Bakteriler: Bakterilerin Büyüme ve Hücre Döngüsü

Bir bakterinin büyümesi ve hücre döngüsü hakkında bilgi edinmek için bu makaleyi okuyun!

Bakterilerin Büyümesi:

Bir prokaryot hücre, büyüme için gerekli tüm bileşenleri içeren (içine veya içine yerleştirilmiş) bir ortama aşılanırsa, hücre: besinleri toplar; yeni hücre bileşenlerini sentezler; boyutta büyümek; genetik materyali çoğaltmak; yeni hücre duvarını koymak; ve sonunda ikiye bölün.

Sonuç olarak, bir hücre iki olur ve sonra başka bir zaman süresinden sonra bu bölünmeler dört olur. Bu tip hücre bölünmesi ikili bölünme olarak adlandırılır ve bu iki katına çıkma büyümesine üstel büyüme denir.

Büyüyen prokaryot popülasyonu, bu şekilde, üretim veya iki katına çıkma süresi olarak adlandırılan belirli bir süre boyunca sayıca iki katına çıkacaktır.

Üretim süresi (g) = süre (t) / nesil sayısı (n)

Orijinal (N ₀ ) ve hücrelerin son sayısı (N) biliniyorsa, kuşak sayısı hesaplanabilir, n = 3.3 formülü kullanılarak (log N - log N ₀ )

Bir popülasyonun büyüme hızı (birim zamandaki nesil sayısı), ortalama veya spesifik büyüme hızı sabiti olarak ifade edilir ve bu, aşağıdaki denklem kullanılarak ölçülür:

Ortalama büyüme oranı (μ) = 0.69 / g

Bu formülden, spesifik büyüme hızı arttıkça, üretim süresinin azalacağı görülebilir.

Bakterilerin büyüme ve bölünme hızı, mikropun doğasına, içinde büyüdüğü besiyerinin içeriğine ve çevresel koşullara bağlıdır. Örneğin, E. coli, zengin bir ortamda yetiştirildiğinde, 37 ° C'de bol miktarda havalandırma ile her 20 dakikada bir bölme yeteneğine sahiptir.

Prokaryotlar, amino asitler ve bazlar gibi esansiyel makromoleküler öncülerin sentezlenmesi için gereken minimum bir ortama yerleştirilirse, bu hücre hızı bölünmesi azalır. Buna karşılık, Mycobacterium tuberculosis, yaklaşık 18 saatlik maksimum iki katına çıkma süresine sahiptir ve örneğin bir agar plakasında koloniler oluşturmak için E. coli'den çok daha uzun sürecektir.

Bakteriyel Hücre Döngüsü:

Yeni bir hücrenin oluşumundan bir sonraki bölüme uzanan olay dizisine hücre döngüsü denir. Bu döngüde, bir E. coli hücresi, birim hücre uzunluğunun iki katı kadar kritik bir boyuta ulaşana kadar çapta çok az değişiklikle birlikte uzar.

Hücre bölünmesi başlatılır: hücrenin ortasında bir kontraktil halka oluşturulur, ayırma proteinleri yeni hücre duvarını sentezler ve her biri bakteriyel DNA'nın en az bir kopyasını içeren iki yeni hücre oluşur. Sonuç olarak, bu süre zarfında, kromozomun bir kopyası sentezlenmeli ve iki kromozom iki soy hücreye ayrılmalıdır.

DNA replikasyonu, C (kromozom replikasyonu) fazı sırasında meydana gelir ve kromozom ayrımı, değişken uzunlukta olabilen G (boşluk) fazında meydana gelir. Kromozomların ayrıştırılma mekanizması hala belirsizdir. Son olarak, duvar boyunca (septum) iki kromozom arasına serilir ve hücre ikiye ayrılır (D fazı). Hücre bölünmesi ve DNA replikasyonu koordine edilmelidir.

Kısa bir adenin ve timin bakımından zengin bir sekans olan, orjinalde (oriC) DNA replikasyonunun başlatılması, kritik bir kütleye (başlatma kütlesi) ulaşan hücreye bağlıdır ve bir dizi protein başlatma faktörü gerektirir.

Bununla birlikte, DNA ayrımı ve bölünmesi, kromozomlar bölünmeden ve hücre bölünmesi başlamadan önce belirli bir eşik uzunluğuna ulaşması gereken hücrenin uzunluğu ile kontrol edilir. Çok sayıda hücresel ve çevresel faktör, süreci kontrol eder.

Hızlı büyüme:

Büyüme koşulları uygun olduğunda, E. coli yaklaşık 20 dakikalık bir üretim süresiyle büyüyebilir. Bununla birlikte, E. coli kromozomunun tam bir kopyasını sentezlemek için geçen süre, optimum koşullar altında 40 dakikadır ve DNA ile bölünmenin ayrılması başka bir 20 dakika daha alır.

