Bakterien sind prokaryotische Organismen Das ungeschlechtlich reproduzieren. Die bakterielle Reproduktion erfolgt am häufigsten durch eine Art Zellteilung, die als binäre Spaltung bezeichnet wird. Bei der binären Spaltung wird eine einzelne Zelle geteilt, wodurch zwei genetisch identische Zellen gebildet werden. Um den Prozess der binären Spaltung zu erfassen, ist es hilfreich, die Struktur der Bakterienzellen zu verstehen.
Die zentralen Thesen
- Die binäre Spaltung ist der Prozess, bei dem sich eine einzelne Zelle teilt, um zwei Zellen zu bilden, die genetisch identisch sind.
- Es gibt drei übliche Formen von Bakterienzellen: stabförmig, kugelförmig und spiralförmig.
- Übliche bakterielle Zellkomponenten umfassen: eine Zellwand, eine Zellmembran, das Zytoplasma, Flagellen, eine Nukleoidregion, Plasmide sowie Ribosomen.
- Die binäre Spaltung als Fortpflanzungsmittel hat eine Reihe von Vorteilen, darunter vor allem die Fähigkeit, sich in großer Zahl sehr schnell zu reproduzieren.
- Da die binäre Spaltung identische Zellen produziert, können Bakterien durch Rekombination, bei der Gene zwischen Zellen übertragen werden, genetisch vielfältiger werden.
Bakterielle Zellstruktur
Bakterien haben unterschiedliche Zellformen. Am meisten häufige Bakterienzellformen sind kugelförmig, stabförmig und spiralförmig. Bakterienzellen enthalten typischerweise die folgenden Strukturen: eine Zellwand, Zellmembran, Zytoplasma, RibosomenPlasmide, Flagellenund eine Nukleoidregion.
- Zellenwand: Eine äußere Hülle der Zelle, die die Bakterienzelle schützt und ihr Form gibt.
- Zytoplasma: Eine gelartige Substanz, die hauptsächlich aus Wasser besteht und auch Enzyme, Salze, Zellbestandteile und verschiedene organische Moleküle enthält.
- Zellmembran oder Plasmamembran: Umgibt das Zytoplasma der Zelle und reguliert den Stofffluss in und aus der Zelle.
- Flagella: Langer, peitschenartiger Vorsprung, der die Fortbewegung der Zellen unterstützt.
- Ribosomen: Zellstrukturen verantwortlich für Protein Produktion.
- Plasmide: Gentragend, kreisförmig DNA Strukturen, die nicht an der Reproduktion beteiligt sind.
- Nukleoidregion: Bereich des Zytoplasmas, der das einzelne bakterielle DNA-Molekül enthält.
Zellteilung
Die meisten Bakterien, einschließlich Salmonellen und E coli, durch binäre Spaltung reproduzieren. Während dieser Art der asexuellen Fortpflanzung wird die Single DNA-Molekül repliziert und beide Kopien hängen an verschiedenen Stellen an der Zellmembran. Wenn die Zelle zu wachsen und sich zu verlängern beginnt, vergrößert sich der Abstand zwischen den beiden DNA-Molekülen. Sobald das Bakterium seine ursprüngliche Größe fast verdoppelt, beginnt die Zellmembran in der Mitte nach innen zu klemmen. Schließlich a Zellenwand Formen, die die beiden DNA-Moleküle trennen und die ursprüngliche Zelle in zwei identische teilen Tochterzellen.
Die Reproduktion durch binäre Spaltung bietet eine Reihe von Vorteilen. Ein einzelnes Bakterium kann sich schnell in großer Zahl vermehren. Unter optimalen Bedingungen können einige Bakterien ihre Populationszahlen innerhalb von Minuten oder Stunden verdoppeln. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine Zeit für die Suche nach einem Partner verschwendet wird, da die Fortpflanzung asexuell ist. Außerdem sind die aus der binären Spaltung resultierenden Tochterzellen mit der ursprünglichen Zelle identisch. Dies bedeutet, dass sie für das Leben in ihrer Umgebung gut geeignet sind.
Bakterielle Rekombination
Die binäre Spaltung ist ein wirksamer Weg für die Fortpflanzung von Bakterien, jedoch nicht ohne Probleme. Da die durch diese Art der Reproduktion erzeugten Zellen identisch sind, sind sie alle denselben Arten von Bedrohungen ausgesetzt, wie z. B. Umweltveränderungen und Antibiotika. Diese Gefahren könnten eine ganze Kolonie zerstören. Um solche Gefahren zu vermeiden, können Bakterien mehr werden genetisch vielfältig durch Rekombination. Die Rekombination beinhaltet den Transfer von Genen zwischen Zellen. Die bakterielle Rekombination wird durch Konjugation, Transformation oder Transduktion erreicht.
Konjugation
Einige Bakterien sind in der Lage, Teile von ihnen zu übertragen Gene zu anderen Bakterien, die sie kontaktieren. Während der Konjugation verbindet sich ein Bakterium über eine Proteinröhrchenstruktur namens a mit einem anderen Pilus. Gene werden durch dieses Röhrchen von einem Bakterium zum anderen übertragen.
Transformation
Einige Bakterien sind in der Lage, DNA aus ihrer Umgebung aufzunehmen. Diese DNA-Überreste stammen am häufigsten aus toten Bakterienzellen. Während der Transformation bindet das Bakterium die DNA und transportiert sie durch die Bakterienzellmembran. Die neue DNA wird dann in die DNA der Bakterienzelle eingebaut.
Transduktion
Transduktion ist eine Art von Rekombination das beinhaltet den Austausch von bakterieller DNA durch Bakteriophagen. Bakteriophagen sind Viren die Bakterien infizieren. Es gibt zwei Arten der Transduktion: generalisierte und spezialisierte Transduktion.
Sobald sich ein Bakteriophage an ein Bakterium bindet, fügt er sein Genom in das Bakterium ein. Das virale Genom, die Enzyme und die viralen Komponenten werden dann repliziert und innerhalb des Wirtsbakteriums zusammengesetzt. Einmal gebildet, lysieren oder spalten die neuen Bakteriophagen das Bakterium auf und setzen die replizierten Viren frei. Während des Assemblierungsprozesses kann jedoch ein Teil der bakteriellen DNA des Wirts anstelle des viralen Genoms in das virale Kapsid eingeschlossen werden. Wenn dieser Bakteriophage ein anderes Bakterium infiziert, injiziert er das DNA-Fragment aus dem zuvor infizierten Bakterium. Dieses DNA-Fragment wird dann in die DNA des neuen Bakteriums eingefügt. Diese Art der Transduktion wird als generalisierte Transduktion bezeichnet.
Bei der spezialisierten Transduktion werden Fragmente der DNA des Wirtsbakteriums in die viralen Genome des neuen eingebaut Bakteriophagen. Die DNA-Fragmente können dann auf alle neuen Bakterien übertragen werden, die diese Bakteriophagen infizieren.
Quellen
- Reece, Jane B. und Neil A. Campbell. Campbell Biology. Benjamin Cummings, 2011.