Из Википедии, бесплатной энциклопедии
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 ]

Единственная 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

Процесс бинарного деления у бактерий включает следующие этапы. Сначала реплицируется ДНК клетки. Затем реплицированные копии ДНК перемещаются к противоположным полюсам клетки в энергозависимом процессе. [4] Клетка удлиняется. Затем экваториальная плоскость клетки сужается и разделяет плазматическую мембрану, так что каждая новая клетка имеет точно такой же генетический материал.

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») [5]
  5. Новая клеточная стенка ( перегородка ) полностью развивается, что приводит к полному расщеплению бактерии.
  6. Новые дочерние клетки имеют плотно скрученные стержни ДНК, рибосомы и плазмиды ; теперь это совершенно новые организмы.

Исследования бактерий, не продуцирующих 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 . [6] [7]

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. [8] Поскольку новые клетки, в свою очередь, будут подвергаться бинарному делению сами по себе, время, необходимое для бинарного деления, также является временем, которое требуется бактериальной культуре, чтобы удвоить количество содержащихся в ней клеток. 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. [9]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 для разделения, в частности, проникая в середину двух будущих дочерних клеток. [10] [7] Euryarchaeota использует FtsZ, как и бактерии. [11] [12] 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 . [13] Все хлоропласты и некоторые митохрондрии (не у животных), обе органеллы, полученные в результате эндосимбиоза бактерий, также используют FtsZ подобно бактериям. [11] [14]

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 жгутиков, 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. [15] [16] [17]

Некоторые паразитические одноклеточные организмы претерпевают множественный процесс, подобный делению, с образованием множества дочерних клеток из единственной родительской клетки. Изоляты паразита человека Blastocystis hominis, как наблюдали, начинали такой процесс в течение 4-6 дней. [18] Клетки паразита рыб Trypanosoma borreli также участвуют как в бинарном, так и в множественном делении. [19]

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, [20] [21] 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. [22]

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 . [23] Вид Metabacterium polyspora , А симбионт из морских свинок , было обнаружено , что производить несколько эндоспоры в каждом отделении. [24] Также было обнаружено, что некоторые виды цианобактерий могут воспроизводиться посредством множественного деления. [25]

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 взрослых особей, которые являются клонами исходного организма. У иглокожих этот способ размножения обычно известен как деление животных . [26]

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 . [27] [28]

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. ^ Рокни, Ассаф; Шаган, Мерав; Кессель, Мартин; Смит, Йоав; Розеншайн, Илан; Оппенгейм, Амос Б. (сентябрь 2009 г.). «E. coli транспортирует агрегированные белки к полюсам с помощью специфического и зависящего от энергии процесса». Журнал молекулярной биологии . 392 (3): 589–601. DOI : 10.1016 / j.jmb.2009.07.009 . PMID 19596340 . 
  5. ^ 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 .  
  6. ^ 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 .  
  7. ^ 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 . 
  8. ^ 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 .  
  9. ↑ 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 подавлению 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 .  
  10. ^ 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 . 
  11. ^ a b Марголин W (ноябрь 2005 г.). «ФцЗ и деление прокариотических клеток и органелл» . Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология . 6 (11): 862–71. DOI : 10.1038 / nrm1745 . PMC 4757588 . PMID 16227976 .  
  12. ^ 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 .  
  13. ^ 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 .  
  14. ^ 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 .  
  15. ^ "Воспроизведение - Двойное деление: Множественное деление" . Британская энциклопедия.
  16. ^ Britannica Educational Publishing (2011). Грибы, водоросли и протисты . Издательская группа Rosen. ISBN 978-1-61530-463-9. Проверено 21 декабря 2016 .
  17. ^ P.Puranik, Аша Bhate (2007). Формы и функции животных: беспозвоночные . Sarup & Sons. ISBN 978-81-7625-791-6. Проверено 21 декабря 2016 .
  18. ^ 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 .  
  19. ^ 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 .  
  20. ^ 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 .
  21. ^ Йошинори Танада; Гарри К. Кайя (1993). Патология насекомых . Издательство Gulf Professional Publishing. ISBN 978-0-12-683255-6. Проверено 21 декабря 2016 .
  22. ^ 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 . 
  23. ^ 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 .   
  24. ^ 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 .  
  25. ^ 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 .
  26. ↑ 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 .
  27. ^ 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 .  
  28. Перейти ↑ Thompson, EA (октябрь 1979 г.). «Модели деления популяционной изменчивости» . Генетика . 93 (2): 479–95. PMC 1214094 . PMID 535728 .