Informace

14.9: Prokaryotické buněčné dělení - biologie


Učební cíle

Na konci této sekce budete moci:

  • Popište proces binárního štěpení v prokaryotech
  • Vysvětlete, jak jsou FtsZ a tubulinové proteiny příklady homologie
  • Binární dělení

Prokaryoty, jako jsou bakterie, se šíří binárním štěpením. U jednobuněčných organismů je buněčné dělení jedinou metodou produkce nových jedinců. V prokaryotických i eukaryotických buňkách je výsledkem buněčné reprodukce pár dceřiných buněk, které jsou geneticky totožné s rodičovskou buňkou. V jednobuněčných organismech jsou dceřiné buňky jedinci.

K dosažení výsledku identických dceřiných buněk jsou nezbytné některé kroky. Genomická DNA musí být replikována a poté alokována do dceřiných buněk; cytoplazmatický obsah musí být také rozdělen, aby oběma novým buňkám poskytl mechanismus k udržení života. V bakteriálních buňkách se genom skládá z jednoho kruhového chromozomu DNA; proto je proces dělení buněk zjednodušen. Mitóza není nutná, protože neexistuje žádné jádro ani více chromozomů. Tento typ buněčného dělení se nazývá binární štěpení.

Binární dělení

Proces dělení buněk prokaryot, tzv binární dělení, je méně komplikovaný a mnohem rychlejší proces než dělení buněk v eukaryotech. Vzhledem k rychlosti dělení bakteriálních buněk mohou populace bakterií růst velmi rychle. Jediný kruhový DNA chromozom bakterií není uzavřen v jádru, ale místo toho zaujímá specifické místo, nukleoid, v buňce. Stejně jako u eukaryot je DNA nukleoidu spojena s proteiny, které pomáhají při balení molekuly do kompaktní velikosti. Balící proteiny bakterií však souvisejí s některými proteiny podílejícími se na chromozomálním zhutňování eukaryot.

Počáteční bod replikace, původ, je blízko vazebného místa chromozomu k plazmatické membráně (obrázek 1). Replikace DNA je obousměrná - vzdaluje se od počátku na obou vláknech smyčky DNA současně. Jak se vytvářejí nová dvojitá vlákna, každý počáteční bod se pohybuje pryč od upevnění buněčné stěny směrem k opačným koncům buňky. Jak se buňka prodlužuje, rostoucí membrána pomáhá při transportu chromozomů. Poté, co chromozomy vyčistily střed prodloužené buňky, začíná cytoplazmatická separace. A septum se tvoří mezi nukleoidy od periferie směrem ke středu buňky. Když jsou nové buněčné stěny na svém místě, dceřiné buňky se oddělí.

Prvek Otevřené hodnocení byl z této verze textu vyloučen. Můžete si jej prohlédnout online zde: pb.libretexts.org/fob2/?p=198

Zkus to

Mitotické vřetenové zařízení

Přesné načasování a tvorba mitotického vřeténka je rozhodující pro úspěch dělení eukaryotických buněk. Prokaryotické buňky naopak nepodléhají mitóze, a proto nepotřebují mitotické vřeteno. Protein FtsZ, který hraje tak zásadní roli v prokaryotické cytokinezi, je však strukturálně a funkčně velmi podobný tubulinu, stavebnímu bloku mikrotubulů, které tvoří vlákna mitotických vřeten, která jsou nezbytná pro eukaryota. Vznik prstence složeného z opakujících se jednotek bílkoviny zvané FtsZ řídí rozdělení mezi nukleoidy v prokaryotech. Vytvoření prstence FtsZ spouští akumulaci dalších proteinů, které spolupracují při náboru nových materiálů membrány a buněčné stěny na místo. Proteiny FtsZ mohou tvořit vlákna, prstence a další trojrozměrné struktury připomínající způsob, jakým tubulin tvoří mikrotubuly, centrioly a různé složky cytoskeletu. Kromě toho FtsZ i tubulin využívají stejný zdroj energie, GTP (guanosin trifosfát), k rychlému sestavování a rozebírání složitých struktur.

FtsZ a tubulin jsou příkladem homologie, struktury odvozené ze stejného evolučního původu. V tomto případě se předpokládá, že FtsZ je podobný proteinu předchůdce jak modernímu FtsZ, tak tubulinu. Zatímco oba proteiny se nacházejí v existujících organismech, tubulinová funkce se od evoluce z prokaryotického původu podobného FtsZ nesmírně vyvinula a diverzifikovala. Průzkum mechanizmu dělení buněk v dnešních jednobuněčných eukaryotech odhaluje klíčové přechodné kroky ke komplexnímu mitotickému aparátu mnohobuněčných eukaryot (tabulka 1).

Mitotická vřetenová vlákna eukaryot jsou složena z mikrotubulů. Mikrotubuly jsou polymery proteinového tubulinu. Protein FtsZ aktivní v prokaryotickém buněčném dělení je velmi podobný tubulinu ve strukturách, které může tvořit, a jeho zdroj energie. Jednobuněčné eukaryoty (jako jsou kvasinky) zobrazují možné přechodné kroky mezi aktivitou FtsZ během binárního štěpení u prokaryot a mitotickým vřetenem u mnohobuněčných eukaryot, během nichž se jádro rozpadá a reformuje se.

