§ 77. Репродукція прокаріотичних клітин

Поміркуйте

Прокаріоти не мають статевого розмноження, але у них існують механізми обміну генетичною інформацією. Які способи обміну генетичною інформацією існують у прокаріотів?

Згадайте

Будова бактеріальної клітини

Реплікація ДНК

Бінарний поділ

Прокаріотичні клітини розмножуються нестатевим шляхом. Розмноженню передує подвоєння кільцевої молекули ДНК, яка в прокаріотичній клітині існує у вигляді компактної структури — нуклеоїду, що прикріплений до мезосоми (впинання цитоплазматичної мембрани всередину клітини).

Реплікація кільцевої молекули ДНК бактерій починається з точки ініціації реплікації. Вона відбувається одночасно в протилежних напрямках. Через певний час після реплікації ДНК і розходження дочірніх хромосом клітина починає ділитися.

У більшості випадків прокаріотичні клітини діляться навпіл з утворенням двох однакових за розміром дочірніх клітин, тому цей процес називають бінарним поділом (мал. 77.1).

В одних видів бактерій бінарний поділ відбувається шляхом формування перегородки, що зростає від периферії до центра (мал. 77.2, а). В інших видів бактерій бінарний поділ відбувається шляхом утворення перетяжки: клітина поступово стоншується посередині, поки не розірветься на дві самостійні клітини (мал. 77.2, б). Іноді дочірні клітини бактерій після поділу не розходяться і залишаються пов’язаними між собою. Це спричинює утворення клітинних скупчень різної форми. Наприклад, сферичні бактерії можуть утворювати пари (диплококи), ланцюжки (стрептококи) або грони (стафілококи) клітин.

Різновидом бінарного поділу є брунькування, яке можна розглядати як нерівновеликий бінарний поділ. Під час брунькування на одному з полюсів материнської клітини утворюється маленький виріст, який збільшується і згодом відокремлюється (мал. 77.2, в). У результаті брунькування утворюються дві нерівноцінні клітини, що розрізняються за формою, розмірами та іншими ознаками. Материнська клітина поступово старіє, а дочірня клітина, навпаки, активно добудовує клітинні структури і краще пристосовується до мінливого середовища.

Дізнайтеся більше

Розмноження прокаріотів відбувається з величезною швидкістю. За сприятливих умов їхні клітини діляться кожні 20—30 хвилин. За добу в бактерій змінюється стільки поколінь, скільки в людини за 5000 років. За наявності ідеальних умов, що виключають загибель клітин, з однієї бактерії за добу можуть утворитися «нащадки» масою 4720 т (якщо прийняти, що 1 млрд бактерій має масу 1 мг). Настільки високі темпи розмноження прокаріотів сприяють їх швидкому поширенню на планеті. Однак їх розмноження обмежене кліматичними умовами, дією сонячного світла, боротьбою між видами, накопиченням продуктів обміну речовин.

Мал. 77.1. Схематичне зображення бінарного поділу

Мал. 77.2. Схематичне зображення способів поділу прокаріотичної клітини

Утворення спор

За несприятливих умов паличкоподібні бактерії здатні утворювати спори (мал. 77.3). На поверхні бактеріальної клітини утворюється щільна багатошарова оболонка, усі життєві процеси в клітині припиняються. Спороутворення не є розмноженням, тому що з кожної клітини формується одна спора і число особин при цьому не збільшується. У вигляді спори прокаріотична клітина витримує дію високих або низьких температур, отруйних речовин, зневоднення, зберігаючи життєздатність протягом багатьох років. За сприятливих умов оболонка спори руйнується, і процеси життєдіяльності відновлюються.

Кон'югація

Для бактерій характерний статевий процес — кон’югація. Це перенесення частини генетичного матеріалу під час безпосереднього контакту бактеріальних клітин. У процесі кон’югації по спеціальному каналу, що утворюється між двома клітинами, фрагмент ДНК з однієї клітини передається іншій клітині (мал. 77.4).

Для кон’югації бактерій необхідна спеціальна плазміда, яка називається F-фактором. Кон’югація відбувається за наявності двох типів клітин: донорів (F+), що володіють F-фактором, і реципієнтів (F-), що не мають його. F-фактор містить гени структур, за допомогою яких відбувається прикріплення клітини-донора до клітини-реципієнта. Потім між клітинами формується кон’югаційний місток, через який передається копія F-фактора, а також інші плазміди з цитоплазми донора. Після потрапляння F-фактора в реципієнтну клітинку вона стає F+.

Кон’югація не є способом статевого розмноження, оскільки число бактерій при цьому не збільшується. Кон’югацію визначають як статевий процес, що приводить до горизонтального перенесення генів і сприяє обміну корисними ознаками. Зокрема, кон’югація забезпечує швидке поширення між бактеріями генів стійкості до антибіотиків у складі плазмід.

Мал. 77.3. Схема утворення спор у бактерій. Спора розвивається всередині клітини бактерії: до 60 % води переходить у зв'язаний стан, протопласт стискається і покривається дуже щільною оболонкою

Мал. 77.4. Схема кон'югації у бактерій

Ключова ідея

Прокаріотичні клітини діляться навпіл бінарним поділом. Спороутворення і кон'югація у бактерій не є способами розмноження. Спори утворюються для перенесення несприятливих умов, а кон'югація призводить до обміну генами між особинами.

Запитання та завдання

1. Які процеси призводять до рекомбінації генетичного матеріалу в прокаріотів? 2. Чим статевий процес бактерій відрізняється від статевого розмноження еукаріотів? Чим він подібний до нього?

скачать dle 11.0фильмы бесплатно