Репликация и деление бактериальной клетки

Прежде чем бактерия разделится, она должна скопировать весь свой геном и распределить по одной полной копии в каждую дочернюю клетку. Репликация бактериальной ДНК начинается в одной точке инициации и происходит в обоих направлениях, в то время как клетка растет, а затем делится бинарным делением, при этом копирование хромосом, их сегрегация и формирование перегородки деления координируются таким образом, чтобы каждая новая клетка наследовала полный геном.

Definition

Репликация и деление бактериальной клетки — это скоординированный процесс, посредством которого бактерия дублирует свою хромосому из определенной точки инициации и распределяет копии в две дочерние клетки путем бинарного деления.

Scope

Эта тема охватывает клеточный цикл бактерий: инициацию и прогрессию репликации ДНК, реплисому, сегрегацию дуплицированной хромосомы и цитокинез путем бинарного деления, включая сборку аппарата деления. Это механистический справочный обзор, который не содержит клинических инструкций.

Core questions

• Как и где начинается репликация бактериальной ДНК, и как она протекает по хромосоме?
• Какая молекулярная машина осуществляет репликацию, и как обеспечивается ее точность?
• Как дуплицированные хромосомы сегрегируются к противоположным концам клетки?
• Как координируется время деления с завершением репликации?

Key concepts

• Точка инициации репликации (oriC)
• Двунаправленная, полуконсервативная репликация
• Реплисома и ДНК-полимераза III
• Синтез лидирующей и отстающей цепи
• Репликационная вилка и терминатор
• Сегрегация хромосом
• Бинарное деление и образование перегородки
• Z-кольцо и дивисома

Mechanisms

Бактериальная репликация является полуконсервативной и двунаправленной: она начинается в одной определенной точке инициации, где хромосома раскручивается, и две репликационные вилки движутся в противоположных направлениях, пока не встретятся в терминаторе. Реплисома, организованная вокруг репликативной ДНК-полимеразы, непрерывно копирует лидирующую цепь и прерывисто — отстающую цепь, при этом коррекция ошибок и репарация неспаренных оснований обеспечивают высокую точность, как это рассмотрено О'Доннеллом и коллегами. По мере протекания репликации две дочерние хромосомы активно организуются и сегрегируются к противоположным полюсам клетки — процесс, который Ванг и коллеги описывают с точки зрения организации хромосом и аппарата их распределения. Затем происходит деление путем бинарного деления, при котором клетка собирает сократительное кольцо в середине клетки, которое направляет синтез перегородки и физически разделяет две дочерние клетки, каждая из которых получила полный геном.

Clinical relevance

Несколько мишеней для антибактериальных препаратов находятся в аппарате репликации и деления, а скорость репликации и деления влияет на то, как быстро бактериальные популяции растут и реагируют на стресс. Эта статья описывает базовую биологию и не является руководством по выбору лекарств или ведению пациентов.

History

Полуконсервативный характер репликации ДНК и энзимология ДНК-полимераз заложили молекулярную основу копирования генома, а бактерии, такие как Escherichia coli, служили центральной экспериментальной моделью. Последующие работы по реплисоме, сегрегации хромосом и аппарату деления, обобщенные в обзорах О'Доннелла, а также Ванга и коллег, интегрировали репликацию с клеточным циклом бактерий.

Key figures

• Arthur Kornberg
• Mike O'Donnell
• David Rudner

Seminal works

• odonnell-2013
• wang-2013

Frequently asked questions

Что означает, что бактериальная репликация является двунаправленной?

Репликация начинается в одной точке инициации, и две репликационные вилки движутся от нее в противоположных направлениях по круговой хромосоме, пока не встретятся в терминаторе, так что весь геном копируется примерно за половину времени, которое потребовалось бы одной вилке.

Как делятся бактерии?

Большинство бактерий делятся путем бинарного деления: после копирования и сегрегации хромосомы кольцеобразный аппарат деления собирается в середине клетки и строит перегородку, которая разделяет клетку на две дочерние клетки.