Informatie

22.2B: Prokaryote reproductie - Biologie


Prokaryoten planten zich ongeslachtelijk voort door binaire splitsing; ze kunnen ook genetisch materiaal uitwisselen door transformatie, transductie en conjugatie.

leerdoelen

  • Maak onderscheid tussen de soorten voortplanting bij prokaryoten

Belangrijkste punten

  • Binaire splitsing is een soort reproductie waarbij het chromosoom wordt gerepliceerd en de resulterende prokaryoot een exacte kopie is van het ouderlijke prokaryaat, waardoor er geen mogelijkheid is voor genetische diversiteit.
  • Transformatie is een soort prokaryotische reproductie waarbij een prokaryoot DNA kan opnemen dat in de omgeving wordt gevonden en dat afkomstig is van andere prokaryoten.
  • Transductie is een vorm van prokaryotische reproductie waarbij een prokaryoot wordt geïnfecteerd door een virus dat korte stukjes chromosomaal DNA van de ene bacterie in de andere injecteert.
  • Conjugatie is een vorm van prokaryotische reproductie waarbij DNA wordt overgedragen tussen prokaryoten door middel van een pilus.

Sleutelbegrippen

  • transformatie: de wijziging van een bacteriële cel veroorzaakt door de overdracht van DNA van een andere, vooral als pathogeen
  • transductie: horizontaal genoverdrachtsmechanisme in prokaryoten waar genen worden overgedragen met behulp van een virus
  • binaire splijting: het proces waarbij een cel zich ongeslachtelijk deelt om twee dochtercellen te produceren
  • conjugatie: de tijdelijke samensmelting van organismen, vooral als onderdeel van seksuele voortplanting
  • pilus: een haarachtig aanhangsel gevonden op het celoppervlak van veel bacteriën

Reproductie

Voortplanting in prokaryoten is aseksueel en vindt meestal plaats door binaire splitsing. Het DNA van een prokaryoot bestaat als een enkel, circulair chromosoom. Prokaryoten ondergaan geen mitose; het chromosoom wordt eerder gerepliceerd en de twee resulterende kopieën scheiden van elkaar, vanwege de groei van de cel. De prokaryoot, nu vergroot, wordt naar binnen geknepen op de evenaar en de twee resulterende cellen, die klonen zijn, scheiden. Binaire splitsing biedt geen mogelijkheid voor genetische recombinatie of genetische diversiteit, maar prokaryoten kunnen genen delen via drie andere mechanismen.

Bij transformatie neemt de prokaryoot DNA op dat in zijn omgeving wordt gevonden en dat wordt afgestoten door andere prokaryoten. Als een niet-pathogene bacterie DNA voor een toxinegen van een pathogeen opneemt en het nieuwe DNA in zijn eigen chromosoom opneemt, kan ook deze pathogeen worden. Bij transductie verplaatsen bacteriofagen, de virussen die bacteriën infecteren, soms ook korte stukjes chromosomaal DNA van de ene bacterie naar de andere. Transductie resulteert in een recombinant organisme. Archaea worden niet aangetast door bacteriofagen, maar hebben in plaats daarvan hun eigen virussen die genetisch materiaal van het ene individu naar het andere verplaatsen. Bij conjugatie wordt DNA van de ene prokaryoot naar de andere overgebracht door middel van een pilus, die de organismen met elkaar in contact brengt. Het overgebrachte DNA kan de vorm hebben van een plasmide of als een hybride, die zowel plasmide als chromosomaal DNA bevat.

Voortplanting kan heel snel gaan: een paar minuten voor sommige soorten. Deze korte generatietijd, gekoppeld aan mechanismen van genetische recombinatie en hoge mutatiesnelheden, resulteert in de snelle evolutie van prokaryoten, waardoor ze zeer snel kunnen reageren op veranderingen in de omgeving (zoals de introductie van een antibioticum).


Prokaryotische celdeling

Het celdelingsproces dat wordt gebruikt door prokaryoten (zoals E. coli-bacteriën) en sommige eencellige eukaryoten wordt binaire splijting. Voor eencellige organismen is celdeling de enige methode om nieuwe individuen te produceren. Het resultaat van dit type celreproductie is een paar: dochtercellen die genetisch identiek zijn aan het origineel bovenliggende cel. In eencellige organismen zijn dochtercellen hele individuele organismen. Dit is een minder gecompliceerd en veel sneller proces dan celdeling bij eukaryoten. Door de snelheid van bacteriële celdeling kunnen populaties bacteriën zeer snel groeien.

Figuur 1: Een E. coli-bacterie die zich in twee identieke dochtercellen deelt

Om het resultaat van identieke dochtercellen te bereiken, zijn er enkele essentiële stappen. Het genomische DNA moet worden gerepliceerd (met behulp van DNA-replicatie) om twee identieke kopieën van het gehele genoom te produceren. Vervolgens moet één kopie naar elk van de dochtercellen worden verplaatst. De cytoplasmatische inhoud moet ook worden verdeeld om beide nieuwe cellen de machinerie te geven om het leven in stand te houden. Omdat bacteriële cellen een genoom hebben dat bestaat uit een enkel, circulair DNA-chromosoom, is het proces van celdeling heel eenvoudig.

/>Figuur 2: Prokaryotische celdeling vindt plaats via een proces dat binaire splitsing wordt genoemd.


Binaire splijting

Vanwege de relatieve eenvoud van de prokaryoten is het celdelingsproces een minder gecompliceerd en veel sneller proces dan celdeling bij eukaryoten. Als overzicht van de algemene informatie over celdeling die we aan het begin van dit hoofdstuk hebben besproken, moet u bedenken dat het enkele, circulaire DNA-chromosoom van bacteriën een specifieke locatie inneemt, het nucleoïde gebied, in de cel (). Hoewel het DNA van de nucleoïde is geassocieerd met eiwitten die helpen bij het verpakken van het molecuul in een compact formaat, zijn er geen histon-eiwitten en dus geen nucleosomen in prokaryoten. De pakkingseiwitten van bacteriën zijn echter verwant aan de cohesine- en condensine-eiwitten die betrokken zijn bij de chromosoomverdichting van eukaryoten.

Het bacteriële chromosoom is ongeveer in het midden van de cel aan het plasmamembraan bevestigd. Het startpunt van replicatie, de oorsprong, ligt dicht bij de bindingsplaats van het chromosoom aan het plasmamembraan (Figuur). Replicatie van het DNA is bidirectioneel en beweegt tegelijkertijd weg van de oorsprong op beide strengen van de lus. Terwijl de nieuwe dubbele strengen worden gevormd, beweegt elk oorsprongspunt weg van de celwandbevestiging naar de tegenovergestelde uiteinden van de cel. Naarmate de cel langer wordt, helpt het groeiende membraan bij het transport van de chromosomen. Nadat de chromosomen het middelpunt van de langwerpige cel hebben vrijgemaakt, begint de cytoplasmatische scheiding. De vorming van een ring bestaande uit herhalende eenheden van een eiwit genaamd FtsZ (afkorting van "filamenting temperatuurgevoelige mutant Z") leidt de scheiding tussen de nucleoïden. De vorming van de FtsZ-ring veroorzaakt de accumulatie van andere eiwitten die samenwerken om nieuwe membraan- en celwandmaterialen naar de locatie te rekruteren. Tussen de dochternucleoïden wordt een septum gevormd, dat zich geleidelijk van de periferie naar het midden van de cel uitstrekt. Wanneer de nieuwe celwanden op hun plaats zitten, scheiden de dochtercellen zich.

Deze afbeeldingen tonen de stappen van binaire splitsing in prokaryoten. (credit: wijziging van het werk door "Mcstrother"/Wikimedia Commons)


13.1 Prokaryoten

Hoofdstuk 13.1 werkboekpagina's – Opmerking: De eerste pagina van hoofdstuk 13.2's waar/onwaar-toewijzing is opgenomen aan het einde van het hoofdstuk 13.1-pakket. Vul het in als je bij hoofdstuk 13.2 komt.

Ook de 2e woordenschatopdracht geeft een van de antwoorden weg op nummer 4. Geniet van het gratis antwoord, lol.

