Pasos para la replicación del ADN bacteriano

Contenido

¿En qué se diferencia la replicación del ADN bacteriano de la replicación del ADN eucariota?

Características de contraste entre bacterias Pasos de replicación del ADN (procariota) y eucariota Replicación de ADN Los procesos se identifican principalmente con la diferencia en complejidad y tamaño del ADN y la célula.

En las células procariotas, existe un solo lugar de partida para que el proceso de replicación ocurra en dos encabezados opuestos simultáneamente y en el citoplasma celular, a diferencia de las células eucariotas, que tienen numerosas áreas de origen de replicación y utilizan la replicación unidireccional dentro del nucleoplasma.

Replicación del ADN procariotaReplicación de ADN eucariota
El sitio de replicación es el citoplasmaEl sitio de replicación es el núcleo
Origen de la replicación: ÚnicoOrigen de la replicación: múltiple
ADN Girasa: RequeridoADN Girasa: No es necesario
La replicación ocurre muy rápido (generalmente en 20 minutos)El proceso de replicación lleva mucho más tiempo
Se forman fragmentos de Okazaki muy largos (1-2 kilo pares de bases)Los fragmentos de Okazaki son muy cortos.
Los telómeros no se replican porque el ADN procariótico es circularLos telómeros están presentes y se replican ya que el ADN eucariota no es circular.
Tabla 1: Características contrastantes de los pasos de replicación procariotas y eucariotas

Otros hechos importantes relacionados con el proceso de replicación:

  • En comparación con los procariotas, los eucariotas tienen 25 veces más contenido de ADN.
  • Las células eucariotas generalmente tienen el doble de Polimerasas de ADN en comparación con las células procariotas (normalmente tiene dos ADN polimerasas) La replicación se produce además a una velocidad mucho más rápida en las células procariotas, en comparación con las eucariotas. Por lo general, requieren solo 40 minutos, mientras que los humanos pueden necesitar hasta 400 horas.
  • Los eucariotas también tienen una interacción particular para replicar los telómeros en su cromosomaCierres de (fin). Mientras que los procariotas tienen cromosomas circulares, no hay telómeros presentes.
  • La replicación corta en procariotas ocurre de manera persistente, pero en las células eucariotas la replicación del ADN durante la ciclo celular más precisamente en el sintético (Fase S).
Pasos de replicación del ADN bacteriano
Figura: La formación de la horquilla de replicación es el paso clave para la replicación del ADN. Credito de imagen: AWS Commons

¿Dónde ocurre la replicación del ADN en las bacterias?

El proceso de replicación del ADN bacteriano ocurre en el citoplasma.

El "ciclo celular" de la bacteria comienza con el comienzo de la replicación en el origen de replicación único. La replicación requiere depender de la longitud de un cromosoma, que es seguida por algún tiempo hasta que finaliza la división.

Otros hechos importantes sobre el crecimiento bacteriano y la replicación del ADN:

  • Los microorganismos crecen en general bajo dos condiciones únicas, ya sea con un suministro limitado de nutrientes. Esto se menciona como crecimiento microbiano estático (sin incremento de la población) o en abundante suministro de nutrientes, donde el crecimiento de la población (población) es rápido y se implica como crecimiento microbiano logarítmico.
  • Así sucede cuando los cultivos bacterianos son más densos o algunas variables diferentes resisten el crecimiento de la población.

La replicación del ADN en una bacteria durante la fase logarítmica ocurre continuamente. Esta es una suposición fundamental que depende de los cuatro hechos básicos que la acompañan:

  • El genoma de E. coli tiene aproximadamente 4.5 millones de pares de bases de largo.
  • La velocidad de replicación es de alrededor de 1000 bases / seg.
  • La replicación tarda 15 minutos en completarse
  • Existe un solo origen de replicación en el genoma.

Para duplicar 4.5 millones de bases de una bacteria se necesitarán 4.500 segundos o 75 minutos (si la velocidad de replicación es 1000 bp / seg). La replicación del ADN, incluso a una tasa de duplicación lenta, tomará aproximadamente una hora si el proceso de replicación del ADN es continuo.