Tabulka 1. Vývoj mitotického vřetena
Struktura genetického materiáluRozdělení jaderného materiáluOddělení dceřiných buněk
ProkaryotyŽádné jádro neexistuje. Jediný kruhový chromozom existuje v oblasti cytoplazmy zvané nukleoid.Vyskytuje se binárním štěpením. Při replikaci chromozomu se dvě kopie neznámým mechanismem přesunou na opačné konce buňky.Proteiny FtsZ se skládají do prstence, který buňku sevře ve dvou.
Několik protistůV jádře existují lineární chromozomy.Chromozomy se připojují k jadernému obalu, který zůstává neporušený. Mitotické vřeteno prochází obálkou a prodlužuje buňku. Žádná centriola neexistují.Mikrovlákna tvoří štěpnou rýhu, která buňku svírá na dvě části.
Další protistéV jádře existují lineární chromozomy.Z centriolů se tvoří mitotické vřeteno a prochází jadernou membránou, která zůstává neporušená. Chromozomy se připojují k mitotickému vřetenu. Mitotické vřeteno odděluje chromozomy a prodlužuje buňku.Mikrovlákna tvoří štěpnou rýhu, která buňku svírá na dvě části.
Živočišné buňkyV jádře existují lineární chromozomy.Z centriolů se vytváří mitotické vřeteno. Jaderná obálka se rozpustí.
Chromozomy se připojují k mitotickému vřetenu, které je odděluje a prodlužuje buňku.
Mikrovlákna tvoří štěpnou rýhu, která buňku svírá na dvě části.

Binární dělení

Vzhledem k relativní jednoduchosti prokaryot je proces dělení buněk, nazývaný binární štěpení, méně komplikovaný a mnohem rychlejší proces než dělení buněk v eukaryotech. Jediný kruhový DNA chromozom bakterií není uzavřen v jádru, ale místo toho zaujímá specifické místo, nukleoid, v buňce ([odkaz]). Ačkoli je DNA nukleoidu spojena s proteiny, které pomáhají při balení molekuly do kompaktní velikosti, v prokaryotech neexistují žádné histonové proteiny, a tedy ani nukleosomy. Balící proteiny bakterií však souvisejí s kohezinovými a kondenzensinovými proteiny, které se podílejí na chromozomálním zhutňování eukaryot.

Bakteriální chromozom je připojen k plazmatické membráně přibližně ve středu buňky. Počáteční bod replikace, počátek, je blízko vazebného místa chromozomu k plazmatické membráně (obrázek). Replikace DNA je obousměrná, přičemž se vzdaluje od počátku na obou vláknech smyčky současně. Jak se vytvářejí nová dvojitá vlákna, každý počáteční bod se pohybuje pryč od upevnění buněčné stěny směrem k opačným koncům buňky. Jak se buňka prodlužuje, rostoucí membrána pomáhá při transportu chromozomů. Poté, co chromozomy vyčistily střed prodloužené buňky, začíná cytoplazmatická separace. Vytvoření kruhu složeného z opakujících se jednotek proteinu zvaného FtsZ usměrňuje rozdělení mezi nukleoidy. Vytvoření prstence FtsZ spouští akumulaci dalších proteinů, které spolupracují při získávání nových materiálů z membrán a buněčných stěn do místa. Mezi nukleoidy se vytváří přepážka, která se postupně rozprostírá od periferie směrem ke středu buňky. Když jsou nové buněčné stěny na svém místě, dceřiné buňky se oddělí.

Tyto obrázky ukazují kroky binárního štěpení v prokaryotech. (zápočet: úprava díla „Mcstrother“/Wikimedia Commons)

Mitotické vřetenové zařízení Přesné načasování a tvorba mitotického vřetene je rozhodující pro úspěch dělení eukaryotických buněk. Prokaryotické buňky naopak nepodstupují karyokinezi, a proto nepotřebují mitotické vřeteno. Protein FtsZ, který hraje tak zásadní roli v prokaryotické cytokinezi, je však strukturálně a funkčně velmi podobný tubulinu, stavebnímu bloku mikrotubulů, které tvoří vlákna mitotických vřeten, která jsou nezbytná pro eukaryota. Proteiny FtsZ mohou tvořit vlákna, prstence a další trojrozměrné struktury, které se podobají způsobu, jakým tubulin tvoří mikrotubuly, centrioly a různé cytoskeletální komponenty. Kromě toho FtsZ i tubulin využívají stejný zdroj energie, GTP (guanosin trifosfát), k rychlému sestavování a rozebírání složitých struktur.

FtsZ a tubulin jsou homologní struktury odvozené ze společného evolučního původu. V tomto případě je FtsZ předchůdcem proteinu tubulinu (moderní protein). Zatímco oba proteiny se nacházejí v existujících organismech, tubulinová funkce se od svého prokaryotického původu FtsZ obrovsky vyvinula a diverzifikovala. Průzkum komponent mitotické montáže nalezených v dnešních jednobuněčných eukaryotech odhaluje zásadní mezilehlé kroky ke komplexním membránově uzavřeným genomům mnohobuněčných eukaryot (Tabulka).