Woordenschat

  • antibioticum
    • geneesmiddel dat bacteriën doodt en bacteriële infecties en ziekten geneest.
    • vermogen om antibiotica te weerstaan ​​die in sommige bacteriën zijn geëvolueerd.
    • een van de twee prokaryote domeinen die organismen omvat die in extreme omgevingen leven.
    • domein van prokaryoten, waarvan sommige menselijke ziekten veroorzaken.
    • kolonie prokaryoten die vastzit aan een oppervlak zoals een rots of het weefsel van een gastheer.
    • Grampositieve blauwgroene fotosynthetische bacteriën.
    • sporen die zich in prokaryote cellen vormen wanneer ze onder stress staan, het DNA omsluiten en het helpen om omstandigheden te overleven die de cel kunnen doden.
    • elk type Archaea dat in een extreme omgeving leeft, zoals een zeer zoute, hete of zure omgeving.
    • lange, dunne eiwituitbreidingen van het plasmamembraan in de meeste prokaryotische cellen die de cellen helpen bewegen
    • methode om genetische variatie in prokaryoten te vergroten, waarbij cellen verdwaalde stukjes DNA uit hun omgeving "grijpen" of DNA rechtstreeks met andere cellen uitwisselen.
    • type bacteriën die rood kleuren met Gram-kleuring en een dunne celwand hebben met een buitenmembraan.
    • soort bacteriën die paars kleuren met Gram-kleuring en een dikke celwand hebben zonder buitenmembraan.
    • klein, rond stukje DNA in een prokaryotische cel.
    • organisme zoals een insect dat ziekteverwekkers van gastheer tot gastheer verspreidt.

    Invoering

    Ongetwijfeld heb je eerder een zere keel gehad en heb je waarschijnlijk kaas of yoghurt gegeten. Zo ja, dan ben je in de fascinerende wereld van prokaryoten terechtgekomen. Prokaryoten zijn eencellige organismen die geen kern hebben. Ze missen ook andere membraangebonden organellen. Prokaryoten zijn klein en soms hinderlijk, maar het zijn de meest talrijke organismen op aarde. Zonder hen zou de wereld er heel anders uitzien.

    Hier is een afdruk om u te helpen het materiaal in de video hierboven te onthouden:

    Classificatie van prokaryoten

    Prokaryoten worden momenteel in twee domeinen geplaatst. Een domein is het hoogste taxon, net boven het koninkrijk. De prokaryote domeinen zijn bacteriën en Archaea (zien Figuur onderstaand). Het derde domein is Eukarya. Het omvat alle eukaryoten. In tegenstelling tot prokaryoten hebben eukaryoten een kern in hun cellen.

    Hier is nog een afdruk die u misschien wilt bekijken om u te helpen het videomateriaal te onthouden:

    kenmerk bacteriën Archaea Eukarya
    Flagella Uniek voor bacteriën Uniek voor Archaea Uniek voor Eukarya
    Celmembraan Uniek voor bacteriën Zoals bacteriën en Eukarya Uniek voor Eukarya
    Eiwitsynthese Uniek voor bacteriën zoals Eukarya Zoals Archaea
    Introns Afwezig in de meeste Cadeau Cadeau
    Peptidoglycaan (in celwand) Cadeau Afwezig in de meeste Afwezig

    Domein Bacteriën

    Bacteriën zijn de meest diverse en overvloedige groep organismen op aarde. Ze leven in bijna alle omgevingen. Ze worden gevonden in de oceaan, de bodem en de darmen van dieren. Ze worden zelfs gevonden in rotsen diep onder het aardoppervlak. Elk oppervlak dat niet is gesteriliseerd, is waarschijnlijk bedekt met bacteriën. Het totale aantal bacteriën in de wereld is verbazingwekkend. Het wordt geschat op 5 × 10 30 , of vijf miljoen biljoen biljoen. Je hebt meer bacteriën in en op je lichaam dan lichaamscellen!

    Bacteriën genaamd cyanobacteriën zijn erg belangrijk. Ze zijn blauwgroen van kleur (zie Figuur hieronder) omdat ze chlorofyl bevatten. Ze maken voedsel door fotosynthese en geven zuurstof af aan de lucht.

    Er zijn duizenden soorten bacteriën ontdekt en men denkt dat er nog veel meer bestaan. De bekende soorten kunnen worden ingedeeld op basis van verschillende kenmerken. Eén classificatie is gebaseerd op verschillen in hun celwanden en buitenmembranen. Het groepeert bacteriën in Gram-positief en Gram-negatief bacteriën, zoals beschreven in Figuur onderstaand.

    Domein Archaea

    Wetenschappers weten nog relatief weinig over Archaea. Dit komt deels omdat ze moeilijk te kweken zijn in het lab. Velen leven in de lichamen van dieren, inclusief mensen. Van geen enkele is echter met zekerheid bekend dat deze ziekte veroorzaakt.

    Archaea werden voor het eerst ontdekt in extreme omgevingen. Sommige werden bijvoorbeeld gevonden in warmwaterbronnen. Anderen werden gevonden rond diepzee-openingen. Dergelijke Archaea worden genoemd extremofielen, of 'liefhebbers van uitersten'. Figuur hieronder beschrijft drie verschillende soorten Archaïsche extremofielen.

    Van Archaea is nu bekend dat ze bijna overal op aarde leven. Ze zijn vooral talrijk in de oceaan. Archaea in plankton is misschien wel een van de meest voorkomende soorten organismen op aarde. Archaea wordt ook verondersteld een belangrijke rol te spelen in de koolstof- en stikstofcycli. Om deze redenen wordt Archaea nu erkend als een belangrijk aspect van het leven op aarde.

    Mastering Science: Extremophile Hunt (Opmerking: deze video vermeldt miljarden jaren.)

    BBC Extremofielen '8211 rare dieren (optioneel)

    Prokaryote structuur

    De meeste prokaryotische cellen zijn veel kleiner dan eukaryote cellen. Hoewel ze klein zijn, kunnen prokaryotische cellen worden onderscheiden door hun vorm. De meest voorkomende vormen zijn helices, bollen en staven (zie Figuur onderstaand).

    Plasmamembraan en celwand

    Net als andere cellen hebben prokaryotische cellen een plasmamembraan (zie: Figuur onderstaand). Het regelt wat de cel binnenkomt en verlaat. Het is ook de plaats van veel metabolische reacties. In het plasmamembraan vinden bijvoorbeeld cellulaire ademhaling en fotosynthese plaats.

    De meeste prokaryoten hebben ook een celwand. Het ligt net buiten het plasmamembraan. Het geeft kracht en stijfheid aan de cel. Bacteriën en Archaea verschillen in de samenstelling van hun celwand. De celwand van Bacteria bevat peptidoglycaan (samengesteld uit suikers en aminozuren). De celwand van de meeste Archaea mist peptidoglycaan.

    Cytoplasma en celstructuren

    In het plasmamembraan van prokaryotische cellen bevindt zich het cytoplasma. Het bevat verschillende structuren, waaronder ribosomen, een cytoskelet en genetisch materiaal. Ribosomen zijn plaatsen waar eiwitten worden gemaakt. Het cytoskelet helpt de cel zijn vorm te behouden. Het genetische materiaal is meestal een enkele lus van DNA. Er kunnen ook kleine, ronde stukjes DNA zijn, genaamd plasmiden (zien Figuur onderstaand). Het cytoplasma kan ook microcompartimenten bevatten. Dit zijn kleine structuren omsloten door eiwitten. Ze bevatten enzymen en zijn betrokken bij stofwisselingsprocessen.

    Extracellulaire structuren

    Veel prokaryoten hebben een extra laag, een capsule genaamd, buiten de celwand. De capsule beschermt de cel tegen chemicaliën en uitdroging. Het zorgt er ook voor dat de cel aan oppervlakken en aan andere cellen kan kleven. Hierdoor kunnen veel prokaryoten biofilms vormen, zoals die in Figuur onderstaand. EEN biofilm is een kolonie prokaryoten die vastzit aan een oppervlak zoals een rots of de weefsels van een gastheer. De plakkerige plaque die zich tussen de poetsbeurten op je tanden verzamelt, is een biofilm. Het bestaat uit miljoenen bacteriën.

    De meeste prokaryoten hebben ook lange, dunne eiwitstructuren, flagella (enkelvoud, flagellum). Ze strekken zich uit vanaf het plasmamembraan. Flagella helpt prokaryoten te bewegen. Ze draaien rond een vaste basis, waardoor de cel gaat rollen en tuimelen. Zoals getoond in Figuur hieronder kunnen prokaryoten een of meer flagellen hebben.

