Skip to main content
Global

10.5: חלוקת תאים פרוקריוטיים

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    205788

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    מיומנויות לפיתוח

    • תאר את תהליך הביקוע הבינארי בפרוקריוטים
    • הסבר כיצד חלבוני FtsZ וטובולין הם דוגמאות להומולוגיה

    פרוקריוטים, כגון חיידקים, מתפשטים על ידי ביקוע בינארי. עבור אורגניזמים חד-תאיים, חלוקת תאים היא השיטה היחידה לייצר פרטים חדשים. הן בתאים פרוקריוטים והן בתאים אוקריוטיים, התוצאה של רביית תאים היא זוג תאי בת זהים גנטית לתא האב. באורגניזמים חד-תאיים, תאי הבת הם יחידים.

    כדי להשיג את התוצאה של צאצאים משובטים, צעדים מסוימים חיוניים. יש לשכפל את ה-DNA הגנומי ולאחר מכן להקצות אותו לתאי הבת; יש לחלק את התוכן הציטופלזמי גם כדי לתת לשני התאים החדשים את המנגנון לקיים חיים. בתאים חיידקיים הגנום מורכב מכרומוזום DNA מעגלי יחיד, ולכן תהליך חלוקת התאים מפושט. קריוקינזיס מיותר מכיוון שאין גרעין ולכן אין צורך לכוון עותק אחד של הכרומוזומים המרובים לכל תא בת. סוג זה של חלוקת תאים נקרא ביקוע בינארי (פרוקריוטי).

    ביקוע בינארי

    בשל הפשטות היחסית של הפרוקריוטים, תהליך חלוקת התא, הנקרא ביקוע בינארי, הוא תהליך פחות מסובך ומהיר הרבה יותר מחלוקת תאים באיקריוטים. כרומוזום ה- DNA היחיד והעגול של חיידקים אינו סגור בגרעין, אלא תופס מיקום ספציפי, הנוקלאואיד, בתוך התא (איור\(\PageIndex{1}\)). למרות שה-DNA של הנוקלאואיד קשור לחלבונים המסייעים באריזת המולקולה לגודל קומפקטי, אין חלבוני היסטון ולכן אין נוקלאוזומים בפרוקריוטים. חלבוני האריזה של חיידקים קשורים, עם זאת, לחלבוני הקוהזין והקונדנסין המעורבים בדחיסת הכרומוזומים של אוקריוטים.

    הכרומוזום החיידקי מחובר לקרום הפלזמה בערך בנקודת האמצע של התא. נקודת המוצא של השכפול, המקור, קרובה לאתר הקישור של הכרומוזום לקרום הפלזמה (איור\(\PageIndex{1}\)). שכפול ה- DNA הוא דו כיווני, ומתרחק מהמקור בשני גדילי הלולאה בו זמנית. כאשר נוצרים הגדילים הכפולים החדשים, כל נקודת מוצא מתרחקת מהחיבור של דופן התא לכיוון הקצוות הנגדים של התא. ככל שהתא מתארך, הממברנה הגדלה מסייעת בהובלת הכרומוזומים. לאחר שהכרומוזומים פינו את נקודת האמצע של התא המוארך, מתחילה הפרדה ציטופלסמית. היווצרות טבעת המורכבת מיחידות חוזרות של חלבון הנקרא FtsZ מכוונת את המחיצה בין הנוקלאואידים. היווצרות טבעת FtsZ מעוררת הצטברות של חלבונים אחרים הפועלים יחד לגיוס חומרים חדשים של קרום ודופן התא לאתר. נוצר מחיצה בין הנוקלאואידים, המשתרעת בהדרגה מהפריפריה לכיוון מרכז התא. כאשר קירות התא החדשים נמצאים במקומם, תאי הבת נפרדים.

    איור זה מציג את שלבי הביקוע הבינארי בפרוקריוטים. שכפול הכרומוזום הבודד והעגול מתחיל במקור השכפול ונמשך בו זמנית לשני הכיוונים. כאשר ה-DNA משוכפל, התא מתארך, וחלבוני FtsZ נודדים לכיוון מרכז התא שם הם יוצרים טבעת. טבעת FtsZ מכוונת את היווצרות המחיצה המחלקת את התא לשניים לאחר השלמת שכפול ה- DNA.
    איור\(\PageIndex{1}\): תמונות אלה מציגות את שלבי הביקוע הבינארי בפרוקריוטים. (קרדיט: שינוי העבודה על ידי "מקסטרותר" /ויקימדיה Commons)

