86558

Клеточный цикл. Типы вегетативного клеточного цикла (моно-, ди-, полиморфный)

Контрольная

Биология и генетика

В процессе роста клетки идет линейное непрерывное увеличение ее поверхности и объема. К делению клетки приводит последовательность событий, в которой может быть выделен ряд периодов. Их рассматривают как этапы клеточного цикла.

Русский

2015-04-08

809.29 KB

4 чел.

  1.  Клеточный цикл. Типы вегетативного клеточного цикла (моно-, ди-, полиморфный).

Клеточный цикл – период от возникновения организма до прекращения его существования – онтогенез одноклеточных, включает процессы, связанные с ростом и делением клеток.

Продолжительность клеточного цикла у бактерий

может составлять всего 20-30 мин.

В процессе роста клетки идет линейное непрерывное увеличение ее поверхности и объема. К делению клетки приводит последовательность событий, в которой может быть выделен ряд периодов. Их рассматривают как этапы клеточного цикла.

Период I предшествует началу репликации хромосомы (инициация), т.е. в течение этого времени у новой клетки синтеза ДНК не происходит.

За периодом I следует период C, в течение которого происходит инициация репликации, репликация ДНК и ее терминация.

Третий период D занимает время от терминации репликации хромосомы до разделения клетки. Иногда выделяют еще T-период – время от начала до конца образования перегородки или перетяжки между дочерними клетками.

Длительность каждого периода зависит от времени генерации. Например, процесс образования перетяжки у Escherichia coli, т.е. T-период, при времени генерации в 60 минут и менее составляет примерно 10 минут. Между завершением образования перетяжки и расхождением дочерних клеток проходит не более минуты.

Обнаружена определенная взаимозависимость между скоростью роста клетки, ее средней массой и состоянием хромосомы. Инициация репликации хромосомы, т.е. первое событие, приводящее, в конечном свете, к делению клетки, контролируется массой клетки. Репликация хромосомы произойдет в клетке по достижении ею определенной массы (удвоение) и увеличении линейных размеров.

Клеточный цикл, не связанный с дифференцировкой, носит название вегетативного клеточного цикла. Различают следующие типы вегетативного клеточного цикла: мономорфный, диморфный, полиморфный. 

При мономорфном вегетативном клеточном цикле, характерном для большинства бактерий, образуется один морфологический тип клеток.

При диморфном – образуется 2 типа клеток, различающихся формой, размерами. У грамотрицательных, например стебельковых форм рода Caulobacter, при размножении образуются 2 типа клеток: подвижные, со жгутиками, дочерние и неподвижные, имеющие стебелек, материнские. Каждая из форм отличается клеточным циклом.

Стадии жизненного цикла Caulobacter. Схема (по Броку, 1970).

Полиморфный клеточный цикл отмечен у бактерий, которые в зависимости от среды обитания образуют 2 и больше морфологических типа клеток. Характерен для почкующихся бактерий Rhodopseudomonas, Hyphomicrobium, Rhodomicrobium. У них может быть диморфный клеточный цикл, когда материнская клетка дает гифу, на конце которой имеется почка со жгутиком. У Hyphomicrobium на среде с метанолом наблюдается подобный диморфный клеточный цикл. На метиламине образуются кистевидные клетки, от которых отпочковываются подвижные дочерние. В старых культурах образуются треугольные, многогранные, лопастные почки на гифах. У Arthrobacter смена форм зависит от фазы роста культуры (в логарифмической фазе крупные неправильной формы палочки; в стационарной – кокки; в свежей среде – короткие палочки, иногда V-образные).

SO3-7w (Arthrobacter), SO3-12 (Arthrobacter), SO3-7r (Sphingomonas), SO3-2 (Microbacterium), UMB 10 (Chryseobacterium), UMB 38 (Sphingomonas), UMB 45 (Frigoribacterium), UMB 49 (Janthinobacter), and UMB 24y (Curtobacterium, also showing the Ascomycota fungus that had been present originally).

В результате модификации клеточного цикла бактерии могут образовывать специализированные, морфологически дифференцированные структуры: покоящиеся формы, клетки со специализированными метаболическими функциями, формы, служащие для размножения.