Přístroj pro dělení buněk mezi různými organismy
Struktura genetického materiálu Rozdělení jaderného materiálu Oddělení dceřiných buněk
Prokaryoty Žádné jádro neexistuje. Jediný kruhový chromozom existuje v oblasti cytoplazmy zvané nukleoid. Vyskytuje se binárním štěpením. Při replikaci chromozomu se dvě kopie neznámým mechanismem přesunou na opačné konce buňky. Proteiny FtsZ se skládají do prstence, který buňku sevře ve dvou.
Několik protistů V jádře existují lineární chromozomy. Chromozomy se připojují k jadernému obalu, který zůstává neporušený. Mitotické vřeteno prochází obálkou a prodlužuje buňku. Žádná centriola neexistují. Mikrovlákna tvoří štěpnou rýhu, která buňku svírá na dvě části.
Další protisté V jádře existují lineární chromozomy. Z centriolů se tvoří mitotické vřeteno a prochází jadernou membránou, která zůstává neporušená. Chromozomy se připojují k mitotickému vřetenu, které odděluje chromozomy a prodlužuje buňku. Mikrovlákna tvoří štěpnou rýhu, která buňku svírá na dvě části.
Živočišné buňky V jádře existují lineární chromozomy. Z centrosomů se vytváří mitotické vřeteno. Jaderná obálka se rozpustí. Chromozomy se připojují k mitotickému vřetenu, které odděluje chromozomy a prodlužuje buňku. Mikrovlákna tvoří štěpnou rýhu, která buňku svírá na dvě části.


10.5 Prokaryotické buněčné dělení

V této části prozkoumáte následující otázku:

Prokaryoty, jako jsou bakterie, se šíří binárním štěpením. U jednobuněčných organismů je buněčné dělení jedinou metodou produkce nových jedinců. V prokaryotických i eukaryotických buňkách je výsledkem buněčné reprodukce pár dceřiných buněk, které jsou geneticky totožné s rodičovskou buňkou. V jednobuněčných organismech jsou dceřiné buňky jedinci.

K dosažení výsledku klonovaných potomků jsou nezbytné určité kroky. Genomická DNA musí být replikována a poté alokována do dceřiných buněk, přičemž cytoplazmatický obsah musí být také rozdělen, aby oběma novým buňkám poskytl mechanismus k udržení života. V bakteriálních buňkách se genom skládá z jednoho kruhového chromozomu DNA, a proto je proces dělení buněk zjednodušen. Karyokineze je zbytečná, protože neexistuje žádné jádro, a proto není nutné směrovat jednu kopii více chromozomů do každé dceřiné buňky. Tento typ buněčného dělení se nazývá binární (prokaryotické) štěpení.

Binární dělení

Vzhledem k relativní jednoduchosti prokaryot je proces dělení buněk, nazývaný binární štěpení, méně komplikovaný a mnohem rychlejší proces než dělení buněk v eukaryotech. Jediný kruhový DNA chromozom bakterií není uzavřen v jádru, ale místo toho zaujímá specifické místo, nukleoid, v buňce (obrázek 10.2). Ačkoli je DNA nukleoidu spojena s proteiny, které pomáhají při balení molekuly do kompaktní velikosti, v prokaryotech neexistují žádné histonové proteiny, a tedy ani nukleosomy. Balící proteiny bakterií však souvisejí s kohezinovými a kondenzensinovými proteiny, které se podílejí na chromozomálním zhutňování eukaryot.

Bakteriální chromozom je připojen k plazmatické membráně přibližně ve středu buňky. Počáteční bod replikace, počátek, je blízko vazebného místa chromozomu k plazmatické membráně (obrázek 10.16). Replikace DNA je obousměrná, přičemž se vzdaluje od počátku na obou vláknech smyčky současně. Jak se vytvářejí nová dvojitá vlákna, každý počáteční bod se pohybuje pryč od upevnění buněčné stěny směrem k opačným koncům buňky. Jak se buňka prodlužuje, rostoucí membrána pomáhá při transportu chromozomů. Poté, co chromozomy vyčistily střed prodloužené buňky, začíná cytoplazmatická separace. Vytvoření kruhu složeného z opakujících se jednotek proteinu zvaného FtsZ usměrňuje rozdělení mezi nukleoidy. Vytvoření prstence FtsZ spouští akumulaci dalších proteinů, které spolupracují při získávání nových materiálů z membrán a buněčných stěn do místa. Mezi nukleoidy se vytváří přepážka, která se postupně rozprostírá od periferie směrem ke středu buňky. Když jsou nové buněčné stěny na svém místě, dceřiné buňky se oddělí.

Evoluční připojení

Přesné načasování a tvorba mitotického vřeténka je rozhodující pro úspěch dělení eukaryotických buněk. Prokaryotické buňky naopak nepodstupují karyokinezi, a proto nepotřebují mitotické vřeteno. Protein FtsZ, který hraje tak zásadní roli v prokaryotické cytokinezi, je však strukturálně a funkčně velmi podobný tubulinu, stavebnímu bloku mikrotubulů, které tvoří vlákna mitotických vřeten, která jsou nezbytná pro eukaryota. Proteiny FtsZ mohou tvořit vlákna, prstence a další trojrozměrné struktury, které se podobají způsobu, jakým tubulin tvoří mikrotubuly, centrioly a různé cytoskeletální komponenty. Kromě toho FtsZ i tubulin využívají stejný zdroj energie, GTP (guanosin trifosfát), k rychlému sestavování a rozebírání složitých struktur.

