מֵידָע

22.2B: רבייה פרוקריוטית - ביולוגיה


הפרוקריוטים מתרבים א -מינית על ידי ביקוע בינארי; הם יכולים גם להחליף חומר גנטי על ידי טרנספורמציה, התמרה והצמדה.

מטרות למידה

  • להבחין בין סוגי הרבייה בפרוקריוטים

נקודות מפתח

  • ביקוע בינארי הוא סוג של רבייה שבה הכרומוזום משוכפל והפרוקריוט שהתקבל הוא העתק מדויק של הפרוקריאט ההורי, ובכך לא משאיר הזדמנות לגיוון גנטי.
  • טרנספורמציה היא סוג של רבייה פרוקריוטית שבה פרוקריוט יכול לקלוט DNA שנמצא בתוך הסביבה שמקורו בפרוקריוטים אחרים.
  • התמרה היא סוג של רבייה פרוקריוטית שבה פרוקריוט נגוע בנגיף המזריק חתיכות קצרות של DNA כרומוזומלי מחיידק אחד למשנהו.
  • הצמידה היא סוג של רבייה פרוקריוטית שבה DNA מועבר בין פרוקריוטים באמצעות פילוס.

מושגי מפתח

  • טרנספורמציה: שינוי תא חיידקי הנגרם מהעברת DNA מאחר, במיוחד אם הוא פתוגני
  • התמרה: מנגנון העברת גנים אופקי בפרוקריוטים שבהם הגנים מועברים באמצעות וירוס
  • פיצול בינארי: התהליך שבו תא מתחלק א -מינית ליצירת שני תאי בת
  • נְטִיָה: מיזוג זמני של אורגניזמים, במיוחד כחלק מהרבייה המינית
  • פילוס: נספח דמוי שיער שנמצא על פני התא של חיידקים רבים

שִׁעתוּק

הרבייה בפרוקריוטים היא א -מינית ובדרך כלל מתבצעת על ידי ביקוע בינארי. ה- DNA של פרוקריוט קיים כרומוזום יחיד ומעגלי. הפרוקריוטים אינם עוברים מיטוזה; אלא הכרומוזום משוכפל ושני העותקים המתקבלים נפרדים זה מזה, בשל צמיחת התא. הפרוקריוט, המוגדל כעת, צובט פנימה בקו המשווה שלו ושני התאים המתקבלים, שהם שיבוטים, נפרדים. ביקוע בינארי אינו מספק הזדמנות לשחזור גנטי או גיוון גנטי, אך פרוקריוטים יכולים לחלוק גנים על ידי שלושה מנגנונים אחרים.

בשינוי, הפרוקריוט לוקח DNA שנמצא בסביבתו ונשפך על ידי פרוקריוטים אחרים. אם חיידק לא פתוגני תופס DNA של גן רעלן מהפתוגן ומשלב את הדנ"א החדש בכרומוזום שלו, גם הוא עלול להפוך לפתוגני. בהתמרה, בקטריופאגים, הנגיפים שמדביקים חיידקים, מעבירים לפעמים גם חתיכות קצרות של DNA כרומוזומלי מחיידק אחד למשנהו. התמרה מתרחשת באורגניזם רקומביננטי. ארכאיות אינן מושפעות מחיידקים, אך יש להן וירוסים משלהן המעבירים חומר גנטי מאדם אחד למשנהו. בצמידה, DNA מועבר מפרוקריוט אחד למשנהו באמצעות פילוס, המביא את האורגניזמים במגע זה עם זה. ה- DNA המועבר יכול להיות בצורה של פלסמיד או כהכלאה, המכיל הן פלסמיד והן DNA כרומוזומלי.

הרבייה יכולה להיות מהירה מאוד: כמה דקות לכמה מינים. זמן הדור הקצר הזה, יחד עם מנגנוני רקומבינציה גנטית ושיעורי מוטציה גבוהים, מביאים להתפתחות מהירה של פרוקריוטים, ומאפשרים להם להגיב לשינויים סביבתיים (כגון הכנסת אנטיביוטיקה) במהירות רבה.


חטיבת תאים פרוקריוטיים

תהליך חלוקת התא המשמשים פרוקריוטים (כגון חיידקי E. coli) וכמה אוקריוטים חד תאיים נקרא פיצול בינארי. עבור אורגניזמים חד תאיים, חלוקת התא היא השיטה היחידה לייצר אנשים חדשים. התוצאה של שכפול תאים מסוג זה היא זוג תאי בת שהם זהים גנטית למקור תא אב. באורגניזמים חד -תאיים, תאי הבת הם אורגניזמים בודדים שלמים. זהו תהליך פחות מסובך ומהיר הרבה יותר מחלוקת תאים באיקריוטים. בגלל מהירות החלוקה של תאים חיידקיים אוכלוסיות חיידקים יכולות לצמוח במהירות רבה.

איור 1: חיידק E. coli המתחלק לשני תאי בת זהים

כדי להשיג את התוצאה של תאי בת זהים, ישנם כמה צעדים חיוניים. יש לשכפל את ה- DNA הגנומי (באמצעות שכפול DNA) כדי לייצר שני עותקים זהים של הגנום כולו. לאחר מכן, יש להעביר עותק אחד לכל אחד מתאי הבת. כמו כן יש לחלק את התוכן הציטופלסמי כדי לתת לשני התאים החדשים את המנגנון לקיים חיים. מכיוון שלתאים חיידקיים יש גנום המורכב מכרומוזום DNA עגול יחיד, תהליך חלוקת התא הוא פשוט מאוד.

/>איור 2: חלוקת תאים פרוקריוטיים מתרחשת באמצעות תהליך הנקרא ביקוע בינארי.


פיצול בינארי

בשל הפשטות היחסית של הפרוקריוטים, תהליך חלוקת התא הוא תהליך פחות מסובך ומהיר בהרבה מחלוקת התא באיקריוטים. כסקירת המידע הכללי על חלוקת תאים שדנו בתחילת פרק זה, נזכיר כי כרומוזום ה- DNA היחיד והמעגלי של חיידקים תופס מיקום ספציפי, אזור הנוקלאואיד, בתוך התא (). למרות שה- DNA של הגרעין קשור לחלבונים המסייעים לאריזת המולקולה לגודל קומפקטי, אין חלבוני היסטון ולכן אין נוקלאוזומים בפרוקריוטים. חלבוני האריזה של החיידקים קשורים, עם זאת, לחלבוני הקוהזין והקונדנסין המעורבים בדחיסת הכרומוזומים של האיקריוטים.

הכרומוזום החיידקי מחובר לקרום הפלזמה בערך באמצע התא. נקודת ההתחלה של השכפול, המוצא, קרובה לאתר הקישור של הכרומוזום לקרום הפלזמה (איור). שכפול ה- DNA הוא דו -כיווני, ומתרחק מהמקור בשני גדילי הלולאה במקביל. כאשר נוצרים החוטים הכפולים החדשים, כל נקודת מוצא מתרחקת מהחיבור לדופן התא לכיוון הקצוות הנגדים של התא. כאשר התא מתארך, הקרום הגדל מסייע בהעברת הכרומוזומים. לאחר שהכרומוזומים פינו את נקודת האמצע של התא המוארך, מתחילה הפרדה ציטופלסמית. היווצרות טבעת המורכבת מיחידות חוזרות של חלבון הנקרא FtsZ (קיצור של "מוטציה Z רגישה לטמפרטורה נימה") מכוונת את המחיצה בין הנוקליאידים. יצירת טבעת FtsZ מעוררת הצטברות של חלבונים אחרים הפועלים יחד לגיוס חומרים חדשים של קרום ודופן התא לאתר. בין מחלוקי הבת נוצר מחיצה, המשתרעת בהדרגה מהפריפריה לכיוון מרכז התא. כאשר קירות התא החדשים נמצאים במקומם, תאי הבת נפרדים.

תמונות אלו מציגות את שלבי הביקוע הבינארי בפרוקריוטים. (אשראי: שינוי העבודה על ידי "מקסטרותר"/ויקימדיה)


13.1 פרוקריוטים

הערה: העמוד הראשון של פרק 13.2 והקצאת אמת / שקר של פרק 13.1 כלול בסוף חבילת פרק 13.1. השלם אותו כאשר אתה מגיע לפרק 13.2.

כמו כן, מטלת אוצר המילים השנייה נותנת את אחת התשובות משם במספר 4. תהנה מהתשובה החינמית, חחח.

