Бинарное деление — процесс воспроизводства новых клеток у прокариот, которые генетически идентичны родительской клетке. Прокариоты, такие как бактерии, распространяются путем двойного деления. Для одноклеточных организмов деление является единственным методом, используемым для производства новых клеток. Как у прокариотических, так и эукариотических клетках результатом деления клеток является образование дочерних клеток, которые генетически идентичны родительской клетке. В одноклеточных организмах дочерние клетки являются индивидуумами.
Из-за относительной простоты прокариот, процесс деления клеток или бинарное деление считается менее сложным и гораздо более быстрым процессом, чем воспроизводство клеток у эукариот. Одиночная круговая хромосомная ДНК бактерий не заключена в ядро, а вместо этого занимает конкретное место (нуклеоид) внутри клетки.
Хотя ДНК нуклеоида ассоциируется с белками, помогающими упаковывать молекулу в компактный размер, гистоны и нуклеосомы у прокариот отсутствует. Однако упаковочные белки бактерий связаны с белками когезин и конденсин, участвующими в уплотнении хромосом эукариот.
Бактериальная хромосома прикрепляется к плазматической мембране примерно в середине клетки. Начальная точка репликации близка к месту связывания хромосомы на клеточной мембране. Репликация ДНК двунаправленная, то есть она одновременно перемещается от изначального места расположения на обеих нитях. Когда образуются новые двойные нити, каждая точка происхождения удаляется от прикрепления клеточной стенки к противоположным концам клетки.
По мере удлинения клетки растущая мембрана помогает в переносе хромосом. После того как хромосомы очистили середину удлиненной клетки, начинается цитоплазматическое разделение. Образование кольца, состоящего из повторяющихся звеньев белка FtsZ, направляет разделение между нуклеоидами. Формирование кольца FtsZ вызывает накопление других белков, которые работают вместе, чтобы образовать материалы мембран и клеточных стенок. Между нуклеоидами образуется перегородка, постепенно распространяющаяся от периферии к центру клетки. Когда новые клеточные стенки находятся на своих местах, дочерние клетки разделяются.
Точный выбор времени и формирование митотического веретена имеет решающее значение для успеха деления эукариотических клеток. Прокариотические клетки, с другой стороны, не подвергаются митозу и, следовательно, не нуждаются в веретене деления. Однако белок FtsZ, который играет важную роль в прокариотическом цитокинезе, структурно и функционально очень похож на тубулин, строительный белок микротрубочек, которые составляют веретено деления у эукариот.
Белки FtsZ могут образовывать нити, кольца и другие трехмерные структуры, подобные тубулину, который образует микротрубочки, центриоли и различные цитоскелетные компоненты. Кроме того, как FtsZ, так и тубулин используют один и тот же источник энергии (гуанозинтрифосфат), чтобы быстро собирать и разбирать сложные структуры. Хотя оба белка встречаются в современных организмах, тубулин развился и диверсифицировался в процессе эволюции из прокариотического FtsZ.
Ключевые моменты бинарного деления:
- При репликации бактериальное ДНК прикрепляется к плазматической мембране примерно в середине клетки.
- Происхождение или исходная точка репликации бактерий находится близко к месту связывания ДНК с плазматической мембраной.
- Репликация бактериальной ДНК двунаправленная, а это означает, что она одновременно удаляется от начального координат на обеих нитях.
- Формирование кольца FtsZ, состоящего из повторяющихся звеньев белка, которые вызывает накопление других белков, работающих вместе, чтобы сформировать и переместить на поверхность новые материалы плазматических мембран и клеточных стенок.
- Когда новые клеточные стенки находятся на своих местах, из-за образования перегородки, дочерние клетки разделяются на две отдельные клетки.
