تضاعف البكتيريا وانقسام الخلية
قبل أن تنقسم البكتيريا، يجب عليها نسخ جينومها بالكامل وتوزيع نسخة كاملة واحدة على كل خلية ابنة. يبدأ تضاعف الحمض النووي البكتيري من منشأ واحد ويستمر في كلا الاتجاهين، بينما تنمو الخلية ثم تنقسم بالانشطار الثنائي، مع تنسيق نسخ الكروموسوم، وفصله، وتكوين حاجز الانقسام بحيث ترث كل خلية جديدة جينومًا كاملاً.
Definition
تضاعف البكتيريا وانقسام الخلية هو العملية المنسقة التي تقوم من خلالها البكتيريا بنسخ كروموسومها من منشأ محدد وتقسيم النسخ إلى خليتين ابنتين عبر الانشطار الثنائي.
Scope
يغطي هذا الموضوع دورة الخلية البكتيرية: بدء وتطور تضاعف الحمض النووي، وجهاز التضاعف (replisome)، وفصل الكروموسوم المنسوخ، والانقسام السيتوبلازمي بالانشطار الثنائي، بما في ذلك تجميع آلية الانقسام. وهو نظرة عامة مرجعية ميكانيكية ولا يقدم تعليمات سريرية.
Core questions
- كيف وأين يبدأ تضاعف الحمض النووي البكتيري، وكيف يتقدم حول الكروموسوم؟
- ما هي الآلة الجزيئية التي تقوم بالتضاعف، وكيف يتم ضمان دقتها؟
- كيف يتم فصل الكروموسومات المنسوخة إلى طرفي الخلية المتعاكسين؟
- كيف يتم تنسيق توقيت الانقسام مع اكتمال التضاعف؟
Key concepts
- منشأ التضاعف (oriC)
- تضاعف ثنائي الاتجاه وشبه محافظ
- جهاز التضاعف (Replisome) وبوليميراز الحمض النووي III
- تخليق الشريط القائد والشريط المتأخر
- شوكة التضاعف ونقطة النهاية
- فصل الكروموسومات
- الانشطار الثنائي وتكوين الحاجز
- حلقة Z وجهاز الانقسام (divisome)
Mechanisms
تضاعف البكتيريا شبه محافظ وثنائي الاتجاه: يبدأ من منشأ واحد محدد، حيث يتم فك التفاف الكروموسوم، ويتقدم شوكتا تضاعف في اتجاهين متعاكسين حتى يلتقيا عند نقطة النهاية. يقوم جهاز التضاعف (replisome)، المنظم حول بوليميراز الحمض النووي التضاعفي، بنسخ الشريط القائد بشكل مستمر والشريط المتأخر بشكل متقطع، مع ضمان التدقيق اللغوي وإصلاح الأخطاء دقة عالية، كما استعرضه أودونيل وزملاؤه. مع تقدم التضاعف، يتم تنظيم الكروموسومين البنتين وفصلهما بنشاط نحو قطبي الخلية المتعاكسين، وهي عملية يصفها وانغ وزملاؤه من حيث تنظيم الكروموسوم وآلية التقسيم. ثم يحدث الانقسام بالانشطار الثنائي، حيث تقوم الخلية بتجميع حلقة انقباضية في منتصف الخلية توجه تخليق حاجز وتفصل جسديًا الخليتين البنتين، وقد تلقت كل منهما جينومًا كاملاً.
Clinical relevance
توجد العديد من أهداف الأدوية المضادة للبكتيريا في آليات التضاعف والانقسام، وتساهم معدلات التضاعف والانقسام في سرعة نمو المجموعات البكتيرية واستجابتها للإجهاد. يصف هذا المدخل البيولوجيا الأساسية وليس دليلاً لاختيار الأدوية أو إدارة المرضى.
History
أرست الطبيعة شبه المحافظة لتضاعف الحمض النووي وإنزيمات بوليميراز الحمض النووي الأساس الجزيئي لنسخ الجينوم، وكانت البكتيريا مثل الإشريكية القولونية بمثابة النموذج التجريبي المركزي. وقد أدمج العمل اللاحق على جهاز التضاعف (replisome) وعلى فصل الكروموسومات وجهاز الانقسام، والذي تم تجميعه في مراجعات بواسطة أودونيل ووانغ وزملاؤه، التضاعف مع دورة الخلية البكتيرية.
Key figures
- Arthur Kornberg
- Mike O'Donnell
- David Rudner
Related topics
Seminal works
- odonnell-2013
- wang-2013
Frequently asked questions
- ماذا يعني أن تضاعف البكتيريا ثنائي الاتجاه؟
- يبدأ التضاعف من منشأ واحد وتتحرك شوكتا تضاعف بعيدًا عنه في اتجاهين متعاكسين حول الكروموسوم الدائري حتى يلتقيا عند نقطة النهاية، لذا يتم نسخ الجينوم بأكمله في حوالي نصف الوقت الذي تستغرقه شوكة واحدة.
- كيف تنقسم البكتيريا؟
- تنقسم معظم البكتيريا بالانشطار الثنائي: بعد نسخ الكروموسوم وفصله، تتجمع آلة انقسام على شكل حلقة في منتصف الخلية وتبني حاجزًا يقسم الخلية إلى خليتين ابنتين.