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22.2B: Reprodução Procariótica - Biologia


Os procariontes se reproduzem assexuadamente por fissão binária; eles também podem trocar material genético por transformação, transdução e conjugação.

objetivos de aprendizado

  • Distinguir entre os tipos de reprodução em procariontes

Pontos chave

  • A fissão binária é um tipo de reprodução em que o cromossomo é replicado e o procarioto resultante é uma cópia exata do procarioto parental, não deixando oportunidade para diversidade genética.
  • A transformação é um tipo de reprodução procariótica em que um procarioto pode absorver DNA encontrado no ambiente que se originou de outros procariotos.
  • A transdução é um tipo de reprodução procariótica em que um procariota é infectado por um vírus que injeta pequenos pedaços de DNA cromossômico de uma bactéria para outra.
  • Conjugação é um tipo de reprodução procariótica em que o DNA é transferido entre procariotos por meio de um pilus.

Termos chave

  • transformação: a alteração de uma célula bacteriana causada pela transferência de DNA de outra, principalmente se patogênica
  • transdução: mecanismo de transferência horizontal de genes em procariotos, onde os genes são transferidos usando um vírus
  • fissão binária: o processo pelo qual uma célula se divide assexuadamente para produzir duas células-filhas
  • conjugação: a fusão temporária de organismos, especialmente como parte da reprodução sexual
  • pilus: um apêndice em forma de cabelo encontrado na superfície celular de muitas bactérias

Reprodução

A reprodução em procariotos é assexuada e geralmente ocorre por fissão binária. O DNA de um procarioto existe como um único cromossomo circular. Os procariontes não sofrem mitose; em vez disso, o cromossomo é replicado e as duas cópias resultantes se separam uma da outra, devido ao crescimento da célula. O procarioto, agora aumentado, é comprimido para dentro em seu equador e as duas células resultantes, que são clones, se separam. A fissão binária não oferece uma oportunidade para recombinação genética ou diversidade genética, mas procariotos podem compartilhar genes por três outros mecanismos.

Na transformação, o procarioto recebe DNA encontrado em seu ambiente, que é eliminado por outros procariotos. Se uma bactéria não patogênica pega DNA para um gene de toxina de um patógeno e incorpora o novo DNA em seu próprio cromossomo, ela também pode se tornar patogênica. Na transdução, os bacteriófagos, os vírus que infectam as bactérias, às vezes também movem pequenos pedaços de DNA cromossômico de uma bactéria para outra. A transdução resulta em um organismo recombinante. As arquéias não são afetadas por bacteriófagos, mas possuem seus próprios vírus que translocam o material genético de um indivíduo para outro. Na conjugação, o DNA é transferido de um procarioto para outro por meio de um pilus, que coloca os organismos em contato uns com os outros. O DNA transferido pode estar na forma de um plasmídeo ou como um híbrido, contendo plasmídeo e DNA cromossômico.

A reprodução pode ser muito rápida: alguns minutos para algumas espécies. Esse curto tempo de geração, aliado a mecanismos de recombinação genética e altas taxas de mutação, resulta na rápida evolução dos procariotos, permitindo-lhes responder às mudanças ambientais (como a introdução de um antibiótico) muito rapidamente.


Divisão de células procarióticas

O processo de divisão celular usado por procariontes (como a bactéria E. coli) e alguns eucariotos unicelulares é denominado fissão binária. Para organismos unicelulares, a divisão celular é o único método para produzir novos indivíduos. O resultado deste tipo de reprodução celular é um par de células filhas que são geneticamente idênticos ao original célula parental. Em organismos unicelulares, as células-filhas são organismos individuais inteiros. Este é um processo menos complicado e muito mais rápido do que a divisão celular em eucariotos. Devido à velocidade da divisão celular bacteriana, as populações de bactérias podem crescer muito rapidamente.

Figura 1: Uma bactéria E. coli se dividindo em duas células-filhas idênticas

Para obter o resultado de células-filhas idênticas, existem algumas etapas essenciais. O DNA genômico deve ser replicado (usando a replicação do DNA) para produzir duas cópias idênticas de todo o genoma. Em seguida, uma cópia deve ser movida para cada uma das células-filhas. O conteúdo citoplasmático também deve ser dividido para dar às duas novas células a maquinaria para sustentar a vida. Como as células bacterianas têm um genoma que consiste em um único cromossomo de DNA circular, o processo de divisão celular é muito simples.

/>Figura 2: A divisão celular procariótica ocorre por meio de um processo denominado fissão binária.


Fissão Binária

Devido à relativa simplicidade dos procariotos, o processo de divisão celular é menos complicado e muito mais rápido do que a divisão celular em eucariotos. Como uma revisão das informações gerais sobre a divisão celular que discutimos no início deste capítulo, lembre-se de que o único cromossomo circular do DNA da bactéria ocupa um local específico, a região nucleóide, dentro da célula (). Embora o DNA do nucleóide esteja associado a proteínas que auxiliam no empacotamento da molécula em um tamanho compacto, não há proteínas histonas e, portanto, não há nucleossomos em procariotos. As proteínas de empacotamento de bactérias estão, entretanto, relacionadas às proteínas coesina e condensina envolvidas na compactação cromossômica de eucariotos.

O cromossomo bacteriano está ligado à membrana plasmática em torno do ponto médio da célula. O ponto de partida da replicação, a origem, está próximo ao sítio de ligação do cromossomo à membrana plasmática (Figura). A replicação do DNA é bidirecional, afastando-se da origem em ambas as fitas do loop simultaneamente. À medida que as novas fitas duplas são formadas, cada ponto de origem se afasta da fixação da parede celular em direção às extremidades opostas da célula. À medida que a célula se alonga, a membrana crescente auxilia no transporte dos cromossomos. Depois que os cromossomos limparam o ponto médio da célula alongada, a separação citoplasmática começa. A formação de um anel composto de unidades repetidas de uma proteína chamada FtsZ (abreviação de “filamenting mutante sensível à temperatura Z”) direciona a partição entre os nucleoides. A formação do anel FtsZ desencadeia o acúmulo de outras proteínas que trabalham juntas para recrutar novos materiais de membrana e parede celular para o local. Um septo é formado entre os nucleoides filhos, estendendo-se gradualmente da periferia em direção ao centro da célula. Quando as novas paredes celulares estão no lugar, as células-filhas se separam.

Essas imagens mostram as etapas da fissão binária em procariotos. (crédito: modificação do trabalho de “Mcstrother” / Wikimedia Commons)


13.1 Procariotos

Capítulo 13.1 páginas da pasta de trabalho & # 8211 Nota: A primeira página do capítulo 13.2 & # 8217s atribuição verdadeiro / falso está incluída no final do pacote do capítulo 13.1. Conclua quando chegar ao capítulo 13.2.

Além disso, a segunda atribuição de vocabulário fornece uma das respostas do número 4. Aproveite a resposta gratuita, lol.