אוצר מילים

  • תרופה אנטיביוטית
    • תרופה ההורגת חיידקים ומרפאת זיהומים ומחלות חיידקיות.
    • יכולת לעמוד בתרופות אנטיביוטיות שהתפתחו בחלק מהחיידקים.
    • אחד משני תחומים פרוקריוטיים הכוללים אורגניזמים החיים בסביבות קיצוניות.
    • תחום הפרוקריוטים שחלקם גורמים למחלות אנושיות.
    • מושבה של פרוקריוטים הדבוקה למשטח כגון סלע או רקמת מארח.
    • חיידק פוטוסינתטי כחול-ירוק חיובי.
    • נבגים הנוצרים בתוך תאים פרוקריוטים כשהם במתח, סוגרים את ה- DNA ומסייעים לו לשרוד תנאים שעלולים להרוג את התא.
    • כל סוג של ארכאה שחיה בסביבה קיצונית, כגון סביבה מלוחה, חמה או חומצית.
    • הארכות חלבון דקות ודקות של קרום הפלזמה ברוב התאים הפרוקריוטים המסייעים לתאים לנוע
    • שיטה להגדלת השונות הגנטית בפרוקריוטים הכוללת תאים "התופסים" פיסות DNA תועות מסביבתם או החלפת DNA ישירות עם תאים אחרים.
    • סוג של חיידקים המכתים אדום בכתם גראם ויש להם דופן תא דקה עם קרום חיצוני.
    • סוג של חיידקים שמכתים סגול עם כתם גרם ויש להם דופן תא עבה ללא קרום חיצוני.
    • פיסת DNA קטנה ומעגלית בתא פרוקריוטי.
    • אורגניזם כגון חרק המפיץ פתוגנים ממארח ​​למארח.

    מבוא

    אין ספק שכאבת לך הגרון בעבר, וכנראה אכלת גבינה או יוגורט. אם כן, אז נתקלת בעולם המרתק של הפרוקריוטים. פרוקריוטים הם אורגניזמים חד תאיים חסרי גרעין. הם גם חסרים אברונים אחרים הקשורים לממברנה. פרוקריוטים הם זעירים ולפעמים מטרידים, אך הם האורגניזמים הרבים ביותר על פני כדור הארץ. בלעדיהם העולם היה שונה לגמרי.

    להלן הדפסה שתעזור לך לזכור את החומר בסרטון למעלה:

    סיווג הפרוקריוטים

    הפרוקריוטים ממוקמים כיום בשני תחומים. דומיין הוא הטקסון הגבוה ביותר, ממש מעל הממלכה. התחומים הפרוקריוטיים הם בַּקטֶרִיָה ו ארכאי (לִרְאוֹת דמות לְהַלָן). התחום השלישי הוא Eukarya. הוא כולל את כל האיקריוטים. שלא כמו פרוקריוטים, לאיקריוטים יש גרעין בתאים שלהם.

    להלן הדפסה נוספת שתרצה להציץ בה כדי לעזור לך לזכור את חומר הווידאו:

    מאפיין בַּקטֶרִיָה ארכאי אוקריה
    פלגלה ייחודי לחיידקים ייחודי לארכאה ייחודי לאוקריה
    קרום תא ייחודי לחיידקים כמו חיידקים ואוקריה ייחודי לאוקריה
    סינתזה של חלבון ייחודי לחיידקים כמו אוקריה כמו ארכאה
    אינטרונים נעדר ברובם מתנה מתנה
    פפטידוגליקן (בדופן התא) מתנה נעדר ברובם נֶעדָר

    חיידקי תחום

    חיידקים הם קבוצת האורגניזמים המגוונת והנרחבת ביותר על פני כדור הארץ. הם חיים כמעט בכל הסביבות. הם נמצאים באוקיינוס, בקרקע ובמעיים של בעלי חיים. הם נמצאים אפילו בסלעים עמוקים מתחת לפני השטח של כדור הארץ. סביר להניח שכל משטח שלא עוקר הוא מכוסה בחיידקים. המספר הכולל של חיידקים בעולם הוא מדהים. ההערכה היא 5 × 10 30, או חמישה מיליון טריליון טריליון. יש לך יותר חיידקים בגוף ובגוף מכפי שיש לך תאי גוף!

    חיידקים נקראים ציאנובקטריה חשובים מאוד. צבעם ירוק כחלחל (ראה דמות להלן) מכיוון שהם מכילים כלורופיל. הם מייצרים מזון באמצעות פוטוסינתזה ומשחררים חמצן לאוויר.

    אלפי מינים של חיידקים התגלו, ורבים נוספים קיימים. ניתן לסווג את המינים הידועים על בסיס תכונות שונות. סיווג אחד מבוסס על הבדלים בדפנות התא ובקרומים החיצוניים שלהם. הוא מקבץ חיידקים גרם חיובי ו גרם שלילי חיידקים, כפי שמתואר ב דמות לְהַלָן.

    דומיין ארכאה

    מדענים עדיין יודעים מעט יחסית על ארכאה. הסיבה לכך היא שקשה לגדל אותם במעבדה. רבים חיים בתוך גופם של בעלי חיים, כולל בני אדם. עם זאת, לא ידוע שאף אחד גורם למחלה.

    ארכאיה התגלו לראשונה בסביבות קיצוניות. לדוגמה, חלקם נמצאו במעיינות חמים. אחרים נמצאו סביב פתחי ים עמוקים. קוראים לארכאים כאלה אקסטרופילים, או "חובבי קיצוניות". דמות להלן מתוארים שלושה סוגים שונים של אקסטרופילים ארכאים.

    כיום ידוע כי ארכאי חיים כמעט בכל מקום על פני כדור הארץ. הם רבים במיוחד באוקיינוס. ארכאה בפלנקטון עשויה להיות אחד מסוגי האורגניזמים הנפוצים ביותר על פני כדור הארץ. ארכאה נחשבת גם למלאת תפקידים חשובים במחזורי הפחמן והחנקן. מסיבות אלה, ארכיאה מוכרת כיום כהיבט מרכזי של החיים על פני כדור הארץ.

    מאסטרינג מדע: ציד אקסטרופילים (הערה: סרטון זה מזכיר מיליארדי שנים.)

    BBC Extremophiles – בעלי חיים מוזרים (אופציונלי)

    מבנה הפרוקריוט

    רוב התאים הפרוקריוטים קטנים בהרבה מהתאים האיקריוטים. למרות שהם תאים זעירים, ניתן להבחין בתאים פרוקריוטים לפי צורתם. הצורות הנפוצות ביותר הן סלילים, כדורים ומוטות (ראה דמות לְהַלָן).

    ממברנת פלזמה ודופן תא

    בדומה לתאים אחרים, לתאים הפרוקריוטים יש קרום פלזמה (ראה דמות לְהַלָן). הוא שולט במה שנכנס ויוצא מהתא. זהו גם האתר לתגובות מטבוליות רבות. לדוגמה, נשימה תאית ופוטוסינתזה מתרחשות בקרום הפלזמה.

    לרוב הפרוקריוטים יש גם דופן תא. הוא שוכן ממש מחוץ לקרום הפלזמה. זה נותן כוח וקשיחות לתא. חיידקים וארכאיה נבדלים במבנה דופן התא שלהם. דופן התא של חיידקים מכילה פפטידוגליקן (המורכב מסוכרים וחומצות אמינו). דופן התא של רוב ארכא חסר פפטידוגליקן.

    ציטופלזמה ומבני תאים

    בתוך קרום הפלזמה של תאים פרוקריוטים נמצא הציטופלזמה. הוא מכיל מספר מבנים, כולל ריבוזומים, שלד וחומר גנטי. ריבוזומים הם אתרים בהם נוצרים חלבונים. שלד הציטוט עוזר לתא לשמור על צורתו. החומר הגנטי הוא בדרך כלל לולאה אחת של DNA. יתכנו גם פיסות DNA קטנות ומעגליות, הנקראות פלסמידים (לִרְאוֹת דמות לְהַלָן). הציטופלזמה עשויה להכיל גם תאי מיקרו. אלה מבנים זעירים המוקפים בחלבונים. הם מכילים אנזימים ומעורבים בתהליכים מטבוליים.

    מבנים חוץ תאיים

    לפרוקריוטים רבים יש שכבה נוספת, הנקראת כמוסה, מחוץ לדופן התא. הקפסולה מגנה על התא מפני כימיקלים והתייבשות. הוא גם מאפשר לתא להיצמד למשטחים ולתאים אחרים. בגלל זה, פרוקריוטים רבים יכולים ליצור ביופילמים, כמו זה שמוצג בו דמות לְהַלָן. א ביופילם היא מושבה של פרוקריוטים הדבוקה למשטח כגון סלע או רקמות של מארח. הרובד הדביק שנאסף על השיניים בין הצחצוח הוא ביופילם. הוא מורכב ממיליוני חיידקים.

