Replicazione del DNA batterico: 3 concetti importanti

Contenuti

• In che modo la replicazione del DNA batterico è diversa dalla replicazione del DNA eucariotico?
• Dove avviene la replicazione del DNA nei batteri?
• Come si dividono e si riproducono le cellule batteriche?
• Qual è la differenza fondamentale tra DNA genomico batterico e DNA plasmidico?

In che modo la replicazione del DNA batterico è diversa dalla replicazione del DNA eucariotico?

Caratteristiche di contrasto tra batteri Fasi di replicazione del DNA (procariote) ed eucariote replicazione del DNA i processi si identificano principalmente con la differenza di complessità e dimensione del DNA e della cellula.

Nelle cellule procariotiche, c'è solo un punto di partenza in cui il processo di replicazione avviene in due intestazioni opposte contemporaneamente e nel citoplasma cellulare, a differenza delle cellule eucariotiche, che hanno numerose aree di origine della replicazione e utilizzano la replicazione unidirezionale all'interno del nucleoplasma.

Altri fatti importanti relativi al processo di replica:

• Rispetto ai procarioti, gli eucarioti hanno un contenuto di DNA 25 volte maggiore.
• Le cellule eucariotiche hanno generalmente un numero doppio di DNA polimerasi rispetto alle cellule procariotiche (normalmente ha due DNA polimerasi) La replicazione si verifica anche a un ritmo molto più rapido nelle cellule procariotiche, rispetto agli eucarioti. Di solito richiedono solo 40 minuti, mentre gli umani potrebbero aver bisogno di 400 ore.
• Anche gli eucarioti hanno una particolare interazione per la replicazione dei telomeri alla loro cromosomale chiusure (fine). Mentre i procarioti hanno cromosomi circolari, quindi non sono presenti telomeri.
• La replicazione breve nei procarioti avviene in modo persistente, ma nelle cellule eucariotiche la replicazione del DNA durante il ciclo cellulare più precisamente nel sintetico (Fase S).

Dove avviene la replicazione del DNA nei batteri?

Il processo di replicazione del DNA batterico avviene nel citoplasma.

Il "ciclo cellulare" del batterio inizia con l'inizio della replicazione all'origine della replicazione singola. La replica si basa sulla lunghezza di un cromosoma, che è seguita da un po' di tempo fino al termine della divisione.

Altro importante fatti sulla crescita batterica e sulla replicazione del DNA:

• I microrganismi crescono complessivamente in due condizioni uniche, o in presenza di un limitato apporto di nutrienti. Questo è accennato come crescita microbica statica (nessun incremento della popolazione) o in abbondante apporto di nutrienti, dove la crescita della popolazione (popolazione) è rapida e implicata come crescita microbica logaritmica.

• Questo è il modo in cui accade quando le colture batteriche sono più dense o alcune variabili diverse resistono alla crescita della popolazione.

La replicazione del DNA in un batterio durante la fase logaritmica avviene continuamente. Questa è una supposizione fondamentale che dipende dai quattro fatti fondamentali che l'accompagnano:

• Il genoma di E. coli è lungo circa 4.5 milioni di paia di basi.

• La velocità di replica è di circa 1000 basi/sec.

• La replica richiede 15 minuti per essere completata

• C'è solo una singola origine di replicazione nel genoma.

Per duplicare 4.5 milioni di basi di un batterio saranno necessari 4.500 secondi o 75 minuti (se la velocità di replicazione è 1000 bp/sec). La replicazione del DNA, anche a una velocità di duplicazione lenta, richiederà circa un'ora se il Processo di replicazione del DNA è continuo.

Ora sorge una domanda in mente, come potrebbe un batterio E.coli copiare il suo DNA in meno di 75 minuti?

• La spiegazione è che l'origine della replicazione inizia prima che la replicazione del cromosoma sia terminata. Nella remota possibilità che l'ori inizi ogni 15 min quando la replicazione primaria viene completata dopo 75 min, il cromosoma conterrà extra extra fork di replica.

• Di conseguenza, negli organismi microscopici, non c'è qualcosa di molto simile al “ciclo cellulare” come nelle cellule eucariotiche. Inoltre non alludiamo alla mitosi delle cellule nucleate, ma alla divisione cellulare. Inoltre, la riproduzione è un termine non frequentemente utilizzato nella scienza microbica.

Come si dividono e si riproducono le cellule batteriche?

La fissione binaria è il tipo di processo di riproduzione attraverso il quale la maggior parte dei microrganismi moltiplica il proprio numero.

Il batterio si separa in due cellule figlie. Il fenomeno della fissione binaria inizia quando il DNA del batterio si replica. La cellula batterica prima si allunga e poi dà origine a due cellule figlie dividendo il contenuto di DNA della cellula madre. Ogni cellula figlia è il clone di una cellula madre.

Fissione binaria e altre forme di riproduzione nei batteri:

Fissione binaria

La maggior parte degli organismi microscopici dipende dalla fissione binaria per la riproduzione. È una forma elementare di riproduzione:

• Una cellula cresce di dimensioni (il più delle volte raddoppia la sua dimensione iniziale) e poi si divide in due.
• Ogni cellula figlia è una replica completa del suo materiale ereditario fondamentale (genoma).

