрое или более медленное время удвоения: некоторые штаммы Mycobacterium tuberculosis могут иметь время удвоения почти 100 часов. [11]Рост бактерий ограничен такими факторами, как доступность питательных веществ и доступное пространство, поэтому бинарное деление происходит с гораздо меньшей скоростью в бактериальных культурах, когда они входят в стационарную фазу роста.

В архее [ править ]

Crenarchaeota не обладают ни клеточной стенкой, ни механизмом FtsZ. Они используют примитивную версию эукариотической системы ESCRT- III (также известную как Cdv ), чтобы манипулировать мембраной, заставляя ее разделиться, в частности, проникая в середину двух будущих дочерних клеток. [12] [9] Euryarchaeota использует FtsZ, как и бактерии. [4] [13] u

Деление органелл [ править ]

Некоторые органеллы в эукариотических клетках воспроизводятся с помощью бинарного деления. Деление митохондрий часто происходит внутри клетки, даже когда клетка не подвергается активному митозу, и необходимо для регулирования метаболизма клетки . [14] Все хлоропласты и некоторые митохрондрии (не у животных), обе органеллы, полученные в результате эндосимбиоза бактерий, также используют FtsZ подобно бактериям. [4] [15]

Типы двойного деления [ править ]

Бинарное деление в организмах может происходить четырьмя способами: нерегулярным , продольным , поперечным , косым, левым, наклонным и правым, наклонным.

  1. Нерегулярный: в этом делении цитокинез может происходить в любой плоскости, но всегда перпендикулярно плоскости кариокинеза . например амеба
  2. Продольный: здесь цитокинез происходит вдоль продольной оси. например, у жгутиконосцев, подобных Euglena .
  3. Поперечный: здесь цитокинез происходит вдоль поперечной оси. например, у инфузорийных простейших, таких как Paramecium .
  4. Наклонный: при этом типе бинарного деления цитокинез происходит наклонно. Пример Ceratium

Множественное деление [ править ]

Деление протистов [ править ]

Множественное деление на клеточном уровне происходит у многих простейших, например спорозойных и водорослей . Ядро материнской клетки делит несколько раз амитоза , производя несколько ядер. Затем цитоплазма отделяется, образуя множество дочерних клеток. [16] [17] [18]

Некоторые паразитические одноклеточные организмы претерпевают множественный процесс, подобный делению, с образованием множества дочерних клеток из единственной родительской клетки. Изоляты паразита человека Blastocystis hominis, по наблюдениям, начинали такой процесс в течение 4-6 дней. [19] Клетки паразита рыб Trypanosoma borreli также участвуют как в бинарном, так и в множественном делении. [20]

Деление apicomplexans [ править ]

В apicomplexans тип паразитических протистов, множественное деление или шизогония проявляется в виде мерогонии , спорогонии или гаметогонии . Результаты мерогонии в мерозоитов , которые несколько дочерних клеток, которые происходят в пределах одной и той же клеточной мембраны, [21] [22] Результаты спорогонии в спорозоитов , и результаты гаметогонии в микро гамет .

Деление зеленых водорослей [ править ]

Зеленые водоросли могут делиться более чем на две дочерние клетки. Точное количество дочерних клеток зависит от вида водорослей и зависит от температуры и света. [23]

Множественное деление бактерий [ править ]

Большинство видов бактерий в первую очередь подвергаются бинарному размножению. Некоторые виды и группы бактерий также могут подвергаться множественному делению, иногда начинающемуся или заканчивающемуся образованием спор . [24] Вид Metabacterium polyspora , А симбионт из морских свинок , было обнаружено , что производить несколько эндоспоры в каждом отделении. [25] Некоторые виды цианобактерий также могут воспроизводиться посредством множественного деления. [26]

Плазмотомия [ править ]

Некоторые простейшие размножаются с помощью еще одного механизма деления, называемого плазмотомией . При этом типе деления многоядерный взрослый родитель подвергается цитокинезу с образованием двух многоядерных (или ценоцитарных ) дочерних клеток. Дочерние клетки, полученные таким образом, подвергаются дальнейшему митозу.

Так размножаются Opalina и Pelomyxa .