    לרוב הפרוקריוטים יש גם מבני חלבון ארוכים ודקים הנקראים flagella (יחיד, flagellum). הם משתרעים מממברנת הפלזמה. פלגלה מסייעת לפרוקריוטים לנוע. הם מסתובבים סביב בסיס קבוע וגורמים לתא להתגלגל ולהיפול. כמו שמוצג ב דמות להלן, לפרוקריוטים עשוי להיות דגל אחד או יותר.

    אנדוספורים

    אורגניזמים רבים יוצרים נבגים לצורך רבייה. כמה פרוקריוטים יוצרים נבגים להישרדות. שקוראים לו אנדוספורים, הם נוצרים בתוך תאים פרוקריוטים כאשר הם תחת לחץ. המתח יכול להיות קרינת UV, טמפרטורות גבוהות או כימיקלים קשים. אנדוספורים סוגרים את ה- DNA ומסייעים לו לשרוד בתנאים שעלולים להרוג את התא. אנדוספורים נמצאים בדרך כלל באדמה ובמים. הם עשויים לשרוד לפרקי זמן ארוכים.

    מטבוליזם פרוקריוט

    כמו כל יצור חי, פרוקריוטים זקוקים לאנרגיה ופחמן. הם עונים לצרכים אלה במגוון דרכים. למעשה, לפרוקריוטים יש כמעט כל סוג של מטבוליזם אפשרי. הם עשויים לקבל אנרגיה מאור (צילום) או מתרכובות כימיות (כימותרפיה). הם עשויים לקבל פחמן מפחמן דו חמצני (אוטוטרוף) או יצורים חיים אחרים (הטרוטרוף). שולחן להלן כל סוגי המטבוליזם האפשריים. אילו סוגי פרוקריוטים הם מפיקים? אילו סוגים הם צרכנים?

    סוג האנרגיה מקור הפחמן: פחמן דו חמצני מקור הפחמן: אורגניזמים אחרים
    אוֹר Photoautotroph פוטותרוטרופ
    תרכובות כימיות Chemoautotroph Chemoheterotroph

    רוב הפרוקריוטים הם כימוטרוטרופים. הם תלויים באורגניזמים אחרים הן באנרגיה והן בפחמן. רבים מפרקים פסולת אורגנית ושרידי אורגניזמים מתים. הם ממלאים תפקידים חיוניים כמפרקים ומסייעים למחזר פחמן וחנקן. Photoautotrophs הם יצרנים חשובים. הם חשובים במיוחד במערכות אקולוגיות מימיות.

    בתי גידול פרוקריוטיים

    ניתן לסווג את בתי הגידול הפרוקריוטיים על בסיס חמצן או טמפרטורה. גורמים אלה חשובים לרוב האורגניזמים.

    • פרוקריוטים אירוביים זקוקים לחמצן. הם משתמשים בו לנשימה סלולרית. דוגמה לכך היא החיידק שגורם למחלת שחפת (TB). הוא מדביק את הריאות האנושיות.
    • פרוקריוטים אנאירוביים אינם זקוקים לחמצן. הם משתמשים בתסיסה או בשיטות נשימה אחרות שאינן דורשות חמצן. למעשה, חלקם אינם יכולים לסבול חמצן. דוגמה לכך היא חיידק המדביק פצעים והורג רקמות, וגורם למצב הנקרא גנגרן.

    טֶמפֶּרָטוּרָה

    כמו רוב האורגניזמים, הפרוקריוטים חיים וגדלים בצורה הטובה ביותר בטווחי טמפרטורות מסוימים. ניתן לסווג פרוקריוטים לפי העדפות הטמפרטורה שלהם, כפי שמוצג ב שולחן לְהַלָן. איזה סוג של פרוקריוט היית מצפה למצוא בתוך גוף האדם?

    סוג הפרוקריוט טמפרטורה מועדפת היכן שהוא עשוי להימצא
    תרמופיל מעל 45 ° C (113 ° F) בקומפוסט
    מזופיל בערך 37 ° C (98 ° F) בתוך בעלי חיים
    פסיכרופיל מתחת ל 20 ° C (68 ° F) באוקיינוס ​​העמוק

    רבייה בפרוקריוטים

    תאים פרוקריוטים גדלים לגודל מסוים. ואז הם מתחלקים באמצעות ביקוע בינארי.

    פיצול בינארי

    ביקוע בינארי הוא סוג של רבייה א -מינית. הוא מתרחש כאשר תא האב מתפצל לשני תאי בת זהים. זה יכול לגרום לגידול אוכלוסין מהיר מאוד. לדוגמה, בתנאים אידיאליים אוכלוסיות חיידקים יכולות להכפיל כל 20 דקות. גידול אוכלוסייה מהיר כל כך הוא הסתגלות לסביבה לא יציבה. תוכל להסביר מדוע?

    העברה גנטית

    ברבייה א -מינית, כל הצאצאים זהים לחלוטין. זהו החיסרון הגדול ביותר ברבייה מסוג זה. למה? חוסר וריאציה גנטית מגביר את הסיכון להכחדה. ללא מגוון, יתכן שאין אורגניזמים שיכולים לשרוד שינוי גדול בסביבה.

    לפרוקריוטים יש דרך אחרת להגדיל את השונות הגנטית. זה נקרא העברה גנטית. זה יכול להתרחש בשתי דרכים. דרך אחת היא כאשר תאים "תופסים" פיסות DNA תועות מסביבתם. הדרך השנייה היא כאשר תאים מחליפים ישירות DNA (בדרך כלל פלסמידים) עם תאים אחרים. העברה גנטית הופכת את החיידקים ליעילים מאוד בביוטכנולוגיה. ניתן להשתמש בו ליצירת תאים חיידקיים הנושאים גנים חדשים.

    חיידקים ובני אדם

    לחיידקים ולבני אדם יש מערכות יחסים חשובות רבות. חיידקים מקלים על חיינו במספר דרכים. למעשה, לא יכולנו לשרוד בלעדיהם. מצד שני, חיידקים יכולים גם לגרום לנו לחלות.

    יתרונות חיידקים

    חיידקים מספקים שירותי מערכת אקולוגית חיונית. הם מפרקים חשובים. הם נחוצים גם למחזורי הפחמן והחנקן. ישנם מיליארדי חיידקים בתוך המעיים האנושיים. הם עוזרים לעכל מזון, מייצרים ויטמינים ומשחקים תפקידים חשובים אחרים. בני אדם משתמשים גם בחיידקים בדרכים רבות אחרות, כולל:

    • יצירת מוצרים, כגון אתנול ואנזימים.
    • ייצור תרופות, כגון אנטיביוטיקה וחיסונים.
    • ייצור ביוגז, כגון מתאן.
    • ניקוי דליפות שמן ופסולת רעילה.
    • חיסול מזיקים של צמחים.
    • העברת גנים רגילים לתאים אנושיים בטיפול גנטי.
    • תסיסה של מזונות (ראו דמות לְהַלָן).

    TED Ed: החיידק המועיל שמייצר מאכלים טעימים

    חיידקים ומחלות

    יש לך פי עשרה חיידקים בתאים האנושיים בגופך!

    TED Ed: אתם החיידקים שלכם

    רוב החיידקים הללו אינם מזיקים. עם זאת, חיידקים יכולים גם לגרום למחלות. דוגמאות למחלות חיידקיות כוללות טטנוס, עגבת והרעלת מזון. חיידקים עלולים להתפשט ישירות מאדם אחד לאחר. לדוגמה, הם יכולים להתפשט באמצעות נגיעה, שיעול או עיטוש. הם עשויים להתפשט גם באמצעות מזון, מים או חפצים.

    TED Ed: כיצד מתפשטים חיידקים?

    דרך נוספת להתפשט חיידקים ופתוגנים אחרים היא על ידי וקטורים. א וֶקטוֹר הוא אורגניזם המפיץ פתוגנים ממארח ​​למארח. חרקים הם הווקטורים השכיחים ביותר של מחלות אנושיות. דמות להלן שתי דוגמאות.

    עד כמה מסוכנת מחלת ליים?

    בני אדם נכנסו ממש לכמה מחלות חיידקיות חדשות. כאשר אנשים באים במגע עם אוכלוסיות בר, הם עלולים להפוך לחלק ממחזורים טבעיים של העברת מחלות. שקול את מחלת ליים. זה נגרם על ידי חיידקים שבדרך כלל מדביקים יונקים פראיים קטנים, כגון עכברים. קרציה נושכת עכבר וקולטת את החיידקים. הקרציה עשויה לאחר מכן לנשוך אדם הפולש לבית הגידול הטבעי. באמצעות העקיצה מועברים החיידקים למארח האנושי.