Vocabulário

  • droga antibiótica
    • droga que mata bactérias e cura infecções e doenças bacterianas.
    • capacidade de resistir a antibióticos que se desenvolveram em algumas bactérias.
    • um dos dois domínios procariontes que incluem organismos que vivem em ambientes extremos.
    • domínio dos procariontes, alguns dos quais causam doenças humanas.
    • colônia de procariotos que está presa a uma superfície como uma rocha ou tecido de um hospedeiro.
    • Bactérias fotossintéticas gram-positivas azul-esverdeadas.
    • esporos que se formam dentro das células procarióticas quando estão sob estresse, envolvendo o DNA e ajudando-o a sobreviver a condições que podem matar a célula.
    • qualquer tipo de Archaea que vive em um ambiente extremo, como um ambiente muito salgado, quente ou ácido.
    • extensões de proteínas longas e finas da membrana plasmática na maioria das células procarióticas que ajudam as células a se moverem
    • Método para aumentar a variação genética em procariotos que envolve células “agarrando” pedaços perdidos de DNA de seu ambiente ou trocando DNA diretamente com outras células.
    • tipo de bactéria que se mancha de vermelho com a coloração de Gram e tem uma parede celular fina com uma membrana externa.
    • tipo de bactéria que fica roxa com a coloração de Gram e tem uma parede celular espessa sem membrana externa.
    • pequeno pedaço circular de DNA em uma célula procariótica.
    • organismo como um inseto que espalha patógenos de hospedeiro para hospedeiro.

    Introdução

    Sem dúvida, você já teve dor de garganta antes e provavelmente já comeu queijo ou iogurte. Se sim, então você encontrou o mundo fascinante dos procariontes. Os procariontes são organismos unicelulares sem núcleo. Eles também não têm outras organelas ligadas à membrana. Os procariontes são minúsculos e às vezes incômodos, mas são os organismos mais numerosos da Terra. Sem eles, o mundo seria um lugar muito diferente.

    Aqui está um material para impressão para ajudá-lo a se lembrar do material do vídeo acima:

    Classificação de procariontes

    Os procariotos são atualmente colocados em dois domínios. Um domínio é o táxon mais alto, logo acima do reino. Os domínios procariontes são Bactérias e Archaea (Vejo Figura abaixo). O terceiro domínio é Eukarya. Inclui todos os eucariotos. Ao contrário dos procariotos, os eucariotos têm um núcleo em suas células.

    Aqui está outro material para impressão que você pode querer dar uma olhada para ajudá-lo a se lembrar do material em vídeo:

    Característica Bactérias Archaea Eukarya
    Flagelos Exclusivo para bactérias Exclusivo para Archaea Exclusivo para Eukarya
    Membrana celular Exclusivo para bactérias Como Bactérias e Eukarya Exclusivo para Eukarya
    Síntese proteíca Exclusivo para bactérias Como eukarya Como Archaea
    Íntrons Ausente na maioria Presente Presente
    Peptidoglicano (na parede celular) Presente Ausente na maioria Ausente

    Bactérias de domínio

    As bactérias são o grupo de organismos mais diverso e abundante da Terra. Eles vivem em quase todos os ambientes. Eles são encontrados no oceano, no solo e nos intestinos dos animais. Eles são encontrados até mesmo em rochas bem abaixo da superfície da Terra. Qualquer superfície que não tenha sido esterilizada pode estar coberta por bactérias. O número total de bactérias no mundo é incrível. Estima-se que seja 5 × 10 30, ou cinco milhões de trilhões de trilhões. Você tem mais bactérias dentro e fora do corpo do que células!

    Bactéria chamada cianobactéria são muito importantes. Eles são de cor verde azulada (ver Figura abaixo) porque contêm clorofila. Eles fazem comida por meio da fotossíntese e liberam oxigênio no ar.

    Milhares de espécies de bactérias foram descobertas e acredita-se que existam muitas mais. As espécies conhecidas podem ser classificadas com base em várias características. Uma classificação é baseada nas diferenças nas paredes celulares e nas membranas externas. Ele agrupa bactérias em Gram-positivo e Gram-negativo bactérias, conforme descrito em Figura abaixo.

    Domínio Archaea

    Os cientistas ainda sabem relativamente pouco sobre Archaea. Em parte, isso se deve ao fato de serem difíceis de cultivar em laboratório. Muitos vivem dentro de corpos de animais, incluindo humanos. No entanto, nenhum é conhecido por causar doenças.

    Archaea foram descobertos pela primeira vez em ambientes extremos. Por exemplo, alguns foram encontrados em fontes termais. Outros foram encontrados em torno de aberturas de águas profundas. Essas arquéias são chamadas extremófilos, ou “amantes de extremos”. Figura abaixo descreve três tipos diferentes de extremófilos arqueanos.

    Sabe-se agora que as Archaea vivem em quase todos os lugares da Terra. Eles são particularmente numerosos no oceano. Archaea no plâncton pode ser um dos tipos de organismos mais abundantes do planeta. Archaea também desempenha papéis importantes nos ciclos do carbono e do nitrogênio. Por essas razões, as Archaea são agora reconhecidas como um aspecto importante da vida na Terra.

    Mastering Science: Extremophile Hunt (Nota: Este vídeo menciona bilhões de anos.)

    Extremófilos da BBC e animais estranhos # 8211 (opcional)

    Estrutura Procarionte

    A maioria das células procarióticas é muito menor do que as células eucarióticas. Embora sejam minúsculas, as células procarióticas podem ser distinguidas por suas formas. As formas mais comuns são hélices, esferas e hastes (ver Figura abaixo).

    Membrana de plasma e parede celular

    Como outras células, as células procarióticas têm uma membrana plasmática (ver Figura abaixo). Ele controla o que entra e sai da célula. É também o local de muitas reações metabólicas. Por exemplo, a respiração celular e a fotossíntese ocorrem na membrana plasmática.

    A maioria dos procariontes também possui parede celular. Encontra-se fora da membrana plasmática. Dá força e rigidez à célula. Bactérias e Archaea diferem na composição de sua parede celular. A parede celular das bactérias contém peptidoglicano (composto de açúcares e aminoácidos). A parede celular da maioria das Archaea carece de peptidoglicano.

    Citoplasma e estruturas celulares

    Dentro da membrana plasmática das células procarióticas está o citoplasma. Ele contém várias estruturas, incluindo ribossomos, um citoesqueleto e material genético. Ribossomos são locais onde as proteínas são produzidas. O citoesqueleto ajuda a célula a manter sua forma. O material genético é geralmente uma única alça de DNA. Também pode haver pequenos pedaços circulares de DNA, chamados plasmídeos (Vejo Figura abaixo). O citoplasma também pode conter microcompartimentos. Essas são estruturas minúsculas cercadas por proteínas. Eles contêm enzimas e estão envolvidos em processos metabólicos.

    Estruturas Extracelulares

    Muitos procariotos têm uma camada extra, chamada cápsula, fora da parede celular. A cápsula protege a célula de produtos químicos e ressecamento. Também permite que a célula adira a superfícies e a outras células. Por causa disso, muitos procariontes podem formar biofilmes, como o mostrado na Figura abaixo. UMA biofilme é uma colônia de procariontes que está presa a uma superfície como uma rocha ou os tecidos de um hospedeiro. A placa pegajosa que se acumula nos dentes entre as escovações é um biofilme. Ele consiste em milhões de bactérias.

    A maioria dos procariontes também tem estruturas de proteínas longas e finas chamadas flagelo (singular, flagelo). Eles se estendem da membrana plasmática. Os flagelos ajudam os procariontes a se moverem. Eles giram em torno de uma base fixa, fazendo com que a célula role e tombe. Como mostrado em Figura abaixo, procariotos podem ter um ou mais flagelos.