La divisione cellulare batterica viene analizzata in molti centri di ricerca esplorativa a livello globale. Questi esami svelano i meccanismi genetici che controllano la divisione cellulare batterica, comprendendo i meccanismi di questo ciclo e considerando la produzione di nuove sostanze o antibiotici che mirano esplicitamente alla divisione cellulare batterica.

Alcune forme insolite di riproduzione nei batteri:

• Ci sono microbi che utilizzano forme insolite di divisione cellulare per moltiplicarsi.
• I microbi crescono oltre il doppio della loro dimensione cellulare iniziale e successivamente utilizzano le successive divisioni per formare più cellule figlie.
• Alcune specie batteriche si moltiplicano per il processo di gemmazione.
• Altri formano una struttura (interna) che si forma all'interno del citoplasma di una "cellula madre" più gigante.
• Ci sono pochi esempi di questi sorprendenti tipi di processi di riproduzione batterica.

Produzione di baeociti nel cianobatterio Stanieria

La produzione di baeociti avviene nelle seguenti fasi:

• Stanieria non adotta mai il processo di fissione binaria per la moltiplicazione. Inizia come una minuscola cella sferica di circa 1 o 2 μm di larghezza. Questa cellula è indicata come un baeocita (che significa "una piccola cellula").
• Il baeocita inizia a crescere, formando infine una cellula vegetativa di dimensioni fino a 30 μm. Man mano che si sviluppa, il DNA cellulare viene duplicato ancora e ancora e la cellula crea una densa matrice extracellulare.
• La cellula vegetativa alla fine si trasforma in uno stadio utile in cui passa attraverso una rapida progressione delle divisioni citoplasmatiche per fornire più baeociti.
• La struttura extracellulare alla fine si apre, liberando i baeociti. Diversi individui dei Pleurocapsales (un ordine di cianobatteri) utilizzano esempi sorprendenti di divisione nella loro propagazione.

Germogliare nei batteri

• Il germogliamento è stato osservato in individui di Firmicutes, Cyanobacteria, Planctomycetes (noti anche come batteri Gram-positivi a basso contenuto di G+C) e Proteobacteria prostetica.
• Sebbene il meccanismo di gemmazione sia stato ampiamente studiato nel lievito (Saccharomyces cerevisiae) che è un sistema eucariotico, il meccanismo di sviluppo delle gemme è ancora oggetto di ricerca ed esplorazione.

Produzione intracellulare della prole da parte di alcuni Firmicutes

• Metabacterium polyspora, specie Epulopiscium e i batteri filamentosi segmentati (SFB) strutturano numerosi discendenti intracellulari.
• Per alcuni microbi, questo ciclo sembra essere il modo migliore per moltiplicarsi. La crescita intracellulare della prole in questi organismi microscopici conferisce somiglianze con lo sviluppo delle endospore in Bacillus subtilis. 

Nelle specie giganti di Epulopiscium, questo straordinario sistema rigenerativo inizia con una divisione cellulare ineguale. Piuttosto che impostare l'anello FtsZ al centro della cellula, come nel processo di fissione binaria: 

1. Gli anelli Z sono posti vicino a entrambi i terminali delle cellule in Epulopiscium. 
2. La divisione forma una gigantesca cellula madre e due minuscole cellule figlie. 
3. Le piccole cellule contengono DNA e vengono completamente inondati dalla cellula madre gigante. 
4. La prole interna si sviluppa all'interno del citoplasma della cellula madre. 
5. Una volta che la crescita della prole è terminata, la cellula madre si degrada e partorisce i posteri.

Qual è la differenza fondamentale tra DNA genomico batterico e DNA plasmidico?

Il DNA genomico e il DNA plasmidico sono due tipi di DNA esibiti dagli organismi viventi.

Il DNA genomico è il DNA cromosomico delle forme di vita viventi che contengono dati genetici. Inoltre, il DNA plasmidico è DNA extracromosomico presente in organismi microscopici, archaea e alcuni eucarioti.

• La principale differenza tra il DNA plasmidico e il DNA genomico è che il DNA genomico è fondamentale per la resistenza delle forme di vita.
• Il DNA plasmidico non è essenziale per la persistenza degli organismi viventi. Allo stesso modo, anche il DNA genomico e quello plasmidico differiscono nelle loro dimensioni. Il DNA genomico è normalmente più grande del DNA plasmidico.
• Il DNA genomico contiene geni cruciali che producono tutte le proteine ​​primarie e preziose. Tuttavia, il DNA plasmidico contiene geni che danno benefici extra alle creature. Successivamente, questa è anche una distinzione tra DNA genomico e plasmidico.

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Dott. Abdullah Arsalan

Sono Abdullah Arsalan, ho completato il mio dottorato di ricerca in Biotecnologie. Ho 7 anni di esperienza di ricerca. Ho pubblicato finora 6 articoli su riviste di fama internazionale con un Impact Factor medio di 4.5 e pochi altri sono in considerazione. Ho presentato lavori di ricerca in vari convegni nazionali ed internazionali. La mia area di interesse è la biotecnologia e la biochimica con particolare attenzione alla chimica delle proteine, all'enzimologia, all'immunologia, alle tecniche biofisiche e alla biologia molecolare.