Las bacterias se caracterizan por la división. Los principales tipos de división bacteriana y los factores que limitan el crecimiento de la población.
22. Núcleo bacteriano. Tipos de división celular bacteriana. proceso de división.
Tipos de división:
1. Fisión transversal binaria de áreas iguales, lo que lleva a la formación de dos células hijas idénticas. Con este método de división, existe simetría con respecto a los ejes longitudinal y transversal. Con igual fisión binaria, la célula madre, al dividirse, da lugar a dos células hijas y ella misma, por lo tanto, desaparece.
2. Fisión binaria desigual o gemación. Al brotar, se forma una pequeña excrecencia (brote) en uno de los polos de la célula madre, que aumenta en el proceso de crecimiento. Gradualmente, el riñón alcanza el tamaño de la célula madre, luego de lo cual se separa de esta última. La pared celular del riñón se vuelve a sintetizar por completo. En el proceso de brotación se observa simetría con respecto únicamente al eje longitudinal. Al brotar, la célula madre da lugar a una célula hija, y en la mayoría de los casos se pueden encontrar diferencias morfológicas y fisiológicas entre ellas: hay una célula madre vieja y una nueva célula hija.
3. Reproducción por división múltiple, característico de un grupo de cianobacterias unicelulares, como resultado se forman pequeñas células, llamadas beocitos (del griego. cariño- pequeño, cito- célula), cuyo número en diferentes especies varía de 4 a 1000. La liberación de baeocitos se produce al romper la pared celular materna. La fisión múltiple se basa en el principio de la fisión binaria igual. La diferencia radica en el hecho de que, en este caso, después de la fisión binaria, las células hijas resultantes no crecen, sino que se dividen nuevamente.
23. Núcleo bacteriano. Formas de intercambio de información genética en bacterias. Variación de bacterias.
Formas de intercambio de material genético en bacterias:
1. horizontales
* transformación: la transferencia de material genético, que consiste en el hecho de que la bacteria receptora captura (absorbe) fragmentos de ADN extraño del entorno externo.
A) La transformación inducida (obtenida artificialmente) se produce cuando se añade al cultivo bacteriano ADN purificado, obtenido a partir de cultivos de aquellas bacterias cuyas características genéticas se pretenden transferir al cultivo en estudio.
B) La transformación espontánea ocurre en condiciones naturales y se manifiesta en la aparición de recombinantes cuando se mezclan células genéticamente diferentes. Ocurre debido al ADN liberado por las células al medio ambiente debido a su lisis o como resultado de la liberación activa de ADN por parte de células donantes viables.
* sexducción
* transfección - una variante de transformación de células bacterianas que carecen de una pared celular, llevada a cabo por un ácido nucleico viral (fago). Con la ayuda de la transfección, es posible causar una infección viral en dichas bacterias (sin pared celular). La transfección también se puede realizar con otras células (no bacterianas) si se les introduce ADN extraño, capaz de recombinarse con el ADN de estas células, o reproducir viriones, o replicarse a sí mismo.
* conjugación - el proceso de intercambio de material genético (cromosómico y plásmido), llevado a cabo por contacto directo entre las células del donante y el receptor. Este proceso está controlado solo por plásmidos conjugativos que tienen un conjunto de genes llamado tra-operón (tra - del inglés, transferencia - transferencia).
Este operón controla la síntesis del aparato de transferencia, la replicación conjugativa y el fenómeno de exclusión superficial. El aparato de transferencia es una vellosidad donante especial, con la ayuda de la cual se establece el contacto entre las células que se conjugan. Las vellosidades donantes son estructuras tubulares delgadas largas (1-20 μm) de naturaleza proteica con un diámetro interno de aproximadamente 3 nm.
establecer contacto entre donante y receptor
arrastrar una hebra de ADN de un donante a un receptor
finalización de la cadena de ADN transferida con una cadena complementaria en la célula receptora
recombinación entre el cromosoma transferido (sus fragmentos) y el cromosoma de la célula receptora
reproducción merocigota
la formación de células con las características del donante y del receptor
La replicación conjugativa de una hebra transferida de ADN cromosómico o plasmídico también se lleva a cabo bajo el control de genes plasmídicos. El ejemplo clásico de plásmido conjugativo es el factor sexual, o plásmido F (del inglés . Fertilidad- Fertilidad). El plásmido F puede estar tanto en un estado autónomo como integrado en el cromosoma celular. Al estar en un estado autónomo, solo controla su propia transferencia, en la que una célula P~ (una célula que carece de un plásmido F) se convierte en una célula P+ (una célula que contiene un plásmido F). El plásmido F puede integrarse en ciertas regiones del cromosoma bacteriano, en cuyo caso controlará la transferencia conjugativa del cromosoma de la célula.
Así, la conjugación comienza con el establecimiento de contacto entre el donante y el receptor utilizando la vellosidad del donante. Este último se fusiona con el receptor de la membrana celular de la célula receptora. A menudo, dicho contacto se establece no solo entre dos células, sino entre muchas células, formando agregados de apareamiento. Se supone que la hebra de ADN pasa a través del canal de la vellosidad donante durante la conjugación. Dado que el puente donante es frágil, el proceso de conjugación puede interrumpirse en cualquier momento. Por lo tanto, durante la conjugación, se puede transferir una parte de un cromosoma o, más raramente, un cromosoma completo. Con la ayuda de los plásmidos F, la frecuencia de transferencia de genes entre bacterias aumenta significativamente.
* transducción - la transferencia de material genético de una célula donante a una célula receptora con la ayuda de bacteriófagos. Distinguir entre transducción inespecífica y específica.
A) Transducción no específica: transferencia aleatoria de fragmentos de ADN de una célula bacteriana a otra.
B) La transducción específica se lleva a cabo solo por fagos moderados capaces de incluirse en regiones estrictamente definidas del cromosoma de una célula bacteriana y que portan ciertos genes.
Mecanismos moleculares de la variabilidad bacteriana
Las bacterias, debido a la relativa simplicidad de su organización y su corta vida útil, experimentan una variabilidad más rápida que muchos otros organismos. Su variabilidad se basa en mutaciones y recombinaciones genéticas, especialmente las que ocurren con la participación de elementos transponibles.