    Endosporos

    Muitos organismos formam esporos para reprodução. Alguns procariontes formam esporos para sobreviver. Chamado endosporos, eles se formam dentro das células procarióticas quando estão sob estresse. O estresse pode ser radiação ultravioleta, altas temperaturas ou produtos químicos agressivos. Os endosporos encerram o DNA e o ajudam a sobreviver em condições que podem matar a célula. Os endosporos são comumente encontrados no solo e na água. Eles podem sobreviver por longos períodos de tempo.

    Metabolismo procarionte

    Como todas as coisas vivas, os procariontes precisam de energia e carbono. Eles atendem a essas necessidades de várias maneiras. Na verdade, os procariontes têm quase todos os tipos possíveis de metabolismo. Eles podem obter energia da luz (foto) ou de compostos químicos (quimio). Eles podem obter carbono do dióxido de carbono (autotrófico) ou de outras coisas vivas (heterotrófico). Mesa abaixo mostra todos os tipos possíveis de metabolismo. Que tipos de procariontes são produtores? Quais são os consumidores?

    Tipo de energia Fonte de carbono: dióxido de carbono Fonte de carbono: outros organismos
    Luz Fotoautotrófico Fotoheterotrófico
    Compostos químicos Quimioautotrófico Quimioheterotrófico

    A maioria dos procariotos são quimioheterotróficos. Eles dependem de outros organismos tanto para energia quanto para carbono. Muitos decompõem os resíduos orgânicos e os restos de organismos mortos. Eles desempenham papéis vitais como decompositores e ajudam a reciclar carbono e nitrogênio. Os fotoautótrofos são produtores importantes. Eles são especialmente importantes em ecossistemas aquáticos.

    Habitats Procariontes

    Os habitats procariontes podem ser classificados com base no oxigênio ou na temperatura. Esses fatores são importantes para a maioria dos organismos.

    • Procariontes aeróbicos precisam de oxigênio. Eles o usam para a respiração celular. Um exemplo é a bactéria que causa a doença tuberculose (TB). Ele infecta os pulmões humanos.
    • Procariontes anaeróbicos não precisam de oxigênio. Eles usam fermentação ou outros métodos de respiração que não requerem oxigênio. Na verdade, alguns não toleram oxigênio. Um exemplo é uma bactéria que infecta feridas e mata tecidos, causando uma doença chamada gangrena.

    Temperatura

    Como a maioria dos organismos, os procariontes vivem e crescem melhor dentro de certas faixas de temperatura. Os procariotos podem ser classificados por suas preferências de temperatura, conforme mostrado em Mesa abaixo. Que tipo de procarioto você esperaria encontrar dentro do corpo humano?

    Tipo de procarionte Temperatura Preferida Onde pode ser encontrado
    Termófilo acima de 45 ° C (113 ° F) em composto
    Mesófilo cerca de 37 ° C (98 ° F) dentro de animais
    Psicrófilo abaixo de 20 ° C (68 ° F) no fundo do oceano

    Reprodução em procariontes

    As células procariotas crescem até certo tamanho. Em seguida, eles se dividem por meio da fissão binária.

    Fissão Binária

    A fissão binária é um tipo de reprodução assexuada. Ocorre quando uma célula-mãe se divide em duas células-filhas idênticas. Isso pode resultar em um crescimento populacional muito rápido. Por exemplo, em condições ideais, as populações bacterianas podem dobrar a cada 20 minutos. Esse rápido crescimento populacional é uma adaptação a um ambiente instável. Você pode explicar por quê?

    Transferência Genética

    Na reprodução assexuada, todos os descendentes são exatamente iguais. Essa é a maior desvantagem desse tipo de reprodução. Porque? A falta de variação genética aumenta o risco de extinção. Sem variedade, pode não haver organismos que possam sobreviver a uma grande mudança no meio ambiente.

    Os procariontes têm uma maneira diferente de aumentar a variação genética. É chamado transferência genética. Isso pode ocorrer de duas maneiras. Uma maneira é quando as células “agarram” pedaços perdidos de DNA de seu ambiente. A outra forma é quando as células trocam DNA diretamente (geralmente plasmídeos) com outras células. A transferência genética torna as bactérias muito úteis na biotecnologia. Ele pode ser usado para criar células bacterianas que carregam novos genes.

    Bactérias e humanos

    As bactérias e os humanos têm muitos relacionamentos importantes. As bactérias facilitam nossa vida de várias maneiras. Na verdade, não poderíamos sobreviver sem eles. Por outro lado, as bactérias também podem nos deixar doentes.

    Benefícios das bactérias

    As bactérias fornecem serviços ecossistêmicos vitais. Eles são decompositores importantes. Eles também são necessários para os ciclos do carbono e do nitrogênio. Existem bilhões de bactérias dentro do intestino humano. Eles ajudam na digestão dos alimentos, na produção de vitaminas e desempenham outras funções importantes. Os humanos também usam bactérias de muitas outras maneiras, incluindo:

    • Criação de produtos, como etanol e enzimas.
    • Fabricação de medicamentos, como antibióticos e vacinas.
    • Fazendo biogás, como metano.
    • Limpando derramamentos de óleo e resíduos tóxicos.
    • Matando pragas de plantas.
    • Transferência de genes normais para células humanas em terapia gênica.
    • Alimentos para fermentação (ver Figura abaixo).

    TED Ed: A bactéria benéfica que torna os alimentos deliciosos

    Bactérias e doenças

    Você tem dez vezes mais bactérias do que células humanas em seu corpo!

    TED Ed: Vocês são seus micróbios

    A maioria dessas bactérias é inofensiva. No entanto, as bactérias também podem causar doenças. Exemplos de doenças bacterianas incluem tétano, sífilis e intoxicação alimentar. As bactérias podem se espalhar diretamente de uma pessoa para outra. Por exemplo, eles podem se espalhar pelo toque, tosse ou espirro. Eles também podem se espalhar por meio de alimentos, água ou objetos.

    TED Ed: Como os germes se propagam?

    Outra maneira pela qual as bactérias e outros patógenos podem se espalhar é por meio de vetores. UMA vetor é um organismo que espalha patógenos de hospedeiro para hospedeiro. Os insetos são os vetores mais comuns de doenças humanas. Figura abaixo mostra dois exemplos.

    Quão perigosa é a doença de Lyme?

    Os humanos literalmente entraram em algumas novas doenças bacterianas. Quando as pessoas entram em contato com populações selvagens, elas podem se tornar parte dos ciclos naturais de transmissão de doenças. Considere a doença de Lyme. É causada por bactérias que normalmente infectam pequenos mamíferos selvagens, como camundongos. Um carrapato morde um rato e pega a bactéria. O carrapato pode então picar um humano que invade o habitat natural. Por meio da picada, a bactéria é transmitida ao hospedeiro humano.

    Controle de bactérias

    Bactérias em alimentos ou água geralmente podem ser mortas pelo aquecimento a uma temperatura alta (geralmente, pelo menos 71 ° C ou 160 ° F). As bactérias em muitas superfícies podem ser mortas com alvejante à base de cloro ou outros desinfetantes. Infecções bacterianas em pessoas podem ser tratadas com drogas antibióticas. Por exemplo, se você já teve garganta “estreptocócica”, provavelmente foi tratado com um antibiótico.