    Endosporen

    Veel organismen vormen sporen voor reproductie. Sommige prokaryoten vormen sporen om te overleven. Genaamd endosporen, ze vormen zich in prokaryotische cellen wanneer ze onder stress staan. De stress kan UV-straling, hoge temperaturen of agressieve chemicaliën zijn. Endosporen omsluiten het DNA en helpen het te overleven onder omstandigheden die de cel kunnen doden. Endosporen worden vaak aangetroffen in grond en water. Ze kunnen gedurende lange tijd overleven.

    Prokaryoot metabolisme

    Zoals alle levende wezens hebben prokaryoten energie en koolstof nodig. Ze voorzien op verschillende manieren in deze behoeften. In feite hebben prokaryoten zowat elk mogelijk type metabolisme. Ze kunnen energie krijgen van licht (foto) of chemische verbindingen (chemo). Ze kunnen koolstof krijgen van koolstofdioxide (autotroof) of andere levende wezens (heterotroof). Tafel hieronder ziet u alle mogelijke soorten metabolisme. Welke soorten prokaryoten zijn producenten? Welke soorten zijn consumenten?

    Type energie Bron van koolstof: koolstofdioxide Bron van koolstof: andere organismen
    Licht Fotoautotroof Fotoheterotroof
    Chemische bestanddelen chemoautotroof chemoheterotroof

    De meeste prokaryoten zijn chemoheterotrofen. Ze zijn voor zowel energie als koolstof afhankelijk van andere organismen. Velen breken organisch afval en de overblijfselen van dode organismen af. Ze spelen een vitale rol als afbrekers en helpen bij het recyclen van koolstof en stikstof. Fotoautotrofen zijn belangrijke producenten. Ze zijn vooral belangrijk in aquatische ecosystemen.

    Prokaryote Habitats

    Prokaryote habitats kunnen worden ingedeeld op basis van zuurstof of temperatuur. Deze factoren zijn belangrijk voor de meeste organismen.

    • Aerobe prokaryoten hebben zuurstof nodig. Ze gebruiken het voor cellulaire ademhaling. Een voorbeeld is de bacterie die de ziekte tuberculose (tbc) veroorzaakt. Het infecteert menselijke longen.
    • Anaërobe prokaryoten hebben geen zuurstof nodig. Ze gebruiken fermentatie of andere ademhalingsmethoden die geen zuurstof nodig hebben. Sommigen kunnen zelfs geen zuurstof verdragen. Een voorbeeld is een bacterie die wonden infecteert en weefsels doodt, waardoor een aandoening ontstaat die gangreen wordt genoemd.

    Temperatuur

    Zoals de meeste organismen leven en groeien prokaryoten het beste binnen bepaalde temperatuurbereiken. Prokaryoten kunnen worden geclassificeerd op basis van hun temperatuurvoorkeuren, zoals weergegeven in: Tafel onderstaand. Welk type prokaryoot zou je in het menselijk lichaam verwachten?

    Type prokaryoot Gewenste temperatuur Waar het kan worden gevonden
    thermofiel boven 45°C (113°F) op compost
    mesofiel ongeveer 37°C (98°F) binnen dieren
    psychrofiel onder 20°C (68°F) in de diepe oceaan

    Voortplanting in Prokaryoten

    Prokaryote cellen groeien tot een bepaalde grootte. Daarna verdelen ze zich door binaire splitsing.

    Binaire splijting

    Binaire splitsing is een vorm van ongeslachtelijke voortplanting. Het treedt op wanneer een oudercel zich splitst in twee identieke dochtercellen. Dit kan leiden tot een zeer snelle bevolkingsgroei. Onder ideale omstandigheden kunnen bacteriepopulaties bijvoorbeeld elke 20 minuten verdubbelen. Een dergelijke snelle bevolkingsgroei is een aanpassing aan een onstabiele omgeving. Kan je uitleggen waarom?

    Genetische overdracht

    Bij ongeslachtelijke voortplanting zijn alle nakomelingen precies hetzelfde. Dit is het grootste nadeel van dit type reproductie. Waarom? Gebrek aan genetische variatie verhoogt het risico op uitsterven. Zonder variatie zijn er misschien geen organismen die een grote verandering in de omgeving kunnen overleven.

    Prokaryoten hebben een andere manier om genetische variatie te vergroten. Het heet genetische overdracht. Het kan op twee manieren voorkomen. Eén manier is wanneer cellen verdwaalde stukjes DNA uit hun omgeving "grijpen". De andere manier is wanneer cellen direct DNA (meestal plasmiden) uitwisselen met andere cellen. Genetische overdracht maakt bacteriën zeer nuttig in de biotechnologie. Het kan worden gebruikt om bacteriële cellen te maken die nieuwe genen dragen.

    Bacteriën en mensen

    Bacteriën en mensen hebben veel belangrijke relaties. Bacteriën maken ons leven op een aantal manieren gemakkelijker. Sterker nog, we zouden niet zonder hen kunnen. Aan de andere kant kunnen bacteriën ons ook ziek maken.

    Voordelen van bacteriën:

    Bacteriën leveren vitale ecosysteemdiensten. Het zijn belangrijke afbrekers. Ze zijn ook nodig voor de koolstof- en stikstofkringloop. Er zijn miljarden bacteriën in de menselijke darmen. Ze helpen voedsel te verteren, vitamines te maken en andere belangrijke rollen te spelen. Mensen gebruiken bacteriën ook op veel andere manieren, waaronder:

    • Producten maken, zoals ethanol en enzymen.
    • Medicijnen maken, zoals antibiotica en vaccins.
    • Biogas maken, zoals methaan.
    • Opruimen van olievlekken en giftig afval.
    • Het doden van plantenplagen.
    • Normale genen overbrengen naar menselijke cellen in gentherapie.
    • Voedsel fermenteren (zie Figuur onderstaand).

    TED Ed: De heilzame bacteriën die heerlijk eten maken

    Bacteriën en ziekten

    Je hebt tien keer zoveel bacteriën als menselijke cellen in je lichaam!

    TED Ed: Jij bent je microben

    De meeste van deze bacteriën zijn ongevaarlijk. Bacteriën kunnen echter ook ziektes veroorzaken. Voorbeelden van bacteriële ziekten zijn tetanus, syfilis en voedselvergiftiging. Bacteriën kunnen zich rechtstreeks van de ene persoon op de andere verspreiden. Ze kunnen zich bijvoorbeeld verspreiden door aanraking, hoesten of niezen. Ze kunnen zich ook verspreiden via voedsel, water of voorwerpen.

    TED Ed: Hoe verspreiden ziektekiemen zich?

    Een andere manier waarop bacteriën en andere ziekteverwekkers zich kunnen verspreiden, is door vectoren. EEN vector is een organisme dat ziekteverwekkers van gastheer tot gastheer verspreidt. Insecten zijn de meest voorkomende vectoren van menselijke ziekten. Figuur hieronder ziet u twee voorbeelden.

    Hoe gevaarlijk is de ziekte van Lyme?

    Mensen zijn letterlijk een aantal nieuwe bacteriële ziekten tegengekomen. Wanneer mensen in contact komen met wilde populaties, kunnen ze onderdeel worden van natuurlijke cycli van overdracht van ziekten. Denk aan de ziekte van Lyme. Het wordt veroorzaakt door bacteriën die normaal gesproken kleine, wilde zoogdieren infecteren, zoals muizen. Een teek bijt een muis en pikt de bacteriën op. De teek kan dan een mens bijten die de natuurlijke habitat binnendringt. Door de beet worden de bacteriën overgedragen op de menselijke gastheer.

    Bacteriën onder controle

    Bacteriën in voedsel of water kunnen meestal worden gedood door het te verhitten tot een hoge temperatuur (in het algemeen ten minste 71°C of 160°F). Bacteriën op veel oppervlakken kunnen worden gedood met chloorbleekmiddel of andere ontsmettingsmiddelen. Bacteriële infecties bij mensen kunnen worden behandeld met: antibiotica medicijnen. Als u bijvoorbeeld ooit keelontsteking heeft gehad, bent u waarschijnlijk behandeld met een antibioticum.