* Las mutaciones son cambios en el genotipo que se heredan de manera estable. Las mutaciones pueden ser espontáneas o inducidas.
a) Las mutaciones espontáneas ocurren sin ningún efecto especial, ocurren como resultado de errores en la replicación y reparación. La frecuencia promedio de mutaciones espontáneas es de aproximadamente 1106 (un mutante por 1 millón de células).
b) Las mutaciones inducidas ocurren con una frecuencia mucho mayor, surgen como resultado de la exposición a varios mutágenos: factores físicos y químicos que dañan el ADN: radiación ionizante, radiación UV, varios análogos de bases de ADN, compuestos alquilantes, acridinas, antibióticos.
c) Las mutaciones puntuales pueden ser causadas por: sustitución de base, deleción (supresión) de la base, aparición de una base adicional (inserción). Las mutaciones puntuales pueden tener tres consecuencias:
1) sustitución de un codón por otro y, por tanto, de un aminoácido por otro;
2) un cambio en el marco de lectura, que conducirá a un cambio en toda una serie de secuencias de residuos de aminoácidos;
3) la aparición de un codón "sin sentido", que conducirá a la terminación de la traducción en un punto dado
La síntesis de proteínas puede bloquearse por completo. Se sintetizará una proteína alterada.
Todo esto conducirá a la pérdida de algún rasgo fenotípico en el mutante o, más raramente, a la aparición de un nuevo rasgo en él.
La violación del genoma puede ser una consecuencia de:
* eliminaciones extendidas
*inversiones (rotación de un segmento cromosómico en 180°)
* translocación (mover una sección de un cromosoma de una posición a otra)
Todo esto también conducirá a un cambio y una interrupción de varias funciones de la célula (organismo).
Los llamados elementos genéticos transponibles, es decir, estructuras genéticas que pueden moverse intactas dentro de un genoma dado o pasar de un genoma a otro, por ejemplo, de un genoma de plásmido a otro, tienen un papel importante en la variabilidad de las bacterias y otros organismos. una bacteriana y viceversa. Hay tres clases de elementos transponibles: elementos IS, transposones y episomas.
# Las secuencias de inserción (del ingles, secuencia de inserción), suelen tener tamaños que no superan los 2 mil pares de bases, o 2 kb. (una kilobase son mil pares de bases). Los elementos IS portan solo un gen, que codifica la proteína transposasa, con la ayuda de la cual los elementos IS se insertan en diferentes regiones del cromosoma. Se designan con números: IS1, IS2, IS3, etc.
Los #transposones son segmentos más grandes de ADN flanqueados por elementos IS invertidos. Son capaces de integrarse en diferentes partes del cromosoma o pasar de un genoma a otro, es decir, se comportan como elementos IS. Además de los genes que les permiten moverse, también contienen otros genes, como los genes de resistencia a los medicamentos. Se han encontrado transposones en los genomas de plásmidos, virus, procariotas y eucariotas y, al igual que los elementos IS, se designan con un número de serie: Tp1, Tp2, Tp3, etc.
# Los episomas incluyen sistemas de autorregulación aún más grandes y complejos que contienen elementos IS y transposones y son capaces de replicarse en cualquiera de sus dos estados alternativos, autónomo o integrado, en el cromosoma de la célula huésped. Los episomas incluyen varios fagos lisogénicos moderados; se diferencian de todos los demás elementos transponibles en que tienen su propia cubierta proteica y un ciclo de reproducción más complejo. Los propios episomas son virus que, al igual que otros elementos transponibles, tienen la capacidad de pasar de un genoma a otro en forma intacta.
Una de las funciones vitales de los procariontes, como cualquier otro ser vivo, es la reproducción. En esencia, el proceso de reproducción de las bacterias se puede caracterizar como un aumento en el número de individuos, que se produce debido a la división de las bacterias.
La microbiología moderna ha descrito los esquemas de mitosis, meiosis y amitosis: así es como se dividen los eucariotas y los procariotas se reproducen por división directa.
Los procariotas se reproducen principalmente dividiendo la célula bacteriana madre en 2 células hijas idénticas. En condiciones favorables, la fisión binaria se produce cada 20 minutos y, en caso de deterioro de las condiciones ambientales, aumenta el tiempo necesario para que la célula crezca y se divida. En caso de condiciones externas desfavorables, los procariotas detienen la reproducción por un tiempo o por completo.
El mismo proceso de división celular por la mitad está precedido por un período de crecimiento del citoplasma y replicación (duplicación) del cromosoma bacteriano, como en la foto.
Replicaciones del cromosoma bacteriano circular
El aumento del tamaño de las células se produce debido a una serie de procesos biosintéticos coordinados que están estrictamente controlados. El proceso de crecimiento bacteriano no es interminable: cuando los procariotas alcanzan un tamaño crítico determinado, se produce la división.
Mecanismo de replicación del ADN bacteriano
Al duplicar el ADN de un nucleoide (análogo al núcleo de una célula bacteriana), se implementa el siguiente esquema:
- iniciación: el comienzo de la división del ADN bajo la acción de un replicón (un aparato enzimático, una sección de ADN que contiene información sobre la duplicación);
- alargamiento - alargamiento, crecimiento de la cadena cromosómica;
- Terminación: finalización del crecimiento de la cadena y la hélice del ADN durante la replicación.
Paralelamente a la replicación del ADN, la propia célula crece y la distancia entre los dos nuevos cromosomas unidos por medio de mesosomas a la membrana citoplasmática aumenta gradualmente. Una célula procariótica comienza a dividirse algún tiempo después de la replicación. Obviamente, es la duplicación del ADN lo que desencadena el proceso de separación.
Un proceso similar está ausente para la meiosis en eucariotas. El proceso de meiosis difiere en muchos aspectos de la reproducción de procariotas. Además, la división de la célula madre en dos partes para bacterias grampositivas y gramnegativas tiene sus propias características.
Reproducción de bacterias gramnegativas
Las bacterias gramnegativas tienen una pared celular relativamente delgada, en la que se encuentra aproximadamente en el centro un orgánulo anular, el anillo septal. La separación de las bacterias ocurre por la contracción del orgánulo y la formación de una constricción entre las células hijas, como se puede ver en la foto.
El anillo septal es un complejo proteico complejo, que incluye más de 12 proteínas diferentes. Está formado por la unión secuencial de proteínas entre sí en una secuencia estricta.