    שליטה על חיידקים

    בדרך כלל ניתן להרוג חיידקים במזון או במים על ידי חימום לטמפרטורה גבוהה (בדרך כלל, לפחות 71 מעלות צלזיוס או 160 מעלות צלזיוס). ניתן להרוג חיידקים על משטחים רבים בעזרת אקונומיקה כלור או חומרי חיטוי אחרים. ניתן לטפל בזיהומים חיידקיים באנשים תרופות אנטיביוטיות. לדוגמה, אם אי פעם היה לך גרון "דלקות", כנראה שטופלת באנטיביוטיקה.

    אנטיביוטיקה הצילה חיים רבים. עם זאת, שימוש לרעה ושימוש יתר בתרופות הביאו לכך עמידות לאנטיביוטיקה בחיידקים. דמות להלן מראה כיצד עמידות לאנטיביוטיקה מתפתחת. כמה זני חיידקים עמידים כיום בפני האנטיביוטיקה הנפוצה ביותר. קשה מאוד לטפל בזיהומים אלה.

    TED Ed: מה גורם לעמידות לאנטיביוטיקה
    הערה: יש בסרטון הזה אזכור קצר של האבולוציה.

    סיכום השיעורים

    • הפרוקריוטים כוללים חיידקים וארכאה. פרוקריוט בודד מורכב מתא בודד ללא גרעין. חיידקים חיים כמעט בכל הסביבות על פני כדור הארץ. ארכאיה חיה בכל מקום על פני כדור הארץ, כולל סביבות קיצוניות.
    • רוב התאים הפרוקריוטים קטנים בהרבה מהתאים האיקריוטים. יש להם דופן תא מחוץ לקרום הפלזמה שלהם. DNA פרוקריוטי מורכב מלולאה אחת. בחלק מהפרוקריוטים יש גם פיסות DNA קטנות ומעגליות הנקראות פלסמידים.
    • הפרוקריוטים ממלאים את צורכי הפחמן והאנרגיה שלהם בדרכים שונות. הם עשויים להיות פוטו -אוטוטרופים, כימאו -אוטוטרופים, פוטוטרוטרופים או כימו -הטרוטרופים.
    • פרוקריוטים אירוביים חיים בבתי גידול עם חמצן. פרוקריוטים אנאירוביים חיים בבתי גידול ללא חמצן. פרוקריוטים עשויים להיות מותאמים גם לבתי גידול חמים, מתונים או קרים בטמפרטורה.
    • תאים פרוקריוטים גדלים לגודל מסוים. ואז הם מתחלקים בביקוע בינארי. זהו סוג של רבייה א -מינית. הוא מייצר צאצאים זהים גנטית. העברה גנטית מגבירה את השונות הגנטית בפרוקריוטים.
    • לחיידקים ולבני אדם יש מערכות יחסים חשובות רבות. חיידקים מספקים לבני אדם מספר שירותים. הם גם גורמים למחלות אנושיות.

    שאלות על סקירת שיעורים

    לִזכּוֹר

    2. להבחין בין חיידקים חיוביים לגראם שליליים, ולתת דוגמא לכל אחד מהם.

    4. מה הם אקסטרופילים? ציין שלושה סוגים.

    5. זיהוי שלוש הצורות הנפוצות ביותר של תאים פרוקריוטים.

    6. תאר תא פרוקריוטי אופייני.

    7. מהם תפקידי הדגל והאנדוספורים בפרוקריוטים?

    8. ציין מספר יתרונות של חיידקים.

    החלת מושגים

    9. נניח שפרוקריוט מסוים מעוצב בצורת כדור, חי עמוק מתחת למים על קרקעית האוקיינוס ​​וצורך אורגניזמים מתים. באילו תכונות תוכל להשתמש כדי לסווג אותו?

    10. יישמו מושגי שיעור כדי להסביר מדוע פרוקריוטים רבים מותאמים לחיים בטמפרטורה הפנימית התקינה של גוף האדם.

    תחשוב בצורה ביקורתית

    11. השווה וניגודי ארכאה וחיידקים.

    12. מדוע העברה גנטית עשויה להיות חשובה להישרדותם של מיני פרוקריוטים?

    נקודות למחשבה

    בשיעור זה קראת שחלק מהחיידקים גורמים למחלות אנושיות. מחלות אנושיות רבות אחרות נגרמות על ידי וירוסים.


    מנגנון איתות בפרוקריוטים ואיקריוטים | מִיקרוֹבִּיוֹלוֹגִיָה

    במאמר זה נדון על מנגנוני האיתות, הן באיקריוטים והן בפרוקריוטים.

    1. איתות תא לתא:

    ניתן להבין את האופי האינטגרטיבי של מערכות ביולוגיות לאחר עבודתו החלוצית של קלוד ברנרד (1813-1878) מצרפת. הוא נתן את הרעיון של interiew milieu והציע את מערכת הבלוטה חסרת הצינור (כלומר בלוטות אנדוקריניות) לשילוב תפקוד ושמירה על הומאוסטזיס.

    בשנת 1902, בייליס וסטלינג הפגינו זרימה ניכרת של מיץ הלבלב בכלבים לאחר הזרקת תמצית חומצה של התריסריון. זרזיר טבע את המונח ‘hormone ’ (יוונית, אני מרגש) עבור מולקולות שליחות בין -תאיות כאלה. פיזיולוג אמריקאי תותח מים טבע את המונח ‘homeostasis ’ (מצב שעשוי להשתנות אך קבוע יחסית).

    ישנם שלושה סוגים של מערכות איתות באורגניזמים רב תאיים כמו יונקים: איתות עצבי, אנדוקריני וציטוקיני (איור 27.3). איתות עצבי מתרחש למרחקים ארוכים מאוד כלומר ממוח עד אצבע. צומתים סינפטיים מתקשרים במהירות. כימיקלים רבים מעורבים באיתות בצמתים וקשורים לדלקת.

    איתות אנדוקריני כולל שחרור של הורמון מהבלוטה שלו והעברתו לדם למספר תאים מוגבל ברקמת המטרה. הוא מתרחש למרחקים ארוכים ומוגבל על ידי קצב זרימת הדם והפצת הדם לרקמות.

    רוב האיתות התוך תאי הוא של הציטוקינים. חלק ניכר מאיתות זה מתרחש באמצעות איתות פאראקרין (תא למרחקים קצרים לתא הסמוך) או באמצעות איתות אוטומטי (גירוי של התא המייצר את הציטוקינים).

    אנדוטוקסינים חיידקיים מסוימים מכוונים לאיתות עצבי ומכאן שהם נקראים נוירוטוקסינים כפי שהם מיוצרים על ידי Clostridium tetani ו- CI. בוטולינום. לאלה יש פעילות מטלופרוטאינאז וחותכים חלבונים תאיים ספציפיים. כך הם מונעים את המוליכים העצביים. גילוי שנערך לאחרונה מצביע גם על האינטראקציה של רעלן חיידקי עם איתות נוירואנדוקריני וסינפסיס של ציטוקינים.

    (i) איתות הורמונלי אנדוקריני:

    הורמונים אנדוקריניים מיוצרים בעיקר על ידי בלוטות ספציפיות (כגון בלוטת יותרת המוח, ההיפותלמוס ובלוטת התריס) ורקמות הבלוטה (כגון לבלב ומעי).

    ישנן שלוש קבוצות עיקריות של הורמונים: הורמוני פפטיד (המיוצרים במיוחד על ידי המעי אשר בעלי פעילות דמויית מוליך עצבי), הורמונים סטרואידים (המיוצרים על ידי קליפת האדרנל, בלוטות המין והעור) ונגזרות תירוסין (למשל הורמוני בלוטת התריס T3, T4 וכו '. וקטכולמינים, נוראדרנלין, אדרנלין ודופמין בעלי פעילות נוירוטרנסמיטר).

    לאחר הפרשת בלוטות, הורמונים אנדוקריניים מופצים כהורמון חופשי או נקשרים לחלבונים נושאים, למשל חלבון בסרום, אלבומין. הוא נקשר למספר הורמונים במחזור הדם ומפעיל פעולה (רק בצורה כבולה) לקולטני תאים ספציפיים ברקמות המטרה.

    הורמוני הפפטיד נקשרים לקולטני קרום ספציפיים אשר גורמים למסלול איתות תאיים ספציפי. מצד שני הורמוני הסטרואידים והסטרול נכנסים לתאים ונקשרים לחלבונים של קולטן ציטופלסמי ואז עוברים לגרעין ומשמשים גורם לתמלול.

    הורמונים אנדוקריניים שולטים בחילוף החומרים האנרגטי באמצעות אינסולין וגליקוגן, אדרנלין ונוראדרנלין הכרוכים בייצור ופירוק של פחמימות המאוחסנות כגליקוגן בכבד ובשריר.

    חוסר השליטה במערכת זו ניכרת בסוכרת. זיהום חיידקי גורם לחוסר איזון הורמונלי בגוף. חיידקים ווירוסים מסוימים משפיעים על רקמות עצביות. ל- Mycobacterium leprae ו- Treponema pallidum יש טרופיזם לרקמות עצבים.