FtsZ a tubulin jsou homologní struktury odvozené ze společného evolučního původu. V tomto případě je FtsZ předchůdcem proteinu tubulinu (moderní protein). Zatímco oba proteiny se nacházejí v existujících organismech, tubulinová funkce se od svého prokaryotického původu FtsZ obrovsky vyvinula a diverzifikovala. Průzkum složek mitotické montáže nalezených v dnešních jednobuněčných eukaryotech odhaluje klíčové přechodné kroky ke komplexním membránově uzavřeným genomům mnohobuněčných eukaryot (Tabulka 10.4).


Shrnutí sekce

Při prokaryotickém i eukaryotickém buněčném dělení se replikuje genomová DNA a poté se každá kopie alokuje do dceřiné buňky. Cytoplazmatický obsah je navíc rovnoměrně rozdělen a distribuován do nových buněk. Existuje však mnoho rozdílů mezi prokaryotickým a eukaryotickým dělením buněk. Bakterie mají jeden kruhový chromozom DNA, ale žádné jádro. Při dělení bakteriálních buněk proto mitóza není nutná. Bakteriální cytokineze je řízena prstencem složeným z proteinu zvaného FtsZ. Přerůstání materiálu membrány a buněčné stěny z obvodu buněk vede k tvorbě přepážky, která nakonec konstruuje oddělené buněčné stěny dceřiných buněk.


Shrnutí sekce

Při prokaryotickém i eukaryotickém buněčném dělení se replikuje genomová DNA a poté se každá kopie alokuje do dceřiné buňky. Cytoplazmatický obsah je navíc rovnoměrně rozdělen a distribuován do nových buněk. Existuje však mnoho rozdílů mezi prokaryotickým a eukaryotickým dělením buněk. Bakterie mají jeden kruhový chromozom DNA, ale žádné jádro. Při dělení bakteriálních buněk proto mitóza není nutná. Bakteriální cytokineze je řízena prstencem složeným z proteinu zvaného FtsZ. Přerůstání materiálu membrány a buněčné stěny z obvodu buněk vede k tvorbě přepážky, která nakonec konstruuje oddělené buněčné stěny dceřiných buněk.


Binární dělení

Proces prokaryot dělení buněk, nazývaný binární štěpení, je méně komplikovaný a mnohem rychlejší proces než dělení buněk v eukaryotech. Vzhledem k rychlosti dělení bakteriálních buněk mohou populace bakterií růst velmi rychle. Jediný kruhový DNA chromozom bakterií není uzavřen v jádru, ale místo toho zaujímá specifické místo, nukleoid, v buňce. Stejně jako u eukaryot je DNA nukleoidu spojena s proteiny, které pomáhají při balení molekuly do kompaktní velikosti. Balící proteiny bakterií však souvisejí s některými proteiny podílejícími se na chromozomálním zhutňování eukaryot.

Počáteční bod replikace, počátek, je blízko vazebného místa chromozomu k plazmatické membráně (obrázek 1). Replikace DNA je obousměrná - vzdaluje se od počátku na obou vláknech smyčky DNA současně. Jak se vytvářejí nová dvojitá vlákna, každý počáteční bod se pohybuje pryč od upevnění buněčné stěny směrem k opačným koncům buňky. Jak se buňka prodlužuje, rostoucí membrána pomáhá při transportu chromozomů. Poté, co chromozomy vyčistily střed prodloužené buňky, začíná cytoplazmatická separace. Přepážka se vytváří mezi nukleoidy od periferie směrem ke středu buňky. Když jsou nové buněčné stěny na svém místě, dceřiné buňky se oddělí.

Obrázek 1: Binární štěpení bakterie je nastíněno v pěti krocích. (kredit: úprava díla “Mcstrother ”/Wikimedia Commons)


Binární dělení

Proces dělení buněk prokaryot, tzv binární dělení, je méně komplikovaný a mnohem rychlejší proces než dělení buněk v eukaryotech. Vzhledem k rychlosti dělení bakteriálních buněk mohou populace bakterií růst velmi rychle. Jediný kruhový DNA chromozom bakterií není uzavřen v jádru, ale místo toho zaujímá specifické místo, nukleoid, v buňce. Stejně jako u eukaryot je DNA nukleoidu spojena s proteiny, které pomáhají při balení molekuly do kompaktní velikosti. Balící proteiny bakterií však souvisejí s některými proteiny podílejícími se na chromozomálním zhutňování eukaryot.

Počáteční bod replikace, původ, je blízko vazebného místa chromozomu k plazmatické membráně (obrázek 1). Replikace DNA je obousměrná - vzdaluje se od počátku na obou vláknech smyčky DNA současně. Jak se vytvářejí nová dvojitá vlákna, každý počáteční bod se pohybuje pryč od upevnění buněčné stěny směrem k opačným koncům buňky. Jak se buňka prodlužuje, rostoucí membrána pomáhá při transportu chromozomů. Poté, co chromozomy vyčistily střed prodloužené buňky, začíná cytoplazmatická separace. A septum se tvoří mezi nukleoidy od periferie směrem ke středu buňky. Když jsou nové buněčné stěny na svém místě, dceřiné buňky se oddělí.