Las proteínas del anillo septal realizan las siguientes funciones necesarias para la reproducción:
- modelar la unión de filamentos (proteínas anulares) en una determinada secuencia al anillo Z (forma inmadura del orgánulo anular);
- proporcionar unión del anillo Z a la membrana;
- coordinar la formación de un orgánulo de anillo con la segregación (separación) del cromosoma;
- sintetizar peptidoglicano, el componente más importante de la pared celular bacteriana, que proporciona protección osmótica;
- llevar a cabo la hidrólisis de peptidoglicano para separar nuevas células.
La constricción en las bacterias gramnegativas cubre todas las membranas celulares: las membranas citoplásmica (interna) y externa, así como una capa delgada de peptidoglicano asociada a ellas por medio de lipoproteínas.
Durante la meiosis eucariótica, no ocurre un método similar de división celular por constricción.
Reproducción de bacterias grampositivas
El grosor de la pared de las bacterias Gram-positivas es más del doble que el de las bacterias Gram-negativas.
El proceso de reproducción de las bacterias Gram-positivas no es similar a la mitosis y difiere de la meiosis eucariota. Al final del proceso de replicación del ADN, las bacterias Gram-positivas no crean una constricción, sino que sintetizan un tabique transversal, como en la foto. En el proceso de síntesis, como en la formación de una constricción en las bacterias gramnegativas, intervienen los mesosomas, formando un tabique desde el borde hasta el centro de la estructura celular.
La fisión binaria transversal de una célula procariota bacteriana siempre es longitudinal y transversalmente simétrica, lo cual es otra diferencia entre el proceso y la meiosis en la estructura celular de los eucariotas.
En condiciones favorables, la fisión binaria directa de células bacterianas puede llevarse a cabo tanto en uno como en varios planos, lo que es imposible para la meiosis. En el caso de que las células no se dispersen después de la separación, se produce la formación de asociaciones de varias formas:
- cuando se corta una célula en un plano, se forman cadenas de células esféricas o bastoncillos (diplococos esféricos, una cadena de bacterias en forma de bastoncillos, como en la foto);
- cuando se separan en diferentes planos, se observan grupos de células de varias formas (cadenas de estreptococos, paquetes de sarcinas, racimos de estafilococos).
La variedad de formas de procariotas, que se puede ver en la foto, es completamente irrealizable para la meiosis de las células nucleares.
Tal separación transversal es típica no solo para las bacterias Gram-positivas, sino también para las cianobacterias filamentosas.
División múltiple de cianobacterias
Una de las variedades de reproducción binaria de procariotas es la formación múltiple de procariotas hijas a partir de la célula madre, que es típica de las cianobacterias y no es nada característica de la meiosis.
A - reproducción de cianobacterias del género Dermocarpa
B - reproducción de cianobacterias del género Chroococcidiopsis
Inicialmente, se produce el crecimiento citoplasmático y la replicación cromosómica. Luego, como se puede ver en el video, en el interior de la capa fibrilar adicional del cuerpo de la madre tienen lugar sucesivas divisiones binarias que conducen a la formación de los beocitos (pequeñas células). Su número puede variar de 4 a 1000 unidades y está asociado al tipo de cianobacteria. Los baeocitos se liberan después de que se rompa la pared del procariota materno, como se ve en el video.
Además de la división equitativa, algunas bacterias se reproducen por gemación.
La gemación como caso especial de fisión binaria
En foto- y quimiotrofos, independientemente de la fuente de alimento (autótrofos o heterótrofos), se encuentra la posibilidad de reproducción del organismo por gemación.
El mecanismo del proceso es el siguiente:
- se forma un riñón en el polo de la célula madre;
- el riñón crece al tamaño del cuerpo de la madre (esto se puede ver en la foto), y se sintetiza una nueva pared celular para el riñón;
- una célula hija de pleno derecho se separa de la madre.
Si el proceso de separación binaria no tiene límites, como en el caso de la meiosis
para los eucariotas, entonces la gemación depende del envejecimiento de la procariota. En promedio, la célula madre separa no más de 4 riñones.
La brotación tiene sus propias características específicas:
- solo se conserva la simetría longitudinal (claramente visible en la foto);
- después de la brotación, se obtienen una célula madre y una hija, mientras que después de una división binaria no hay célula madre, hay dos células hijas equivalentes;
- los organismos madre e hija no son idénticos, las diferencias entre ellos son claramente visibles: se observa el proceso de envejecimiento.
En condiciones físicas y químicas favorables, los procariotas pueden dividirse exponencialmente y llenar el mundo entero de sí mismos. Sin embargo, en la realidad esto no sucede, ya que existen factores que inhiben la división bacteriana.
Factores que limitan la división
Con toda la diversidad y adaptabilidad de las especies, las bacterias no se multiplican indefinidamente. Los estudios han demostrado que el crecimiento de la población bacteriana se produce de acuerdo con la ley de reproducción de los microorganismos y es susceptible de descripción numérica y gráfica.
El crecimiento de la población asociado con la división de bacterias consta de varias fases:
- fase de retraso: un período de adaptación, cuando se necesita tiempo para adaptarse a las nuevas condiciones de vida, la división no tiene un valor alto;
- fase logarítmica: el período con el mayor número de divisiones y crecimiento exponencial de la población;
- fase estacionaria: el momento en que el crecimiento de una colonia de bacterias tiende a cero, la división de bacterias se iguala con el número de muertes debido a recursos alimentarios limitados;
- retraso del crecimiento: se produce debido a una reducción significativa de los recursos alimentarios y la acumulación de productos de desecho tóxicos.
Las condiciones desfavorables provocan el cese de la división bacteriana y, como resultado, la muerte inevitable de la población.
Trabajo como veterinaria. Soy aficionada a los bailes de salón, los deportes y el yoga. Priorizo el desarrollo personal y el desarrollo de prácticas espirituales. Temas favoritos: medicina veterinaria, biología, construcción, reparación, viajes. Tabú: jurisprudencia, política, tecnologías de la información y juegos de computadora.
Las bacterias - procariotas (no nucleares) son las formas más simples de organización de los organismos vivos. Puede averiguar cuáles son estos organismos en nuestro artículo.
Cómo se reproducen las bacterias: formas
No hay tantas formas en que las bacterias se reproducen: simple división, gemación, conjugación (algunos científicos lo consideran un proceso sexual en las bacterias). Detengámonos en cada uno de ellos en detalle.