    הרקמה של רירית הקיבה והמעי מוסדרת מאוד. הם מגיבים ומייצרים כמה אותות אנדוקריניים כולל הורמונים במערכת העיכול למשל גסטרין, סודרין, כולציסטוקינין וגואנילין. E. coli משנה את חוסר האיזון של הנוזלים במעי וגורם לשלשולים. כעת דווחו שבעה זנים שונים של E. coli אשר גורמים לתסמינים פתולוגיים שונים.

    הזנים הטוקסיגניים של E. coli מייצרים רעלן חסין-לייביל (LT) ורעלן יציב בחום (ST). ST הוא האנלוגי החיידקי הראשון של הורמון אנדוקריני (גואניל) המפעיל גואניל ציקלאז ושולט בשחרור נוזלים מתאי המעי, כך שניתן יהיה לשמור על שכבת המוסין רטובה (איור 27.4). ישנם רעלן אחר דמוי גואניל יציב לחום של זנים אחרים של E. coli וחיידקים אחרים.

    (ii) ציטוקינים:

    ציטוקינים הם קבוצה גדולה של למעלה מ -1000 חלבונים המעורבים באיתות בין התא לתא ושולטים בתגובה הדלקתית לזיהום חיידקי. אלה הם הורמוני פוליפפטיד המופרשים על ידי תא המשפיע על הצמיחה ועל חילוף החומרים של אותו התא (איתות אוטוקריני) או תא אחר (איתות paracrine).

    ייצור יתר שלהם גורם למחלות. אלה נמצאים באתר ההדבקה על ידי הסוכנים. אלה מעוררים מתווכי שומנים (פרוסטגלנדינים, לוקוטריאנים, ליפו-שינים, גורם המפעיל טסיות והמתווכים מתאי תורן (למשל היסטמין ואנזימים כגון טריפטאז).

    (א) המינוח של ציטוקינים:

    הציטוקינים מתחלקים לשש תת-משפחות (טבלה 27.7) על בסיס מספר קריטריונים כגון סוגים היסטוריים, הומולוגית רצף, לוקליזציה של כרומו ושיסומים ופעולות ביוכימיות. בשנת 1979, המונח אינטרלוקין (בין: בין, לוקין: לויקוציטים) נטבע לציון הגורמים החלבוניים המווסתים את תפקודם של הלויקוציטים האחרים.

    כיום ישנם מעל 20 אינטרלוקינים (IL-1 עד IL-18). העכברים שהוזרקו אנדוטוקסין הביעו גורם נמק גידול (TNF) המקובץ תחת ציטוקינים ציטוטוקסיים. TNF הורגים שורות תאים סרטניות מסוימות באמצעות אינדוקציה של אפופטוזיס והן מולקולות פרו-דלקתיות עוצמתיות. משפחת קולטני TNF היא עצמה חלבונים הקשורים לקרום (למשל CD27, CD30 ו- CD40).

    טבלה 27.7: ציטוקינים: מינוח ומשפחות משנה.

    האינטרפרון (IFNs) הם ציטוקינים כאלה שהתגלו תחילה. אלה מעורבים בעיכוב הצמיחה והתפשטות הנגיפים. הם משלושה סוגים: INF-a, INF-P ו- INF-Y- אינטרפרון פועלים גם כנגד פרוטוזואה, ריקצטיה ומיקובקטריה.

    המתח ומגרה המושבות (CSF) שולטים על צמיחתם והתמיינותם של נויטרופילים, מונוציטים ואוכלוסיות תאים הנגזרים ממונוציטים במח העצם. המונוציטים/מקרופאגים הם התאים הפגוציטים אשר בולעים והורגים חיידקים. מכאן שהם נקראים גם כתאים המציגים אנטיגן ומעודדים לימפוציטים מסוג T ו- B.

    גורמי הצמיחה כוללים משפחות של פרו & שייטנים כגון משפחת גורם גדילה פיברובלסט (FGF), גורמי גדילה הנגזרים מטסיות (PDGF) וגורם גדילה-β (TGFβ). ציטוקינים FGF פועלים גם על תאי מזנכימה ותאי אפיתל.

    הגורמים הכימקטקטיים של הפפטיד נקראים כימוקינים שהיא תת-קבוצה גדולה של ציטוקינים. לכימוקינים יש מסה מולקולרית של 8-10 kDalton, עם 20-50% רצף הומולוגיה ברמת החלבון וציסטאין כשאריות שמורות היוצרות קשרים דיסולפידיים בתוך המולקולות.

    על בסיס המיקום הכרומוזומלי של הגנים ומבנה החלבון, הכימוקינים מתחלקים לשתי משפחות: α-chemokine ו- β-chemokine. למשפחה שלישית של כימוקינים שהתגלו בשנת 1994 יש כיום חבר אחד בשם לימפולקטין שהוא מושך חזק של תאי T.

    (ב) קולטני ציטוקינים:

    לקולטני הציטוקינים יש זיקה גבוהה לליגנד שלהם. מספר הקולטן הבודד הנמצא בתא המטרה הוא נמוך. על בסיס ההומולוגיה ברצף ומוטיבים מבניים קולטני הציטוקין מקובצים למספר קטן של משפחות. כיום ישנם תשעה קולטנים לכימוקינים CC (CCR), חמישה קולטנים לכימוקינים CXC ו- CXCR1, קולטן אחד לפרקטלקין.

    קולטני הציטוקין נשפכים מהתאים באמצעות מחשוף פרוטאוליטי. מטלופרוטאינזים על פני התא (sheddases) מסייעים לשחרור קולטני ציטוקינים. הקולטנים המשוחררים מחברים את הציטוקינים המסיסים ומעכבים את פעילותם או מעוררים את התאים חסרי הקולטן הציטוקינים.

    (ג) הפעולה הביולוגית של ציטוקינים:

    הציטוקינים ממלאים תפקיד בהתפתחות הפיזיולוגית. הם נמצאים בכל שלבי ההתפתחות ביונקים. מצד שני, קולטני ציטוקינים הקיימים על קרום התא ממלאים תפקיד פיזיולוגי. הם משמשים כפורטל לכניסה חיונית לתאים. למשל HIV נכנס דרך קישור לקולטני ציטוקינים. באופן דומה, וירוס הרפס סימפלקס נכנס באמצעות קשירת משפחת קולטני TNF.

    לאחר שקולטנים מחייבים גורמים לאיתות תאי תא סלקטיבי וכתוצאה מכך הפעלה או כיבוי של גנים מסוימים וייצור cyclooxygenase II, ותחמוצת החנקן (NO) מסונתז לאחר אינדוקציה של סינתזה של תחמוצת החנקן.

    אספירין ואיבופרופן הן תרופות נוגדות דלקת שאינן סטרואידיות החוסמות את פעילות הציקלוקוקסיגנאז. תרופות אלו מפחיתות כאבים וחום כאשר הפרוסטגלנדינים והפרוסטציקלין יורדים בסף בעצב הכאב וכתוצאה מכך הקלה בכאבים וחום.

    Various molecules are produced after binding cytokines to cytokine-receptor which produce pathology [prostaglandins, NO, tissue plasminogen activator (tPA) and plasminogen activator inhibitor and collaginases]. Tissue damage is directly induced by collagenase and tPA.

    Besides, cytokines also induce the synthesis of their own and other cytokines which result in a complex network of interactions. Cytokines can also modify the behaviour of cells in many ways. Various actions of cytokines on cells are shown in Fig. 27.5.

    2. Prokaryotic Cell-to-Cell Signalling: Quorum Sensing and Bacterial Pheromones:

    Until the 1980s, no attention was paid that bacteria could talk to one another. Thereafter, examples were put forth for cell-to-cell signalling in bacteria. Conjuga­tion is one of the methods of DNA transfer between two bacteria. To establish conju­gation, both the bacteria must establish cell-to-cell contact. Enterococcus faecalis is a Gram-positive mammalian pathogen.

    Its aggregation in controlled by the secretion of small peptide pheromones. Pheromones induce adhesion production consequently bacteria form cell clumps which facilitate conjugation. Several pheromones have been isolated which are hepta- or octa-peptides found in low concentration (5吆 -11 M).

    Endospores of Clostridium tetani are regarded as resting forms of bacteria and a part of virulence mechanism. In contrast some bacteria such as a myxobacterium under adverse environ­mental conditions undergo complex morphological changes. Polyangium vitellinum forms cyst-like structure consisting of an outer covering of polysaccharide to resist from dehydration.