    Os antibióticos salvaram muitas vidas. No entanto, o uso indevido e o uso excessivo de drogas levaram a resistência a antibióticos em bactérias. Figura abaixo mostra como a resistência aos antibióticos evolui. Algumas cepas de bactérias agora são resistentes à maioria dos antibióticos comuns. Essas infecções são muito difíceis de tratar.

    TED Ed: O que causa resistência aos antibióticos
    NOTA: Há uma breve menção à evolução neste vídeo.

    Resumo da lição

    • Os procariontes incluem Bactérias e Archaea. Um procarioto individual consiste em uma única célula sem núcleo. As bactérias vivem em praticamente todos os ambientes da Terra. Archaea vivem em todos os lugares da Terra, incluindo ambientes extremos.
    • A maioria das células procarióticas é muito menor do que as células eucarióticas. Eles têm uma parede celular fora de sua membrana plasmática. O DNA procariótico consiste em uma única alça. Alguns procariotos também possuem pequenos pedaços circulares de DNA chamados plasmídeos.
    • Os procariontes atendem às suas necessidades de carbono e energia de várias maneiras. Eles podem ser fotoautotróficos, quimioautotróficos, fotoheterotróficos ou quimioheterotróficos.
    • Procariontes aeróbicos vivem em habitats com oxigênio. Os procariotos anaeróbios vivem em habitats sem oxigênio. Os procariontes também podem ser adaptados a habitats de temperatura quente, moderada ou fria.
    • As células procarióticas crescem até certo tamanho. Em seguida, eles se dividem por fissão binária. Este é um tipo de reprodução assexuada. Ele produz descendentes geneticamente idênticos. A transferência genética aumenta a variação genética em procariotos.
    • As bactérias e os humanos têm muitos relacionamentos importantes. As bactérias fornecem vários serviços aos humanos. Eles também causam doenças humanas.

    Perguntas de revisão da lição

    Lembrar

    2. Faça a distinção entre bactérias Gram-positivas e Gram-negativas e dê um exemplo de cada uma.

    4. O que são extremófilos? Cite três tipos.

    5. Identifique as três formas mais comuns de células procarióticas.

    6. Descreva uma célula procariótica típica.

    7. Quais são as funções dos flagelos e endosporos nos procariotos?

    8. Liste vários benefícios das bactérias.

    Aplicar conceitos

    9. Suponha que um certo procarioto tenha o formato de uma bola, viva nas profundezas do fundo do oceano e consuma organismos mortos. Que características você poderia usar para classificá-lo?

    10. Aplique os conceitos da lição para explicar por que muitos procariontes são adaptados para viver na temperatura interna normal do corpo humano.

    Pense criticamente

    11. Compare e contraste Archaea e Bacteria.

    12. Por que a transferência genética pode ser importante para a sobrevivência das espécies procariontes?

    Pontos a considerar

    Nesta lição, você leu que algumas bactérias causam doenças humanas. Muitas outras doenças humanas são causadas por vírus.


    Mecanismo de sinalização em procariontes e eucariontes | Microbiologia

    Neste artigo iremos discutir sobre os mecanismos de sinalização, tanto em eucariotos quanto em procariotos.

    1. Sinalização célula a célula eucariótica:

    A natureza integrativa dos sistemas biológicos pôde ser compreendida a partir do trabalho pioneiro de Claude Bernard (1813-1878) da França. Ele deu o conceito de miliew interieur e sugeriu o sistema de glândula endócrina (ou seja, glândulas endócrinas) para integrar a função e manter a homeostase.

    Em 1902, Bayliss e Staling demonstraram um fluxo acentuado de suco pancreático em cães após injetar um extrato ácido do duodeno. Starling cunhou o termo & # 8216hormônio & # 8217 (grego, excito) para essas moléculas mensageiras intercelulares. Um fisiologista americano Water Cannon cunhou o termo & # 8216homeostase & # 8217 (uma condição que pode variar, mas é relativamente constante).

    Existem três tipos de sistemas de sinalização em organismos multicelulares como os mamíferos: sinalização neuronal, endócrina e por citocinas (Fig. 27.3). A sinalização neuronal ocorre em distâncias muito longas, ou seja, do cérebro aos dedos dos pés. As junções sinápticas se comunicam rapidamente. Muitos produtos químicos estão envolvidos na sinalização nas junções e associados à inflamação.

    A sinalização endócrina envolve a liberação de um hormônio de sua glândula e seu transporte para o sangue a um número limitado de células no tecido-alvo. Ela ocorre a uma longa distância e é limitada pela taxa de fluxo sanguíneo e difusão do sangue para os tecidos.

    A maior parte da sinalização intracelular é proveniente das citocinas. Grande parte dessa sinalização ocorre por meio de sinalização parácrina (em células de curta distância para células próximas) ou por auto-sinalização (estimulação da célula que produz as citocinas).

    Certas endotoxinas bacterianas têm como alvo a sinalização neuronal, portanto, são chamadas de neurotoxinas, produzidas por Clostridium tetani e CI. botulinum. Estes têm atividade metaloproteinase e clivam proteínas intracelulares específicas. Assim, eles evitam os neurotransmissores. Uma descoberta recente também aponta para a interação de uma toxina bacteriana com a sinalização neuroendócrina e sinapses de citocinas.

    (i) Sinalização de hormônio endócrino:

    Os hormônios endócrinos são produzidos principalmente por glândulas específicas (como hipófise, hipotálamo e glândulas paratireoides) e tecidos glandulares (como pâncreas e intestino).

    Existem três grupos principais de hormônios: hormônios peptídicos (produzidos especialmente pelo intestino, que tem atividade semelhante a neurotransmissores), hormônios esteróides (produzidos pelo córtex adrenal, gônadas e pele) e derivados da tireoide (por exemplo, hormônios tireoidianos T3, T4, etc. e catecolaminas, noradrenalina, adrenalina e dopamina com atividade neurotransmissora).

    Após a secreção das glândulas, os hormônios endócrinos circulam como hormônios livres ou ligados a proteínas transportadoras, por exemplo, uma proteína sérica, a albumina. Ele se liga a vários hormônios circulantes e exerce ação (apenas na forma ligada) a receptores celulares específicos nos tecidos-alvo.

    Os hormônios peptídicos se ligam a receptores de membrana específicos que resultam em uma via de sinalização intracelular específica. Por outro lado, os hormônios esteróides e esteróides entram nas células e se ligam às proteínas receptoras citoplasmáticas e então se movem para o núcleo e atuam como um fator de transcrição.

    Os hormônios endócrinos controlam o metabolismo energético através da insulina e glicogênio, adrenalina e noradrenalina envolvendo a produção e quebra de carboidratos armazenados como glicogênio no fígado e músculos.

    A falta de controle desse sistema é visível no diabetes. A infecção bacteriana resulta em desequilíbrio hormonal no corpo. Certas bactérias e vírus afetam o tecido neural. Mycobacterium leprae e Treponema pallidum apresentam tropismo para o tecido nervoso.

    Os tecidos das mucosas gástrica e intestinal são altamente regulados. Eles respondem e produzem vários sinais endócrinos, incluindo hormônios gastrointestinais, e. gastrina, secretina, colecistocinina e guanilina. A E. coli altera o desequilíbrio de fluidos no intestino e causa diarreia. Agora, sete diferentes cepas de E. coli foram relatadas, as quais induzem diferentes sintomas patológicos.