El método más común de reproducción en bacterias en el ambiente natural es la fisión transversal de igual tamaño. Esto significa que la célula madre, después de doblar la cadena de ADN y todos los orgánulos, se divide en dos, formando dos células hijas, en las que el material genético será similar al de la madre. Así, la bacteria literalmente se clona a sí misma. El proceso de división ocurre por la formación de una constricción o tabique transversal en la parte ecuatorial de la célula.
Otro método de reproducción que utilizan las bacterias en la naturaleza y el cuerpo humano es la gemación, que es ligeramente diferente de la división. Entonces, la célula madre no se divide "por la mitad", sino que "hace crecer" una célula hija (riñón) en uno de sus polos. En la mayoría de los casos, la célula madre puede crecer hasta 4 células hijas, después de lo cual envejece y muere. La gemación, como la división, produce clones genéticos de la célula madre.
El proceso sexual en las bacterias.
Otra forma de reproducción de bacterias, en la que está presente el proceso sexual más simple, es la conjugación. Muy a menudo, las bacterias que viven en el cuerpo humano o animal recurren a él. Ellos, a diferencia de los eucariotas (organismos nucleares), no forman gametos y no fusionan células germinales (gametos).
En el curso de dicha reproducción, dos células bacterianas entran en contacto, forman un puente de conjugación e intercambian genes, lo que resulta en la formación de células genéticamente nuevas. Este proceso también se llama recombinación genética. Las bacterias como E. coli (Escherichia coli) y algunas otras bacterias gramnegativas y grampositivas se reproducen sexualmente.
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La principal forma de reproducción de las bacterias es dividiendo la célula en dos (fisión binaria). En este caso, la membrana plasmática y la pared se invaginan y se unen por la mitad. La invaginación de la membrana se produce entre los puntos de unión de las dos moléculas circulares hijas de ADN, como resultado de lo cual las células hijas reciben copias del cromosoma materno. Las bacterias tienen la capacidad de formar endosporas. Algunas endosporas tienen membranas densas de varias capas, son resistentes a los factores ambientales agresivos y conservan la capacidad de germinar durante mucho tiempo.
El proceso sexual en las bacterias es la transferencia de ADN de una célula a otra, seguida de una recombinación genética. El intercambio de material hereditario puede ocurrir por conjugación (contacto celular directo), transducción (transferencia de ADN por un virus bacteriófago) o transformación (absorción de fragmentos de ADN desde el exterior). Sin embargo, las mutaciones son una fuente universal de variabilidad. En combinación con la tasa de reproducción de las bacterias, proporcionan a estos organismos una alta capacidad de adaptación a las condiciones ambientales.
Varios tipos de bacterias pueden usar casi cualquier compuesto orgánico como fuente de energía, no solo nutrientes, como azúcares, aminoácidos y grasas, sino también productos de desecho, como la urea y el ácido úrico contenidos en la orina, y sustancias que componen los excrementos. Un tipo de bacteria puede incluso usar la penicilina como sustrato nutritivo, que mata muchas bacterias.
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Algunos microorganismos se reproducen por esporulación (actinomicetos y hongos) y brotación (levadura), algunos microorganismos se reproducen sexualmente, pero la mayoría se reproduce asexualmente (vegetativo). En condiciones favorables, la reproducción avanza con una velocidad inusual: cada 20-30 minutos, la célula bacteriana madre se divide en dos células hijas. La célula hija finalmente se convierte en la célula madre y también se divide. Así, la división de bacterias va exponencialmente. Si tal división procediera sin obstáculos, entonces en 48 horas una bacteria podría dar lugar a cientos de miles de millones de células, y en cinco días una masa tal que llenaría las cuencas de todos los mares y océanos. Sin embargo, esto no sucede, porque los microorganismos se ven afectados por diversos factores ambientales.
La división celular está precedida por un aumento uniforme del nitrógeno total, el ARN y las proteínas en el citoplasma. Luego se produce la replicación (duplicación) del ADN. En una célula en división, los enlaces de hidrógeno se rompen entre las hélices de ADN y se forman hélices de ADN hijas únicas (Fig. 25).
Arroz. 25. El proceso de fisión binaria de procariotas en forma de bastón.
3 - estiramiento de la celda;
- formación de una partición;
5 - división celular.
Inmediatamente después de la replicación del ADN, comienza la elongación celular y la formación de tabiques transversales debido a que dos capas de la membrana citoplasmática sobresalen una hacia la otra. Muy a menudo, se forma un tabique en el medio de la célula madre, como resultado de lo cual las células hijas tienen aproximadamente el mismo tamaño. Entre las capas del tabique se produce la formación de una pared celular.
En el proceso de reproducción, una de las mitades de la célula retiene constantemente flagelos. En la etapa final de la reproducción bacteriana, los flagelos crecen en la otra mitad.
El crecimiento y reproducción de los microorganismos depende de varios factores ambientales y características de las especies. La observación del desarrollo de microorganismos cultivados en un medio nutritivo líquido en tanques cerrados muestra que el crecimiento de la biomasa requiere una fuente de energía, la presencia de componentes necesarios para la síntesis de la biomasa, la ausencia de inhibidores en el medio que inhiban el crecimiento celular, el mantenimiento del medio ambiente de las condiciones fisicoquímicas necesarias. En estas condiciones, el crecimiento de microorganismos se puede dividir condicionalmente en varias fases o períodos sucesivos (Fig. 26):
1. fase de retraso (inglés lag - retraso) - el período entre la siembra de bacterias y el inicio de la reproducción. Durante este período, el cultivo bacteriano se adapta al medio nutritivo. Se manifiesta en la acumulación de la cantidad óptima de las enzimas necesarias, en la inactivación de algún inhibidor presente en el ambiente, en la germinación de esporas, etc. En condiciones favorables, las bacterias aumentan de tamaño y se preparan para la división. La fase de retraso puede durar de 10 minutos a varias horas, pero en promedio es de 4 a 5 horas.
3. La fase de crecimiento logarítmico o exponencial es el período de división más intensa de las bacterias. Las bacterias se dividen cada 20-40 minutos. Durante esta fase, las bacterias son especialmente vulnerables, lo que se explica por la alta sensibilidad de las células en crecimiento a los factores ambientales. La duración del crecimiento exponencial depende de la concentración de nutrientes en el sustrato y tiene un promedio de 5 a 6 horas.