Покоящиеся формы:

  1.  Эндоспоры - покоящиеся, неспособные к размножению формы, образуемые некоторыми (исключительно грамположительными) бактериями типа Firmicute. Эндоспоры образуются в результате впячивания внутрь клетки части её собственной цитоплазмы. Образование эндоспор запускается при недостатке питательных веществ с целью пережить неблагоприятный период. Когда условия среды улучшаются, спора прорастает, возвращаясь к состоянию вегетативной клетки. Эндоспоры могут сохраняться очень долго, возможно, до 1000 лет при нормальных условиях (были описаны случаи прорастания спор, возраст которых насчитывает несколько миллионов лет). Однако при 100°С 90% эндоспор гибнут через 11 минут; 99% спор актиномицетов гибнет при 75°С через 70 минут, при высушивании они сохраняют жизнеспособность до 15 лет.

При неблагоприятных условиях внутри материнской клетки (спорангия) образуется эндоспора, причём в каждой материнской клетке формируется одна спора (описана анаэробная бактерия, образующая в клетке до 3—5 эндоспор). Процесс спорообразования продолжается 5—13 часов.

Спорообразование идёт с затратой питательных веществ. В начале спорообразования в клетке падает содержание глюкозы и поли-β-оксимасляной кислоты, синтезируется дипиколиновая кислота (она отсутствует в нормальной вегетативной клетке), накапливаются ионы Ca2+, Mg2+, Mn2+ и К+.

Процесс спорообразования протекает в несколько этапов:

Цитолемма инвагинируется, быстро углубляясь, так что клетка оказывается разделённой на две части: меньшую, содержащую часть генетического материала (будущая спора), и большую.

Отделённая часть покрывается цитолеммой материнской клетки. В итоге формируется проспора с двумя плазматическими мембранами.

Между плазматическими мембранами проспоры синтезируется кора (кортекс) из пептидогликана, а за счёт материнской клетки формируются споровые оболочки: полипептидная наружная оболочка и экзоспорий, состоящий из белков и липидов.

Материнская клетка разрушается, спора освобождается.

Этапы образования споры до стадии проспоры обратимы, после этого этапа процесс спорообразования уже становится необратимым. Установлено, что если добавить к спорулирующей культуре антибиотик хлорамфеникол, то обрастание отделённого участка цитоплазмой материнской клетки останавливается, и вместо спорообразования происходит обычное клеточное деление.

Формирование эндоспоры спорообразующими бактериями: I — вегетативная клетка; II — инвагинация ЦПМ; III — образование споровой перегородки (септы); IV — формирование двойной мембранной системы образующейся проспоры; V — сформированная проспора; VI — формирование кортекса; VII — формирование покровов споры; VIII — лизис материнской клетки; IX — свободная зрелая спора, Х — прорастание споры; 1 — нуклеоид; 2 — цитоплазма; 3 — ЦПМ; 4 — клеточная стенка; 5 — споровая перегородка; 6 — наружная мембрана споры; 7 — внутренняя мембрана споры; 8 — кортекс; 9 — покровы споры (по Дуде, 1974)

Прорастание споры включает в себя 3 этапа:

- активация;

- инициация;

- собственно прорастание.

Прорастание споры активируется при прогревании. Его также активируют глюкоза и другие углеводы, многие аминокислоты (в первую очередь L-аланин), а также некоторые ионы.

За активацией следует инициация прорастания, в ходе которой происходит гидратация споры, активация ферментных систем и дыхания, удаление ионов кальция и дипиколиновой кислоты. После этого следует собственно прорастание, при котором из споры вырастает ростовая трубка, которая разрывает оболочку.

2.Цисты - временная форма существования микроорганизмов (обычно бактерий и простейших, многих одноклеточных), характеризующаяся наличием защитной оболочки, которая образуется в неблагоприятных условиях или в определенные моменты их жизненного цикла, а также сама эта оболочка. Некоторые простейшие могут существовать в неблагоприятных условиях в форме цисты до нескольких десятков лет.