    As cepas enter toxigênicas de E. coli produzem toxina termo-lábil (LT) e toxina termo-estável (ST). ST é o primeiro análogo bacteriano de um hormônio endócrino (guanil) que ativa a guanil ciclase e controla a liberação de fluido das células intestinais para que a camada de mucina possa ser mantida úmida (Fig. 27.4). Existem outras toxinas semelhantes ao guanil termoestáveis ​​de outras cepas de E. coli e outras bactérias.

    (ii) Citocinas:

    As citocinas são um grande grupo de mais de 1000 proteínas que estão envolvidas na sinalização célula a célula e controlam a resposta inflamatória à infecção bacteriana. Esses são hormônios polipeptídicos secretados por uma célula que afetam o crescimento e o metabolismo da mesma célula (sinalização autócrina) ou de outra célula (sinalização parácrina).

    Sua superprodução causa doenças. Estes são encontrados no local da infecção pelos agentes. Estes induzem mediadores lipídicos (prostaglandinas, leucotrienos, lipoxinas, fator de ativação de plaquetas e os mediadores de mastócitos (por exemplo, histamina e enzimas como a triptase).

    (a) Nomenclatura de citocinas:

    As citocinas são divididas em seis subfamílias (Tabela 27.7) com base em vários critérios, como tipos históricos, homologia de sequência, localização de cromossomos e tisomos e ações bioquímicas. Em 1979, o termo interleucina (entre: entre, leucina: leucócitos) foi cunhado para denotar os fatores proteicos que modulam a função dos outros leucócitos.

    Atualmente, existem mais de 20 interleucinas (IL-1 a IL-18). Os camundongos injetados com endotoxina expressaram um fator de necrose tumoral (TNF) agrupado sob citocinas citotóxicas. O TNF mata certas linhas de células tumorais por meio da indução de apoptose e são moléculas pró-inflamatórias potentes. A família de receptores de TNF é ela própria proteínas ligadas à membrana (por exemplo, CD27, CD30 e CD40).

    Tabela 27.7: Citocinas: nomenclatura e subfamílias.

    O interferon & # 8217s (IFNs) são citocinas que foram descobertas primeiro. Eles estão envolvidos na inibição do crescimento e da propagação dos vírus. Eles são de três tipos: INF-a, INF-P e INF-Y- Interferon & # 8217s também agem contra protozoários, riquétsias e micobactérias.

    Os fatores estimuladores de colônias (CSFs) controlam o crescimento e a diferenciação de neutrófilos, monócitos e populações de células derivadas de monócitos na medula óssea. Os monócitos / macrófagos são as células fagocíticas que engolfam e matam as bactérias. Conseqüentemente, são também chamadas de células apresentadoras de antígenos e linfócitos T e B de estímulo.

    Os fatores de crescimento incluem famílias de pro & shyteins como a família do fator de crescimento de fibroblastos (FGF), fatores de crescimento derivados de plaquetas (PDGF) e fator de crescimento transformador-β (TGFβ). As citocinas FGF atuam nas células mesenquimais e epiteliais também.

    Os fatores quimiotáticos peptídicos são chamados de quimiocinas, que é um grande subgrupo de citocinas. As quimiocinas têm massa molecular de 8-10 kDalton, com homologia de sequência de 20-50% ao nível da proteína e cisteína como resíduos conservados que formam ligações dissulfeto dentro das moléculas.

    Com base na localização cromossômica dos genes e na estrutura da proteína, as quimiocinas são divididas em duas famílias: famílias α-quimiocinas e β-quimiocinas. Uma terceira família de quimiocinas descoberta em 1994 atualmente tem um membro chamado linfolactina, que é um forte atrativo de células T.

    (b) Receptores de citocinas:

    Os receptores de citocinas têm alta afinidade por seu ligante. O número de receptores individuais presentes na célula-alvo é baixo. Com base na homologia da sequência e nos motivos estruturais, os receptores de citocinas são agrupados em um pequeno número de famílias. Atualmente, existem nove receptores para quimiocinas CC (CCR), cinco receptores para quimiocinas CXC e CXCR1, um receptor para fractalcina.

    Os receptores de citocinas são eliminados da célula por meio de clivagem proteolítica. As metaloproteinases de superfície celular (sheddases) auxiliam na liberação de receptores de citocinas. Os receptores liberados se ligam às citocinas solúveis e inibem sua atividade ou estimulam as células sem receptor de citocina.

    (c) Ação biológica das citocinas:

    As citocinas desempenham um papel no desenvolvimento fisiológico. Eles são encontrados em todos os estágios de desenvolvimento dos mamíferos. Por outro lado, os receptores de citocinas presentes na membrana celular também desempenham um papel fisiológico. Eles agem como portais de entrada vital nas células. Por exemplo, o HIV entra através da ligação aos receptores de citocinas. Da mesma forma, o vírus herpes simplex entra através da ligação à família de receptores de TNF.

    Após a ligação, os receptores induzem a sinalização intracelular seletiva, resultando na ativação ou desativação de genes específicos e na produção de ciclooxigenase II, e o óxido nítrico (NO) é sintetizado após a indução da óxido nítrico sintetase.

    A aspirina e o ibuprofeno são os antiinflamatórios não esteróides que bloqueiam a atividade da ciclooxigenase. Esses medicamentos reduzem a dor e a febre, pois as prostaglandinas e a prostaciclina diminuem o limiar no nervo da dor, resultando em um alívio da dor e da febre.

    Várias moléculas são produzidas após a ligação de citocinas ao receptor de citocina que produz a patologia [prostaglandinas, NO, ativador do plasminogênio tecidual (tPA) e inibidor do ativador do plasminogênio e colaginases]. Tissue damage is directly induced by collagenase and tPA.

    Besides, cytokines also induce the synthesis of their own and other cytokines which result in a complex network of interactions. Cytokines can also modify the behaviour of cells in many ways. Various actions of cytokines on cells are shown in Fig. 27.5.

    2. Prokaryotic Cell-to-Cell Signalling: Quorum Sensing and Bacterial Pheromones:

    Until the 1980s, no attention was paid that bacteria could talk to one another. Thereafter, examples were put forth for cell-to-cell signalling in bacteria. Conjuga­tion is one of the methods of DNA transfer between two bacteria. To establish conju­gation, both the bacteria must establish cell-to-cell contact. Enterococcus faecalis is a Gram-positive mammalian pathogen.

    Its aggregation in controlled by the secretion of small peptide pheromones. Pheromones induce adhesion production consequently bacteria form cell clumps which facilitate conjugation. Several pheromones have been isolated which are hepta- or octa-peptides found in low concentration (5吆 -11 M).

    Endospores of Clostridium tetani are regarded as resting forms of bacteria and a part of virulence mechanism. In contrast some bacteria such as a myxobacterium under adverse environ­mental conditions undergo complex morphological changes. Polyangium vitellinum forms cyst-like structure consisting of an outer covering of polysaccharide to resist from dehydration.