Клональная фрагментация [ править ]

Основная статья: Фрагментация (воспроизведение)

Фрагментация в многоклеточных или колониальных организмах - это форма бесполого размножения или клонирования, при которой организм разделяется на фрагменты. Каждый из этих фрагментов превращается в зрелых, полностью выросших особей, которые являются клонами исходного организма. У иглокожих этот способ размножения обычно известен как деление животных . [27]

Деление населения [ править ]

Любое разделение одной популяции особей на отдельные части можно рассматривать как деление. Популяция может подвергнуться делению по разным причинам, включая миграцию или географическую изоляцию. Поскольку деление приводит к генетической изменчивости во вновь изолированных, меньших популяциях, деление популяции является предвестником видообразования . [28] [29]

См. Также [ править ]

  • Цитокинез , деление клеток у эукариот
  • Дивисома , белковый комплекс, который инициирует деление клеток у бактерий.
  • Общество деления-слияния , тип социальной организации, характерный для приматов.
  • Слияние митохондрий , обратное деление
  • Митоз
  • Паратомия
  • Видообразование
  • Цитоскелет

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Carlson, BM (2007). Основы регенеративной биологии . Elsevier Academic Press. п. 379. ISBN 978-0-12-369439-3.
  2. ^ Boulay, RL; Galarza, JA; Че, Б .; Hefetz, A .; Ленуар, А .; van Oudenhove, L .; Серда, X. (2010). «Внутрифотмобсоревнование влияет на размер популяции и распределение ресурсов при рассредоточении муравья путем деления колонии» . Экология . 91 (11): 3312–3321. DOI : 10.1890 / 09-1520.1 . PMID 21141192 . 
  3. ^ Хаббел, S. (2003). «Способы видообразования и продолжительность жизни видов в условиях нейтралитета: ответ на комментарий Роберта Э. Риклефса». Ойкос . 100 (1): 193–199. DOI : 10.1034 / j.1600-0706.2003.12450.x .
  4. ^ a b c d Марголин, Уильям (ноябрь 2005 г.). «ФцЗ и деление прокариотических клеток и органелл» . Обзоры природы Молекулярная клеточная биология . 6 (11): 862–871. DOI : 10.1038 / nrm1745 . PMC 4757588 . PMID 16227976 .  
  5. ^ 9.1 Как растут микробы - микробиология ». OpenStax , openstax.org/books/microbiology/pages/9-1-how-microbes-grow?query=FtsZ&target=%7B%22index%22%3A2%2C%22type%22%3A%22search%22%7D#fs -id1172099491443.
  6. ^ Левин, П.А., и др. «Влияние MinCD на положение кольца FtsZ и полярную септацию в Bacillus Subtilis». Журнал бактериологии, Американское общество микробиологии, ноябрь 1998 г., www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC107683
  7. ^ Казираги А, Suigo л, Valoti Е, Straniero V (февраль 2020). «Нацеливание на деление бактериальных клеток: сайт-центрированный подход связывания к наиболее многообещающим ингибиторам незаменимого белка FtsZ» . Антибиотики . 9 (2): 69. DOI : 10.3390 / antibiotics9020069 . PMC 7167804 . PMID 32046082 .  
  8. ^ Ливер M, Домингес-Куэвас P, Coxhead JM, Daniel RA, Errington J (февраль 2009). «Жизнь без стены или машины деления в Bacillus subtilis». Природа . 457 (7231): 849–53. Bibcode : 2009Natur.457..849L . DOI : 10,1038 / природа07742 . PMID 19212404 . S2CID 4413852 .  
  9. ^ a b Бернандер, R; Эттема, Т.Дж. (декабрь 2010 г.). «Деление клеток без FtsZ у архей и бактерий». Текущее мнение в микробиологии . 13 (6): 747–52. DOI : 10.1016 / j.mib.2010.10.005 . PMID 21050804 . 
  10. ^ Сезонов, Г .; Joseleau-Petit, D .; Д'Ари, Р. (28 сентября 2007 г.). «Физиология кишечной палочки (E. coli) в бульоне Лурия-Бертани» . Журнал бактериологии . 189 (23): 8746–8749. DOI : 10.1128 / JB.01368-07 . PMC 2168924 . PMID 17905994 .  
  11. ↑ North, RJ (1 июня 1993 г.). «Вирулентность микобактерий. Вирулентные штаммы Mycobacteria tuberculosis имеют более быстрое время удвоения in vivo и лучше приспособлены для противодействия функциям макрофагов по ингибированию роста в присутствии и в отсутствие специфического иммунитета» . Журнал экспериментальной медицины . 177 (6): 1723–1733. DOI : 10,1084 / jem.177.6.1723 . PMC 2191059 . PMID 8496688 .  
  12. ^ Самсон, RY; Белл, SD (ноябрь 2009 г.). «Древние ESCRT и эволюция двойного деления». Тенденции в микробиологии . 17 (11): 507–13. DOI : 10.1016 / j.tim.2009.08.003 . PMID 19783442 . 