    חיבור אבולוציה: מכשיר ציר מיטוטי

    התזמון והיווצרות המדויקים של הציר המיטוטי הם קריטיים להצלחת חלוקת התאים האוקריוטיים. תאים פרוקריוטים, לעומת זאת, אינם עוברים קריוקינזיס ולכן אין להם צורך בציר מיטוטי. עם זאת, חלבון FtsZ הממלא תפקיד כה חיוני בציטוקינזיס פרוקריוטי דומה מאוד מבחינה מבנית ותפקודית לטובולין, אבן הבניין של המיקרוטובולים המרכיבים את סיבי הציר המיטוטי הנחוצים לאאוקריוטים. חלבוני FtsZ יכולים ליצור חוטים, טבעות ומבנים תלת מימדיים אחרים הדומים לאופן שבו טובולין יוצר מיקרוטובולים, צנטריולים ורכיבים ציטו-שלד שונים. בנוסף, גם FtsZ וגם טובולין משתמשים באותו מקור אנרגיה, GTP (גואנוסין טריפוספט), כדי להרכיב ולפרק במהירות מבנים מורכבים.

    FtsZ וטובולין הם מבנים הומולוגיים שמקורם במקורות אבולוציוניים נפוצים. בדוגמה זו, FtsZ הוא חלבון האב הקדמון לטובולין (חלבון מודרני). בעוד ששני החלבונים נמצאים באורגניזמים קיימים, תפקוד הטובולין התפתח והתגוון מאוד מאז התפתח ממוצאו הפרוקריוטי FtsZ. סקר של רכיבי הרכבה מיטוטית שנמצאו באאוקריוטים חד-תאיים של ימינו חושף שלבי ביניים מכריעים לגנום המורכב של הממברנה של אוקריוטים רב-תאיים.

    טבלה\(\PageIndex{1}\): מכשיר חלוקת תאים בין אורגניזמים שונים
      מבנה החומר הגנטי חלוקת חומר גרעיני הפרדת תאי בת
    פרוקריוטים אין גרעין. הכרומוזום היחיד והעגול קיים באזור של ציטופלזמה הנקרא נוקלאואיד. מתרחש באמצעות ביקוע בינארי. כאשר הכרומוזום משוכפל, שני העותקים עוברים לקצוות מנוגדים של התא על ידי מנגנון לא ידוע. חלבוני FtsZ מתאספים לטבעת שצובטת את התא לשניים.
    כמה פרוטיסטים כרומוזומים ליניאריים קיימים בגרעין. הכרומוזומים נצמדים למעטפת הגרעינית, שנשארת שלמה. הציר המיטוטי עובר דרך המעטפה ומאריך את התא. אין צנטריולים. מיקרופילמנטים יוצרים תלם מחשוף שצובט את התא לשניים.
    פרוטיסטים אחרים כרומוזומים ליניאריים קיימים בגרעין. ציר מיטוטי נוצר מהצנטריולים ועובר דרך הממברנה הגרעינית שנשארת שלמה. הכרומוזומים מתחברים לציר המיטוטי, המפריד בין הכרומוזומים ומאריך את התא. מיקרופילמנטים יוצרים תלם מחשוף שצובט את התא לשניים.
    תאי בעלי חיים כרומוזומים ליניאריים קיימים בגרעין. ציר מיטוטי נוצר מהצנטרוזומים. המעטפת הגרעינית מתמוססת. הכרומוזומים מתחברים לציר המיטוטי, המפריד בין הכרומוזומים ומאריך את התא. מיקרופילמנטים יוצרים תלם מחשוף שצובט את התא לשניים.
     

    סיכום

    הן בחלוקת תאים פרוקריוטיים והן באוקריוטיים, ה-DNA הגנומי משוכפל ואז כל עותק מוקצה לתא בת. בנוסף, התוכן הציטופלזמי מחולק באופן שווה ומופץ לתאים החדשים. עם זאת, ישנם הבדלים רבים בין חלוקת תאים פרוקריוטיים לאוקריוטיים. לחיידקים יש כרומוזום DNA יחיד ומעגלי אך ללא גרעין. לכן, מיטוזה אינה הכרחית בחלוקת תאים חיידקיים. ציטוקינזיס חיידקי מכוון על ידי טבעת המורכבת מחלבון הנקרא FtsZ. צמיחת קרום וחומר דופן התא מהפריפריה של התאים גורמת להיווצרות מחיצה הבונה בסופו של דבר את דפנות התא הנפרדות של תאי הבת.

    רשימת מילים

    ביקוע בינארי
    תהליך חלוקת תאים פרוקריוטיים
    FtsZ
    מרכיב חלבון דמוי צינורית של השלד הפרוקריוטי החשוב בציטוקינזיס פרוקריוטי (מקור השם: F ilamenting t emperature- s מוטציה רגישה Z)
    מוצא
    (גַם, ORI) אזור הכרומוזום הפרוקריוטי שבו מתחיל השכפול (מקור השכפול)
    מחיצת האף
    מבנה שנוצר בתא חיידקי כמבשר להפרדת התא לשני תאי בת