همانندسازی و تقسیم سلولی باکتریایی

پیش از تقسیم باکتری، باید کل ژنوم خود را کپی کرده و یک نسخه کامل را به هر سلول دختری منتقل کند. همانندسازی DNA باکتریایی از یک مبدأ واحد آغاز شده و در هر دو جهت پیش می‌رود، در حالی که سلول رشد می‌کند و سپس با تقسیم دوتایی تقسیم می‌شود، با هماهنگی کپی‌برداری کروموزوم، جداسازی، و تشکیل دیواره عرضی تقسیم به گونه‌ای که هر سلول جدید یک ژنوم کامل را به ارث ببرد.

Definition

همانندسازی و تقسیم سلولی باکتریایی فرآیند هماهنگی است که طی آن یک باکتری کروموزوم خود را از یک مبدأ مشخص تکثیر کرده و نسخه‌ها را از طریق تقسیم دوتایی به دو سلول دختری تقسیم می‌کند.

Scope

این موضوع چرخه سلولی باکتریایی را پوشش می‌دهد: آغاز و پیشرفت همانندسازی DNA، رپلیزوم، جداسازی کروموزوم تکثیر شده، و سیتوکینزیس از طریق تقسیم دوتایی، شامل مونتاژ ماشین تقسیم. این یک مرور مرجع مکانیکی است و دستورالعمل‌های بالینی ارائه نمی‌دهد.

Core questions

• همانندسازی DNA باکتریایی چگونه و از کجا آغاز می‌شود و چگونه در اطراف کروموزوم پیش می‌رود؟
• چه ماشین مولکولی همانندسازی را انجام می‌دهد و دقت آن چگونه تضمین می‌شود؟
• کروموزوم‌های تکثیر شده چگونه به انتهای مخالف سلول جدا می‌شوند؟
• زمان‌بندی تقسیم چگونه با تکمیل همانندسازی هماهنگ می‌شود؟

Key concepts

• مبدأ همانندسازی (oriC)
• همانندسازی دوطرفه و نیمه‌حفاظتی
• رپلیزوم و DNA پلیمراز III
• سنتز رشته پیشرو و پیرو
• چنگال همانندسازی و ترمینوس
• جداسازی کروموزوم
• تقسیم دوتایی و تشکیل دیواره عرضی
• حلقه Z و دیویزوم

Mechanisms

همانندسازی باکتریایی نیمه‌حفاظتی و دوطرفه است: از یک مبدأ مشخص آغاز می‌شود، جایی که کروموزوم باز می‌شود، و دو چنگال همانندسازی در جهت‌های مخالف پیش می‌روند تا در ترمینوس به هم برسند. رپلیزوم، که حول DNA پلیمراز همانندساز سازماندهی شده است، رشته پیشرو را به طور پیوسته و رشته پیرو را به طور ناپیوسته کپی می‌کند، با ویرایش و ترمیم عدم تطابق که دقت بالا را تضمین می‌کند، همانطور که توسط اودانل و همکارانش بررسی شده است. با پیشرفت همانندسازی، دو کروموزوم دختری به طور فعال سازماندهی شده و به سمت قطب‌های مخالف سلول جدا می‌شوند، فرآیندی که وانگ و همکارانش آن را از نظر سازماندهی کروموزوم و ماشین تقسیم‌بندی توصیف می‌کنند. سپس تقسیم از طریق تقسیم دوتایی رخ می‌دهد، که در آن سلول یک حلقه انقباضی را در میانه سلول مونتاژ می‌کند که سنتز یک دیواره عرضی را هدایت کرده و دو سلول دختری را که هر کدام یک ژنوم کامل دریافت کرده‌اند، به طور فیزیکی از هم جدا می‌کند.

Clinical relevance

چندین هدف دارویی ضد باکتری در ماشین همانندسازی و تقسیم قرار دارند، و نرخ همانندسازی و تقسیم به سرعت رشد جمعیت‌های باکتریایی و پاسخ آنها به استرس کمک می‌کند. این مدخل زیست‌شناسی زیربنایی را توصیف می‌کند و راهنمایی برای انتخاب دارو یا مدیریت بیمار نیست.

History

ماهیت نیمه‌حفاظتی همانندسازی DNA و آنزیم‌شناسی DNA پلیمرازها اساس مولکولی کپی‌برداری ژنوم را ایجاد کردند، و باکتری‌هایی مانند Escherichia coli به عنوان مدل تجربی اصلی عمل کردند. کارهای بعدی بر روی رپلیزوم و جداسازی کروموزوم و دستگاه تقسیم، که در بررسی‌های اودانل و وانگ و همکارانش سنتز شده‌اند، همانندسازی را با چرخه سلولی باکتریایی یکپارچه کردند.

Key figures

• Arthur Kornberg
• Mike O'Donnell
• David Rudner

Seminal works

• odonnell-2013
• wang-2013

Frequently asked questions

اینکه همانندسازی باکتریایی دوطرفه است به چه معناست؟

همانندسازی از یک مبدأ شروع می‌شود و دو چنگال همانندسازی در جهت‌های مخالف در اطراف کروموزوم حلقوی از آن دور می‌شوند تا در ترمینوس به هم برسند، بنابراین کل ژنوم تقریباً در نیمی از زمانی که یک چنگال واحد طول می‌کشد، کپی می‌شود.

باکتری‌ها چگونه تقسیم می‌شوند؟

اکثر باکتری‌ها با تقسیم دوتایی تقسیم می‌شوند: پس از کپی و جداسازی کروموزوم، یک ماشین تقسیم حلقوی در میانه سلول مونتاژ می‌شود و یک دیواره عرضی می‌سازد که سلول را به دو سلول دختری تقسیم می‌کند.