Obrázek 1. Binární štěpení bakterie je nastíněno v pěti krocích. (zápočet: úprava díla „Mcstrother“/Wikimedia Commons)

Evoluce v akci

Mitotické vřetenové zařízení

Přesné načasování a tvorba mitotického vřeténka je rozhodující pro úspěch dělení eukaryotických buněk. Prokaryotické buňky naopak nepodléhají mitóze, a proto nepotřebují mitotické vřeteno. Protein FtsZ, který hraje tak zásadní roli v prokaryotické cytokinezi, je však strukturálně a funkčně velmi podobný tubulinu, stavebnímu bloku mikrotubulů, které tvoří vlákna mitotických vřeten, která jsou nezbytná pro eukaryota. Vznik prstence složeného z opakujících se jednotek bílkoviny zvané FtsZ řídí rozdělení mezi nukleoidy v prokaryotech. Vytvoření prstence FtsZ spouští akumulaci dalších proteinů, které spolupracují při náboru nových materiálů membrány a buněčné stěny na místo. Proteiny FtsZ mohou tvořit vlákna, prstence a další trojrozměrné struktury připomínající způsob, jakým tubulin tvoří mikrotubuly, centrioly a různé složky cytoskeletu. Kromě toho FtsZ i tubulin využívají stejný zdroj energie, GTP (guanosin trifosfát), k rychlému sestavování a rozebírání složitých struktur.

FtsZ a tubulin jsou příkladem homologie, struktury odvozené ze stejného evolučního původu. V tomto případě se předpokládá, že FtsZ je podobný proteinu předchůdce jak modernímu FtsZ, tak tubulinu. Zatímco oba proteiny se nacházejí v existujících organismech, tubulinová funkce se od evoluce z prokaryotického původu podobného FtsZ nesmírně vyvinula a diverzifikovala. Průzkum mechanizmu dělení buněk v dnešních jednobuněčných eukaryotech odhaluje klíčové přechodné kroky ke komplexnímu mitotickému aparátu mnohobuněčných eukaryot (tabulka 1).

Mitotická vřetenová vlákna eukaryot jsou složena z mikrotubulů. Mikrotubuly jsou polymery proteinového tubulinu. Protein FtsZ aktivní v prokaryotickém buněčném dělení je velmi podobný tubulinu ve strukturách, které může tvořit, a jeho zdroj energie. Jednobuněčné eukaryoty (jako jsou kvasinky) zobrazují možné přechodné kroky mezi aktivitou FtsZ během binárního štěpení u prokaryot a mitotickým vřetenem u mnohobuněčných eukaryot, během nichž se jádro rozpadá a reformuje se.


14.9: Prokaryotické buněčné dělení - biologie

Na konci této části budete moci provést následující:

  • Popište proces binárního štěpení v prokaryotech
  • Vysvětlete, jak jsou FtsZ a tubulinové proteiny příklady homologie

Prokaryoty, jako jsou bakterie, produkují dceřiné buňky binárním štěpením. U jednobuněčných organismů je buněčné dělení jedinou metodou produkce nových jedinců. V prokaryotických i eukaryotických buňkách je výsledkem buněčné reprodukce pár dceřiných buněk, které jsou geneticky totožné s rodičovskou buňkou. V jednobuněčných organismech jsou dceřiné buňky jedinci.

K dosažení výsledku klonovaných potomků jsou nezbytné určité kroky. Genomická DNA musí být replikována a poté alokována do dceřiných buněk, přičemž cytoplazmatický obsah musí být také rozdělen, aby oběma novým buňkám poskytl buněčný aparát pro udržení života. Jak jsme viděli u bakteriálních buněk, genom se skládá z jednoho kruhového chromozomu DNA, a proto je proces dělení buněk zjednodušen. Karyokineze je zbytečná, protože neexistuje žádné skutečné jádro, a proto není nutné směrovat jednu kopii více chromozomů do každé dceřiné buňky. Tento typ buněčného dělení se nazývá binární (prokaryotické) štěpení.

Binární dělení

Vzhledem k relativní jednoduchosti prokaryot je proces dělení buněk méně komplikovaný a mnohem rychlejší než dělení buněk v eukaryotech. Jako přehled obecných informací o buněčném dělení, které jsme diskutovali na začátku této kapitoly, si připomeňme, že jediný kruhový DNA chromozom bakterií zaujímá v buňce specifické místo, nukleoidní oblast ((obrázek)). Ačkoli je DNA nukleoidu spojena s proteiny, které pomáhají při balení molekuly do kompaktní velikosti, v prokaryotech neexistují žádné histonové proteiny, a tedy ani nukleosomy. Balící proteiny bakterií však souvisejí s kohezinovými a kondenzensinovými proteiny, které se podílejí na zhutňování eukaryot chromozomů.