    Antibiotica hebben veel levens gered. Misbruik en overmatig gebruik van de medicijnen hebben echter geleid tot: resistentie tegen antibiotica bij bacteriën. Figuur hieronder laat zien hoe antibioticaresistentie evolueert. Sommige bacteriestammen zijn nu resistent tegen de meest voorkomende antibiotica. Deze infecties zijn erg moeilijk te behandelen.

    TED Ed: Wat veroorzaakt antibioticaresistentie?
    OPMERKING: er is een korte vermelding van evolutie in deze video.

    Samenvatting van de les

    • Prokaryoten omvatten Bacteriën en Archaea. Een individuele prokaryoot bestaat uit een enkele cel zonder kern. Bacteriën leven in vrijwel alle omgevingen op aarde. Archaea leven overal op aarde, ook in extreme omgevingen.
    • De meeste prokaryotische cellen zijn veel kleiner dan eukaryote cellen. Ze hebben een celwand buiten hun plasmamembraan. Prokaryotisch DNA bestaat uit een enkele lus. Sommige prokaryoten hebben ook kleine, cirkelvormige stukjes DNA die plasmiden worden genoemd.
    • Prokaryoten voorzien op verschillende manieren in hun koolstof- en energiebehoefte. Het kunnen fotoautotrofen, chemoautotrofen, fotoheterotrofen of chemoheterotrofen zijn.
    • Aerobe prokaryoten leven in habitats met zuurstof. Anaërobe prokaryoten leven in habitats zonder zuurstof. Prokaryoten kunnen ook worden aangepast aan habitats die warm, matig of koud van temperatuur zijn.
    • Prokaryote cellen groeien tot een bepaalde grootte. Vervolgens delen ze door binaire splitsing. Dit is een vorm van ongeslachtelijke voortplanting. Het produceert genetisch identieke nakomelingen. Genetische overdracht verhoogt de genetische variatie in prokaryoten.
    • Bacteriën en mensen hebben veel belangrijke relaties. Bacteriën bieden de mens een aantal diensten. Ze veroorzaken ook ziekten bij de mens.

    Vragen over lesoverzicht

    Terugroepen

    2. Maak onderscheid tussen Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën en geef van elk een voorbeeld.

    4. Wat zijn extremofielen? Noem drie soorten.

    5. Identificeer de drie meest voorkomende vormen van prokaryotische cellen.

    6. Beschrijf een typische prokaryote cel.

    7. Wat zijn de rollen van flagella en endosporen in prokaryoten?

    8. Noem verschillende voordelen van bacteriën.

    Concepten toepassen

    9. Neem aan dat een bepaalde prokaryoot de vorm van een bal heeft, diep onder water op de oceaanbodem leeft en dode organismen opeet. Welke eigenschappen zou je kunnen gebruiken om het te classificeren?

    10. Pas lesconcepten toe om uit te leggen waarom veel prokaryoten zijn aangepast om bij de normale interne temperatuur van het menselijk lichaam te leven.

    Denk kritisch

    11. Vergelijk en contrast Archaea en Bacteria.

    12. Waarom zou genetische overdracht belangrijk kunnen zijn voor het voortbestaan ​​van prokaryote soorten?

    Punten om te overwegen

    In deze les lees je dat sommige bacteriën ziekten bij de mens veroorzaken. Veel andere menselijke ziekten worden veroorzaakt door virussen.


    Signaalmechanisme in prokaryoten en eukaryoten | Microbiologie

    In dit artikel bespreken we de signaalmechanismen, zowel bij eukaryoten als bij prokaryoten.

    1. Eukaryote cel-naar-cel-signalering:

    De integratieve aard van biologische systemen zou kunnen worden begrepen na het pionierswerk van Claude Bernard (1813-1878) uit Frankrijk. Hij gaf het concept van het miliew interieur en suggereerde het systeem van ductless gland (d.w.z. endocriene klieren) voor het integreren van functie en het handhaven van homeostase.

    In 1902 toonden Bayliss en Staling een duidelijke stroom pancreassap aan bij honden na het injecteren van een zuur extract van de twaalfvingerige darm. Starling bedacht de term '8216hormone'8217 (Grieks, ik prikkel) voor dergelijke intercellulaire boodschappermoleculen. Een Amerikaanse fysioloog Water Cannon bedacht de term '8216homeostase'8217 (een aandoening die kan variëren maar relatief constant is).

    Er zijn drie soorten signaleringssystemen in meercellige organismen zoals zoogdieren: neuronale, endocriene en cytokinesignalering (Fig. 27.3). Neuronale signalering vindt plaats over zeer lange afstand, d.w.z. van hersenen tot teen. Synaptische knooppunten communiceren snel. Veel chemicaliën zijn betrokken bij signalering op kruispunten en worden geassocieerd met ontstekingen.

    Endocriene signalering omvat de afgifte van een hormoon uit de klier en het transport ervan naar het bloed naar een beperkt aantal cellen in het doelweefsel. Het komt voor op grote afstand en wordt beperkt door de snelheid van de bloedstroom en diffusie van bloed naar weefsels.

    Het grootste deel van de intracellulaire signalering is die van de cytokinen. Veel van deze signalering vindt plaats via paracriene signalering (over korte afstand van cel naar nabijgelegen cel) of door autosignalering (stimulatie van de cel die de cytokinen produceert).

    Bepaalde bacteriële endotoxinen richten zich op neuronale signalering, daarom worden deze neurotoxinen genoemd, zoals geproduceerd door Clostridium tetani en CI. botulinum. Deze hebben metalloproteïnase-activiteit en splitsen specifieke intracellulaire eiwitten. Zo voorkomen ze de neurotransmitters. Een recente ontdekking wijst ook op de interactie van een bacterieel toxine met neuro-endocriene signalering en synapsis van cytokines.

    (i) Endocriene hormoonsignalering:

    Endocriene hormonen worden meestal geproduceerd door specifieke klieren (zoals hypofyse, hypothalamus en bijschildklieren) en klierweefsels (zoals pancreas en darm).

    Er zijn drie hoofdgroepen van hormonen: peptidehormonen (vooral geproduceerd door de darm die een neurotransmitterachtige activiteit heeft), steroïde hormonen (geproduceerd door de bijnierschors, geslachtsklieren en de huid) en thyrosinederivaten (bijv. schildklierhormonen T3, T4, enz. en catecholamines, noradrenaline, adrenaline en dopamine met neurotransmitteractiviteit).

    Na secretie door klieren worden endocriene hormonen gecirculeerd als vrij hormoon of gebonden aan dragereiwitten, bijvoorbeeld een serumeiwit, albumine. Het bindt aan verschillende circulerende hormonen en oefent (alleen in gebonden vorm) actie uit op specifieke celreceptoren in doelweefsels.

    De peptidehormonen binden aan specifieke membraanreceptoren, wat resulteert in een specifieke intracellulaire signaalroute. Aan de andere kant gaan de steroïde- en sterolhormonen de cellen binnen en binden aan cytoplasmatische receptoreiwitten en gaan dan naar de kern en fungeren als een factor voor transcriptie.

    Endocriene hormonen regelen het energiemetabolisme door middel van insuline en glycogeen, adrenaline en noradrenaline, waarbij de productie en afbraak van koolhydraten die als glycogeen in de lever en spieren zijn opgeslagen, betrokken zijn.

    Het gebrek aan controle over dit systeem is zichtbaar bij diabetes. Bacteriële infectie resulteert in hormonale onbalans in het lichaam. Bepaalde bacteriën en virussen tasten zenuwweefsel aan. Mycobacterium leprae en Treponema pallidum hebben een tropisme voor zenuwweefsel.

    Het weefsel van het maag- en darmslijmvlies is sterk gereguleerd. Ze reageren en produceren verschillende endocriene signalen, waaronder gastro-intestinale hormonen, b.v. gastrine, secretine, cholecystokinine en guanyline. E. coli verandert de vochtbalans in de darm en veroorzaakt diarree. Er zijn nu zeven verschillende stammen van E. coli gerapporteerd die verschillende pathologische symptomen veroorzaken.

    De enter-toxicogene E. coli-stammen produceren hittelabiel toxine (LT) en hittestabiel toxine (ST). ST is de eerste bacteriële analoog van een endocrien hormoon (guanyl) dat guanylcyclase activeert en de vloeistofafgifte uit darmcellen regelt, zodat de mucinelaag nat kan worden gehouden (Fig. 27.4). Er zijn andere hittestabiele guanyl-achtige toxines van andere stammen van E. coli en andere bacteriën.