    Myxococcus xanthus forms myxospores (fruiting body) and alternate with vegetative cells This programme is triggered by starvation which causes morphological changes within 4 hours. A dense mound-shaped structure is formed when a cell density of bacteria has reached to about 10 5 . After 20 hours of starvation the cells inside this mound differentiate into myxospores.

    Myxospores are heat- and starvation-resistant dormant cells. They germinate during favourable conditions and produce vegetative cells. Again myxospores are formed when conditions are unfavourable. This type of cell differentiation is controlled by extracellular signals. Cell-to-cell signalling mechanism is given in Table 27.8.

    Quorum Sensing:

    The term quorum refers to ‘a fixed number of members of any committee of the society whose presence is mandatory for proper transaction of business’. Quorum sensing in bacteria is a mechanism through which they take a census of their number. After reaching a quorum of cell number they can transact the business of switching on or switching off of specific genes.

    The current knowledge of quorum sensing began with the study of luminescence in Vibrio fischeri and V. harveyi. They are marine bacteria forming symbiotic relationship with monocentrid fish and with bobtail squids (e.g. Euprymna scolopes). The bobtail squid consists of very high concentration of V. fischeri. The light organ is supposed to be part of a counter illumination the details of which are not clear.

    The newly hatched squids develop symbiotic association with only certain strains of V.fischeri. Within hours after hatching, light organ is colonised by V.fischeri. The light organ positively selects only certain strains of V.fischeri and negatively selects the others to exclude colonisation of other bacteria present in sea water.

    It is not known how this selection is made. One of the possible mechanisms may be the expression of specific adhesin for V.fischeri by epithelium of light organ. The epithelium is exposed to trypsin which di­rectly triggers a specific morphogenetic response in the squid. This results in formation of the complex.

    (a) Mechanism of quorum sensing:

    It is the feedback control system. Bacteria continu­ously produce a small amount of signal called auto inducer. Most of the Gram-positive bacteria produce auto inducer which are acylhomoserine lactones (AHLs). Staphylococcus aureus and other bacteria produce peptide auto inducers. E. colt and S. typhimurium produce a quorum sensing mol­ecule of 1 kDalton. These extracellular inducers are diffused out.

    Besides, bacteria also recognise the pres­ence of auto inducer. The bacterial membrane protein does this function. It acts both as receptor of auto inducer and activator of gene transcription. V. fischeri produces luminescence. V. fischeri system is the best studied quorum sensing system.

    Luminescence is associated with lux operon system which consists of two main regulatory genes luxl and luxR (Fig. 27.6) and other genes (luxCDABEG) which synthesise chemicals to produce light. LuxI encodes a protein which catalyses the synthesis of a wide range of AHLα. Autoinducer of V. fischeri is N-(3-oxo-hexanoyl)-L- homoserine lactone.

    LuxR encodes a protein which acts both as a receptor for AHL and as a transducer of the signal that activates the other genes of lux operon. The luxCDABEG genes are expressed after binding AHL to the luxR protein (Fig. 27.6). The luxA and luxB genes synthesise the α- and β- subunits of bacterial luciferase. The other genes encode polypeptides which facilitate the synthesis of the substrate and produces light.

    (b) Quorum sensing as a virulence mechanism:

    In addition to V. fischeri, there is a large number of Gram-negative bacteria which produce AHLs to quorum sense. These are medically important bacteria, for example Pseudomonas aeruginosa, Proteus mirabilis, Serratia liquefaciens and Yersinia enterocolitica. In these bacteria LuxI/LuxA homologues are involved in quorum sensing system. Ps. aeruginosa utilises two quorum systems, the las and rhl.

    The las operon expresses LasR protein which is similar to LuxR and acts as transcriptional activator in the presence of PAI of Pseudomonas. The LasI (the Luxl homologue) produces AHL. The autoinducer of P. aeruginosa at a threshold concentration swich on a group of virulence gene including lasB, lasA apv and toxA.

    The rhl system is the second quorum sensing system which involves RhIR (the transcriptional activator protein) along with the autoinducer (N-butyryl-L-homoserine lactone) synthesised by RhIR. This quorum sensing system results in production of extra virulence factor e.g. elastase which cleaves and inhibits the interleukin-2 (the key host defence cytokines). The las system is dominant which is activated before the rhl system.

    Many Gram-positive bacteria use oligopeptide as signalling molecules. For example, two different peptides are secreted by Bacillus subtilis. These are necessary for competence (ability for DNA uptake) and sporulation.

    In Staphylococcus aureus, a locus agr controls the expression of many virulence factors, namely exotoxins, capsular polysaccharide type 8 and V8 protease. An octapeptide quorum sensing autoinducer is encoded by the agr lucus which induces the agr locus. The quorum sensing autoinducer interacts with host defence system and inhibits the albeit at high concentration (Fig. 27.7).


    Biologia 171

    Ao final desta seção, você será capaz de fazer o seguinte:

    • Describe the process of binary fission in prokaryotes
    • Explain how FtsZ and tubulin proteins are examples of homology

    Prokaryotes, such as bacteria, produce daughter cells by binary fission. For unicellular organisms, cell division is the only method to produce new individuals. In both prokaryotic and eukaryotic cells, the outcome of cell reproduction is a pair of daughter cells that are genetically identical to the parent cell. In unicellular organisms, daughter cells are individuals.

    To achieve the outcome of cloned offspring, certain steps are essential. The genomic DNA must be replicated and then allocated into the daughter cells the cytoplasmic contents must also be divided to give both new cells the cellular machinery to sustain life. As we’ve seen with bacterial cells, the genome consists of a single, circular DNA chromosome therefore, the process of cell division is simplified. Karyokinesis is unnecessary because there is no true nucleus and thus no need to direct one copy of the multiple chromosomes into each daughter cell. This type of cell division is called binary (prokaryotic) fission .

    Fissão Binária

    Due to the relative simplicity of the prokaryotes, the cell division process is a less complicated and much more rapid process than cell division in eukaryotes. As a review of the general information on cell division we discussed at the beginning of this chapter, recall that the single, circular DNA chromosome of bacteria occupies a specific location, the nucleoid region, within the cell (Review). Although the DNA of the nucleoid is associated with proteins that aid in packaging the molecule into a compact size, there are no histone proteins and thus no nucleosomes in prokaryotes. The packing proteins of bacteria are, however, related to the cohesin and condensin proteins involved in the chromosome compaction of eukaryotes.

    The bacterial chromosome is attached to the plasma membrane at about the midpoint of the cell. The starting point of replication, the origin , is close to the binding site of the chromosome to the plasma membrane ((Figure)). Replication of the DNA is bidirectional, moving away from the origin on both strands of the loop simultaneously. As the new double strands are formed, each origin point moves away from the cell wall attachment toward the opposite ends of the cell. As the cell elongates, the growing membrane aids in the transport of the chromosomes. After the chromosomes have cleared the midpoint of the elongated cell, cytoplasmic separation begins. The formation of a ring composed of repeating units of a protein called FtsZ (short for “filamenting temperature-sensitive mutant Z”) directs the partition between the nucleoids. Formation of the FtsZ ring triggers the accumulation of other proteins that work together to recruit new membrane and cell wall materials to the site. A septum is formed between the daughter nucleoids, extending gradually from the periphery toward the center of the cell. When the new cell walls are in place, the daughter cells separate.


