Что такое бинарное деление

Размножение клеток путем бинарного деления

Бинарное деление – процесс воспроизводства новых клеток у прокариот, которые генетически идентичны родительской клетке. Прокариоты, такие как бактерии, распространяются путем двойного деления. Для одноклеточных организмов деление является единственным методом, используемым для производства новых клеток. Как у прокариотических, так и эукариотических клетках результатом деления клеток является образование дочерних клеток, которые генетически идентичны родительской клетке. В одноклеточных организмах дочерние клетки являются индивидуумами.

Из-за относительной простоты прокариот, процесс деления клеток или бинарное деление считается менее сложным и гораздо более быстрым процессом, чем воспроизводство клеток у эукариот. Одиночная круговая хромосомная ДНК бактерий не заключена в ядро, а вместо этого занимает конкретное место (нуклеоид) внутри клетки.

Хотя ДНК нуклеоида ассоциируется с белками, помогающими упаковывать молекулу в компактный размер, гистоны и нуклеосомы у прокариот отсутствует. Однако упаковочные белки бактерий связаны с белками когезин и конденсин, участвующими в уплотнении хромосом эукариот.

Бактериальная хромосома прикрепляется к плазматической мембране примерно в середине клетки. Начальная точка репликации близка к месту связывания хромосомы на клеточной мембране. Репликация ДНК двунаправленная, то есть она одновременно перемещается от изначального места расположения на обеих нитях. Когда образуются новые двойные нити, каждая точка происхождения удаляется от прикрепления клеточной стенки к противоположным концам клетки.

По мере удлинения клетки растущая мембрана помогает в переносе хромосом. После того как хромосомы очистили середину удлиненной клетки, начинается цитоплазматическое разделение. Образование кольца, состоящего из повторяющихся звеньев белка FtsZ, направляет разделение между нуклеоидами. Формирование кольца FtsZ вызывает накопление других белков, которые работают вместе, чтобы образовать материалы мембран и клеточных стенок. Между нуклеоидами образуется перегородка, постепенно распространяющаяся от периферии к центру клетки. Когда новые клеточные стенки находятся на своих местах, дочерние клетки разделяются.

Точный выбор времени и формирование митотического веретена имеет решающее значение для успеха деления эукариотических клеток. Прокариотические клетки, с другой стороны, не подвергаются митозу и, следовательно, не нуждаются в веретене деления. Однако белок FtsZ, который играет ​​важную роль в прокариотическом цитокинезе, структурно и функционально очень похож на тубулин, строительный белок микротрубочек, которые составляют веретено деления у эукариот.

Белки FtsZ могут образовывать нити, кольца и другие трехмерные структуры, подобные тубулину, который образует микротрубочки, центриоли и различные цитоскелетные компоненты. Кроме того, как FtsZ, так и тубулин используют один и тот же источник энергии (гуанозинтрифосфат), чтобы быстро собирать и разбирать сложные структуры. Хотя оба белка встречаются в современных организмах, тубулин развился и диверсифицировался в процессе эволюции из прокариотического FtsZ.

Ключевые моменты бинарного деления:

Источник

Разница между бинарным делением и митозом

Бинарное деление это метод бесполое размножение какие одноклеточные организмы, обычно прокариоты, используют для создания своих копий. Другой термин для процесса – клеточное клонирование. Митоз является деление клеток что приводит к двум одинаковым дочерние клетки и в основном используется для роста организм.

Двоичное деление отличается от митоза, потому что прокариотические клетки не имеют настоящего ядра, такого как эукариоты. Кроме того, в ядре во время бинарного деления не образуется митотического веретена. Тем не менее, процессы похожи в том, что организм или клетка сначала дублирует свою ДНК, а затем делится на две части в процессе, известном как цитокинез.

Сравнительная таблица

Бинарное деление

Бинарное деление – это процесс, при котором одноклеточный организм создает точную копию себя. Не требует поиска партнера, как в половое размножение и это более быстрый способ размножения, чем половое размножение. При температуре около 98,6 ° F клетки E. coli могут делиться примерно каждые 20 минут. Существует четыре основных типа бинарного деления, основанные на том, где организм делится.

просто

Простое бинарное деление используется амебами и может происходить на любой плоскости в организме.

поперечный

Парамеции и планарии (слизистые формы) используют поперечное бинарное деление. В этом методе деление происходит вдоль поперечной оси организмов. Некоторые виды слизистых плесеней могут иметь более одного деления одновременно и делиться на несколько дочерних клеток. Формы слизи могут также использовать половое размножение, когда это необходимо, например, для создания большего генетического разнообразия в новой среде. Парамеция может переключаться между бесполым и половым размножением.

продольный

Евглены используют продольное двойное деление, где деление происходит вдоль его продольной плоскости.