Цисты представителей рода Azotobacter являются более устойчивыми к действию неблагоприятных факторов внешней среды, чем вегетативные клетки — так, цисты в два раза более устойчивы к действию ультрафиолетового излучения чем вегетативные клетки, устойчивы к высушиванию, гамма-излучению, солнечной радиации, действию ультразвука, однако не являются устойчивыми к действию высоких температур. Формирование цист индуцируется изменением концентрации питательных веществ в питательной среде, добавлением некоторых органических веществ (например этанола, н-бутанола и β-гидроксибутирата) к питательной среде, цисты редко образуются в жидких питательных средах, инцистирование может быть индуцированно химическими факторами, инцистирование сопровождается метаболическими сдвигами, изменениями в катаболизме и дыхании, изменениями в биосинтезе макромолекул. Циста представляет собой сферическое тело, состоящее из центрального тела, представляющего собой уменьшенную копию вегетативной клетки с большим количеством вакуолей, и двуслойной оболочки, внутренняя часть которой называется интима, имеющая волокнистое строение, а внешняя экзина, представленная ровной, отражающей структурой, имеющей гексагональное кристаллическое строение, экзина частично гидролизуется трипсином и устойчива к действию лизоцима в отличие от центрального тела. Центральное тело может быть изолированно в жизнеспособном состоянии некоторыми хелатирующими агентами. Главными компонентами внешней оболочки цисты являются алкилрезорцинолы, состоящие из длинных алифатических цепей и ароматических колец, также представлены среди других бактерий, животных и растений.

Цисты встречаются у разных групп эубактерий: азотобактера, спирохет, миксобактерий, риккетсий. У большинства миксобактерий образование цист, называемых также миксоспорами,— закономерная стадия их жизненного цикла. После окончания стадии активного размножения клетки миксобактерий собираются вместе и образуют так называемые плодовые тела, представляющие собой массу слизи, в которую погружены клетки, или весьма дифференцированные структуры, поднимающиеся над поверхностью субстрата на простых или разветвленных стебельках. Внутри плодовых тел клетки переходят в покоящееся состояние. У одних видов цисты могут морфологически не отличаться от вегетативных клеток, у других их образование сопровождается заметными морфологическими и структурными изменениями: происходит утолщение стенки вегетативной клетки, в результате чего формируются оптически плотные, более сильно преломляющие свет, окруженные капсулой укороченные палочки или сферические формы. Образование миксоспор сопровождается синтезом белка, так что сформированная миксоспора содержит около 1/3 заново синтезированного белка. ДНК не синтезируется, а переходит из исходных вегетативных клеток. Генетический аппарат миксоспор может быть представлен тремя или четырьмя копиями хромосомы вегетативной клетки.

У азотобактера образование цист сопровождается изменением морфологии клетки, потерей жгутиков и накоплением в цитоплазме в больших количествах гранул поли-b-оксимасляной кислоты; одновременно происходит синтез дополнительных клеточных покровов: внешних (экзина) и внутренних (интина) по отношению к клеточной стенке, различающихся структурно и химическим составом.

Строение покоящихся форм прокариот: А — миксоспоры миксобактерий; Б — цисты азотобактера; В — акинеты цианобактерий; Г — эндоспоры; 1 — нуклеоид; 2 — цитоплазма; 3 — ЦПМ; 4 — клеточная стенка; 5 — капсула; 6 — гранулы запасных веществ; 7 — внутренние покровы (интина); 8 — внешние покровы (экзина); 9 — тилакоиды; 10 — чехол; 11 — внутренняя мембрана споры; 12 — наружная мембрана споры; 13 — кортекс; 14 — покровы споры, состоящие из нескольких слоев; 15 — экзоспориум (по Дуде, Пронину, 1981)

3.Экзоспоры - специфические покоящиеся формы бактериальных клеток. Их образуют многие актиномицеты, некоторые метанутилизирующие бактерии рода Methylosinus (напр. Methylosinus trichosporium), некоторые пурпурные бактерии рода Rhodomicrobium (напр. Rhodomicrobium vannielii).Экзоспоры образуются путём почкования исходной вегетативной клетки. Например, у актиномицетов гифы делятся перегородками (септами) на несколько структур, которые превращаются в споры. Стенка споры очень толстая. Экзоспоры, как и эндоспоры, очень устойчивы к неблагоприятным воздействиям извне: обезвоживанию, повышенной температуре, радиации, химическому воздействию. Метаболизм в них почти полностью прекращён, они содержат очень мало влаги.Таким образом, в отличие от эндоспор, экзоспоры формируются не внутрь клетки, а кнаружи отпочковываются от неё. Кроме того, у экзоспор отсутствуют дипиколиновая кислота и характерные для эндоспор структуры (кортекс, экзоспориум).