Bakteriální chromozom je připojen k plazmatické membráně přibližně ve středu buňky. Počáteční bod replikace, počátek, je blízko vazebného místa chromozomu k plazmatické membráně ((obrázek)). Replikace DNA je obousměrná, přičemž se vzdaluje od počátku na obou vláknech smyčky současně. Jak se vytvářejí nová dvojitá vlákna, každý počáteční bod se pohybuje pryč od upevnění buněčné stěny směrem k opačným koncům buňky. Jak se buňka prodlužuje, rostoucí membrána pomáhá při transportu chromozomů. Poté, co chromozomy vyčistily střed prodloužené buňky, začíná cytoplazmatická separace. Rozdělení mezi nukleoidy usměrňuje vytvoření kruhu složeného z opakujících se jednotek proteinu zvaného FtsZ (zkratka pro „filamentující teplotně senzitivní mutant Z“). Vytvoření prstence FtsZ spouští akumulaci dalších proteinů, které spolupracují při získávání nových materiálů z membrán a buněčných stěn do místa. Mezi dceřinými nukleoidy se vytváří přepážka, která se postupně rozprostírá od periferie směrem ke středu buňky. Když jsou nové buněčné stěny na svém místě, dceřiné buňky se oddělí.

Obrázek 1. Tyto obrázky ukazují kroky binárního štěpení v prokaryotech. (zápočet: úprava díla „Mcstrother“/Wikimedia Commons)

Evoluční připojení

Mitotické vřeteno Zařízení

Přesné načasování a tvorba mitotického vřeténka je rozhodující pro úspěch dělení eukaryotických buněk. Prokaryotické buňky naopak nepodstupují karyokinezi, a proto nepotřebují mitotické vřeteno. Protein FtsZ, který hraje tak zásadní roli v prokaryotické cytokineze, je však strukturálně a funkčně velmi podobný tubulinu, stavebnímu bloku mikrotubulů, které tvoří vlákna mitotických vřeten, která jsou nezbytná pro eukaryotické jaderné dělení. Proteiny FtsZ mohou tvořit vlákna, prstence a další trojrozměrné struktury, které se podobají způsobu, jakým tubulin tvoří mikrotubuly, centrioly a různé cytoskeletální komponenty. Kromě toho FtsZ i tubulin využívají stejný zdroj energie, GTP (guanosin trifosfát), k rychlému sestavování a rozebírání složitých struktur.

FtsZ a tubulin jsou považovány za homologní struktury odvozené ze společného evolučního původu. V tomto případě je FtsZ protein předchůdce tubulinu (evolučně odvozený protein). Zatímco oba proteiny se nacházejí v existujících organismech, tubulinová funkce se od svého prokaryotického původu FtsZ obrovsky vyvinula a diverzifikovala. Průzkum komponent mitotické montáže nalezených v dnešních jednobuněčných eukaryotech odhaluje zásadní mezilehlé kroky ke komplexním membránově uzavřeným genomům mnohobuněčných eukaryot ((obrázek)).

Přístroj pro dělení buněk mezi různými organismy
Struktura genetického materiálu Rozdělení jaderného materiálu Oddělení dceřiných buněk
Prokaryoty Žádné jádro neexistuje. Jediný kruhový chromozom existuje v oblasti cytoplazmy zvané nukleoid. Vyskytuje se binárním štěpením. Při replikaci chromozomu se dvě kopie neznámým mechanismem přesunou na opačné konce buňky. Proteiny FtsZ se skládají do prstence, který buňku sevře ve dvou.
Několik protistů V jádře existují lineární chromozomy. Chromozomy se připojují k jadernému obalu, který zůstává neporušený. Mitotické vřeteno prochází obálkou a prodlužuje buňku. Žádná centriola neexistují. Mikrovlákna tvoří štěpnou rýhu, která buňku svírá na dvě části.
Další protisté V jádře existují lineární chromozomy obalené kolem histonů. Z centriolů se tvoří mitotické vřeteno a prochází jadernou membránou, která zůstává neporušená. Chromozomy se připojují k mitotickému vřetenu, které odděluje chromozomy a prodlužuje buňku. Mikrovlákna tvoří štěpnou rýhu, která buňku svírá na dvě části.
Živočišné buňky V jádře existují lineární chromozomy. Z centrosomů se vytváří mitotické vřeteno. Jaderná obálka se rozpustí. Chromozomy se připojují k mitotickému vřetenu, které odděluje chromozomy a prodlužuje buňku. Mikrovlákna tvoří štěpnou rýhu, která buňku svírá na dvě části.

Shrnutí sekce

Při prokaryotickém i eukaryotickém buněčném dělení se replikuje genomová DNA a poté se každá kopie alokuje do dceřiné buňky. Cytoplazmatický obsah je navíc rovnoměrně rozdělen a distribuován do nových buněk. Existuje však mnoho rozdílů mezi prokaryotickým a eukaryotickým dělením buněk. Bakterie mají jeden kruhový chromozom DNA, ale žádné jádro. Mitóza (karyokineze) proto není při dělení bakteriálních buněk nutná. Bakteriální cytokineze je řízena prstencem složeným z proteinu zvaného FtsZ. Přerůstání materiálu membrány a buněčné stěny z obvodu buněk vede k tvorbě přepážky, která nakonec konstruuje oddělené buněčné stěny dceřiných buněk.


Binární dělení

Obrázek 1: Binární štěpení bakterie je nastíněno v pěti krocích. (kredit: úprava díla “Mcstrother ”/Wikimedia Commons)

Proces prokaryot dělení buněk, nazývaný binární štěpení, je méně komplikovaný a mnohem rychlejší proces než dělení buněk v eukaryotech. Vzhledem k rychlosti dělení bakteriálních buněk mohou populace bakterií růst velmi rychle. Jediný kruhový DNA chromozom bakterií není uzavřen v jádru, ale místo toho zaujímá specifické místo, nukleoid, v buňce. Stejně jako u eukaryot je DNA nukleoidu spojena s proteiny, které pomáhají při balení molekuly do kompaktní velikosti. Balící proteiny bakterií však souvisejí s některými proteiny podílejícími se na chromozomálním zhutňování eukaryot.