    (ii) Cytokinen:

    Cytokinen zijn een grote groep van meer dan 1000 eiwitten die betrokken zijn bij cel-naar-cel signalering en de ontstekingsreactie op bacteriële infectie controleren. Dit zijn door een cel uitgescheiden polypeptidehormonen die de groei en het metabolisme van dezelfde cel (autocriene signalering) of een andere cel (paracriene signalering) beïnvloeden.

    Hun overproductie veroorzaakt ziekte. Deze worden gevonden op de plaats van infectie door de agenten. Deze induceren lipidemediatoren (prostaglandinen, leukotriënen, lipoxines, bloedplaatjesactiverende factor en de mediatoren van mestcellen (bijv. histamine en enzymen zoals tryptase).

    (a) Nomenclatuur van cytokinen:

    Cytokinen worden onderverdeeld in zes subfamilies (Tabel 27.7) op basis van verschillende criteria zoals historische typen, sequentiehomologie, lokalisatie van chromo­somen en biochemische acties. In 1979 werd de term interleukine (inter: tussen, leukine: leukocyten) bedacht om de eiwitachtige factoren aan te duiden die de functie van de andere leukocyten moduleren.

    Momenteel zijn er meer dan 20 interleukinen (IL-1 tot IL-18). De endotoxine-geïnjecteerde muizen brachten een tumornecrosefactor (TNF) tot expressie, gegroepeerd onder cytotoxische cytokinen. De TNF doden bepaalde tumorcellijnen via inductie van apoptose en zijn krachtige pro-inflammatoire moleculen. De TNF-receptorfamilie is zelf membraangebonden eiwitten (bijv. CD27, CD30 en CD40).

    Tabel 27.7: Cytokinen: nomenclatuur en subfamilies.

    De interferon'8217's (IFN's) zijn zulke cytokinen die als eerste werden ontdekt. Deze zijn betrokken bij het remmen van de groei en verspreiding van virussen. Er zijn drie soorten: INF-a, INF-P en INF-Y-Interferon's werken ook tegen protozoa, rickettsia en mycobacteriën.

    De koloniestimulerende fac­tors (CSF's) regelen de groei en differentiatie van neutrofielen, monocyten en celpopulaties afgeleid van monocyten in het beenmerg. De monocyten/macrofagen zijn de fagocytische cellen die bacteriën opslokken en doden. Daarom worden ze ook wel antigeenpresenterende cellen genoemd en stimuleren ze T- en B-lymfocyten.

    Groeifactoren omvatten families van pro­teïnen zoals de familie van de fibroblastgroeifactor (FGF), van bloedplaatjes afgeleide groeifactoren (PDGF) en transformerende groeifactor-β (TGFβ). De FGF-cytokinen werken ook op mesenchymcellen en epitheelcellen.

    De peptide chemotactische factoren worden chemokinen genoemd, wat een grote subgroep van cytokinen is. Chemokinen hebben een molecuulmassa van 8-10 kDalton, met 20-50% sequentiehomologie op eiwitniveau en cysteïne als geconserveerde resten die disulfidebindingen vormen in de moleculen.

    Op basis van chromosomale locatie van genen en eiwitstructuur, worden chemokinen verdeeld in twee families: α-chemokine en β-chemokine families. Een derde familie van chemokinen die in 1994 werd ontdekt, heeft momenteel één lid, lymfolactine genaamd, dat een sterke lokstof is voor T-cellen.

    (B) Receptoren van cytokinen:

    Cytokinereceptoren hebben een hoge affiniteit voor hun ligand. Het aantal individuele receptoren dat op de doelcel aanwezig is, is laag. Op basis van sequentiehomologie en structurele motieven worden cytokinereceptoren gegroepeerd in een klein aantal families. Momenteel zijn er negen receptoren voor CC-chemokinen (CCR), vijf receptoren voor CXC-chemokinen en CXCR1, één receptor voor fractalkine.

    De cytokinereceptoren worden via proteolytische splitsing uit de cel afgestoten. Metalloproteïnasen op het celoppervlak (sheddasen) helpen de afgifte van cytokinereceptoren. De vrijgekomen receptoren binden de oplosbare cytokinen en remmen hun activiteit of stimuleren de cytokine-receptor-ontbrekende cellen.

    (C) Biologische werking van cytokinen:

    Cytokines spelen een rol bij de fysiologische ontwikkeling. Ze komen voor in alle ontwikkelingsstadia van zoogdieren. Aan de andere kant spelen cytokinereceptoren die aanwezig zijn op het celmembraan ook een fysiologische rol. Ze fungeren als portalen voor vitale toegang tot cellen. HIV komt bijvoorbeeld binnen door binding aan cytokinereceptoren. Evenzo komt herpes simplex-virus binnen door binding aan de TNF-receptorfamilie.

    Na binding induceren receptoren selectieve intracellulaire signalering wat resulteert in het in- of uitschakelen van bepaalde genen en productie van cyclo-oxygenase II, en stikstofmonoxide (NO) wordt gesynthetiseerd na inductie van stikstofoxidesynthetase.

    Aspirine en ibuprofen zijn de niet-steroïde anti-inflammatoire geneesmiddelen die de cyclo-oxygenase-activiteit blokkeren. Deze medicijnen verminderen pijn en koorts omdat de prostaglandinen en prostacycline de drempel in de pijnzenuw verlagen, wat resulteert in een verlichting van pijn en koorts.

    Verschillende moleculen worden geproduceerd na binding van cytokinen aan cytokine-receptor die pathologie produceren [prostaglandinen, NO, weefselplasminogeenactivator (tPA) en plasminogeenactivatorremmer en collaginasen]. Weefselbeschadiging wordt direct geïnduceerd door collagenase en tPA.

    Bovendien induceren cytokinen ook de synthese van hun eigen en andere cytokinen, wat resulteert in een complex netwerk van interacties. Cytokinen kunnen ook het gedrag van cellen op vele manieren wijzigen. Verschillende acties van cytokinen op cellen worden getoond in Fig. 27.5.

    2. Prokaryotische cel-naar-cel signalering: Quorum Sensing en bacteriële feromonen:

    Tot de jaren tachtig werd er niet op gelet dat bacteriën met elkaar konden praten. Daarna werden voorbeelden gegeven voor cel-naar-cel signalering in bacteriën. Conjuga­tion is een van de methoden voor DNA-overdracht tussen twee bacteriën. Om conju­gatie tot stand te brengen, moeten beide bacteriën cel-tot-cel contact tot stand brengen. Enterococcus faecalis is een Gram-positieve ziekteverwekker bij zoogdieren.

    De aggregatie wordt gecontroleerd door de afscheiding van kleine peptide-feromonen. Pheromones induce adhesion production consequently bacteria form cell clumps which facilitate conjugation. Several pheromones have been isolated which are hepta- or octa-peptides found in low concentration (5吆 -11 M).

    Endospores of Clostridium tetani are regarded as resting forms of bacteria and a part of virulence mechanism. In contrast some bacteria such as a myxobacterium under adverse environ­mental conditions undergo complex morphological changes. Polyangium vitellinum forms cyst-like structure consisting of an outer covering of polysaccharide to resist from dehydration.

    Myxococcus xanthus forms myxospores (fruiting body) and alternate with vegetative cells This programme is triggered by starvation which causes morphological changes within 4 hours. A dense mound-shaped structure is formed when a cell density of bacteria has reached to about 10 5 . After 20 hours of starvation the cells inside this mound differentiate into myxospores.

    Myxospores are heat- and starvation-resistant dormant cells. They germinate during favourable conditions and produce vegetative cells. Again myxospores are formed when conditions are unfavourable. This type of cell differentiation is controlled by extracellular signals. Cell-to-cell signalling mechanism is given in Table 27.8.

    Quorum Sensing:

    The term quorum refers to ‘a fixed number of members of any committee of the society whose presence is mandatory for proper transaction of business’. Quorum sensing in bacteria is a mechanism through which they take a census of their number. After reaching a quorum of cell number they can transact the business of switching on or switching off of specific genes.