5. La fase de crecimiento estacionario es causada por el agotamiento gradual del medio, la acumulación de enzimas líticas en él, la inhibición química del crecimiento de células microbianas por productos metabólicos. Esta fase se diferencia de la anterior por el aumento de la resistencia de las bacterias a muchos factores químicos y físicos. Al comienzo de esta fase, el número de células viables alcanza su nivel máximo y permanece en este máximo durante varias horas, según el tipo de microorganismos y las características de su cultivo. Al final de esta fase, algunos microorganismos experimentan el proceso de esporulación.
6. La fase final del proceso de reproducción, la fase de envejecimiento y muerte, se caracteriza por la muerte de las bacterias debido al agotamiento del medio nutritivo y la acumulación de productos metabólicos en él. La autólisis de los microorganismos se observa como una manifestación extrema de inestabilidad celular después de que se detiene el crecimiento. La duración de esta fase puede ser desde varias horas hasta varias semanas.
Fecha de publicación: 2015-11-01; Leer: 2315 | Infracción de los derechos de autor de la página
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Las bacterias, como todos los organismos vivos, se reproducen. Esto sucede con mayor frecuencia por simple división transversal en diferentes planos. En este caso, se forman varias combinaciones de celdas: conexiones pareadas, celdas individuales, grupos, cadenas, paquetes, etc.
Algunos microorganismos se reproducen por esporulación (actinomicetos y hongos) y brotación (levadura), algunos microorganismos se reproducen sexualmente, pero la mayoría se reproduce asexualmente (vegetativo).
En condiciones favorables, la reproducción avanza con una velocidad inusual: cada 20-30 minutos, la célula bacteriana madre se divide en dos células hijas. La célula hija finalmente se convierte en la célula madre y también se divide.
Así, la división de bacterias va exponencialmente. Si tal división procediera sin obstáculos, entonces en 48 horas una bacteria podría dar lugar a cientos de miles de millones de células, y en cinco días una masa tal que llenaría las cuencas de todos los mares y océanos. Sin embargo, esto no sucede, porque los microorganismos se ven afectados por diversos factores ambientales.
La división celular está precedida por un aumento uniforme del nitrógeno total, el ARN y las proteínas en el citoplasma.
Luego se produce la replicación (duplicación) del ADN. En una célula en división, los enlaces de hidrógeno se rompen entre las hélices de ADN y se forman hélices de ADN hijas únicas (Fig. 25).
25. El proceso de fisión binaria de procariotas en forma de bastón.
1 — formación de hélices individuales de ADN;
2 — duplicación (replicación) del ADN;
3 - estiramiento de la celda;
- formación de una partición;
4 - el final de la formación del tabique y la formación de una pared celular convexa;
5 - división celular.
Inmediatamente después de la replicación del ADN, comienza la elongación celular y la formación de tabiques transversales debido a que dos capas de la membrana citoplasmática sobresalen una hacia la otra.
Muy a menudo, se forma un tabique en el medio de la célula madre, como resultado de lo cual las células hijas tienen aproximadamente el mismo tamaño. Entre las capas del tabique se produce la formación de una pared celular.
La hélice única de ADN en las células nuevas sirve como plantilla para crear una segunda hélice, lo que da como resultado la formación de una doble hélice de ADN con enlaces de hidrógeno restaurados y la formación de un nuevo nucleoide.
En el proceso de reproducción, una de las mitades de la célula retiene constantemente flagelos.
En la etapa final de la reproducción bacteriana, los flagelos crecen en la otra mitad.
El crecimiento y reproducción de los microorganismos depende de varios factores ambientales y características de las especies. La observación del desarrollo de microorganismos cultivados en un medio nutritivo líquido en tanques cerrados muestra que el crecimiento de la biomasa requiere una fuente de energía, la presencia de componentes necesarios para la síntesis de la biomasa, la ausencia de inhibidores en el medio que inhiban el crecimiento celular, el mantenimiento del medio ambiente de las condiciones fisicoquímicas necesarias.
En estas condiciones, el crecimiento de microorganismos se puede dividir condicionalmente en varias fases o períodos sucesivos (Fig. 26):
Arroz. 26. Curva de crecimiento típica de una población de microorganismos 1 - fase de latencia;
2 - fase de crecimiento acelerado; 3 - fase de crecimiento logarítmico (exponencial);
4 - fase de retraso del crecimiento; 5 - fase de crecimiento estacionario; 6- Fase de envejecimiento y muerte.
fase de retraso (eng. lag - retraso) - el período entre la siembra de bacterias y el inicio de la reproducción. Durante este período, el cultivo bacteriano se adapta al medio nutritivo. Se manifiesta en la acumulación de la cantidad óptima de las enzimas necesarias, en la inactivación de algún inhibidor presente en el ambiente, en la germinación de esporas, etc. En condiciones favorables, las bacterias aumentan de tamaño y se preparan para la división.
La fase de retraso puede durar de 10 minutos a varias horas, pero en promedio es de 4 a 5 horas.
2. La fase de crecimiento acelerado se observa después de la fase de retraso y se caracteriza por un aumento en la tasa de división de microorganismos y la acumulación de biomasa.
3. La fase de crecimiento logarítmico o exponencial es el período de división más intensa de las bacterias.
Las bacterias se dividen cada 20-40 minutos. Durante esta fase, las bacterias son especialmente vulnerables, lo que se explica por la alta sensibilidad de las células en crecimiento a los factores ambientales. La duración del crecimiento exponencial depende de la concentración de nutrientes en el sustrato y tiene un promedio de 5 a 6 horas.
4. La fase de desaceleración es el período de transición del crecimiento exponencial a la fase de crecimiento estacionario. Durante esta fase, se produce un agotamiento de los nutrientes del sustrato y la acumulación de productos metabólicos en el mismo, lo que reduce la intensidad de reproducción de los microorganismos.
La fase de crecimiento estacionario es causada por el agotamiento gradual del medio, la acumulación de enzimas líticas en él y la inhibición química del crecimiento de células microbianas por productos metabólicos. Esta fase se diferencia de la anterior por el aumento de la resistencia de las bacterias a muchos factores químicos y físicos. Al comienzo de esta fase, el número de células viables alcanza su nivel máximo y permanece en este máximo durante varias horas, según el tipo de microorganismos y las características de su cultivo.
Al final de esta fase, algunos microorganismos experimentan el proceso de esporulación.