Экзоспоры Methylosinus trichosporium (у/с; масштабный отрезок – 0,5 мкм): 1-2 и 5-6 - штамм 5; 3 - шт.OB4; 4 - шт.34; 7 - шт.44.

4.Акинеты - покоящиеся клетки цианобактерий с утолщённой оболочкой, большим количеством запасных питательных веществ и пигментов. Образуются из вегетативных клеток и служат для переживания неблагоприятных условий (устойчивы к пониженным температурам и высушиванию) и размножения. Акинеты обычно сравнивают с эндоспорами грамположительных бактерий. Однако, в отличие от эндоспор, акинеты метаболически активны, не так хорошо устойчивы к экстремальным условиям среды. Акинеты бывают только у тех цианобактерий, которые формируют гетероцисты.Акинеты, как правило, заметно крупнее вегетативных клеток, имеют продолговатую или сферическую форму, гранулированное содержимое и толстую многослойную оболочку. Оболочки акинет содержат больше липидов и полисахаридов, а цитоплазма — меньше воды, чем вегетативные клетки. Скорость фотосинтеза в акинетах ниже, а дыхания выше, чем в вегетативных клетках.Основным, но не единственным, фактором для развития акинет является недостаток света. Недостаток ряда питательных веществ, например фосфора или CO2, также можно считать фактором для развития акинет. Также на дифференцировку акинет могут оказывать влияние внеклеточные сигналы. Например, культура Cylindrospermum licheniforme выделяет соединение (С7H5OSN), которое стимулирует формирование акинет в молодых культурах. Обычно, акинеты образуются при достижении стационарной фазы роста. Образование акинет начинается с увеличения клеточных размеров, при этом в цитоплазме происходит накопление гранул запасных веществ (гликогеновых, полифосфатных, цианофициновых), а также карбоксисом. Одновременно происходит утолщение пептидогликанового слоя клеточной стенки и уплотнение слизистого чехла за счет отложения в нем электронно-плотного фибриллярного материала полисахаридной природы. В цитоплазме увеличивается содержание ДНК, рибосом, уменьшается количество хлорофилла и фикобилиновых пигментов.Важнейшим стимулом для прорастания акинет является увеличение интенсивности света. Существует 2 механизма прорастания акинет. Чаще всего окружающая клетку оболочка остаётся интактной, за исключением поры на одном конце, через которую проросток выходит наружу, подвергнувшись одному или двум клеточным делениям, реже большому числу клеточных делений. Иногда прорастание акинет происходит путём полного растворения оболочки.

Акинеты (а) и гетероцисты ( Г) нитчатой цианобактерии Cylindrospermum

Структуры, служащие для репродукции (баеоциты, гормогонии, экзоспоры).

Баеоциты.

Для одной группы одноклеточных цианобактерий описано размножение путем множественного деления. Оно начинается с предварительной репликации хромосомы и увеличения размеров вегетативной клетки, которая затем претерпевает ряд быстрых последовательных бинарных делений, происходящих внутри дополнительного фибриллярного слоя материнской клеточной стенки. Это приводит к образованию мелких клеток, получивших название баеоцитов, число которых у разных видов колеблется от 4 до 1000. (Баеоцит в переводе с греческого - маленькая клетка). Освобождение баеоцитов происходит путем разрыва материнской клеточной стенки . Таким образом, в основе множественного деления лежит принцип равновеликого бинарного деления. Отличие заключается в том, что в этом случае после бинарного деления не происходит роста образовавшихся дочерних клеток, а они снова  подвергаются делению.