    The current knowledge of quorum sensing began with the study of luminescence in Vibrio fischeri and V. harveyi. They are marine bacteria forming symbiotic relationship with monocentrid fish and with bobtail squids (e.g. Euprymna scolopes). The bobtail squid consists of very high concentration of V. fischeri. The light organ is supposed to be part of a counter illumination the details of which are not clear.

    The newly hatched squids develop symbiotic association with only certain strains of V.fischeri. Within hours after hatching, light organ is colonised by V.fischeri. The light organ positively selects only certain strains of V.fischeri and negatively selects the others to exclude colonisation of other bacteria present in sea water.

    It is not known how this selection is made. One of the possible mechanisms may be the expression of specific adhesin for V.fischeri by epithelium of light organ. The epithelium is exposed to trypsin which di­rectly triggers a specific morphogenetic response in the squid. This results in formation of the complex.

    (a) Mechanism of quorum sensing:

    It is the feedback control system. Bacteria continu­ously produce a small amount of signal called auto inducer. Most of the Gram-positive bacteria produce auto inducer which are acylhomoserine lactones (AHLs). Staphylococcus aureus and other bacteria produce peptide auto inducers. E. colt and S. typhimurium produce a quorum sensing mol­ecule of 1 kDalton. These extracellular inducers are diffused out.

    Besides, bacteria also recognise the pres­ence of auto inducer. The bacterial membrane protein does this function. It acts both as receptor of auto inducer and activator of gene transcription. V. fischeri produces luminescence. V. fischeri system is the best studied quorum sensing system.

    Luminescence is associated with lux operon system which consists of two main regulatory genes luxl and luxR (Fig. 27.6) and other genes (luxCDABEG) which synthesise chemicals to produce light. LuxI encodes a protein which catalyses the synthesis of a wide range of AHLα. Autoinducer of V. fischeri is N-(3-oxo-hexanoyl)-L- homoserine lactone.

    LuxR encodes a protein which acts both as a receptor for AHL and as a transducer of the signal that activates the other genes of lux operon. The luxCDABEG genes are expressed after binding AHL to the luxR protein (Fig. 27.6). The luxA and luxB genes synthesise the α- and β- subunits of bacterial luciferase. The other genes encode polypeptides which facilitate the synthesis of the substrate and produces light.

    (b) Quorum sensing as a virulence mechanism:

    In addition to V. fischeri, there is a large number of Gram-negative bacteria which produce AHLs to quorum sense. These are medically important bacteria, for example Pseudomonas aeruginosa, Proteus mirabilis, Serratia liquefaciens and Yersinia enterocolitica. In these bacteria LuxI/LuxA homologues are involved in quorum sensing system. Ps. aeruginosa utilises two quorum systems, the las and rhl.

    The las operon expresses LasR protein which is similar to LuxR and acts as transcriptional activator in the presence of PAI of Pseudomonas. The LasI (the Luxl homologue) produces AHL. The autoinducer of P. aeruginosa at a threshold concentration swich on a group of virulence gene including lasB, lasA apv and toxA.

    The rhl system is the second quorum sensing system which involves RhIR (the transcriptional activator protein) along with the autoinducer (N-butyryl-L-homoserine lactone) synthesised by RhIR. This quorum sensing system results in production of extra virulence factor e.g. elastase which cleaves and inhibits the interleukin-2 (the key host defence cytokines). The las system is dominant which is activated before the rhl system.

    Many Gram-positive bacteria use oligopeptide as signalling molecules. For example, two different peptides are secreted by Bacillus subtilis. These are necessary for competence (ability for DNA uptake) and sporulation.

    In Staphylococcus aureus, a locus agr controls the expression of many virulence factors, namely exotoxins, capsular polysaccharide type 8 and V8 protease. An octapeptide quorum sensing autoinducer is encoded by the agr lucus which induces the agr locus. The quorum sensing autoinducer interacts with host defence system and inhibits the albeit at high concentration (Fig. 27.7).


    Biologie 171

    Aan het einde van dit gedeelte kunt u het volgende doen:

    • Beschrijf het proces van binaire splitsing in prokaryoten
    • Explain how FtsZ and tubulin proteins are examples of homology

    Prokaryotes, such as bacteria, produce daughter cells by binary fission. For unicellular organisms, cell division is the only method to produce new individuals. In zowel prokaryotische als eukaryote cellen is het resultaat van celreproductie een paar dochtercellen die genetisch identiek zijn aan de oudercel. In eencellige organismen zijn dochtercellen individuen.

    To achieve the outcome of cloned offspring, certain steps are essential. The genomic DNA must be replicated and then allocated into the daughter cells the cytoplasmic contents must also be divided to give both new cells the cellular machinery to sustain life. As we’ve seen with bacterial cells, the genome consists of a single, circular DNA chromosome therefore, the process of cell division is simplified. Karyokinesis is unnecessary because there is no true nucleus and thus no need to direct one copy of the multiple chromosomes into each daughter cell. This type of cell division is called binary (prokaryotic) fission .

    Binaire splijting

    Due to the relative simplicity of the prokaryotes, the cell division process is a less complicated and much more rapid process than cell division in eukaryotes. As a review of the general information on cell division we discussed at the beginning of this chapter, recall that the single, circular DNA chromosome of bacteria occupies a specific location, the nucleoid region, within the cell (Review). Although the DNA of the nucleoid is associated with proteins that aid in packaging the molecule into a compact size, there are no histone proteins and thus no nucleosomes in prokaryotes. De pakkingseiwitten van bacteriën zijn echter verwant aan de cohesine- en condensine-eiwitten die betrokken zijn bij de chromosoomverdichting van eukaryoten.

    Het bacteriële chromosoom is ongeveer in het midden van de cel aan het plasmamembraan bevestigd. The starting point of replication, the origin , is close to the binding site of the chromosome to the plasma membrane ((Figure)). Replicatie van het DNA is bidirectioneel en beweegt tegelijkertijd weg van de oorsprong op beide strengen van de lus. Terwijl de nieuwe dubbele strengen worden gevormd, beweegt elk oorsprongspunt weg van de celwandbevestiging naar de tegenovergestelde uiteinden van de cel. Naarmate de cel langer wordt, helpt het groeiende membraan bij het transport van de chromosomen. Nadat de chromosomen het middelpunt van de langwerpige cel hebben vrijgemaakt, begint de cytoplasmatische scheiding. The formation of a ring composed of repeating units of a protein called FtsZ (short for “filamenting temperature-sensitive mutant Z”) directs the partition between the nucleoids. De vorming van de FtsZ-ring veroorzaakt de accumulatie van andere eiwitten die samenwerken om nieuwe membraan- en celwandmaterialen naar de locatie te rekruteren. A septum is formed between the daughter nucleoids, extending gradually from the periphery toward the center of the cell. Wanneer de nieuwe celwanden op hun plaats zitten, scheiden de dochtercellen zich.


    De precieze timing en vorming van de mitotische spil is van cruciaal belang voor het succes van eukaryote celdeling. Prokaryotic cells, on the other hand, do not undergo karyokinesis and therefore have no need for a mitotic spindle. However, the FtsZ protein that plays such a vital role in prokaryotic cytokinesis is structurally and functionally very similar to tubulin, the building block of the microtubules which make up the mitotic spindle fibers that are necessary for eukaryotic nuclear division. FtsZ-eiwitten kunnen filamenten, ringen en andere driedimensionale structuren vormen die lijken op de manier waarop tubuline microtubuli, centriolen en verschillende cytoskeletcomponenten vormt. Bovendien gebruiken zowel FtsZ als tubuline dezelfde energiebron, GTP (guanosinetrifosfaat), om complexe structuren snel te monteren en te demonteren.

    FtsZ and tubulin are considered to be homologous structures derived from common evolutionary origins. In this example, FtsZ is the ancestor protein to tubulin (an evolutionarily derived protein). Hoewel beide eiwitten worden aangetroffen in bestaande organismen, is de tubuline-functie enorm geëvolueerd en gediversifieerd sinds de evolutie van de FtsZ-prokaryotische oorsprong. A survey of mitotic assembly components found in present-day unicellular eukaryotes reveals crucial intermediary steps to the complex membrane-enclosed genomes of multicellular eukaryotes ((Figure)).