6. La fase final del proceso de reproducción, la fase de envejecimiento y muerte, se caracteriza por la muerte de las bacterias debido al agotamiento del medio nutritivo y la acumulación de productos metabólicos en él. La autólisis de los microorganismos se observa como una manifestación extrema de inestabilidad celular después de que se detiene el crecimiento.
La duración de esta fase puede ser desde varias horas hasta varias semanas.
Fecha de publicación: 2015-11-01; Leer: 2316 | Infracción de los derechos de autor de la página
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Reproducción de microorganismos: división binaria de microorganismos unicelulares (bacterias, rickettsias, protozoos, levaduras), como resultado de lo cual se forman dos nuevas hijas de pleno derecho, dotadas de la información genética de la célula madre. Los hongos tipo levadura pueden reproducirse por brotación, esporas; Los mohos y los actinomicetos suelen reproducirse por esporas.
bacterias
Se reproducen por división transversal simple.
Las bacterias son células haploides. La composición de una célula bacteriana incluye una cápsula, pared celular, membrana citoplasmática, citoplasma, donde se encuentran los mesosomas, ribosomas, nucleoide e inclusiones. Algunas células bacterianas tienen flagelos y forman esporas.
A diferencia de las células animales, las estructuras internas de una célula bacteriana como los mesosomas, los ribosomas y los nucleoides no tienen membranas que los separen del citoplasma.
Según el método de nutrición, las bacterias se dividen en autótrofas y heterótrofas, según el método de respiración, en aerobios y anaerobios.
actinomicetos
Se reproducen por esporas y división transversal (entrecruzamiento) de hifas.
Ocupan una posición intermedia entre hongos y bacterias. Entre los hongos radiantes, hay una red de especies patógenas: los agentes causantes de la actinomicosis. Muchos actinomicetos son productores de antibióticos. (cm.
antibióticos). En el "Determinante" de Burgey, los actinomicetos se denominan estreptomicetos.
Levadura
Hay 2 tipos de reproducción de levadura: vegetativa (asexual) y sexual con la formación de esporas. En la mayoría de las especies de levaduras, la propagación vegetativa se realiza por gemación, rara vez por división (Schizosaccharomyces). Asporogénico. La levadura se reproduce solo por gemación. La reproducción sexual ocurre en condiciones desfavorables, cuando la levadura deja de brotar y se convierte en bolsas (asci) con esporas: ascosporas.
El proceso sexual consiste en la cópula (fusión) de 2 células vegetativas al juntarlas y formar un canal copulador, en el que se fusionan partes del plasma y del núcleo celular, llamado cariogamia, con la formación de un cigoto diploide que representa 2 células conectadas por un canal de copulación.
La división por reducción, o meiosis, acompañada de una reducción a la mitad del número de cromosomas, se produce inmediatamente, sin proceso sexual, y el cigoto se convierte en un ask con 4 esporas haploides, por lo que la generación vegetativa de dichas esporas es haploide. Las esporas germinan sin cópula. Así se reproduce la levadura Zygosaccharomyces. En la levadura Saccharomyces, el proceso sexual ocurre cuando las esporas o células germinadas de ellas se fusionan para formar un cigoto diploide, que inmediatamente comienza a brotar, formando una descendencia diploide.
La meiosis ocurre justo antes de la formación de esporas.
setas de moho
Los hongos tienen reproducción vegetativa, sexual y asexual.
La propagación vegetativa puede llevarse a cabo por separación de la masa principal del micelio de sus partes, que pueden desarrollarse independientemente, así como por gemación del micelio o células individuales en hongos de levadura.
La reproducción sexual consiste en la fusión de células germinales, dando como resultado un cigoto.
La reproducción asexual se lleva a cabo con la ayuda de formaciones especiales llamadas esporas. Las esporas pueden desarrollarse dentro de esporas especiales o en los extremos de excrecencias especiales del micelio: conidióforos.
El principal método de reproducción de hongos de moho es con la ayuda de esporas. El moho crece increíblemente rápido.
En el moho de pan ordinario, se pueden distinguir pequeños puntos negros: esporangios, en los que se forman las esporas. ¡Un esporangio contiene hasta 50 000 esporas, cada una de las cuales es capaz de reproducir cientos de millones de esporas nuevas en solo unos días! Y si las condiciones son favorables, rápidamente aparecerá moho en un libro, zapatos o un árbol caído en el bosque.
Bacterias: La actividad vital de las bacterias se caracteriza por el crecimiento- formación de componentes estructurales y funcionales de la célula y aumento de la propia célula bacteriana, así como la reproducción- autorreproducción, lo que lleva a un aumento en el número de células bacterianas en la población.
las bacterias se multiplican por fisión binaria a la mitad, con menos frecuencia por gemación.
Los actinomicetos, como los hongos, pueden reproducirse por esporas. Para un grupo de cianobacterias unicelulares, se ha descrito una división múltiple (una serie de divisiones binarias rápidas y sucesivas, que conducen a la formación de 4 a 1024 células nuevas). Los actinomicetos, al ser bacterias ramificadas, se multiplican por fragmentación de células filamentosas.Las bacterias grampositivas se dividen al hacer crecer las particiones de división sintetizadas en la célula, sintetizan una partición transversal desde la periferia hasta el centro con la participación de los mesosomas.
y gramnegativos: por constricción (en el sitio de división, se encuentra una curvatura gradualmente creciente del CPM y la pared celular hacia adentro), como resultado de la formación de figuras en forma de mancuerna, a partir de las cuales se forman dos células idénticas. . Al brotar, se forma un riñón y crece en uno de los polos de la célula madre, la célula madre muestra signos de envejecimiento y por lo general no puede producir más de 4 células hijas.
En otras bacterias, además de la reproducción, se observa un proceso sexual, pero en la forma más primitiva.
El proceso sexual de las bacterias difiere del proceso sexual de los eucariotas en que las bacterias no forman gametos y no se produce la fusión celular. Sin embargo, el evento principal del proceso sexual, a saber, el intercambio de material genético, también ocurre en este caso. Esto se llama recombinación genética.
La división celular está precedida por la replicación del cromosoma bacteriano según un tipo semiconservador (la cadena de ADN de doble cadena se abre y cada cadena se completa con una cadena complementaria), lo que lleva a la duplicación de las moléculas de ADN del núcleo bacteriano. el nucleoide. La replicación del ADN ocurre en tres etapas: iniciación, elongación o crecimiento de la cadena y terminación.
