Индивидуальный рост и бесполое размножение клеток

Отношение поверхность/объем у бактериальных клеток очень велико. Это способствует быстрому по- глощению питательных веществ из окружающей сре- ды за счет диффузии и активного транспорта. В бла- гоприятных условиях бактерии растут очень быстро.

Рост прежде всего зависит от температуры и рН среды, доступности питательных веществ и концентрации ионов. Облигатным аэробам обязательно нужен еще и кислород, а облигатным анаэробам, наоборот, нуж- но, чтобы его совсем не было.

Достигнув определенных размеров, бактерии переходят к бесполому размножению (бинарному де- лению), т. е. начинают делиться с образованием двух дочерних клеток. Переход к делению диктуется от- ношением объема ядра к объему цитоплазмы. Перед клеточным делением происходит репликация ДНК, во время которой мезосомы удерживают геном в опре- деленном положении (см. рис. Строение клетки). Ме- зосомы могут прикрепляться и к новым перегородкам между дочерними клетками и каким-то образом уча- ствовать в синтезе веществ клеточной стенки. У самых быстрорастущих бактерий деление происходит через каждые 20 мин.; интервал между делениями называет- ся временем генерации.

Образование перегородки (рис. 14) начинается по- сле прекращения репликации ДНК, а затем до само- го деления проходит время 20 мин (так называемый D-период). Нормальный период времени, необходи- мый для полной репликации хромосом, составляет около 40 мин. независимо от скорости роста. Эти ве- личины определяют момент инициации репликации ДНК в клетках, растущих с любой данной скоростью. Например, если время удвоения клетки равно 30 мин., то репликация ДНК заканчивается за 20 мин. до деле- ния, а инициация происходит за 40 мин. до этого, так что инициация репликации хромосом, разделенных между дочерними клетками, совпадает с делением, приведшим к образованию их прародителей. Очевид- но, инициации должны происходить в клетках такой культуры каждые 30 мин.

Рис. 14. Схематическое изображение клеточного цик- ла бактерий, показывающее распределение во времени процессов инициации репликации ДНК, возникновения перегородки и деления клетки в 50-минутном цикле.

Если время генерации изменяется до 50 мин. (рис. 14), то инициация репликации ДНК для дочер- них клеток происходит за 60 мин. до их разделения, т. е. за 10 мин. до деления, приводящего к образованию родительской клетки. Таким образом, мы видим, что репликация ДНК может инициироваться в любой мо- мент клеточного цикла, но этот момент для любого за- данного времени генерации будет фиксирован. Клетка в своей жизни проходит разные состояния: фазу роста и фазы подготовки к делению и деления. Клеточный цикл — переход от деления к синтезу веществ, со- ставляющих клетку, а затем опять к делению — можно представить на схеме в виде цикла, в котором выделя- ют несколько фаз (рис. 15).

После деления клетка вступает в фазу синтеза бел- ков и роста, эту фазу называют G1.

Рис. 15. Клеточный цикл прокариот.

 

Для того чтобы вступить в митоз, клетка должна достичь определенной массы: размеры вновь образо- ванных дочерних клеток вначале варьируют гораздо сильнее, чем на более поздней стадии, когда эти клет- ки снова вступают в митоз. Так происходит из-за того, что меньшие клетки остаются в фазе G1, пока не до- стигнут примерно той же величины, что и более круп- ные клетки. По-видимому, существует механизм регу- лирования массы клеток, вступающих в митоз, хотя он и работает с большими допусками:

Часть клеток из этой фазы переходит в фазу G0, эти клетки функционируют и потом погибают без деления (например, эритроциты). Но большинство клеток, на- копив необходимые вещества и восстановив свой раз- мер, а иногда и без изменения размеров после преды- дущего деления, начинают подготовку к следующему делению. Эта фаза называется фаза S — фаза синтеза ДНК, затем, когда хромосомы удвоились, клетка пере- ходит в фазу G2 — фазу подготовки в митозу. Затем происходит митоз (деление клетки), и цикл повторя- ется заново. Фазы G1, G2, S вместе называются интер- фазой (т. е. фазой между делениями клетки).

Жизнь клетки и переход от одной фазы клеточ- ного цикла к другой регулируется изменением кон-

центраций белков циклинов, как это показано на ри- сунке 16.

 

 

Рис. 16. Жизненный цикл клетки регулируется белками циклинами, концентрация которых меняется на разных фазах цикла. Толщина цветных сек- торов соответствует концентрации циклинов.

 

Половое размножение