    Cell Division Apparatus among Various Organisms
    Structure of genetic material Division of nuclear material Separation of daughter cells
    prokaryoten There is no nucleus. The single, circular chromosome exists in a region of cytoplasm called the nucleoid. Occurs through binary fission. As the chromosome is replicated, the two copies move to opposite ends of the cell by an unknown mechanism. FtsZ proteins assemble into a ring that pinches the cell in two.
    Some protists Linear chromosomes exist in the nucleus. Chromosomes attach to the nuclear envelope, which remains intact. The mitotic spindle passes through the envelope and elongates the cell. No centrioles exist. Microfilaments form a cleavage furrow that pinches the cell in two.
    Other protists Linear chromosomes wrapped around histones exist in the nucleus. A mitotic spindle forms from the centrioles and passes through the nuclear membrane, which remains intact. Chromosomes attach to the mitotic spindle, which separates the chromosomes and elongates the cell. Microfilaments form a cleavage furrow that pinches the cell in two.
    Animal cells Linear chromosomes exist in the nucleus. A mitotic spindle forms from the centrosomes. The nuclear envelope dissolves. Chromosomes attach to the mitotic spindle, which separates the chromosomes and elongates the cell. Microfilaments form a cleavage furrow that pinches the cell in two.

    Sectie Samenvatting

    In both prokaryotic and eukaryotic cell division, the genomic DNA is replicated and then each copy is allocated into a daughter cell. In addition, the cytoplasmic contents are divided evenly and distributed to the new cells. However, there are many differences between prokaryotic and eukaryotic cell division. Bacteria have a single, circular DNA chromosome but no nucleus. Therefore, mitosis (karyokinesis) is not necessary in bacterial cell division. Bacterial cytokinesis is directed by a ring composed of a protein called FtsZ. Ingrowth of membrane and cell wall material from the periphery of the cells results in the formation of a septum that eventually constructs the separate cell walls of the daughter cells.

    Gratis antwoord

    Name the common components of eukaryotic cell division and binary fission.

    The common components of eukaryotic cell division and binary fission are DNA duplication, segregation of duplicated chromosomes, and division of the cytoplasmic contents.

    Describe how the duplicated bacterial chromosomes are distributed into new daughter cells without the direction of the mitotic spindle.

    As the chromosome is being duplicated, each origin moves away from the starting point of replication. The chromosomes are attached to the cell membrane via proteins the growth of the membrane as the cell elongates aids in their movement.

    Woordenlijst


    Preparation for Reproduction

    Before prokaryotes are able to reproduce, they have to meet certain guidelines that allow them to successfully complete the operation. For example, a prokaryote first has to reach a certain size in order to split into two different cells. This is important because without the necessary nutrients, the cell may not have the ability to reproduce if it is too malnourished.

    Another condition that influences prokaryote reproduction is the environment. For example, if the temperature is too hot or cold, this may impact the rate of reproduction of binary fission. If the conditions are ideal however (such as in a laboratory setting) prokaryotes have the ability to rapidly produce from millions to billions of new cells.


    PROKARYOTIC CELLS

    The word procariota is derived from the Greek “prokaryota”. They are all those that lack a cell nucleus, mitochondria or other organelles . This means that genetic material as well as DNA is known. It is dispersed in the cytoplasm.

    Usually most of the organisms constituted by this type of cell have only one of these and are called unicellular organisms,except for some cases such as myxobacteria , some of which have multicellular stages in their life cycle. Compartmentalization is also common in the prokaryotic world in the form of compartments bounded by proteins and other delimited by lipids. They are microorganisms that possess a single chromosome called nucleoid , its reproduction are asexual by binary fission other cases they create large colonies, as in cyanobacteria .

    Living things, which are made up of prokaryotic cells, are divided into two groups:

    In short we tell you the differences between cell eukaryote and prokaryote .


    Quiz Summary

    0 of 20 Questions completed

    Informatie

    You have already completed the quiz before. Hence you can not start it again.

    You must sign in or sign up to start the quiz.

    You must first complete the following:

    Resultaten

    Resultaten

    Categories

    1. 1
    2. 2
    3. 3
    4. 4
    5. 5
    6. 6
    7. 7
    8. 8
    9. 9
    10. 10
    11. 11
    12. 12
    13. 13
    14. 14
    15. 15
    16. 16
    17. 17
    18. 18
    19. 19
    20. 20
    1 . Vraag

    Which one occurs in binary fission of prokaryotes?

    • DNA-replicatie
    • Spindle fibre formation
    • metafase
    • Pairing of sister chromatids
    2 . Vraag

    In which of these ways does binary fission differ from mitosis?

    • DNA replicates and separates at the same time
    • DNA does not replicate
    • DNA replicates after cell division
    • The cell does not divide
    3 . Vraag

    By what process does cell division take place in prokaryotes?

    4 . Vraag

    Which of the following divide by binary fission?

    5 . Vraag

    During division by binary fission the two copies of the circular DNA are attached to which structure?

    6 . Vraag

    The two copies of circular DNA are separated by what process during binary fission in prokaryotes?

    • Cell growth
    • Microtubule depolymerisation
    • Kinesin movement along microfilaments
    • Brownian motion
    7 . Vraag

    Binary fission of a parent cell results in how many daughter cells?

    8 . Vraag

    In most cases, binary fission results in which of the following?

    • Two daughter cells with an exact copy of the DNA of the parent cell
    • Two daughter cells with half of the DNA content of the parent cell
    • Four daughter cells with half of the DNA content of the parent cell
    • Four daughter cells with an exact copy of the DNA of the parent cell
    9 . Vraag

    Why might the genetic content of a daughter cell differ from a parent cell after binary fission?

    10 . Vraag

    Which of the following is true of binary fission?

    • Plasmids are also replicated and distributed between each daughter cell
    • Only the circular DNA is replicated and moved into each daughter cell
    • The circular DNA is separated using spindle fibres
    • Plasmids use flagella to swim into the new daughter cell
    11 . Vraag

    Why might the number of plasmids vary between each daughter cell following prokaryote cell division?

    • Because the many plasmid floating in the cytoplasm are randomly segregated when the cell divides
    • Because plasmids stay in the parent cell only
    • Because there is only a single copy of the plasmid which stays in one of the daughter cells
    • Because plasmids only ever occur in odd numbers, so one daughter will always inherit more
    12 . Vraag

    Which of the following does not divide by binary fission?

    13 . Vraag

    Which of the following phases do not occur during binary fission? 1. Metaphase 2. Telophase 3. Interphase

    14 . Vraag

    Which of the following divide by binary fission?

    • Archaea and Bacteria
    • Archaea and Fungi
    • Bacteria and Fungi
    • Archaea, Bacteria and Fungi
    15 . Vraag

    Which of the following prokaryotic features are not involved in cell division?

    16 . Vraag

    During binary fission, what happens after the cell membrane pinches inward and divides the cytoplasm in two?

    • New cell wall forms between the two daughter cells
    • Separation of the two copies of circular DNA begins
    • Plasmids are moved along the cell membrane into each daughter
    • The cell membrane forms a tube that connects the daughter cells
    17 . Vraag

    Explain why one daughter cell may not be antibiotic resistant following cell division in bacteria

    • It may not have inherited any of the plasmids confering antibiotic resistance
    • The antibiotic may have become more potent
    • It may not have inherited a complete copy of the circular DNA
    • It's cell wall may have reformed
    18 . Vraag

    Which of these microbial pathogens divides by binary fission?

    • Mycobacterium tuberculosis (TB)
    • Human Immunodeficiency Virus (AIDS)
    • Plasmodium falciparum (Malaria)
    • Candida albicans (Thursh)
    19 . Vraag

    If a single bacterium takes 20 minutes to complete its cell cycle, how many bacteria will there be after 2 hours?

    20 . Vraag

    If a single bacterium takes 20 minutes to complete its cell cycle, how many bacteria will there be after 4 hours?

    Course Navigation

    Product tags

    Abonneren

    Privacyoverzicht

    Noodzakelijke cookies zijn absoluut noodzakelijk om de website goed te laten functioneren. This category only includes cookies that ensures basic functionalities and security features of the website. These cookies do not store any personal information.

    Any cookies that may not be particularly necessary for the website to function and is used specifically to collect user personal data via analytics, ads, other embedded contents are termed as non-necessary cookies. It is mandatory to procure user consent prior to running these cookies on your website.


    Wat zijn de verschillen tussen prokaryotische en eukaryote cellen?

    Leer meer over de verschillen tussen prokaryote en eukaryote cellen.