Reproducción de espiroquetas: división celular transversal-división celular en bacterias, en la que la célula madre da lugar a dos células hijas. Se lleva a cabo en tres etapas:
1) replicación de la molécula de ADN del cromosoma circular unido al mesosoma, que también se divide en dos partes;
2) dilución con la ayuda de mesosomas de dos cromosomas en anillo hijos;
3) división del citoplasma por un tabique transverso, que se forma desde la periferia hasta el centro de la célula.
Cría de hongos:
La mayoría de los hongos son capaces de reproducción vegetativa, asexual y sexual propiamente dicha.
El pleomorfismo es característico: la presencia de varios tipos de esporulación al mismo tiempo, por ejemplo, asexual y sexual.
Propagación vegetativa
- partes del micelio.
- Formaciones especializadas: artrosporas (oidios) con paredes delgadas o esporas de clamidia con paredes gruesas, se forman, con algunas diferencias, cuando el micelio se rompe y luego da lugar a uno nuevo.
- Brotación de hifas o células individuales (por ejemplo, en levaduras).
Las ascosporas de los marsupiales y las basidiosporas de los carbones también brotan. Los brotes resultantes se separan gradualmente, crecen y finalmente comienzan a brotar.
reproducción asexual
En realidad, la reproducción asexual se produce a través de esporas.
Dependiendo del método de formación, se distinguen las esporas endógenas y exógenas.
- esporas endógenas(esporangiosporas) son característicos de los hongos inferiores.
Se forman dentro de células especiales llamadas esporangios.
- Disputas exógenas comúnmente llamados conidios, se encuentran en hongos superiores y algunos inferiores.
Se forman en la parte superior o en el costado de hifas especiales, conidióforos orientados verticalmente, que pueden ser simples o ramificados.
Están cubiertos con un caparazón denso, por lo que son bastante estables, pero inmóviles. Pueden ser recogidos por corrientes de aire o animales y transportados a distancias considerables. Al germinar, dan un tubo de crecimiento y luego hifas.
reproducción sexual
conjugación de gametos
Para los hongos inferiores, la fusión de gametos haploides es característica por isogamia, anisogamia (heterogamia) u oogamia.
En el caso de la oogamia, los órganos genitales se desarrollan - oogonia(mujer) y anteridios(masculino). Durante la fertilización, la formación oosporas- este es un cigoto que está cubierto con una cáscara gruesa, pasa algún tiempo en reposo y luego germina.
La tasa y las fases de la reproducción bacteriana en condiciones estacionarias.
Cuando se cultivan bacterias en un medio nutritivo líquido, se observa un crecimiento de cultivo cerca del fondo, difuso o superficial (en forma de película).
El crecimiento de un cultivo periódico de bacterias cultivadas en un medio nutritivo líquido se divide en varias fases o períodos:
1. fase de latencia;
2. fase de crecimiento logarítmico;
3. fase de crecimiento estacionario, o máxima concentración de bacterias;
4. fase de muerte bacteriana.
Estas fases se pueden representar gráficamente como segmentos de la curva de reproducción bacteriana, lo que refleja la dependencia del logaritmo del número de células vivas en el momento de su cultivo.
Fase de retraso: el período entre la siembra de bacterias y el comienzo de la reproducción.
La duración de la fase de retraso es en promedio de 4 a 5 horas, al mismo tiempo, las bacterias aumentan de tamaño y se preparan para la división; aumenta la cantidad de ácidos nucleicos, proteínas y otros componentes.
La fase de crecimiento logarítmico (exponencial) es un período de división intensiva de bacterias. Su duración es de unas 5-6 horas.En condiciones óptimas de crecimiento, las bacterias pueden dividirse cada 20-40 minutos.
Durante esta fase, las bacterias son las más vulnerables, lo que se explica por la alta sensibilidad de los componentes metabólicos de una célula de rápido crecimiento a los inhibidores de la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos, etc.
Luego viene la fase de crecimiento estacionario, en la que el número de células viables permanece invariable, constituyendo el nivel máximo (concentración M). Su duración se expresa en horas y varía según el tipo de bacteria, sus características y cultivo.
El proceso de crecimiento bacteriano se completa con la fase de muerte, que se caracteriza por la muerte de las bacterias en condiciones de agotamiento de las fuentes del medio nutritivo y la acumulación de productos metabólicos de bacterias en él. Su duración varía desde 10 horas hasta varias semanas. La intensidad del crecimiento y la reproducción de las bacterias depende de muchos factores, incluida la composición óptima del medio nutritivo, el potencial redox, el pH, la temperatura, etc.
La tasa de crecimiento de las bacterias depende tanto de las condiciones externas como de las características fisiológicas de la propia célula.
En presencia de condiciones favorables, el crecimiento de una célula bacteriana termina con la reproducción. La forma principal en que la mayoría de las bacterias se reproducen es simplemente dividiendo la célula por la mitad. La división está precedida por la replicación (duplicación) del cromosoma. Estos dos procesos están íntimamente relacionados. La frecuencia de replicación está regulada por la tasa de crecimiento celular. La replicación del cromosoma bacteriano se lleva a cabo de la manera descrita anteriormente (ver sección 3.2.5).
El estudio de la distribución uniforme del material genético entre las células hijas formadas como resultado de la división de la célula madre permitió a G. Jacob, S. Brenner y T. Cousin (1963) formular el concepto de replicón. Un replicón es una unidad de replicación, es una sección de ADN que contiene los elementos reguladores necesarios para la replicación independiente. En las bacterias, estos son el cromosoma y los plásmidos. Cada replicón contiene al menos dos loci involucrados en el control de la replicación: un gen replicador estructural (gen iniciador) que determina la síntesis de la proteína iniciadora y un sitio replicador especial que reconoce señales para el inicio de la duplicación cromosómica.
Después de un cierto período de crecimiento, la célula alcanza un determinado estado fisiológico. Desde la membrana citoplasmática, el replicón recibe señales sobre la necesidad de replicación cromosómica y la preparación de la célula para la división. Bajo la influencia de las señales, se activa la actividad del gen estructural y se sintetiza la proteína iniciadora.
Este, actuando sobre el replicador, inicia la replicación.
Existe una interacción coordinada entre el sistema de replicación de los cromosomas y la división celular: la división celular siempre está precedida por la duplicación de los cromosomas. Una vez que se completa la replicación, comienza la división celular. En las bacterias grampositivas y las cianobacterias, esto se logra mediante la formación de un tabique transversal que separa la célula madre en dos células hijas equivalentes.