Počáteční bod replikace, počátek, je blízko vazebného místa chromozomu k plazmatické membráně ([obrázek 1]). Replikace DNA je obousměrná - vzdaluje se od počátku na obou vláknech smyčky DNA současně. Jak se vytvářejí nová dvojitá vlákna, každý počáteční bod se pohybuje pryč od upevnění buněčné stěny směrem k opačným koncům buňky. Jak se buňka prodlužuje, rostoucí membrána pomáhá při transportu chromozomů. Poté, co chromozomy vyčistily střed prodloužené buňky, začíná cytoplazmatická separace. Přepážka se vytváří mezi nukleoidy od periferie směrem ke středu buňky. Když jsou nové buněčné stěny na svém místě, dceřiné buňky se oddělí.

Klíčové informace

Mitotické vřetenové zařízení Přesné načasování a tvorba mitotického vřetene je rozhodující pro úspěch dělení eukaryotických buněk. Prokaryotické buňky naopak nepodléhají mitóze, a proto nepotřebují mitotické vřeteno. Protein FtsZ, který hraje tak zásadní roli v prokaryotické cytokinezi, je však strukturálně a funkčně velmi podobný tubulinu, stavebnímu bloku mikrotubulů, které tvoří vlákna mitotických vřeten, která jsou nezbytná pro eukaryota. Vytvoření kruhu složeného z opakujících se jednotek proteinu zvaného FtsZ usměrňuje rozdělení mezi nukleoidy v prokaryotech. Vytvoření prstence FtsZ spouští akumulaci dalších proteinů, které spolupracují při náboru nových materiálů membrány a buněčné stěny na místo. Proteiny FtsZ mohou tvořit vlákna, prstence a další trojrozměrné struktury připomínající způsob, jakým tubulin tvoří mikrotubuly, centrioly a různé složky cytoskeletu. Kromě toho FtsZ i tubulin využívají stejný zdroj energie, GTP (guanosin trifosfát), k rychlému sestavování a rozebírání složitých struktur.

FtsZ a tubulin jsou příkladem homologie, struktury odvozené ze stejného evolučního původu. V tomto případě se předpokládá, že FtsZ je podobný proteinu předchůdce jak modernímu FtsZ, tak tubulinu. Zatímco oba proteiny se nacházejí v existujících organismech, tubulinová funkce se od evoluce z prokaryotického původu podobného FtsZ nesmírně vyvinula a diverzifikovala. Průzkum mechanizmu dělení buněk v dnešních jednobuněčných eukaryotech odhaluje klíčové mezilehlé kroky ke komplexnímu mitotickému aparátu mnohobuněčných eukaryot ([obrázek 1]).

Mitotická vřetenová vlákna eukaryot jsou složena z mikrotubulů. Mikrotubuly jsou polymery proteinového tubulinu. Protein FtsZ aktivní v prokaryotickém buněčném dělení je velmi podobný tubulinu ve strukturách, které může tvořit, a jeho zdroj energie. Jednobuněčné eukaryoty (jako jsou kvasinky) zobrazují možné přechodné kroky mezi aktivitou FtsZ během binárního štěpení u prokaryot a mitotickým vřetenem u mnohobuněčných eukaryot, během nichž se jádro rozpadá a reformuje se.
Mitotický vývoj vřetena
Struktura genetického materiálu Rozdělení jaderného materiálu Oddělení dceřiných buněk
Prokaryoty Žádné jádro neexistuje. Jediný kruhový chromozom existuje v oblasti cytoplazmy zvané nukleoid. Vyskytuje se binárním štěpením. Při replikaci chromozomu se dvě kopie neznámým mechanismem přesunou na opačné konce buňky. Proteiny FtsZ se skládají do prstence, který buňku sevře ve dvou.
Několik protistů V jádře existují lineární chromozomy. Chromozomy se připojují k jadernému obalu, který zůstává neporušený. Mitotické vřeteno prochází obálkou a prodlužuje buňku. Žádná centriola neexistují. Mikrovlákna tvoří štěpnou rýhu, která buňku svírá na dvě části.
Další protisté V jádře existují lineární chromozomy. Z centriolů se tvoří mitotické vřeteno a prochází jadernou membránou, která zůstává neporušená. Chromozomy se připojují k mitotickému vřetenu. Mitotické vřeteno odděluje chromozomy a prodlužuje buňku. Mikrovlákna tvoří štěpnou rýhu, která buňku svírá na dvě části.
Živočišné buňky V jádře existují lineární chromozomy. Z centriolů se vytváří mitotické vřeteno. Jaderná obálka se rozpustí.
Chromozomy se připojují k mitotickému vřetenu, které je odděluje a prodlužuje buňku.
Mikrovlákna tvoří štěpnou rýhu, která buňku svírá na dvě části.

