Размножение прокариот. Жизненный цикл

1.

Жизненный цикл – онтогенез
греч. ontos – сущее,
genesis- возникновение
ЖЦ или онтогенез — период от возникновения организма до
прекращения его существования. Для одноклеточных организмов онтогенез
равнозначен клеточному циклу - последовательности событий от
одного деления до другого. Клеточный цикл включает процессы роста
и деления клетки. В норме у бактерий эти процессы тесно
взаимосвязаны — это особенность прокариотической клетки.
Иногда у бактерий наблюдается рост без деления или деление без роста.
Под ростом понимают увеличение размеров и массы клетки.
Размножение — это увеличение количества клеток во времени.
Палочковидные бактерии растут вдоль длинной оси, кокки — равномерно
во все стороны. При нарушении соотношения поверхности клетки к ее объёму
клетка делится. Считается, что сигналом для начала репликации нуклеоида
является удвоение массы клетки.

2.

Жизненный цикл :
- Вегетативный ЖЦ;
- Дифференцировка (циклы с образованием покоящихся клеток)
Фазы вегетативного ЖЦ:
В – увеличение массы клетки ~ 20-220минут
С – репликация ДНК – 40 минут
D – сегрегация хромосом и деление клеток ~
20минут

3.

Размножение бактерий
включает:
- накопление определенной массы клетки;
- репликацию нуклеоида;
- удвоение всех плазмид клетки;
- построение новых участков ЦПМ и КС;
- расхождение дочерних клеток.

4.

Репликация нуклеоида
Нуклеоид прикреплён к ЦПМ (часто в области мезосомы), где
локализованы ферменты, участвующие в репликации ДНК. В момент
инициации репликации одна из нитей ДНК разрывается и её 5`-конец
прикрепляется к ЦПМ рядом с предыдущим место прикрепления с
помощью белка-инициатора (пунктирная линия на слайде 5). В
результате двойная спираль ДНК оказывается раскрытой в виде
«вилки». На каждой стороне репликативной вилки (слайд 6) строится
новая цепь ДНК (полуконсервативный механизм репликации, как и у
эукариот). Вначале происходит присоединение праймера (10–60
нуклеотидов), к 3`-концу которого ДНК-полимераза присоединяет
нуклеотиды по правилу комплементарности. Как и у эукариот, одна
синтезируемая цепь является лидирующей, вторая — отстающей и
образуется в виде фрагментов Оказаки, которые затем сшиваются
лигазами между собой. Фрагменты Оказаки у бактерий около 1000 н.п.,
у эукариот — 100-200 н.п.. Репликация у бактерий идёт значительно
быстрее, чем у эукариот, со скоростью 1700 н.п. в секунду, и нуклеоид
реплицируется за 40 минут.

5.

Схема репликации нуклеоида

6.

Репликативная вилка
Фрагменты Оказаки
у прокариот в 10 раз
длиннее, чем у эукариот
5' 3'
ДНК-pol
геликаза
ДНК-лигаза
РНК-затравка:
праймер
Отстающая цепь
Лидирующая цепь

7.

Репликация нуклеоида
У бактерий раскручивание и репликация нуклеоида ведут к
образованию структуры, напоминающей кольцо с внутренней
петлёй, похоже по форме на греческую букву тэта — Ɵ. Эту
структуру реплицирующейся ДНК называют тэта-петлёй (слайд 8).
Одновременно с репликацией происходит процесс разделения —
сегрегации - новых хромосом в результате роста ЦПМ на участке
между старой и новой точками прикрепления хромосомы к ЦПМ
(слайды 5, 9). То есть процесс размножения тесно связан в
процессом роста клетки.
После завершения репликации ЦПМ врастает внутрь клетки и
разделяет два нуклеоида.
Продолжительность репликации (R) постоянна — 40 минут, время
между окончанием репликации и делением (D) также относительно
постоянно — 20 минут. Периоды R и D могут совпадать ли
проходить последовательно. Значительно варьирует время,
предшествующее инициации репликации.

8.

Двунаправленная репликация
с образованием О-петли
репликативная вилка
Точка инициации
репликативная вилка
При репликации возникает две вилки,
движущиеся в противоположных направлениях.

9.

Сегрегация нуклеоидов

10.

11.

Способы размножения
бактерий
• Деление
• Почкование
• Множественное деление
• Экзоспоры
• Фрагментация

12.

Деление:
Бинарное поперечное деление
изоморфное
гетероморфное

13.

Деление перегородкой
Новая КС
Характерно для большинства Гр+
и для нитчатых Гр- бактерий. Новая
КС образуется по всему периметру
клетки.

14.

Деление перегородкой

15.

Деление перегородкой
нитчатых бактерий

16.

Нитчатые бактерии (Гр-)
Crenothrix
Caryophanon sp.
Alysiella
10мкм
Simonsiella
10мкм

17.

Деление перетяжкой характерно для Гр
Новая КС
Новая КС образуется в области перетяжки
-

18.

Нормальное деление
Рост без деления
миниклетка
Аномальное деление
с образованием
мини-клетки

19.

Почкование
Это вариант гетероморфного деления.
Почка отделяется перетяжкой или перегородкой.
Hyphomicrobium sp.
Новая КС образуется
вокруг почки

20.

Множественное деление: баеоциты
(беоциты) у одноклеточных цианобактерий
пор.Pleurocapsales
Вегетативная клетка
растет (1) многократно делится
(2). Мелкие клетки — баеоциты
- выходят наружу (4) при
разрыве
материнской клетки (3).

21.

Множественное деление:
гонидии
Leptothrix
Thiothrix
Sphaerotilus
Caryophanon
Гонидии - клетки, образующиеся
в результате множественного деления
концевых клеток трихома нитчатых бактерий

22.

Множественное деление:
Размножение гормогониями
нитчатых цианобактерий
Гормогонии — короткие нити из мелких подвижных
клеток, никогда не окружены чехлом.

23.

Размножение экзоспорами
Наиболее характерно для ветвящихся бактерий - актиномицетов. Их
тело очень похоже на вегетативное тело микромицетов.
Отдельные гифы воздушного мицелия актиномицетов —
спорофоры — на определённой стадии ЖЦ многократно делятся
с образованием экзоспор. Спорофоры бывают разной формы.
У части актиномицетов споры образуются внутри специальных
клеток — спорангиев. Спорангии - округлые клетки, внутри
которых происходит многократная репликация нуклеоида, затем
вокруг нуклеоидов концентрируется цитоплазма, образуется ЦПМ
и КС. Спорангиоспоры бывают подвижными (имеют жгутики
бактериального типа) и неподвижными.
Экзоспоры и спорангиоспоры актиномицетов имеют более толстую
КС, чем вегетативные гифы, и лучше переносят неблагоприятные
условия (своеобразные покоящиеся клетки).