Skip to main content
Global

6.4: חלוקת תאים פרוקריוטיים

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208781

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

    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 תאי בת זהים, כמה צעדים 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. מיטוזה מיותרת מכיוון שאין גרעין או כרומוזומים מרובים. סוג זה של חלוקת תאים נקרא ביקוע בינארי.

    ביקוע בינארי

    תהליך חלוקת התא של פרוקריוטים, הנקרא ביקוע בינארי, הוא תהליך פחות מסובך ומהיר בהרבה מחלוקת תאים באיקריוטים. בגלל המהירות של חלוקת תאים חיידקיים, אוכלוסיות של חיידקים יכולים לגדול במהירות רבה. כרומוזום ה- DNA היחיד והעגול של חיידקים אינו סגור בגרעין, אלא תופס מיקום ספציפי, הנוקלאואיד, בתוך התא. כמו באאוקריוטים, ה-DNA של הנוקלאואיד קשור לחלבונים המסייעים באריזת המולקולה לגודל קומפקטי. חלבוני האריזה של חיידקים קשורים, עם זאת, לחלק מהחלבונים המעורבים בדחיסת הכרומוזומים של אוקריוטים.

    נקודת המוצא של השכפול, המקור, קרובה לאתר הקישור של הכרומוזום לקרום הפלזמה (איור\(\PageIndex{1}\)). שכפול ה- DNA הוא דו כיווני - מתרחק מהמקור בשני גדילי לולאת ה- DNA בו זמנית. כאשר נוצרים הגדילים הכפולים החדשים, כל נקודת מוצא מתרחקת מההתקשרות של דופן התא לכיוון קצוות מנוגדים של התא. ככל שהתא מתארך, הממברנה הגדלה מסייעת בהובלת הכרומוזומים. לאחר שהכרומוזומים פינו את נקודת האמצע של התא המוארך, מתחילה הפרדה ציטופלסמית. נוצר מחיצה בין הנוקלאואידים מהפריפריה לכיוון מרכז התא. כאשר קירות התא החדשים נמצאים במקומם, תאי הבת נפרדים.

    איור זה מראה ביקוע בינארי 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\(\PageIndex{1}\): הביקוע הבינארי של חיידק מתואר בחמישה שלבים. (קרדיט: שינוי העבודה על ידי "מקסטרותר" /ויקימדיה Commons)

    אבולוציה בפעולה: מכשיר ציר מיטוטי

    התזמון והיווצרות המדויקים של הציר המיטוטי הם קריטיים להצלחת חלוקת התאים האוקריוטיים. תאים פרוקריוטים, לעומת זאת, אינם עוברים מיטוזה 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. היווצרות טבעת המורכבת מיחידות חוזרות של חלבון הנקרא FtsZ מכוונת את המחיצה בין הנוקלאואידים בפרוקריוטים. היווצרות טבעת FtsZ מעוררת הצטברות של חלבונים אחרים הפועלים יחד לגיוס חומרים חדשים של קרום ודופן התא לאתר. חלבוני FtsZ יכולים ליצור חוטים, טבעות ומבנים תלת מימדיים אחרים הדומים לאופן שבו טובולין יוצר מיקרוטובולים, צנטריולים ורכיבי שלד שונים. בנוסף, גם FtsZ וגם טובולין משתמשים באותו מקור אנרגיה, GTP (גואנוסין טריפוספט), כדי להרכיב ולפרק במהירות מבנים מורכבים.

    FtsZ וטובולין הם דוגמה להומולוגיה, מבנים שמקורם באותם מקורות אבולוציוניים. בדוגמה זו, יש להניח כי FtsZ דומה לחלבון האב הקדמון הן ל- FtsZ והן לטובולין המודרניים. בעוד ששני החלבונים נמצאים באורגניזמים קיימים, תפקוד הטובולין התפתח והתגוון מאוד מאז האבולוציה ממוצאו הפרוקריוטי דמוי FTSZ. סקר של מכונות חלוקת תאים באאוקריוטים חד-תאיים של ימינו חושף שלבי ביניים מכריעים למנגנון המיטוטי המורכב של אוקריוטים רב-תאיים (טבלה). \(\PageIndex{1}\)

    טבלה\(\PageIndex{1}\): אבולוציה של ציר מיטוטי
      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. לא קיימים 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 נצמדים לציר המיטוטי. הציר המיטוטי מפריד בין הכרומוזומים ומאריך את התא. מיקרופילמנטים יוצרים תלם מחשוף שצובט את התא לשניים.
    תאי בעלי חיים כרומוזומים ליניאריים קיימים בגרעין. ציר מיטוטי נוצר מהצנטריולים. המעטפת הגרעינית מתמוססת. הכרומוזומים מתחברים לציר המיטוטי, המפריד ביניהם ומאריך את התא. מיקרופילמנטים יוצרים תלם מחשוף שצובט את התא לשניים.

    סיכום

    הן בחלוקת תאים פרוקריוטיים והן באוקריוטיים, ה-DNA הגנומי משוכפל וכל עותק מוקצה לתא בת. התוכן הציטופלזמי מחולק גם הוא באופן שווה לתאים החדשים. עם זאת, ישנם הבדלים רבים בין חלוקת תאים פרוקריוטיים לאוקריוטיים. לחיידקים יש כרומוזום DNA יחיד ומעגלי וללא 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 למחיצה היוצרת בסופו של דבר את דפנות התא הנפרדות של תאי הבת.

    רשימת מילים

    ביקוע בינארי
    תהליך חלוקת התא הפרוקריוטי
    FtsZ
    מרכיב חלבון דמוי צינורית של השלד הפרוקריוטי החשוב בציטוקינזיס פרוקריוטי (מקור השם: F ilamenting t emperature- s מוטציה רגישה Z)
    מוצא
    האזור של הכרומוזום הפרוקריוטי שבו מתחיל השכפול
    מחיצת האף
    קיר שנוצר בין תאי בת חיידקיים כמבשר להפרדת תאים

    תורמים וייחוסים