  13. ^ Макарова, К.С.; Ютин, Н; Белл, SD; Кунин, Е.В. (октябрь 2010). «Эволюция разнообразных систем деления клеток и образования пузырьков в архее» . Обзоры природы. Микробиология . 8 (10): 731–41. DOI : 10.1038 / nrmicro2406 . PMC 3293450 . PMID 20818414 .  
  14. ^ ван дер Блик, AM; Shen, Q .; Кавадзири, С. (3 июня 2013 г.). «Механизмы деления и слияния митохондрий» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 5 (6): a011072. DOI : 10.1101 / cshperspect.a011072 . PMC 3660830 . PMID 23732471 .  
  15. ^ Leger MM, Petr M, árský V, Eme L, Vlček Č, Harding T, et al. (Август 2015 г.). «Система деления предковых бактерий широко распространена в митохондриях эукариот» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (33): 10239–46. Bibcode : 2015PNAS..11210239L . DOI : 10.1073 / pnas.1421392112 . PMC 4547283 . PMID 25831547 .  
  16. ^ "Воспроизведение - Двойное деление: Множественное деление" . Британская энциклопедия.
  17. ^ Britannica Educational Publishing (2011). Грибы, водоросли и протисты . Издательская группа Rosen. ISBN 978-1-61530-463-9. Проверено 21 декабря 2016 .
  18. ^ P.Puranik, Аша Bhate (2007). Формы и функции животных: беспозвоночные . Sarup & Sons. ISBN 978-81-7625-791-6. Проверено 21 декабря 2016 .
  19. ^ Суреш, К .; Howe, J .; Ng, GC; Ho, LC; Рамачандран, Н.П .; Loh, AK; Яп, EH; Сингх М. (1994). «Множественное деление типа бесполого размножения у Blastocystis hominis». Паразитологические исследования . 80 (6): 523–527. DOI : 10.1007 / BF00932701 . PMID 7809004 . S2CID 20368420 .  
  20. ^ Pecková, H .; Лом, Дж. (1990). «Рост, морфология и деление жгутиков рода Tripanoplasma (Protozoa, Kinetoplastida) in vitro». Паразитологические исследования . 76 (7): 553–558. DOI : 10.1007 / BF00932559 . PMID 2217113 . S2CID 23222953 .  
  21. ^ Линн Маргулис; Хизер И. Маккханн; Лоррейн Олендзенски (1993). Иллюстрированный глоссарий протоктистов: словарь водорослей, апикомплексов, инфузорий, фораминифер, микроспор, водных форм, слизистых форм и других протоктистов . Джонс и Бартлетт Обучение. ISBN 978-0-86720-081-2. Проверено 21 декабря 2016 .
  22. ^ Йошинори Танада; Гарри К. Кайя (1993). Патология насекомых . Издательство Gulf Professional Publishing. ISBN 978-0-12-683255-6. Проверено 21 декабря 2016 .
  23. ^ Бишова, К .; Захледер, В. (17 января 2014 г.). «Регуляция клеточного цикла у зеленых водорослей, делящихся путем множественного деления» . Журнал экспериментальной ботаники . 65 (10): 2585–2602. DOI : 10.1093 / JXB / ert466 . PMID 24441762 . 
  24. ^ Ангерт, Эстер R. (март 2005). «Альтернативы бинарному делению у бактерий» (PDF) . Обзоры природы микробиологии . 3 (3): 214–224. DOI : 10.1038 / nrmicro1096 . PMID 15738949 . S2CID 8295873 . Проверено 23 августа 2016 года .   
  25. ^ Ангерт, ER; Лосик, РМ (18 августа 1998 г.). «Размножение путем спороношения в симбионте морской свинки Metabacterium polyspora» . Труды Национальной академии наук . 95 (17): 10218–10223. Bibcode : 1998PNAS ... 9510218A . DOI : 10.1073 / pnas.95.17.10218 . PMC 21488 . PMID 9707627 .  
  26. ^ Stanier, Roger Y .; Деруэль, Жозетт; Риппка, Розмари; Хердман, Майкл; Уотербери, Джон Б. (1 марта 1979 г.). «Родовые назначения, истории штаммов и свойства чистых культур цианобактерий» . Микробиология . 111 (1): 1–61. DOI : 10.1099 / 00221287-111-1-1 .
  27. ↑ Хелен Нильссон Скёльд; Маттиас Обст; Маттиас Скёльд; Бертил Окессон (2009). «Стволовые клетки в бесполом размножении морских беспозвоночных» . У Баруха Ринкевича; Валерия Матранга (ред.). Стволовые клетки морских организмов . Springer. п. 125. ISBN 978-90-481-2766-5. Проверено 21 декабря 2016 .
  28. ^ Whitlock, Майкл С. (май 1994). "Деление и генетическая изменчивость среди популяций: изменение деморографии популяций вилкообразных грибных жуков". Американский натуралист . 143 (5): 820–829. DOI : 10.1086 / 285634 . JSTOR 2462878 . S2CID 84880989 .  
  29. Перейти ↑ Thompson, EA (октябрь 1979 г.). «Модели деления популяционной изменчивости» . Генетика . 93 (2): 479–95. PMC 1214094 . PMID 535728 .