    The precise timing and formation of the mitotic spindle is critical to the success of eukaryotic cell division. Prokaryotic cells, on the other hand, do not undergo karyokinesis and therefore have no need for a mitotic spindle. However, the FtsZ protein that plays such a vital role in prokaryotic cytokinesis is structurally and functionally very similar to tubulin, the building block of the microtubules which make up the mitotic spindle fibers that are necessary for eukaryotic nuclear division. FtsZ proteins can form filaments, rings, and other three-dimensional structures that resemble the way tubulin forms microtubules, centrioles, and various cytoskeletal components. In addition, both FtsZ and tubulin employ the same energy source, GTP (guanosine triphosphate), to rapidly assemble and disassemble complex structures.

    FtsZ and tubulin are considered to be homologous structures derived from common evolutionary origins. In this example, FtsZ is the ancestor protein to tubulin (an evolutionarily derived protein). While both proteins are found in extant organisms, tubulin function has evolved and diversified tremendously since evolving from its FtsZ prokaryotic origin. A survey of mitotic assembly components found in present-day unicellular eukaryotes reveals crucial intermediary steps to the complex membrane-enclosed genomes of multicellular eukaryotes ((Figure)).

    Cell Division Apparatus among Various Organisms
    Structure of genetic material Division of nuclear material Separation of daughter cells
    Procariontes There is no nucleus. The single, circular chromosome exists in a region of cytoplasm called the nucleoid. Occurs through binary fission. As the chromosome is replicated, the two copies move to opposite ends of the cell by an unknown mechanism. FtsZ proteins assemble into a ring that pinches the cell in two.
    Some protists Linear chromosomes exist in the nucleus. Chromosomes attach to the nuclear envelope, which remains intact. The mitotic spindle passes through the envelope and elongates the cell. No centrioles exist. Microfilaments form a cleavage furrow that pinches the cell in two.
    Other protists Linear chromosomes wrapped around histones exist in the nucleus. A mitotic spindle forms from the centrioles and passes through the nuclear membrane, which remains intact. Chromosomes attach to the mitotic spindle, which separates the chromosomes and elongates the cell. Microfilaments form a cleavage furrow that pinches the cell in two.
    Animal cells Linear chromosomes exist in the nucleus. A mitotic spindle forms from the centrosomes. The nuclear envelope dissolves. Chromosomes attach to the mitotic spindle, which separates the chromosomes and elongates the cell. Microfilaments form a cleavage furrow that pinches the cell in two.

    Resumo da Seção

    In both prokaryotic and eukaryotic cell division, the genomic DNA is replicated and then each copy is allocated into a daughter cell. In addition, the cytoplasmic contents are divided evenly and distributed to the new cells. However, there are many differences between prokaryotic and eukaryotic cell division. Bacteria have a single, circular DNA chromosome but no nucleus. Therefore, mitosis (karyokinesis) is not necessary in bacterial cell division. Bacterial cytokinesis is directed by a ring composed of a protein called FtsZ. Ingrowth of membrane and cell wall material from the periphery of the cells results in the formation of a septum that eventually constructs the separate cell walls of the daughter cells.

    Resposta livre

    Name the common components of eukaryotic cell division and binary fission.

    The common components of eukaryotic cell division and binary fission are DNA duplication, segregation of duplicated chromosomes, and division of the cytoplasmic contents.

    Describe how the duplicated bacterial chromosomes are distributed into new daughter cells without the direction of the mitotic spindle.

    As the chromosome is being duplicated, each origin moves away from the starting point of replication. The chromosomes are attached to the cell membrane via proteins the growth of the membrane as the cell elongates aids in their movement.

    Glossário


    Preparation for Reproduction

    Before prokaryotes are able to reproduce, they have to meet certain guidelines that allow them to successfully complete the operation. For example, a prokaryote first has to reach a certain size in order to split into two different cells. This is important because without the necessary nutrients, the cell may not have the ability to reproduce if it is too malnourished.

    Another condition that influences prokaryote reproduction is the environment. For example, if the temperature is too hot or cold, this may impact the rate of reproduction of binary fission. If the conditions are ideal however (such as in a laboratory setting) prokaryotes have the ability to rapidly produce from millions to billions of new cells.


    PROKARYOTIC CELLS

    The word procariota is derived from the Greek “prokaryota”. They are all those that lack a cell nucleus, mitochondria or other organelles . This means that genetic material as well as DNA is known. It is dispersed in the cytoplasm.

    Usually most of the organisms constituted by this type of cell have only one of these and are called unicellular organisms,except for some cases such as myxobacteria , some of which have multicellular stages in their life cycle. Compartmentalization is also common in the prokaryotic world in the form of compartments bounded by proteins and other delimited by lipids. They are microorganisms that possess a single chromosome called nucleoid , its reproduction are asexual by binary fission other cases they create large colonies, as in cyanobacteria .

    Living things, which are made up of prokaryotic cells, are divided into two groups:

    In short we tell you the differences between cell eukaryote and prokaryote .


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    1 Pergunta

    Which one occurs in binary fission of prokaryotes?

    • Replicação de DNA
    • Spindle fibre formation
    • Metaphase
    • Pairing of sister chromatids
    2 Pergunta

    In which of these ways does binary fission differ from mitosis?

    • DNA replicates and separates at the same time
    • DNA does not replicate
    • DNA replicates after cell division
    • The cell does not divide
    3 Pergunta

    By what process does cell division take place in prokaryotes?

    4 Pergunta

    Which of the following divide by binary fission?

    5 Pergunta

    During division by binary fission the two copies of the circular DNA are attached to which structure?

    6 Pergunta

    The two copies of circular DNA are separated by what process during binary fission in prokaryotes?

    • Cell growth
    • Microtubule depolymerisation
    • Kinesin movement along microfilaments
    • Brownian motion
    7 Pergunta

    Binary fission of a parent cell results in how many daughter cells?

    8 Pergunta

    In most cases, binary fission results in which of the following?

    • Two daughter cells with an exact copy of the DNA of the parent cell
    • Two daughter cells with half of the DNA content of the parent cell
    • Four daughter cells with half of the DNA content of the parent cell
    • Four daughter cells with an exact copy of the DNA of the parent cell
    9 Pergunta

    Why might the genetic content of a daughter cell differ from a parent cell after binary fission?

    10 . Pergunta

    Which of the following is true of binary fission?

    • Plasmids are also replicated and distributed between each daughter cell
    • Only the circular DNA is replicated and moved into each daughter cell
    • The circular DNA is separated using spindle fibres
    • Plasmids use flagella to swim into the new daughter cell
    11 . Pergunta

    Why might the number of plasmids vary between each daughter cell following prokaryote cell division?

    • Because the many plasmid floating in the cytoplasm are randomly segregated when the cell divides
    • Because plasmids stay in the parent cell only
    • Because there is only a single copy of the plasmid which stays in one of the daughter cells
    • Because plasmids only ever occur in odd numbers, so one daughter will always inherit more
    12 . Pergunta

    Which of the following does not divide by binary fission?

    13 . Pergunta

    Which of the following phases do not occur during binary fission? 1. Metaphase 2. Telophase 3. Interphase

    14 . Pergunta

    Which of the following divide by binary fission?

    • Archaea and Bacteria
    • Archaea and Fungi
    • Bacteria and Fungi
    • Archaea, Bacteria and Fungi
    15 . Pergunta

    Which of the following prokaryotic features are not involved in cell division?