    Myxococcus xanthus forms myxospores (fruiting body) and alternate with vegetative cells This programme is triggered by starvation which causes morphological changes within 4 hours. A dense mound-shaped structure is formed when a cell density of bacteria has reached to about 10 5 . After 20 hours of starvation the cells inside this mound differentiate into myxospores.

    Myxospores are heat- and starvation-resistant dormant cells. They germinate during favourable conditions and produce vegetative cells. Again myxospores are formed when conditions are unfavourable. This type of cell differentiation is controlled by extracellular signals. Cell-to-cell signalling mechanism is given in Table 27.8.

    Quorum Sensing:

    The term quorum refers to ‘a fixed number of members of any committee of the society whose presence is mandatory for proper transaction of business’. Quorum sensing in bacteria is a mechanism through which they take a census of their number. After reaching a quorum of cell number they can transact the business of switching on or switching off of specific genes.

    The current knowledge of quorum sensing began with the study of luminescence in Vibrio fischeri and V. harveyi. They are marine bacteria forming symbiotic relationship with monocentrid fish and with bobtail squids (e.g. Euprymna scolopes). The bobtail squid consists of very high concentration of V. fischeri. The light organ is supposed to be part of a counter illumination the details of which are not clear.

    The newly hatched squids develop symbiotic association with only certain strains of V.fischeri. Within hours after hatching, light organ is colonised by V.fischeri. The light organ positively selects only certain strains of V.fischeri and negatively selects the others to exclude colonisation of other bacteria present in sea water.

    It is not known how this selection is made. One of the possible mechanisms may be the expression of specific adhesin for V.fischeri by epithelium of light organ. The epithelium is exposed to trypsin which di­rectly triggers a specific morphogenetic response in the squid. This results in formation of the complex.

    (a) Mechanism of quorum sensing:

    It is the feedback control system. Bacteria continu­ously produce a small amount of signal called auto inducer. Most of the Gram-positive bacteria produce auto inducer which are acylhomoserine lactones (AHLs). Staphylococcus aureus and other bacteria produce peptide auto inducers. E. colt and S. typhimurium produce a quorum sensing mol­ecule of 1 kDalton. These extracellular inducers are diffused out.

    Besides, bacteria also recognise the pres­ence of auto inducer. The bacterial membrane protein does this function. It acts both as receptor of auto inducer and activator of gene transcription. V. fischeri produces luminescence. V. fischeri system is the best studied quorum sensing system.

    Luminescence is associated with lux operon system which consists of two main regulatory genes luxl and luxR (Fig. 27.6) and other genes (luxCDABEG) which synthesise chemicals to produce light. LuxI encodes a protein which catalyses the synthesis of a wide range of AHLα. Autoinducer of V. fischeri is N-(3-oxo-hexanoyl)-L- homoserine lactone.

    LuxR encodes a protein which acts both as a receptor for AHL and as a transducer of the signal that activates the other genes of lux operon. The luxCDABEG genes are expressed after binding AHL to the luxR protein (Fig. 27.6). The luxA and luxB genes synthesise the α- and β- subunits of bacterial luciferase. The other genes encode polypeptides which facilitate the synthesis of the substrate and produces light.

    (b) Quorum sensing as a virulence mechanism:

    In addition to V. fischeri, there is a large number of Gram-negative bacteria which produce AHLs to quorum sense. These are medically important bacteria, for example Pseudomonas aeruginosa, Proteus mirabilis, Serratia liquefaciens and Yersinia enterocolitica. In these bacteria LuxI/LuxA homologues are involved in quorum sensing system. Ps. aeruginosa utilises two quorum systems, the las and rhl.

    The las operon expresses LasR protein which is similar to LuxR and acts as transcriptional activator in the presence of PAI of Pseudomonas. The LasI (the Luxl homologue) produces AHL. The autoinducer of P. aeruginosa at a threshold concentration swich on a group of virulence gene including lasB, lasA apv and toxA.

    The rhl system is the second quorum sensing system which involves RhIR (the transcriptional activator protein) along with the autoinducer (N-butyryl-L-homoserine lactone) synthesised by RhIR. This quorum sensing system results in production of extra virulence factor e.g. elastase which cleaves and inhibits the interleukin-2 (the key host defence cytokines). The las system is dominant which is activated before the rhl system.

    Many Gram-positive bacteria use oligopeptide as signalling molecules. For example, two different peptides are secreted by Bacillus subtilis. These are necessary for competence (ability for DNA uptake) and sporulation.

    In Staphylococcus aureus, a locus agr controls the expression of many virulence factors, namely exotoxins, capsular polysaccharide type 8 and V8 protease. An octapeptide quorum sensing autoinducer is encoded by the agr lucus which induces the agr locus. The quorum sensing autoinducer interacts with host defence system and inhibits the albeit at high concentration (Fig. 27.7).


    ביולוגיה 171

    בסוף פרק זה תוכל לבצע את הפעולות הבאות:

    • Describe the process of binary fission in prokaryotes
    • Explain how FtsZ and tubulin proteins are examples of homology

    Prokaryotes, such as bacteria, produce daughter cells by binary fission. For unicellular organisms, cell division is the only method to produce new individuals. In both prokaryotic and eukaryotic cells, the outcome of cell reproduction is a pair of daughter cells that are genetically identical to the parent cell. In unicellular organisms, daughter cells are individuals.

    To achieve the outcome of cloned offspring, certain steps are essential. The genomic DNA must be replicated and then allocated into the daughter cells the cytoplasmic contents must also be divided to give both new cells the cellular machinery to sustain life. As we’ve seen with bacterial cells, the genome consists of a single, circular DNA chromosome therefore, the process of cell division is simplified. Karyokinesis is unnecessary because there is no true nucleus and thus no need to direct one copy of the multiple chromosomes into each daughter cell. This type of cell division is called binary (prokaryotic) fission .

    פיצול בינארי

    Due to the relative simplicity of the prokaryotes, the cell division process is a less complicated and much more rapid process than cell division in eukaryotes. As a review of the general information on cell division we discussed at the beginning of this chapter, recall that the single, circular DNA chromosome of bacteria occupies a specific location, the nucleoid region, within the cell (Review). Although the DNA of the nucleoid is associated with proteins that aid in packaging the molecule into a compact size, there are no histone proteins and thus no nucleosomes in prokaryotes. The packing proteins of bacteria are, however, related to the cohesin and condensin proteins involved in the chromosome compaction of eukaryotes.

    The bacterial chromosome is attached to the plasma membrane at about the midpoint of the cell. The starting point of replication, the origin , is close to the binding site of the chromosome to the plasma membrane ((Figure)). Replication of the DNA is bidirectional, moving away from the origin on both strands of the loop simultaneously. As the new double strands are formed, each origin point moves away from the cell wall attachment toward the opposite ends of the cell. As the cell elongates, the growing membrane aids in the transport of the chromosomes. After the chromosomes have cleared the midpoint of the elongated cell, cytoplasmic separation begins. The formation of a ring composed of repeating units of a protein called FtsZ (short for “filamenting temperature-sensitive mutant Z”) directs the partition between the nucleoids. Formation of the FtsZ ring triggers the accumulation of other proteins that work together to recruit new membrane and cell wall materials to the site. A septum is formed between the daughter nucleoids, extending gradually from the periphery toward the center of the cell. When the new cell walls are in place, the daughter cells separate.


    The precise timing and formation of the mitotic spindle is critical to the success of eukaryotic cell division. Prokaryotic cells, on the other hand, do not undergo karyokinesis and therefore have no need for a mitotic spindle. However, the FtsZ protein that plays such a vital role in prokaryotic cytokinesis is structurally and functionally very similar to tubulin, the building block of the microtubules which make up the mitotic spindle fibers that are necessary for eukaryotic nuclear division. FtsZ proteins can form filaments, rings, and other three-dimensional structures that resemble the way tubulin forms microtubules, centrioles, and various cytoskeletal components. In addition, both FtsZ and tubulin employ the same energy source, GTP (guanosine triphosphate), to rapidly assemble and disassemble complex structures.

    FtsZ and tubulin are considered to be homologous structures derived from common evolutionary origins. In this example, FtsZ is the ancestor protein to tubulin (an evolutionarily derived protein). While both proteins are found in extant organisms, tubulin function has evolved and diversified tremendously since evolving from its FtsZ prokaryotic origin. A survey of mitotic assembly components found in present-day unicellular eukaryotes reveals crucial intermediary steps to the complex membrane-enclosed genomes of multicellular eukaryotes ((Figure)).