Počátky buněk

Původ buněk souvisí s původem života a byl jedním z nejdůležitějších kroků v evoluci života, jak ho známe. Zrození buňky znamenalo přechod od prebiotické chemie k biologickému životu.

Původ první buňky

Pokud se na život díváme z pohledu replikátorů, tj. Molekul DNA v organismu, buňky splňují dvě základní podmínky: ochranu před vnějším prostředím a omezení biochemické aktivity. První podmínka je nutná k udržení křehkých řetězců DNA stabilní v měnícím se a někdy agresivním prostředí a může být hlavním důvodem, proč se buňky vyvinuly. Ten je zásadní pro vývoj biologické složitosti. Pokud nejsou volně plovoucí molekuly DNA, které kódují enzymy, uzavřeny v buňkách, budou enzymy, které prospívají dané molekule DNA (například produkcí nukleotidů), automaticky ku prospěchu sousedních molekul DNA. Na to lze pohlížet jako na „implicitně parazitování“. „Proto bude selekční tlak na molekuly DNA mnohem nižší, protože neexistuje žádná definitivní výhoda pro„ složitou “molekulu DNA, která produkuje lepší enzym než ostatní: Všechny molekuly v daném sousedství jsou téměř stejně zvýhodněni.

Pokud je celá molekula DNA uzavřena v buňce, budou enzymy kódované z molekuly udržovány v blízkosti samotné molekuly DNA. Molekula DNA bude přímo využívat výhod enzymů, které kóduje, a ne jiných. To znamená, že jiné molekuly DNA nezískají prospěch z pozitivní mutace v sousední molekule: to zase znamená, že pozitivní mutace poskytují okamžitou a selektivní výhodu replikátoru, který ji nese, a nikoli ostatním. Toto je považováno za jednu z hlavních hybných sil evoluce života, jak ho známe. (Poznámka. Jedná se spíše o metaforu uvedenou pro jednoduchost než o úplnou přesnost, protože nejrannější molekuly života, pravděpodobně až do fáze buněčného života, byly s největší pravděpodobností molekulami RNA, které fungovaly jako replikátory i enzymy: viz hypotéza světa RNA.) jádro uvažování je stejné.)

Biochemicky jsou buněčné sféroidy tvořené proteinoidy pozorovány zahříváním aminokyselin kyselinou fosforečnou jako katalyzátorem. Nesou většinu základních vlastností poskytovaných buněčnými membránami. Protobunky na bázi proteinů obklopující molekuly RNA mohly (ale nemusí) být prvními formami buněčného života na Zemi.

Další teorie tvrdí, že turbulentní břehy starověkých pobřežních vod mohly sloužit jako mamutí laboratoř, což pomohlo v nesčetných experimentech nezbytných k vytvoření první buňky. Vlny lámající se na břehu vytvářejí jemnou pěnu složenou z bublin. Vítr šířící se přes oceán má tendenci vyhánět věci ke břehu, podobně jako sbírání naplaveného dřeva na pláži. Je možné, že organické molekuly byly koncentrovány na březích téměř stejným způsobem. Mělké pobřežní vody také bývají teplejší a dále koncentrují molekuly odpařováním. Zatímco bubliny složené převážně z vody mají tendenci rychle prasknout, olejové bubliny jsou shodou okolností mnohem stabilnější a poskytují konkrétní bublině více času na provedení těchto zásadních experimentů. Fosfolipid je dobrým příkladem běžné olejové sloučeniny převládající v prebiotických mořích. Fosfolipidy mohou být konstruovány v jedné mysli jako hydrofilní hlava na jednom konci a hydrofobní ocas na druhém. Fosfolipidy mají také důležitou vlastnost, kterou je schopnost spojit se dohromady a vytvořit dvojvrstvou membránu. Lipidová jednovrstevná bublina může obsahovat pouze olej, a proto nepřispívá k uchovávání ve vodě rozpustných organických molekul. Na druhé straně může lipidová dvojvrstvá bublina obsahovat vodu a byla pravděpodobně předchůdcem moderní buněčné membrány. Pokud přišel protein, který zvýšil integritu jeho mateřské bubliny, pak tato bublina měla výhodu a byla umístěna na začátek seznamu čekajících na přirozený výběr. Primitivní reprodukci si lze představit, když bubliny prasknou a uvolní výsledky experimentu do okolního média. Jakmile bylo do média uvolněno dostatek 'right věcí ', bylo možné dosáhnout vývoje prvních prokaryot, eukaryot a mnohobuněčných organismů. Tato teorie je v knize rozšířena, Buňka: Evoluce prvního organismu Joseph Panno Ph.D.

Původ eukaryotických buněk

Zdá se, že eukaryotická buňka se vyvinula ze symbiotického společenství prokaryotických buněk. Je téměř jisté, že organely nesoucí DNA, jako jsou mitochondrie a chloroplasty, jsou zbytky starověkých symbiotických bakterií dýchajících kyslík, respektive sinic, kde se zdá, že zbytek buňky je odvozen z rodové archaeanské prokaryotické buňky a ndash teorie nazvaná endosymbiotická teorie.

Stále existuje značná debata o tom, zda organely jako hydrogenozom předcházely vzniku mitochondrií nebo naopak: viz vodíková hypotéza původu eukaryotických buněk.


Podívejte se na video: KAMPUSTŇÁCI Jak buňky fungují? (Leden 2022).