А - цикл развития цианобактерий рода Dermocarpa :

    1 - увеличение объема баеоцита до размеров вегетативной клетки;  

2 - множественное деление, приводящее к образованию баеоцитов;  

3 - разрыв материнской клетки и освобождение подвижных баеоцитов;

4 - синтез внешнего слоя клеточной

                                 

                                Список литературы

  1.  Шигаева М. Х., Цзю В. Л. – Микробиология
  2.  Гусев М. В., Минеева Л. А. – Микробиология
  3.  http://humbio.ru/humbio/tarantul_sl/000005f1.htm.
  4.  http://medbiol.ru/medbiol/cyanobact/00015ec7.htm.
  5.  http://ru.wikipedia.org/wiki ( Бактероиды - форма ).
  6.  http://biologymic.ru/mikrobiologiya/36-sporoobrazovanie-bakterij.html.

                                                           План :

1.Клеточный цикл. Типы вегетативного клеточного цикла (моно-, ди-, полиморфный).

2.Типы дифференцировки:

 

а )  Покоящиеся формы ( эндоспоры , цисты , экзоспоры , плодовые тела , акинеты)

б ) Структуры, служащие для репродукции (баеоциты, гормогонии )

 

в ) Формы со специализированными метаболическими функциями ( гетероцисты ,               бактероиды )

3.Спорообразование у бактерий

4.Список литературы


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30058. ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ. РЕШЕНИЕ ОБЫКНОВЕННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ 182.5 KB
  1 Метод Эйлера [9.3] Метод Эйлера модифицированный [10] Код программы. Постановка задачи В данной курсовой работе требуется вычислить дифференциальное уравнение способами Эйлера и Эйлера модифицированный: Результаты вычислений должны содержать: точное значение уравнения приближенные значения графики 1. Одношаговыми являются метод Эйлера и методы Рунге Кутта.
30059. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Задача Коши 212 KB
  4 Метод Эйлера.4 Метод Эйлера модифицированный. В данной курсовой работе требуется вычислить дифференциальное уравнение способами Эйлера и Эйлера модифицированный: Результаты вычислений должны содержать: точное значение уравнения приближенные значения графики Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Одношаговыми являются метод Эйлера и методы Рунге Кутта.
30060. Визуализация численных методов путем написания программы на языке Visual Basic проверки решения с помощью приложения MathCAD 144.5 KB
  Дифференциальным уравнением называются уравнения, связывающие независимую переменную, искомую функцию и ее производные. Решением дифференциального уравнения называется функция, которая при подстановке в уравнение обращает его в тождество. Лишь очень немногие из таких уравнений удается решить без помощи вычислительной техники
30061. Численные методы решения задачи Коши 327.5 KB
  При решении различных задач математики, физики, химии и других наук часто пользуются математическими моделями в виде дифференциальных уравнений связывающих независимую переменную, искомую функцию и ее производные. Например, исследуя полученные дифференциальные уравнения вместе с дополнительными условиями, мы можем получить сведения о происходящем явлении, иногда может узнать его прошлое и будущее
30062. Изучение основ системы программирования Microsoft Visual Basic и приобретение начальных навыков разработки программного обеспечения для операционных систем Windows 204.5 KB
  Дифференциальными называются уравнения, содержащие одну или несколько производных. Дифференциальные уравнения очень часто встречаются при построении моделей динамики объектов исследования. Они описывают, как правило, изменение параметров объекта во времени (хотя могут быть и другие случаи). Результатом решения дифференциальных уравнений являются функции
30063. Визуализация численных методов. Решение задачи в MathCAD 187.5 KB
  Дифференциальными называются уравнения, связывающие независимую переменную, искомую функцию и ее производные. Решением ДУ называется функция, которая при подстановке в уравнение обращает его в тождество. Лишь очень немногие из таких уравнений удается решить без помощи вычислительной техники. Поэтому численные методы решения ДУ играют важную роль в практике инженерных расчетов
30065. Метод Эйлера модифицированный. РЕШЕНИЕ ОБЫКНОВЕННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ 193.5 KB
  Метод Эйлера.Метод Эйлера модифицированный. Для этого необходимо было решить уравнение yx=4y двумя разными методами: методом Эйлера и методом Эйлера модифицированного а также ряд поставленных перед собой задач: Изучить методы решения дифференциальных уравнений; Построить график и блоксхему а также Проверить правильность решения в среде MathCad. Метод Эйлера.