    16 Pergunta

    During binary fission, what happens after the cell membrane pinches inward and divides the cytoplasm in two?

    • New cell wall forms between the two daughter cells
    • Separation of the two copies of circular DNA begins
    • Plasmids are moved along the cell membrane into each daughter
    • The cell membrane forms a tube that connects the daughter cells
    17 Pergunta

    Explain why one daughter cell may not be antibiotic resistant following cell division in bacteria

    • It may not have inherited any of the plasmids confering antibiotic resistance
    • The antibiotic may have become more potent
    • It may not have inherited a complete copy of the circular DNA
    • It's cell wall may have reformed
    18 Pergunta

    Which of these microbial pathogens divides by binary fission?

    • Mycobacterium tuberculosis (TB)
    • Human Immunodeficiency Virus (AIDS)
    • Plasmodium falciparum (Malaria)
    • Candida albicans (Thursh)
    19 . Pergunta

    If a single bacterium takes 20 minutes to complete its cell cycle, how many bacteria will there be after 2 hours?

    20 Pergunta

    If a single bacterium takes 20 minutes to complete its cell cycle, how many bacteria will there be after 4 hours?

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    What are the differences between prokaryotic and eukaryotic cells?

    Learn about the differences between prokaryotic and eukaryotic cells.

    Prokaryotic cells and eukaryotic cells are the two types of cells that exist on Earth. There are several differences between the two, but the biggest distinction between them is that eukaryotic cells have a distinct nucleus containing the cell's genetic material, while prokaryotic cells don't have a nucleus and have free-floating genetic material instead.

    What are prokaryotic and eukaryotic cells?

    All living things can be divided into three basic domains: Bacteria, Archaea and Eukarya. The primarily single-celled organisms found in the Bacteria and Archaea domains are known as prokaryotes. These organisms are made of prokaryotic cells &mdash the smallest, simplest and most ancient cells.

    Organisms in the Eukarya domain are made of the more complex eukaryotic cells. These organisms, called eukaryotes, can be unicellular or multicellular and include animals, plants, fungi and protists. Many people are unclear on whether yeasts or fungi are prokaryotes or eukaryotes. Both are eukaryotes and share similar cell structure to all other eukaryotes.

    Eukaryotes developed at least 2.7 billion years ago, following 1 to 1.5 billion years of prokaryotic evolution, according to the National Institutes of Health (NIH). Scientists hypothesize that the nucleus and other eukaryotic features may have first formed after a prokaryotic organism swallowed up another, according to the University of Texas. According to this theory, the engulfed organism would have then contributed to the functioning of its host.

    What do prokaryotes and eukaryotes have in common?

    Although prokaryotic and eukaryotic cells have many differences, they share some common features, including the following:

      : Genetic coding that determines all the characteristics of living things.
  • Cell (or plasma) membrane: Outer layer that separates the cell from the surrounding environment and acts as a selective barrier for incoming and outgoing materials.
  • Cytoplasm: Jelly-like fluid within a cell that is composed primarily of water, salts and proteins.
  • Ribosomes: Organelles that make proteins.
  • How do prokaryotes and eukaryotes differ?

    Nucleus/DNA: Eukaryotic cells have a nucleus surrounded by a nuclear envelope that consists of two lipid membranes, according to Nature Education. The nucleus holds the eukaryotic cell's DNA. Prokaryotic cells do not have a nucleus rather, they have a membraneless nucleoid region (open part of the cell) that holds free-floating DNA, according to Washington University.

    The entire DNA in a cell can be found in individual pieces known as chromosomes. Eukaryotic cells have many chromosomes which undergo meiosis and mitosis during cell division, while most prokaryotic cells consist of just one circular chromosome. However, recent studies have shown that some prokaryotes have as many as four linear or circular chromosomes, according to Nature Education. Por exemplo, Vibrio cholerae, the bacterium that causes cholera, has two circular chromosomes.

    Organelles in Eukaryotic Cells: Eukaryotic cells have several other membrane-bound organelles not found in prokaryotic cells. These include the mitochondria (convert food energy into adenosine triphosphate, or ATP, to power biochemical reactions) rough and smooth endoplasmic reticulum (an interconnected network of membrane-enclosed tubules that transport synthesized proteins) golgi complex (sorts and packages proteins for secretion) and in the case of plant cells, chloroplasts (conduct photosynthesis). All of these organelles are located in the eukaryotic cell's cytoplasm.

    Although only eurkaryotes carry membrane-bound organelles, recent evidence suggests that both eukaryotes and prokaryotes can produce organelle-like structures that lack membranes, according to a 2020 report published in the journal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

    For instance, in the bacterium Escherichia coli, molecules and proteins cluster together to form liquid "compartments" within the cytoplasm, according to the PNAS study. These compartments form similarly to how oil forms droplets when mixed with water, according to a statement from the University of Michigan. Such membraneless structures have been reported in many bacterial species, including Mycobacterium tuberculosis, which causes tuberculosis, and cyanobacteria, a type of photosynthetic bacteria that can also cause disease.

    Ribossomos: In eukaryotic cells, the ribosomes are bigger, more complex and bound by a membrane. They can be found in various places: Sometimes in the cytoplasm on the endoplasmic reticulum or attached to the nuclear membrane (covering on the nucleus).

    In prokaryotic cells, the ribosomes are scattered and floating freely throughout the cytoplasm. The ribosomes in prokaryotic cells also have smaller subunits. All ribosomes (in both eukaryotic and prokaryotic cells) are made of two subunits &mdash one larger and one smaller. In eukaryotes, these pieces are identified by scientists as the 60-S and 40-S subunits. In prokaryotes, the ribosomes are made of slightly smaller subunits, called 50-S and 30-S.

    The difference in types of subunits has allowed scientists to develop antibiotic drugs, such as streptomycin, that attack certain types of infectious bacteria, according to the British Society for Cell Biology. On the downside, some bacterial toxins and the polio virus use the ribosome differences to their advantage they're able to identify and attack eukaryotic cells' translation mechanism, or the process by which messenger RNA is translated into proteins.

    Reprodução: Most eukaryotes reproduce sexually (although some protists and single-celled fungi may reproduce through mitosis, which is functionally similar to asexual reproduction). Prokaryotes reproduce asexually, resulting in the offspring being an exact clone of the parent. Some prokaryotic cells also have pili, which are adhesive hair-like projections used to exchange genetic material during a type of sexual process called conjugation, according to Concepts of Biology. Conjugation can occur in bacteria, protozoans and some algae and fungi.

    Cell Walls: Most prokaryotic cells have a rigid cell wall that surrounds the plasma membrane and gives shape to the organism. In eukaryotes, vertebrates don't have a cell wall but plants do. The cell walls of prokaryotes differ chemically from the eukaryotic cell walls of plant cells, which are primarily made of cellulose. In bacteria, for example, the cell walls are composed of peptidoglycans (sugars and amino acids), according to Washington University.

    Additional resources:

    • Check out this animated video by the Amoeba Sisters that explains the difference between prokaryotic and eukaryotic cells.
    • Learn how prokaryotes evolved into eukaryotes.
    • Compare microscopic images of prokaryotic and eukaryotic cells.

    This article was updated on June 18, 2021 by Live Science staff writer Nicoletta Lanese.