    Prokaryote cellen en eukaryote cellen zijn de twee soorten cellen die op aarde bestaan. Er zijn verschillende verschillen tussen de twee, maar het grootste verschil tussen beide is dat eukaryote cellen een duidelijke kern hebben die het genetische materiaal van de cel bevat, terwijl prokaryotische cellen geen kern hebben en in plaats daarvan vrij zwevend genetisch materiaal hebben.

    Wat zijn prokaryotische en eukaryote cellen?

    Alle levende wezens kunnen worden onderverdeeld in drie basisdomeinen: Bacteriën, Archaea en Eukarya. De voornamelijk eencellige organismen die in de Bacteria- en Archaea-domeinen worden gevonden, staan ​​​​bekend als prokaryoten. Deze organismen zijn gemaakt van prokaryotische cellen en maken deel uit van de kleinste, eenvoudigste en oudste cellen.

    Organismen in het Eukarya-domein zijn gemaakt van de meer complexe eukaryote cellen. Deze organismen, eukaryoten genoemd, kunnen eencellig of meercellig zijn en omvatten dieren, planten, schimmels en protisten. Veel mensen weten niet of gisten of schimmels prokaryoten of eukaryoten zijn. Beide zijn eukaryoten en delen een vergelijkbare celstructuur als alle andere eukaryoten.

    Eukaryoten ontwikkelden zich minstens 2,7 miljard jaar geleden, na 1 tot 1,5 miljard jaar prokaryotische evolutie, volgens de National Institutes of Health (NIH). Wetenschappers veronderstellen dat de kern en andere eukaryote kenmerken voor het eerst zijn gevormd nadat een prokaryotisch organisme een ander heeft opgeslokt, volgens de Universiteit van Texas. Volgens deze theorie zou het opgeslokte organisme dan hebben bijgedragen aan het functioneren van zijn gastheer.

    Wat hebben prokaryoten en eukaryoten gemeen?

    Hoewel prokaryotische en eukaryote cellen veel verschillen hebben, delen ze enkele gemeenschappelijke kenmerken, waaronder de volgende:

      : Genetische codering die alle kenmerken van levende wezens bepaalt.
  • Cel (of plasma) membraan: Buitenlaag die de cel scheidt van de omgeving en fungeert als een selectieve barrière voor inkomende en uitgaande materialen.
  • Cytoplasma: Gelei-achtige vloeistof in een cel die voornamelijk bestaat uit water, zouten en eiwitten.
  • Ribosomen: Organellen die eiwitten maken.
  • Hoe verschillen prokaryoten en eukaryoten?

    Kern/DNA: Volgens Nature Education hebben eukaryote cellen een kern omgeven door een nucleaire envelop die uit twee lipidemembranen bestaat. De kern bevat het DNA van de eukaryote cel. Prokaryote cellen hebben eerder geen kern, ze hebben een membraanloos nucleoïde gebied (open deel van de cel) dat vrij zwevend DNA bevat, volgens de Washington University.

    Het volledige DNA in een cel kan worden gevonden in afzonderlijke stukjes die bekend staan ​​​​als chromosomen. Eukaryote cellen hebben veel chromosomen die meiose en mitose ondergaan tijdens celdeling, terwijl de meeste prokaryotische cellen uit slechts één cirkelvormig chromosoom bestaan. Recente studies hebben echter aangetoond dat sommige prokaryoten maar liefst vier lineaire of circulaire chromosomen hebben, volgens Nature Education. Bijvoorbeeld, Vibrio cholerae, de bacterie die cholera veroorzaakt, heeft twee cirkelvormige chromosomen.

    Organellen in eukaryote cellen: Eukaryotische cellen hebben verschillende andere membraangebonden organellen die niet worden gevonden in prokaryotische cellen. Deze omvatten de mitochondriën (omzetten van voedselenergie in adenosinetrifosfaat, of ATP, om biochemische reacties aan te drijven) ruw en glad endoplasmatisch reticulum (een onderling verbonden netwerk van door membraan ingesloten tubuli die gesynthetiseerde eiwitten transporteren) Golgi-complex (sorteert en verpakt eiwitten voor secretie) en in het geval van plantencellen, chloroplasten (die fotosynthese uitvoeren). Al deze organellen bevinden zich in het cytoplasma van de eukaryote cel.

    Hoewel alleen eurkaryoten membraangebonden organellen dragen, suggereert recent bewijs dat zowel eukaryoten als prokaryoten organelachtige structuren kunnen produceren die geen membranen hebben, volgens een rapport uit 2020 dat in het tijdschrift is gepubliceerd. Proceedings van de National Academy of Sciences (PNAS).

    Bijvoorbeeld in de bacterie Escherichia coli, moleculen en eiwitten clusteren samen om vloeibare "compartimenten" in het cytoplasma te vormen, volgens de PNAS-studie. Deze compartimenten vormen op dezelfde manier als olie druppeltjes vormt wanneer gemengd met water, volgens een verklaring van de Universiteit van Michigan. Dergelijke membraanloze structuren zijn gemeld bij veel bacteriesoorten, waaronder: Mycobacterium tuberculosis, die tuberculose veroorzaakt, en cyanobacteriën, een soort fotosynthetische bacteriën die ook ziekten kunnen veroorzaken.

    ribosomen: In eukaryote cellen zijn de ribosomen groter, complexer en gebonden door een membraan. Ze zijn op verschillende plaatsen te vinden: Soms in het cytoplasma op het endoplasmatisch reticulum of vastgehecht aan het kernmembraan (omhulsel op de kern).

    In prokaryotische cellen zijn de ribosomen verspreid en zweven ze vrij door het cytoplasma. De ribosomen in prokaryotische cellen hebben ook kleinere subeenheden. Alle ribosomen (in zowel eukaryote als prokaryotische cellen) zijn gemaakt van twee subeenheden en een grotere en een kleinere. In eukaryoten worden deze stukken door wetenschappers geïdentificeerd als de 60-S- en 40-S-subeenheden. In prokaryoten zijn de ribosomen gemaakt van iets kleinere subeenheden, genaamd 50-S en 30-S.

    Het verschil in soorten subeenheden heeft wetenschappers in staat gesteld antibiotische geneesmiddelen te ontwikkelen, zoals streptomycine, die bepaalde soorten infectieuze bacteriën aanvallen, volgens de British Society for Cell Biology. Aan de andere kant gebruiken sommige bacteriële toxines en het poliovirus de ribosoomverschillen in hun voordeel, ze zijn in staat om het translatiemechanisme van eukaryote cellen te identificeren en aan te vallen, of het proces waarmee boodschapper-RNA wordt vertaald in eiwitten.

    Reproductie: De meeste eukaryoten planten zich seksueel voort (hoewel sommige protisten en eencellige schimmels zich kunnen voortplanten via mitose, wat functioneel vergelijkbaar is met ongeslachtelijke voortplanting). Prokaryoten planten zich ongeslachtelijk voort, waardoor het nageslacht een exacte kloon van de ouder is. Sommige prokaryotische cellen hebben ook pili, dit zijn klevende haarachtige projecties die worden gebruikt om genetisch materiaal uit te wisselen tijdens een soort seksueel proces dat conjugatie wordt genoemd, volgens Concepts of Biology. Conjugatie kan optreden bij bacteriën, protozoën en sommige algen en schimmels.

    Gevangenismuren: De meeste prokaryotische cellen hebben een stijve celwand die het plasmamembraan omgeeft en vorm geeft aan het organisme. Bij eukaryoten hebben gewervelde dieren geen celwand, maar planten wel. De celwanden van prokaryoten verschillen chemisch van de eukaryote celwanden van plantencellen, die voornamelijk uit cellulose bestaan. In bacteriën zijn de celwanden bijvoorbeeld samengesteld uit peptidoglycanen (suikers en aminozuren), volgens de Washington University.

    Aanvullende bronnen:

    • Bekijk deze geanimeerde video van de Amoeba Sisters die het verschil tussen prokaryotische en eukaryote cellen uitlegt.
    • Leer hoe prokaryoten evolueerden tot eukaryoten.
    • Vergelijk microscopische beelden van prokaryotische en eukaryote cellen.

    Dit artikel is op 18 juni 2021 bijgewerkt door Nicoletta Lanese, schrijfster van WordsSideKick.com.