Sao chép và phân chia tế bào vi khuẩn

Trước khi một vi khuẩn phân chia, nó phải sao chép toàn bộ bộ gen của mình và phân phối một bản sao hoàn chỉnh cho mỗi tế bào con. Quá trình sao chép DNA của vi khuẩn bắt đầu tại một điểm khởi đầu duy nhất và diễn ra theo cả hai hướng, trong khi tế bào phát triển và sau đó phân chia bằng cách phân hạch nhị phân, với việc sao chép nhiễm sắc thể, phân tách và hình thành vách ngăn phân chia được phối hợp để mỗi tế bào mới thừa hưởng một bộ gen đầy đủ.

Definition

Sao chép và phân chia tế bào vi khuẩn là quá trình phối hợp mà qua đó một vi khuẩn nhân đôi nhiễm sắc thể của nó từ một điểm khởi đầu xác định và phân chia các bản sao thành hai tế bào con thông qua phân hạch nhị phân.

Scope

Chủ đề này bao gồm chu kỳ tế bào vi khuẩn: khởi đầu và tiến triển của quá trình sao chép DNA, replisome, sự phân tách của nhiễm sắc thể đã được nhân đôi và quá trình phân chia tế bào bằng cách phân hạch nhị phân, bao gồm cả việc lắp ráp bộ máy phân chia. Đây là một tổng quan tham khảo cơ chế và không cung cấp hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Quá trình sao chép DNA của vi khuẩn bắt đầu như thế nào và ở đâu, và nó diễn ra xung quanh nhiễm sắc thể như thế nào?
• Bộ máy phân tử nào thực hiện quá trình sao chép, và độ chính xác của nó được đảm bảo như thế nào?
• Các nhiễm sắc thể đã được nhân đôi được phân tách đến các đầu đối diện của tế bào như thế nào?
• Thời gian phân chia được phối hợp với việc hoàn thành quá trình sao chép như thế nào?

Key concepts

• Điểm khởi đầu sao chép (oriC)
• Sao chép hai chiều, bán bảo toàn
• Replisome và DNA polymerase III
• Tổng hợp sợi dẫn và sợi chậm
• Chạc sao chép và điểm cuối
• Phân tách nhiễm sắc thể
• Phân hạch nhị phân và hình thành vách ngăn
• Vòng Z và divisome

Mechanisms

Quá trình sao chép của vi khuẩn là bán bảo toàn và hai chiều: nó bắt đầu tại một điểm khởi đầu xác định duy nhất, nơi nhiễm sắc thể được tháo xoắn, và hai chạc sao chép tiến hành theo các hướng ngược nhau cho đến khi chúng gặp nhau tại điểm cuối. Replisome, được tổ chức xung quanh DNA polymerase sao chép, sao chép sợi dẫn liên tục và sợi chậm không liên tục, với việc sửa lỗi và sửa chữa sai khớp đảm bảo độ chính xác cao, như được O'Donnell và các đồng nghiệp đánh giá. Khi quá trình sao chép diễn ra, hai nhiễm sắc thể con được tổ chức và phân tách tích cực về phía các cực đối diện của tế bào, một quá trình mà Wang và các đồng nghiệp mô tả về tổ chức nhiễm sắc thể và bộ máy phân chia. Sau đó, quá trình phân chia xảy ra bằng cách phân hạch nhị phân, trong đó tế bào lắp ráp một vòng co thắt ở giữa tế bào để chỉ đạo tổng hợp một vách ngăn và tách vật lý hai tế bào con, mỗi tế bào đã nhận được một bộ gen hoàn chỉnh.

Clinical relevance

Một số mục tiêu thuốc kháng khuẩn nằm trong bộ máy sao chép và phân chia, và tốc độ sao chép và phân chia góp phần vào tốc độ phát triển và phản ứng với căng thẳng của quần thể vi khuẩn. Mục này mô tả sinh học cơ bản và không phải là hướng dẫn lựa chọn thuốc hoặc quản lý bệnh nhân.

History

Bản chất bán bảo toàn của quá trình sao chép DNA và enzym học của DNA polymerase đã thiết lập cơ sở phân tử của việc sao chép bộ gen, và các vi khuẩn như Escherichia coli đã đóng vai trò là mô hình thử nghiệm trung tâm. Các công trình tiếp theo về replisome và về sự phân tách nhiễm sắc thể và bộ máy phân chia, được tổng hợp trong các đánh giá của O'Donnell và của Wang và các đồng nghiệp, đã tích hợp quá trình sao chép với chu kỳ tế bào vi khuẩn.

Key figures

• Arthur Kornberg
• Mike O'Donnell
• David Rudner

Seminal works

• odonnell-2013
• wang-2013

Frequently asked questions

Quá trình sao chép của vi khuẩn là hai chiều có nghĩa là gì?

Quá trình sao chép bắt đầu tại một điểm khởi đầu và hai chạc sao chép di chuyển ra xa khỏi nó theo các hướng ngược nhau xung quanh nhiễm sắc thể tròn cho đến khi chúng gặp nhau tại điểm cuối, do đó toàn bộ bộ gen được sao chép trong khoảng một nửa thời gian mà một chạc đơn sẽ mất.

Vi khuẩn phân chia như thế nào?

Hầu hết vi khuẩn phân chia bằng cách phân hạch nhị phân: sau khi nhiễm sắc thể được sao chép và phân tách, một bộ máy phân chia hình vòng lắp ráp ở giữa tế bào và xây dựng một vách ngăn chia tế bào thành hai tế bào con.