косой

Косое двойное деление используется организмами в род Ceratium (морские динофлагелляты), где разделение происходит наклонно или наклонно.

Процесс бинарного деления

Бинарное деление имеет шаги, похожие на митоз (см. Раздел «Митоз» ниже). ДНК разматывается, дублируется и тянется к противоположным полюсам бактерии в энергетически зависимом процессе. За это время организм увеличивается в размерах, чтобы подготовиться к делению. Наконец, борозда скола развивается в клеточная мембрана и две отдельные клетки отделены друг от друга.

Генетическое разнообразие у эукариот

Эукариоты могут страдать от недостатка генетического разнообразия из-за бесполого размножения через бинарное деление. Через некоторое время, естественный отбор оказал давление на эти организмы, чтобы разработать способы обмена кусками ДНК с другими организмами, чтобы внести некоторое генетическое разнообразие. Три метода – это преобразование, преобразование и сопряжение. В процессе трансформации, прокариоты собирают небольшие кусочки ДНК, которые другие прокариоты выбрасывают в окружающую среду. Трансдукция происходит в результате действия бактериофагов, которые могут переносить небольшие кусочки ДНК от одного бактерии другому во время заражения их. Наконец, в конъюгации бактерии используют волосоподобные структуры, называемые пили (единственное число = пилус), чтобы перемещать небольшие кусочки ДНК другим бактериям.

Митоз

Процесс митоза состоит из шести основных этапов и приводит к двум идентичным дочерним клеткам. Это отличается от мейоз который используется для создания половых клеток для полового размножения. До начала митоза клетка уже скопировала свои хромосомы, и белки, которые будут создавать митотический веретен, были созданы во время шага, называемого интерфаза.

профаза

Metaphase

Metaphase характеризуется тем, что хромосомы выстраиваются по средней линии клетки и прикрепляются к веретенообразным волокнам.

анафаза

На этом этапе каждая пара хроматид разделяется на две идентичные хромосомы. Волокна веретена затем тянут каждый набор хромосом к противоположным концам клетки.

телофаза

цитокинез

Цитокинез – это когда цитоплазма материнской клетки делится, образуя две дочерние клетки. Каждая дочерняя клетка имеет ДНК, которая идентична материнской клетке по количеству хромосом и генотип.

Источник

В отличие от эукариотических клеток, присутствующих в высших формах жизни, прокариотические клетки, такие как одноклеточные бактерии, не имеют ядра и не могут размножаться путем дублирования хромосом ядра.

Вместо этого они умножаются на процесс, называемый бинарным делением, при котором клетка просто делится на две части. Частью стратегии выживания бактерий является размножение как можно быстрее, когда условия благоприятны. Когда температура правильная и еда доступна, бинарное деление обеспечивает быстрый рост клеток.

Новые клетки должны быть такими же, как родительские клетки, поэтому генетический материал должен быть идентичным. Это означает, что молекулы ДНК клетки должны быть продублированы в процессе бинарного деления. Хотя это добавляет дополнительные шаги, бинарное деление все еще намного проще и быстрее, чем размножение эукариотических клеток, и хорошо подходит для поведения бактерий.

Что такое бинарное деление?

Поскольку это проще, чем процесс митоза на основе ядра при делении эукариотических клеток, бактерии могут использовать его для быстрого роста численности, когда позволяют условия и ресурсы. Такое быстрое размножение является преимуществом при конкуренции с другими бактериями и другими одноклеточными формами жизни.

Бактерии просто потребляют доступную пищу, выделяют их отходы и делятся, когда достигают размера, позволяющего им разделиться на две жизнеспособные меньшие клетки.

Какие шаги в бинарном делении?

Хотя бинарный процесс деления является относительно простым, он все же имеет несколько этапов, которые должны быть завершены до формирования новых клеток.

Сначала необходимо выправить одну круговую цепь бактериальной ДНК. Затем происходит репликация ДНК цепи. В то же время клетка начинает расти в удлиненную форму, и клеточная мембрана затем закрывается между двумя новыми клетками вблизи середины вытянутой родительской клетки. Подробные шаги заключаются в следующем:

Выпрямление ДНК

Молекула ДНК, которая содержит генетический код бактериальной клетки, представляет собой круговую цепь, которая обычно плотно свернута. Он должен разматываться и выпрямляться, чтобы его можно было скопировать.

Репликация ДНК

Пока клетка еще растет, фермент ДНК-полимераза дублирует цепь ДНК. Две копии прикрепляются к клеточной мембране.

Удлинение клетки

Когда клетка растет больше, она удлиняется, добавляя клеточную стенку и материал мембраны вокруг середины. Две копии ДНК, прикрепленные к клеточной мембране, тянутся к противоположным концам клетки при подготовке к окончательному делению на две части.