Ahora surge una pregunta en mente, ¿cómo podría una bacteria E. coli copiar su ADN en menos de 75 minutos?

  • La explicación es que el origen de la replicación se inicia antes de que finalice la replicación del cromosoma. Si el ori comienza cada 15 minutos cuando la replicación primaria se completa después de 75 minutos, el cromosoma contendrá más horquillas de replicación.
  • En consecuencia, en los organismos microscópicos, no hay algo muy parecido al “ciclo celular” como en las células eucariotas. Tampoco aludimos a la mitosis de las células nucleadas, sino a la división celular. Además, la reproducción es un término que no se utiliza con frecuencia en la ciencia microbiana.

¿Cómo se dividen y reproducen las células bacterianas?

La fisión binaria es el tipo de proceso de reproducción mediante el cual la mayoría de los microorganismos multiplican su número.

La bacteria se separa en dos células hijas. El fenómeno de la fisión binaria comienza cuando el ADN de la bacteria se replica. La célula bacteriana primero se alarga y luego da lugar a dos células hijas al dividir el contenido de ADN de la célula madre. Cada célula hija es el clon de una célula madre.

Fisión binaria y otras formas de reproducción en bacterias:

Fisión binaria

La mayoría de los organismos microscópicos dependen de la fisión binaria para su reproducción. Es una forma elemental de reproducción:

  • Una célula crece de tamaño (la mayoría de las veces, el doble de su tamaño inicial) y luego se divide en dos.
  • Cada célula hija es una réplica completa de su material hereditario fundamental (genoma).

La división de células bacterianas se analiza en muchos centros de investigación de exploración a nivel mundial. Estos exámenes descubren los mecanismos genéticos que controlan la división celular bacteriana: comprender la mecánica de este ciclo y considerar la producción de nuevas sustancias o antibióticos que se dirijan explícitamente a la división celular bacteriana.

Pasos para la replicación del ADN bacteriano
Figura: Pasos clave involucrados en el proceso de fisión binaria. Credito de imagen: AWS Commons

Algunas formas inusuales de reproducción en bacterias:

  • Hay microbios que utilizan formas inusuales de división celular para multiplicarse.
  • Los microbios crecen más del doble de su tamaño celular inicial y luego utilizan divisiones posteriores para formar múltiples células hijas.
  • Algunas especies bacterianas se multiplican por el proceso de gemación.
  • Otros forman una estructura (interna) que se forma dentro del citoplasma de una "célula madre" más gigante.
  • Hay pocos ejemplos de estos tipos sorprendentes de procesos de reproducción bacteriana.

Producción de baeocitos en la cianobacteria Stanieria

La producción de baeocitos se lleva a cabo en los siguientes pasos:

  • Stanieria nunca adopta el proceso de fisión binaria para la multiplicación. Comienza como una pequeña célula esférica de aproximadamente 1 a 2 μm de ancho. Esta célula se denomina baeocito (que significa "una pequeña célula").
  • El baeocito comienza a crecer y finalmente forma una célula vegetativa de hasta 30 μm de tamaño. A medida que se desarrolla, el ADN celular se duplica una y otra vez, y la célula crea una matriz extracelular densa.
  • La célula vegetativa finalmente cambia a una etapa útil en la que atraviesa una rápida progresión de divisiones citoplasmáticas para producir múltiples baeocitos.
  • Al final, el marco extracelular se abre, liberando los baeocitos. Diferentes individuos de Pleurocapsales (una orden de cianobacterias) utilizan sorprendentes ejemplos de división en su propagación.

Brotando en bacterias

  • Se ha observado la gemación en individuos de Firmicutes, Cyanobacteria, Planctomycetes (también conocido como Bacterias Gram-Positivas de G + C bajo) y Proteobacteria prothecate.
  • Aunque el mecanismo de la gemación se ha estudiado ampliamente en la levadura (Saccharomyces cerevisiae), que es un sistema eucariota, el mecanismo de desarrollo de la yema aún se encuentra en investigación y exploración.