    Cell Division Apparatus among Various Organisms
    Structure of genetic material Division of nuclear material Separation of daughter cells
    פרוקריוטים There is no nucleus. The single, circular chromosome exists in a region of cytoplasm called the nucleoid. Occurs through binary fission. As the chromosome is replicated, the two copies move to opposite ends of the cell by an unknown mechanism. FtsZ proteins assemble into a ring that pinches the cell in two.
    Some protists Linear chromosomes exist in the nucleus. Chromosomes attach to the nuclear envelope, which remains intact. The mitotic spindle passes through the envelope and elongates the cell. No centrioles exist. Microfilaments form a cleavage furrow that pinches the cell in two.
    Other protists Linear chromosomes wrapped around histones exist in the nucleus. A mitotic spindle forms from the centrioles and passes through the nuclear membrane, which remains intact. Chromosomes attach to the mitotic spindle, which separates the chromosomes and elongates the cell. Microfilaments form a cleavage furrow that pinches the cell in two.
    תאים של בעלי חיים Linear chromosomes exist in the nucleus. A mitotic spindle forms from the centrosomes. The nuclear envelope dissolves. Chromosomes attach to the mitotic spindle, which separates the chromosomes and elongates the cell. Microfilaments form a cleavage furrow that pinches the cell in two.

    סיכום סעיף

    In both prokaryotic and eukaryotic cell division, the genomic DNA is replicated and then each copy is allocated into a daughter cell. In addition, the cytoplasmic contents are divided evenly and distributed to the new cells. However, there are many differences between prokaryotic and eukaryotic cell division. Bacteria have a single, circular DNA chromosome but no nucleus. Therefore, mitosis (karyokinesis) is not necessary in bacterial cell division. Bacterial cytokinesis is directed by a ring composed of a protein called FtsZ. Ingrowth of membrane and cell wall material from the periphery of the cells results in the formation of a septum that eventually constructs the separate cell walls of the daughter cells.

    תגובה חופשית

    Name the common components of eukaryotic cell division and binary fission.

    The common components of eukaryotic cell division and binary fission are DNA duplication, segregation of duplicated chromosomes, and division of the cytoplasmic contents.

    Describe how the duplicated bacterial chromosomes are distributed into new daughter cells without the direction of the mitotic spindle.

    As the chromosome is being duplicated, each origin moves away from the starting point of replication. The chromosomes are attached to the cell membrane via proteins the growth of the membrane as the cell elongates aids in their movement.

    מילון מונחים


    Preparation for Reproduction

    Before prokaryotes are able to reproduce, they have to meet certain guidelines that allow them to successfully complete the operation. For example, a prokaryote first has to reach a certain size in order to split into two different cells. This is important because without the necessary nutrients, the cell may not have the ability to reproduce if it is too malnourished.

    Another condition that influences prokaryote reproduction is the environment. For example, if the temperature is too hot or cold, this may impact the rate of reproduction of binary fission. If the conditions are ideal however (such as in a laboratory setting) prokaryotes have the ability to rapidly produce from millions to billions of new cells.


    PROKARYOTIC CELLS

    The word procariota is derived from the Greek “prokaryota”. They are all those that lack a cell nucleus, mitochondria or other organelles . This means that genetic material as well as DNA is known. It is dispersed in the cytoplasm.

    Usually most of the organisms constituted by this type of cell have only one of these and are called unicellular organisms,except for some cases such as myxobacteria , some of which have multicellular stages in their life cycle. Compartmentalization is also common in the prokaryotic world in the form of compartments bounded by proteins and other delimited by lipids. They are microorganisms that possess a single chromosome called nucleoid , its reproduction are asexual by binary fission other cases they create large colonies, as in cyanobacteria .

    Living things, which are made up of prokaryotic cells, are divided into two groups:

    In short we tell you the differences between cell eukaryote and prokaryote .


    Quiz Summary

    0 of 20 Questions completed

    מֵידָע

    You have already completed the quiz before. Hence you can not start it again.

    You must sign in or sign up to start the quiz.

    You must first complete the following:

    תוצאות

    תוצאות

    קטגוריות

    1. 1
    2. 2
    3. 3
    4. 4
    5. 5
    6. 6
    7. 7
    8. 8
    9. 9
    10. 10
    11. 11
    12. 12
    13. 13
    14. 14
    15. 15
    16. 16
    17. 17
    18. 18
    19. 19
    20. 20
    1. שְׁאֵלָה

    Which one occurs in binary fission of prokaryotes?

    • שכפול הדנ"א
    • Spindle fibre formation
    • מטאפאזה
    • Pairing of sister chromatids
    2. שְׁאֵלָה

    In which of these ways does binary fission differ from mitosis?

    • DNA replicates and separates at the same time
    • DNA does not replicate
    • DNA replicates after cell division
    • The cell does not divide
    3. שְׁאֵלָה

    By what process does cell division take place in prokaryotes?

    4. שְׁאֵלָה

    Which of the following divide by binary fission?

    5. שְׁאֵלָה

    During division by binary fission the two copies of the circular DNA are attached to which structure?

    6 . שְׁאֵלָה

    The two copies of circular DNA are separated by what process during binary fission in prokaryotes?

    • Cell growth
    • Microtubule depolymerisation
    • Kinesin movement along microfilaments
    • Brownian motion
    7. שְׁאֵלָה

    Binary fission of a parent cell results in how many daughter cells?

    8 . שְׁאֵלָה

    In most cases, binary fission results in which of the following?

    • Two daughter cells with an exact copy of the DNA of the parent cell
    • Two daughter cells with half of the DNA content of the parent cell
    • Four daughter cells with half of the DNA content of the parent cell
    • Four daughter cells with an exact copy of the DNA of the parent cell
    9 . שְׁאֵלָה

    Why might the genetic content of a daughter cell differ from a parent cell after binary fission?

    10. שְׁאֵלָה

    Which of the following is true of binary fission?

    • Plasmids are also replicated and distributed between each daughter cell
    • Only the circular DNA is replicated and moved into each daughter cell
    • The circular DNA is separated using spindle fibres
    • Plasmids use flagella to swim into the new daughter cell
    11 . שְׁאֵלָה

    Why might the number of plasmids vary between each daughter cell following prokaryote cell division?

    • Because the many plasmid floating in the cytoplasm are randomly segregated when the cell divides
    • Because plasmids stay in the parent cell only
    • Because there is only a single copy of the plasmid which stays in one of the daughter cells
    • Because plasmids only ever occur in odd numbers, so one daughter will always inherit more
    12 . שְׁאֵלָה

    Which of the following does not divide by binary fission?

    13 . שְׁאֵלָה

    Which of the following phases do not occur during binary fission? 1. Metaphase 2. Telophase 3. Interphase

    14 . שְׁאֵלָה

    Which of the following divide by binary fission?

    • Archaea and Bacteria
    • Archaea and Fungi
    • Bacteria and Fungi
    • Archaea, Bacteria and Fungi
    15 . שְׁאֵלָה

    Which of the following prokaryotic features are not involved in cell division?

    16. שְׁאֵלָה

    During binary fission, what happens after the cell membrane pinches inward and divides the cytoplasm in two?

    • New cell wall forms between the two daughter cells
    • Separation of the two copies of circular DNA begins
    • Plasmids are moved along the cell membrane into each daughter
    • The cell membrane forms a tube that connects the daughter cells
    17. שְׁאֵלָה

    Explain why one daughter cell may not be antibiotic resistant following cell division in bacteria

    • It may not have inherited any of the plasmids confering antibiotic resistance
    • The antibiotic may have become more potent
    • It may not have inherited a complete copy of the circular DNA
    • It's cell wall may have reformed
    18 . שְׁאֵלָה

    Which of these microbial pathogens divides by binary fission?

    • Mycobacterium tuberculosis (TB)
    • Human Immunodeficiency Virus (AIDS)
    • Plasmodium falciparum (Malaria)
    • Candida albicans (Thursh)
    19 . שְׁאֵלָה

    If a single bacterium takes 20 minutes to complete its cell cycle, how many bacteria will there be after 2 hours?

    20. שְׁאֵלָה

    If a single bacterium takes 20 minutes to complete its cell cycle, how many bacteria will there be after 4 hours?

    Course Navigation

    Product tags

    הירשם

    סקירת פרטיות

    עוגיות הדרושות הן חיוניות בהחלט על מנת שהאתר יפעל כהלכה. This category only includes cookies that ensures basic functionalities and security features of the website. These cookies do not store any personal information.

    Any cookies that may not be particularly necessary for the website to function and is used specifically to collect user personal data via analytics, ads, other embedded contents are termed as non-necessary cookies. It is mandatory to procure user consent prior to running these cookies on your website.


    מה ההבדלים בין תאים פרוקריוטים לאיקריוטים?

    למד על ההבדלים בין תאים פרוקריוטים לתאים אוקריוטיים.

    תאים פרוקריוטים ותאים אוקריוטיים הם שני סוגי התאים הקיימים על פני כדור הארץ. ישנם מספר הבדלים בין השניים, אך ההבחנה הגדולה ביניהם היא שלתאים אוקריוטיים יש גרעין מובהק המכיל את החומר הגנטי של התא, בעוד שלתאים הפרוקריוטים אין גרעין ויש להם חומר גנטי צף חופשי.