Расщепление клеток

При бинарном делении родительская клетка разделяется на две дочерние клетки одинакового размера. На полпути между удлиненными клеточными концами клеточная мембрана начинает расти в середину клетки. Как только мембрана изолировала две клетки, они могут отделиться.

Две новые дочерние клетки теперь содержат полный набор спиральной ДНК, а также долю клеточных рибосом и плазмид. Они готовы расти и в конечном итоге расколоть себя

Двоичное деление против митоза

Хотя бинарное деление является менее сложным процессом, чем деление эукариотических клеток с использованием митоза, оба приводят к идентичным дочерним клеткам.

Деление клеток в многоклеточных организмах может прекратиться, если в этом нет необходимости, или оно может быть направлено на формирование органов и сложных структур. Например, у людей неконтролируемый рост клеток может привести к опухолям и раку.

Клеточный метаболизм: определение, процесс и роль атп

Клетки требуют энергии для движения, деления, умножения и других важных процессов. Они проводят большую часть своей жизни, сосредоточившись на получении и использовании этой энергии посредством обмена веществ. Прокариотические и эукариотические клетки зависят от различных метаболических путей выживания.

ДНК клонирование: определение, процесс, примеры

Клонирование ДНК является экспериментальной техникой, которая производит идентичные копии последовательностей генетического кода ДНК. Процесс используется для генерирования количества сегментов молекулы ДНК или копий определенных генов. Продукты клонирования ДНК используются в биотехнологии, исследованиях, лечении и генной терапии.

Проходят ли эукариотические клетки бинарное деление?

Источник

Митоз и мейоз

Жизненный цикл клетки (клеточный цикл)

С момента появления клетки и до ее смерти в результате апоптоза (программируемой клеточной гибели) непрерывно продолжается жизненный цикл клетки.

Интенсивно образуются рибосомы, синтезируется АТФ и все виды РНК, ферменты, клетка растет.

Митоз является непрямым способом деления клетки, наиболее распространенным среди эукариотических организмов. По продолжительности занимает около 1 часа. К митозу клетка готовится в период интерфазы путем синтеза белков, АТФ и удвоения молекулы ДНК в синтетическом периоде.

Митоз состоит из 4 фаз, которые мы далее детально рассмотрим: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Напомню, что клетка вступает в митоз с уже удвоенным (в синтетическом периоде) количеством ДНК. Мы рассмотрим митоз на примере клетки с набором хромосом и ДНК 2n4c.

ДНК максимально спирализована в хромосомы, которые располагаются на экваторе клетки. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой (кинетохором). Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом (если точнее, прикрепляются к кинетохору центромеры).

Попробуйте самостоятельно вспомнить фазы митоза и описать события, которые в них происходят. Особенное внимание уделите состоянию хромосом, подчеркните сколько в них содержится молекул ДНК (хроматид).

Мейоз

В результате мейоза из диплоидных клеток (2n) получаются гаплоидные (n). Мейоз состоит из двух последовательных делений, между которыми практически отсутствует пауза. Удвоение ДНК перед мейозом происходит в синтетическом периоде интерфазы (как и при митозе).

Помимо типичных для профазы процессов (спирализация ДНК в хромосомы, разрушение ядерной оболочки, движение центриолей к полюсам клетки) в профазе мейоза I происходят два важнейших процесса: конъюгация и кроссинговер.

Кроссинговер является важнейшим процессом, в ходе которого возникают рекомбинации генов, что создает уникальный материал для эволюции, последующего естественного отбора. Кроссинговер приводит к генетическому разнообразию потомства.

Биваленты (комплексы из двух хромосом) выстраиваются по экватору клетки. Формируется веретено деления, нити которого крепятся к центромере (кинетохору) каждой хромосомы, составляющей бивалент.

Мейоз II весьма напоминает митоз по всем фазам, поэтому если вы что-то подзабыли: поищите в теме про митоз. Главное отличие мейоза II от мейоза I в том, что в анафазе мейоза II к полюсам клетки расходятся не хромосомы, а хроматиды (дочерние хромосомы).

Сейчас мы возьмем клетку, в которой 4 хромосомы. Попытайтесь самостоятельно описать фазы и этапы, через которые она пройдет в ходе мейоза. Проговорите и осмыслите набор хромосом в каждой фазе.

Бинарное деление надвое

При благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. В случае, если условия не столь благоприятны, то больше времени уходит на рост и развитие, накопление питательных веществ. Интервалы между делениями становятся длиннее.

Амитоз встречается в раковых (опухолевых) клетках, воспалительно измененных, в старых клетках.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Что такое двудольный (Бинарное деление)

разделение на две части или бинарное деление это метод бесполого размножения, посредством которого организм превращается в два новых идентичных организма. В этом процессе генетический материал живого существа дублируется и делится между двумя новыми существами..