Producción de descendencia intracelular por algunos Firmicutes

  • Metabacterium polyspora, especies de Epulopiscium y las bacterias filamentosas segmentadas (SFB) estructuran numerosas crías intracelulares.
  • Para algunos microbios, este ciclo parece ser la mejor forma de multiplicarse. El crecimiento intracelular de la descendencia en estos organismos microscópicos imparte similitudes con el desarrollo de endosporas en Bacillus subtilis. 

En las especies gigantes de Epulopiscium, este extraordinario sistema regenerativo comienza con una división celular desigual. En lugar de colocar el anillo FtsZ en el centro de la celda, como en el proceso de fisión binaria: 

  1. Los anillos Z se colocan cerca de ambos terminales celulares en Epulopiscium. 
  2. La división da forma a una célula madre gigante y dos células hijas diminutas. 
  3. Las celdas pequeñas contienen ADN y quedar completamente inundado por la célula madre gigante. 
  4. La descendencia interna se desarrolla dentro del citoplasma de la célula madre. 
  5. Una vez finalizado el crecimiento de la descendencia, la célula madre se degrada y entrega la posteridad.

¿Cuál es la diferencia básica entre el ADN genómico bacteriano y el ADN plasmídico?

El ADN genómico y el ADN plasmídico son dos tipos de ADN que presentan los organismos vivos.

El ADN genómico es el ADN cromosómico de las formas de vida que contienen datos genéticos. Por otra parte, el ADN plasmídico es ADN extracromosómico presente en organismos microscópicos, arqueas y algunos eucariotas.

  • La principal diferencia entre el ADN plasmídico y el ADN genómico es que el ADN genómico es fundamental para la resistencia de las formas de vida.
  • El ADN plasmídico no es esencial para la persistencia de los organismos vivos. Asimismo, el ADN genómico y plasmídico también difieren en sus tamaños. El ADN genómico suele ser más grande que el ADN plasmídico.
  • El ADN genómico contiene genes cruciales que producen todas las proteínas primarias y valiosas. Sin embargo, el ADN plasmídico contiene genes que brindan beneficios adicionales a las criaturas. Posteriormente, esto también es una distinción entre ADN genómico y plásmido.
Pasos para la replicación del ADN bacteriano
Figura: Destino del ADN plasmídico (extracromosómico). Credito de imagen: Wikimedia Commons
CaracterísticasADN plásmidoADN genómico
DefiniciónEs un tipo de ADN extra cromosómico presente en procariotas y algunos eucariotas.Está presente en forma de material genético que alberga la información genética de un individuo.
OrganismoCon frecuencia está presente en procariotas y también en algunos eucariotas.Está presente en todos los seres vivos
TamañoDe menor tamaño (pocos kilopares de bases)Generalmente de mayor tamaño
TipoDe naturaleza extracromosómicaPresente en los cromosomas
Codificación de genesCodifica proteínas adicionales, como la resistencia a los antibióticos, que proporciona capacidades de supervivencia adicionales al organismo.Codifica proteínas esenciales para la supervivencia del organismo (implicadas en la realización de procesos vitales)
Transferencia de genesLa transferencia horizontal de genes (transformación) es posible, pero no se requiere división celular.La transferencia horizontal de genes no es posible, solo es posible la transferencia vertical de genes (de padres a hijos)
vectorA menudo se utiliza como vector para experimentos de ingeniería genética.No es muy prometedor para ser utilizado como vector.
Tasa de replicaciónMuy altoMínima
Tabla 2: Diferencias entre plásmido y ADN genómico

Sobre el Dr. Abdullah Arsalan

Pasos para la replicación del ADN bacterianoSoy Abdullah Arsalan, completé mi doctorado en Biotecnología. Tengo 7 años de experiencia en investigación. Hasta ahora he publicado 6 artículos en revistas de renombre internacional con un factor de impacto promedio de 4.5 y pocos más están en consideración. He presentado trabajos de investigación en diversos congresos nacionales e internacionales. Mi área temática de interés es la biotecnología y la bioquímica con especial énfasis en la química de proteínas, enzimología, inmunología, técnicas biofísicas y biología molecular.

Conectémonos a través de LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/abdullah-arsalan-a97a0a88/) o Google Scholar (https://scholar.google.co.in/citations?user=AeZVWO4AAAAJ&hl=en).

en English
X