La división es la siguiente.
Al principio
se sintetiza una membrana citoplasmática bicapa. Luego se forman dos tubérculos en el lado interno de la pared celular. Crecen intensamente y, penetrando en forma de anillo dentro de la célula entre las capas de la membrana citoplasmática formada, forman un tabique doble que divide la célula por la mitad.
División de la mayoría de las bacterias meticulosas gramáticas
ocurre a través de la constricción. En este caso, los genomas divergen a lo largo de los polos de la célula, la membrana citoplasmática y la pared celular se estiran, sobresaliendo desde la periferia hacia el centro de la célula hasta entrar en contacto entre sí. Como resultado, la célula se entrelaza en dos células hijas. La división celular por la formación de un tabique o constricción se denomina binaria en relación con la formación de dos células hijas idénticas.
Además de la fisión binaria descrita, las bacterias tienen otro método de reproducción: la gemación. Las bacterias de los géneros Hyphomicrobium, Pedomicrobium y otras, reunidas en el grupo de las bacterias en gemación, se reproducen por gemación.
Estos organismos se ven como palos alargados (0,5 x 2 micras), a veces en forma de pera, que terminan en hifas o prótesis (excrecencias).
La reproducción en estas bacterias comienza con la formación de un riñón al final de una hifa o directamente sobre la célula madre.
El riñón se convierte en una célula hija, forma un flagelo y se separa de la célula madre. Al llegar al estado maduro, se pierde el flagelo y se repite el proceso de desarrollo.
A diferencia de la fisión binaria, durante la gemación, la célula original sigue siendo la célula madre y la célula recién formada sigue siendo la célula hija.
Existen diferencias morfológicas y fisiológicas entre ellos.
Los actinomicetos se reproducen por fragmentos de micelio y esporas. En algunos (género Micromonospora), se forman esporas individuales sobre las hifas del micelio vegetativo, en otros (género Streptomyces, etc.), se forman cadenas de esporas en los extremos de las hifas del micelio aéreo, los llamados llamados conidióforos.
Fragmentos de micelio y esporas germinan en condiciones favorables de humedad y temperatura y dan lugar a nuevos organismos.
Las cianobacterias filamentosas, además de la fisión binaria, se reproducen en parches de tricomas y hormogonios. Estos últimos son hilos acortados, que consisten en pequeñas células vegetativas de la misma forma y tamaño. Cuando las células intermedias del tricoma (filamentos) mueren, las hormogonias se salen de la vaina del tricoma madre, crecen, se dividen y forman nuevos tricomas.
Los hormogonios, a diferencia del tricoma materno, no tienen heterocistos y nunca están envainados.
Independientemente del camino que siga el proceso de reproducción de las bacterias, la velocidad de este proceso es enorme: pueden cambiar tantas generaciones en 24 horas como una persona en cinco mil años.
La tasa de reproducción depende de muchas condiciones y es diferente para cada tipo de bacteria. En presencia de los nutrientes necesarios en el medio, temperatura favorable y acidez del medio, la división de cada célula puede repetirse después de 20-30 minutos (E. coli). A tal tasa de reproducción, se pueden formar 472 * 1019 células (273, 72 generaciones) a partir de una célula por día.
La reproducción intensiva es de gran importancia biológica para las bacterias. Asegura la preservación de los microorganismos en la superficie terrestre. Cuando ocurren condiciones desfavorables, mueren en masa, pero es suficiente para que unas pocas células sobrevivan en algún lugar, ya que en condiciones adecuadas darán una gran progenie de células.
Las poblaciones de microbios en hábitats naturales, como el suelo o el agua, cambian constantemente de acuerdo con las cambiantes condiciones de vida.
Pero en condiciones de laboratorio en medios nutritivos, el cambio en la población de microorganismos ocurre de forma natural.
Y también en el apartado "PRODUCCIÓN DE BACTERIAS"
actinomicetos(Actinomyces) traducido del latín - hongo radiante, un grupo separado de microorganismos con una serie de características morfológicas de las especies más bajas de hongos y bacterias que no forman esporas.
Morfología de los actinomicetos
La estructura de los actinomicitos. tiene características similares a los hongos filamentosos, los buitres miceliales tienen un grosor promedio de 0,7 micras, variando entre 0,5 y 1,2 mm, que es mucho menor que el de las setas.
Para hilos, rectos o ligeramente curvados, sin particiones transversales, es característica la ramificación monopodial o, en algunos casos, verticilada. La composición de la membrana celular tiene una serie de características de las bacterias grampositivas.
Reproducción de actinomicetos
Los actinomyces se reproducen por micelio del sustrato que germina en el sustrato y micelio aéreo que crece a partir de esporangióforos.
Los fructíferos, según la especie, tienen una forma diferente de rizos, desde una forma retorcida hasta recta u ondulada.
Algunas especies de actinomicetos tienen ramas con esporas dispuestas en verticilos o haces, a menudo cuelgan monopodialmente de hilos de micelio.
La formación de esporas se produce por fragmentación o segmentación.
Fragmentación- este es el proceso de aplastar el protoplasto de la rama portadora de esporas en cien o más pequeños grumos que contienen sustancia basófila y nuclear.
Los bultos, que se convierten en esporas, se ubican en una larga cadena en la planta que produce esporas.
Segmentación- este es el proceso de dividir los segmentos que contienen esporas en segmentos en forma de varilla, con la ayuda de particiones transversales, se redondean y se convierten en esporas.
Las conchas de las esporas en diferentes especies tienen una superficie lisa, a veces irregular, dentada, espinosa y peluda. Las excrecencias en la superficie de las conchas son claramente visibles a través de un microscopio electrónico.
En la mayoría de los casos, los actinomicetos son aerófilos y mesófilos, pero los termófilos también se han generalizado, muchas de sus especies pueden formar pigmentos de diferentes colores.
Los actinomicetos, que tienen un conjunto diverso de enzimas, pueden sintetizar diversas sustancias y liberarlas en grandes cantidades al medio ambiente. Entre estas sustancias con alta actividad fisiológica, se encuentran muchas vitaminas, algunos aminoácidos, toxinas, carotenoides, fitohormonas y otros.
También vale la pena mencionar la capacidad de los actinomicetos para formar varios tipos de antibióticos.
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