Этот метод размножения происходит в прокариотических клетках и отличается от митоза, процесса, посредством которого эукариотические клетки размножаются.

Это различие является ключевым, потому что прокариотические клетки проще, чем эукариоты. Следовательно, бинарный процесс деления проще и быстрее, чем митоз.

Высокая скорость, с которой происходит двойное деление, позволяет организмам экспоненциально размножаться.

Это означает, что когда материнская клетка разбивается на две части, а затем дочерние клетки повторяют этот процесс, в результате за короткое время получается огромное количество идентичных клеток..

Примером этого явления является размножение бактерии E-coli, присутствующей в пищеварительном тракте человека и ответственной за различные желудочно-кишечные инфекции.

Благодаря процессу двойного деления эта бактерия может вырасти из одной клетки в популяцию миллионов за один день.

Бинарный процесс деления

Прокариотические клетки имеют несколько важных характеристик, которые делают процесс деления бинарных частиц простым и быстрым.

У этого типа клеток нет ядра. Следовательно, ваша генетическая информация находится в области, известной как нуклеоид. Внутри этой уникальной хромосомы находится вся генетическая информация организма..

Процесс бинарного деления начинается в этой хромосоме. Внутри него есть элемент, известный как источник репликации, где начинается процесс дублирования ДНК..

Когда источник репликации дублируется и разделяется, он генерирует два новых источника, которые тянутся к противоположным концам хромосомы, до тех пор, пока она не разорвется, и в результате две новые хромосомы с одинаковой генетической нагрузкой образуются в одной и той же клетке..

Благодаря этому процессу каждая хромосома направлена ​​к одному концу клетки, и это принимает удлиненную форму. Когда две новые хромосомы расположены на противоположных концах в центре клетки, создается новая клеточная стенка, которая функционирует как разделение между двумя нуклеоидами.

Наконец, эта стена делится на центр, и две новые клетки высвобождаются, чтобы продолжить как два новых независимых существа..

Этот полный процесс происходит в очень короткий период времени. В случае E-coli новое деление происходит всего за 15 минут. Однако есть и другие бактерии, которые размножаются медленнее.

Эта особенность чрезвычайно важна, поскольку она зависит от скорости распространения бактерии в данной среде..

Типы бинарного деления

Есть три типа деления бинарных частиц, которые определяются способом деления клетки. Эти различия важны, потому что они определяют результирующий размер и форму организмов, которые создаются в процессе разделения на две части.

Простое бинарное деление

Простое бинарное деление происходит, когда клетка делится симметрично. В этих случаях образуются два новых организма одинакового размера. Это происходит, например, у амеб.

Поперечное бинарное деление

Поперечное бинарное деление происходит, когда деление клетки происходит в совпадении с поперечной осью организма. Это происходит в организмах, таких как планария.

Продольное бинарное деление

Продольное бинарное деление происходит, когда деление клетки происходит в совпадении с продольной осью организма. Пример этого явления встречается в Евглене.

Множественное деление

У некоторых организмов процесс деления представлен не бинарным образом, а множественным образом. В этих случаях ядро ​​делится на более чем две части, а затем цитоплазма делится на столько частей, сколько имеется ядер..

Таким образом, из одной стволовой клетки может быть получено различное количество клеток..

Этот тип размножения встречается у малярийного паразита, что делает его развитие еще больше, чем у других бактерий..

черты

Бесполое размножение, теоретически, приводит к образованию двух клеток с одинаковой ДНК. Это подразумевает, что организмы, которые размножаются с помощью этого метода, идентичны друг другу и что они не подвергаются какой-либо модификации с течением времени.

Это подразумевает, что у этих организмов есть большие трудности, чтобы приспособиться к новой окружающей среде или даже остаться в их собственной окружающей среде, когда это подвергается некоторым изменениям. В случае бактерий это будет означать, что они могут быть легко выведены из организма..

Тем не менее, было обнаружено, что ДНК бактерий имеет относительно высокий уровень мутаций.

Это позволяет им развивать устойчивость к антибиотикам и даже учиться развиваться в самых разных условиях окружающей среды..

С другой стороны, бинарное деление является очень эффективным методом размножения благодаря своей простоте. По этой причине при соответствующих условиях окружающей среды рост бактерий может быть чрезвычайно быстрым.

Мутация ДНК в бинарном делении

При бинарном делении нет комбинации генов между двумя организмами, как при половом размножении. Тем не менее, существуют другие формы обмена генетическим материалом, которые позволяют мутации ДНК.

На данный момент обнаружено три возможных способа обмена у бактерий:

Хотя эти процессы не эквивалентны половому размножению, в результате бактерия может сочетать в себе черты двух разных родительских клеток..

Благодаря этому бактерии могут мутировать и адаптироваться к новым условиям, что гарантирует более длительную продолжительность жизни против антибиотиков или других угроз..

Источник