Bu nedenle, en kısa hücre döngüsü ve bu nedenle E. coli için üretim süresi 60 dakika olmalıdır. Bu açıkça durum böyle değil. Hücrelerin her 60 dakikada bir daha hızlı bölünmesi için DNA replikasyonu bir döngüde başlamalı ve diğerinde bitmelidir

Hücreler hızlı bir şekilde büyürken (üretim süresi <60 dakika), replikasyonun başlangıcı, normal olarak, kromozomun sonlandırma noktasına çift yönlü olarak hareket eden iki replikasyon çatalının üretilmesiyle oluşur.

Bununla birlikte, bu yeni iplikler üzerindeki kökenler daha sonra önceki DNA çoğalması turu bitmeden tekrar çoğaltma turları başlatır. Bu nedenle, hücre bölünmesi gerçekleştiğinde, kızı hücrelerde bulunan DNA zaten kopyalanmaktadır. Hücre büyüme hızı ne kadar yüksek olursa, çoğaltma çatalları o kadar çok oluşturulur ki, yeni hücrelerdeki DNA birden fazla çoğaltma çatalına sahip olabilir.

Toplu Kültürde Büyüme:

Çok sayıda mikrop üretmenin en iyi yolu, onları sıvı bir ortamda büyütmek için kullandığımız teknik, hücrelerin uygun bir ortamın şişelerine aşılandığı ve uygun bir sıcaklık ve havalandırma derecesinde yetiştirilen toplu kültürdür. Bu şekilde yetiştirilen prokaryotlar, bakteri üreme eğrisi olarak adlandırılan belirli bir büyüme düzenini gösterir.

Canlı bakteriyel hücrelerin sayısı zamanla ölçülür ve zamana karşı yaşayabilir ₁₀ hücre sayısının grafiği olarak çizilir. Buna yarı logaritmik arsa denir. Üretilen çok sayıda hücre nedeniyle prokaryot büyümesini planlamak ve mikrobiyal büyümenin üssel doğasını ortaya çıkarmak için logaritmik bir ölçek kullanılır.

Eğer hücre sayısındaki artışı işaretlemek için aritmetik bir ölçek kullanılırsa, artan gradyan eğrisi görülür. Logaritmik bir ölçek kullanıldığında bu düz bir çizgiye dönüştürülür. Prokaryotun üretim zamanı doğrudan grafikten okunabilir. Prokaryot büyüme eğrisi, büyümenin dört aşamasını ortaya koymaktadır.

ben. Gerileme anı:

Bakteriler ilk olarak bir ortama aşılandıklarında, hiçbir büyümenin olmadığı bir süre vardır. Bu aşamada, hücreler yeni ortama adapte olur, gerektiğinde yeni enzimleri sentezler ve hücre bölünmesi için hazır hücre boyutunu arttırır.

Bu sürenin uzunluğu inokulumun yapısına bağlıdır. Bu, aynı ortamdaki taze bir kültürden geliyorsa, gecikme fazı kısa olacaktır, ancak inokulum eskiyse ya da ortam değiştirilmişse (özellikle bakterileri zengin bir ortamdan fakir olana taşıma) gecikme fazı daha uzun olacaktır. .

ii. Üstel (logaritmik) faz:

Prokaryotlar bölünmeye başladığında, sayılar prokaryotun üretim (iki katına çıkma) süresini yansıtan sabit bir oranda artar. Bu, grafiğin bu bölümünde düz bir çizgi olarak görülür.

iii. Durağan faz:

Prokaryotların sayıları arttıkça, mevcut tüm besinleri kullanırlar ve büyüme inhibitörlerini biriktirirler. Sonunda, büyüme eğrisinin düzleşmesi olarak görülen hücre sayısında net bir artış olmadığı bir noktaya ulaşılır. Bu denge durumunda, hücreler hala çalışmaktadır. Bazı küçük miktarlarda kontrollü hücre bölünmesiyle dengelenmiş bir hücre ölümü vardır.

iv. Ölüm evresi:

Bir süre sonra hücre ölümü oranı hücre bölünmesinden daha büyük hale gelir ve yaşayabilir hücrelerin sayısı düşer. Hücreler parçalanır ve kültür daha az bulanık hale gelir.

Lock ve ark. (1965) bu büyüme aşamaları için farklı terminoloji önerdi. Kütle evresi için 'tropophase' ve toplu kültürün durağan fazı için 'idiofaz' kullandılar. Bu tipik büyüme eğrisi 'sigmoidal büyüme eğrisi' olarak bilinir.