    מהם תאים פרוקריוטים ואיקריוטים?

    ניתן לחלק את כל היצורים החיים לשלושה תחומים בסיסיים: חיידקים, ארכאה ואוקריה. האורגניזמים החד-תאיים המצויים בתחומי החיידקים והארכאה ידועים כפרוקריוטים. אורגניזמים אלה עשויים מתאים פרוקריוטים ומשנים את התאים הקטנים, הפשוטים והעתיקים ביותר.

    אורגניזמים בתחום האאוקריה בנויים מהתאים האוקריוטיים המורכבים יותר. אורגניזמים אלה, הנקראים אוקריוטים, יכולים להיות חד תאיים או רב תאיים ולכלול בעלי חיים, צמחים, פטריות ופרוטטיסטים. לאנשים רבים לא ברור אם שמרים או פטריות הם פרוקריוטים או אוקריוטים. שניהם אאוקריוטים וחולקים מבנה תא דומה לכל שאר האוקריוטים.

    האוקריוטים התפתחו לפני 2.7 מיליארד שנים לפחות, לאחר 1 עד 1.5 מיליארד שנים של אבולוציה פרוקריוטית, על פי מכוני הבריאות הלאומיים (NIH). מדענים מניחים כי ייתכן שהגרעין ותכונות אוקריוטות אחרות נוצרו לראשונה לאחר שאורגניזם פרוקריוטי בלע אחר, על פי אוניברסיטת טקסס. על פי תיאוריה זו, האורגניזם הנבלע היה תורם אז לתפקוד המארח שלו.

    מה משותף לפרוקריוטים ולאיקריוטים?

    למרות שלתאים פרוקריוטים ואיקריוטים יש הבדלים רבים, הם חולקים כמה תכונות נפוצות, כולל:

      : קידוד גנטי הקובע את כל המאפיינים של יצורים חיים.
  • קרום התא (או הפלזמה): שכבה חיצונית המפרידה בין התא לסביבה הסובבת ופועלת כמחסום סלקטיבי לחומרים נכנסים ויוצאים.
  • ציטופלזמה: נוזל דמוי ג'לי בתוך תא המורכב בעיקר ממים, מלחים וחלבונים.
  • ריבוזומים: אברונים היוצרים חלבונים.
  • במה נבדלים פרוקריוטים ואיקריוטים?

    גרעין/DNA: לתאים אוקריוטיים יש גרעין המוקף במעטפת גרעינית המורכבת משתי ממברנות שומנים, על פי Nature Education. הגרעין מחזיק את ה- DNA של התא האוקריוטי. לתאים הפרוקריוטים אין גרעין, יש להם אזור נוקלאואיד נטול קרומים (חלק פתוח של התא) שמחזיק DNA צף חופשי, על פי אוניברסיטת וושינגטון.

    ניתן למצוא את כל ה- DNA בתא בחלקים בודדים המכונים כרומוזומים. לתאים האוקריוטים יש כרומוזומים רבים שעוברים מיוזה ומיטוזה במהלך חלוקת התא, בעוד שרוב התאים הפרוקריוטים מורכבים מכרומוזום מעגלי אחד בלבד. עם זאת, מחקרים שנעשו לאחרונה הראו שלכמה פרוקריוטים יש עד ארבעה כרומוזומים ליניאריים או מעגליים, על פי Nature Education. לדוגמה, Vibrio cholerae, החיידק שגורם לכולרה, מכיל שני כרומוזומים מעגליים.

    אברונים בתאים אוקריוטים: לתאים האיקריוטים יש כמה אברונים אחרים הקשורים לממברנה שאינם נמצאים בתאים פרוקריוטים. אלה כוללים את המיטוכונדריה (המרת אנרגיית מזון לטריפוספט אדנוזין, או ATP, להפעלת תגובות ביוכימיות) רשתית אנדופלסמית מחוספסת וחלקה (רשת מקושרת של צינורות סגורים ממברנה המעבירים חלבונים מסונתזים) קומפלקס גולגי (ממיין ואורז חלבונים להפרשה) ו במקרה של תאים צמחיים, כלורופלסטים (ביצוע פוטוסינתזה). כל האברונים הללו ממוקמים בציטופלזמה של התא האאוקריוטי.

    למרות שרק יורקריוטים נושאים אברונים הקשורים לממברנה, עדויות עדכניות מצביעות על כך שאוקריוטים ופרוקריוטים כאחד יכולים לייצר מבנים דמויי אברון חסרי ממברנות, על פי דו"ח שפורסם בשנת 2020 בכתב העת. הליכי האקדמיה הלאומית למדעים (PNAS).

    למשל, בחיידק אי קולי, מולקולות וחלבונים מתקבצים יחד ויוצרים "תאים" נוזליים בתוך הציטופלזמה, על פי מחקר PNAS. תאים אלה נוצרים בדומה לאופן שבו שמן יוצר טיפות כאשר הוא מעורבב עם מים, על פי הודעה מטעם אוניברסיטת מישיגן. מבנים חסרי קרומים כאלה דווחו במיני חיידקים רבים, כולל שחפת Mycobacterium, הגורם לשחפת, ולציאנובקטריה, סוג של חיידקים פוטוסינתטיים שיכולים לגרום גם למחלות.

    ריבוזומים: בתאים אוקריוטים הריבוזומים גדולים יותר, מורכבים יותר וקשורים בממברנה. ניתן למצוא אותם במקומות שונים: לפעמים בציטופלזמה על הרשתית האנדופלסמית או מחוברים לקרום הגרעין (כיסוי על הגרעין).

    בתאים פרוקריוטים הריבוזומים מפוזרים וצפים בחופשיות ברחבי הציטופלזמה. לריבוזומים בתאים פרוקריוטים יש גם יחידות משנה קטנות יותר. כל הריבוזומים (בתאים אוקריוטים ופרוקריוטים כאחד) עשויים משתי יחידות משנה ומדאש אחת גדולה יותר ואחת קטנה יותר. באיקריוטים, חלקים אלה מזוהים על ידי מדענים כיחידות המשנה 60-S ו- 40-S. בפרוקריוטים, הריבוזומים עשויים מיחידות משנה מעט קטנות יותר, הנקראות 50-S ו- 30-S.

    ההבדל בסוגי יחידות משנה אפשר למדענים לפתח תרופות אנטיביוטיות, כגון סטרפטומיצין, שתוקפות סוגים מסוימים של חיידקים זיהומיים, על פי האגודה הבריטית לתאי ביולוגיה. בצד החיסרון, כמה רעלים חיידקיים ווירוס הפוליו משתמשים בהבדלי הריבוזום לטובתם, הם מסוגלים לזהות ולתקוף את מנגנון התרגום של תאים אוקריוטים, או את התהליך שבו RNA שליח מתורגם לחלבונים.

    שִׁעתוּק: רוב האיקריוטים מתרבים מינית (אם כי כמה פרוטיסטים ופטריות חד תאיים עשויים להתרבות באמצעות מיטוזה, הדומה מבחינה תפקודית לרבייה א-מינית). הפרוקריוטים מתרבים א -מיניים, וכתוצאה מכך הצאצאים הם שיבוט מדויק של ההורה. בכמה תאים פרוקריוטים יש גם פילי, שהם תחזיות דביקות לשיער המשמשות להחלפת חומר גנטי במהלך סוג של תהליך מיני הנקרא צמידה, על פי מושגי הביולוגיה. הצמידה יכולה להתרחש בחיידקים, פרוטוזואנים וכמה אצות ופטריות.

    קירות התא: לרוב התאים הפרוקריוטים יש דופן תא נוקשה המקיפה את קרום הפלזמה ונותנת צורה לאורגניזם. באיקריוטים, לחולייתנים אין דופן תא אבל לצמחים. דפנות התא של הפרוקריוטים נבדלות כימית מדפנות התא האוקריוטיות של תאים צמחיים, העשויים בעיקר מתאית. בחיידקים, למשל, קירות התא מורכבים מפפטידוגליקנים (סוכרים וחומצות אמינו), על פי אוניברסיטת וושינגטון.

    משאבים נוספים:

    • צפה בסרטון אנימציה זה של אחיות אמבה המסביר את ההבדל בין תאים פרוקריוטים לתאים אוקריוטיים.
    • למד כיצד התפתחו הפרוקריוטים לאיקריוטים.
    • השווה תמונות מיקרוסקופיות של תאים פרוקריוטים ואיקריוטים.

    מאמר זה עודכן ב -18 ביוני 2021 על ידי כותבת צוות Live Science ניקולטה לאנס.