Binäärinen jakautuminen – määritelmä ja vaiheet bakteereissa

Binäärinen jakautuminen ("kahtiajakautuminen") on eräänlainen suvuton lisääntyminen. Se on prokaryoottien, kuten bakteerien, yleisin lisääntymismuoto. Sitä esiintyy joissakin yksisoluisissa eukaryooteissa, kuten ameeboissa ja paramoeceumissa. Binäärisessä jakautumisessa DNA:n replikaatio ja segregaatio tapahtuvat samanaikaisesti.

Binäärisessä jakautumisessa täysikasvuinen kantasolu jakautuu kahteen puolikkaaseen, jolloin syntyy kaksi poolia. Perintöaineksensa monistamisen jälkeen kantasolu jakautuu kahdeksi samankokoiseksi tytärsoluksi. Perintöaines monistetaan, minkä jälkeen se jakautuu tasen. Tytärsolut ovat geneettisesti identtisiä (ellei replikaation aikana tapahdu mutaatiota).

Binary fission in a prokaryote 1. The bacterium before binary fission is when the DNA is tightly coiled. 2. The DNA of the bacterium has replicated. 3. The DNA is pulled to the separate poles of the bacterium as it increases size to prepare for splitting. 4. The growth of a new cell wall begins to separate the bacterium. 5. The new cell wall fully develops, resulting in the complete split of the bacterium. 6. The new daughter cells have tightly coiled DNA, ribosomes, and plasmids.

Binäärisen jakautumisen aikana DNA-molekyyli jakautuu ja muodostaa kaksi DNA-molekyyliä. Tämän jälkeen solu kasvaa, jotta kummallekin molekyylille jää tilaa siirtyä bakteerin vastakkaiselle puolelle. Samalla solukalvo jakautuu muodostaen 2 tytärsolua. Jakautumisen jälkeen uudet solut kasvavat ja prosessi toistuu.

Eukaryoottisissa kudossoluissa esiintyy kaksoissolujen jakautumista, mutta prosessi on monimutkaisempi: katso mitoosi.

Periaatteessa solu kopioi DNA:nsa ja jakautuu sitten keskeltä kahtia, jolloin syntyy kaksi tytärsolua.

Vaiheet bakteerien binäärisessä jakautumisessa

  1. Solun valmistautuminen ja kasvu: Solu kasvaa ja rakentaa lisää solukalvon ja soluseinän materiaalia. Riittävä energiavaranto ja ravinteet ovat välttämättömiä, ja olosuhteet (lämpötila, pH, ravinteet) vaikuttavat jakautumisnopeuteen.
  2. DNA:n replikaation käynnistyminen: Replikaatio alkaa tietyssä kohdassa kromosomissa (esimerkiksi bakteereilla oriC). DNA replikoituu bidirektionaalisesti, jolloin syntyy kaksi identtistä kromosomia.
  3. Kromosomien segregaatio: Uudet kromosomit siirtyvät solun eri puolille. Tämä tapahtuu useiden proteiinien ja rakenteiden avulla (esim. SMC-kompleksit, jakautumiseen osallistuvat proteiinit). Myös plasmidit käyttävät usein omia jakautumisjärjestelmiä (ParA/ParB-tyyppiset mekanismit).
  4. Septumin muodostuminen ja FtsZ-rengas: Solunjakautumiskohtaan muodostuu FtsZ-proteiinista rengas (Z-rengas), joka ohjaa jakautumiskoneistoa (divisomi). Tämä aloittaa soluseinän ja solukalvon sisäänkasvun keskeltä, jolloin muodostuu erottava väliseinä (septum).
  5. Sytokineesi (kaksoisjakautuminen): Soluseinän synteesi ja peptidoglykaanin rakentuminen johtavat lopulliseen solujen erottumiseen. Proteiinit, kuten PBP:t (penicillin-binding proteins), katalysoivat peptidoglykaanin muodostusta.
  6. Tytärsolujen erottuminen ja jälkikasvun kasvu: Kun septum on valmis, solut erkanevat ja kukin tytärsolu aloittaa oman kasvun ja metabolian. Prosessi voi toistua nopeasti, riippuen bakteerilajista ja ympäristöstä.

Lisätiedot ja poikkeukset

  • Binäärinen jakautuminen on hyvin nopea prosessi monilla bakteereilla: esimerkiksi Escherichia colilla sukupolven (generation time) pituus voi hyvissä oloissa olla noin 20 minuuttia, kun taas toisilla lajeilla se voi olla useita tunteja tai päiviä.
  • Vaikka tytärsolut ovat yleensä geneettisesti identtisiä, mutaatiot, sekä horizontaalinen geeninsiirto (kuten konjugaation, transformaatioon tai fagaalisen transduktiion kautta tapahtuva geeninsiirto) voivat lisätä perinnöllistä vaihtelua.
  • Binäärinen jakautuminen ei rajoitu bakteereihin: sitä esiintyy myös joissakin arkeoneissa ja yksisoluisissa eukaryooteissa, mutta mekanismit ja solurakenteet voivat poiketa bakteereista.
  • Antibiootit, jotka estävät soluseinän synteesiä (esim. penisilliinit), vaikuttavat usein juuri jakautumiseen estämällä peptidoglykaanin muodostumista ja siten tytärsolujen erottumista.
  • Laboratoriokontekstissa binäärisen jakautumisen nopeutta ja tehokkuutta mitataan usein kasvukäyrillä (optinen tiheys, OD), pesäkkeiden lukumäärällä (CFU) tai suoraan mikroskopialla.

Käytännön merkitys

Binäärinen jakautuminen on keskeinen ilmiö mikrobiologiassa, sairaalahygieniassa ja bioteknologiassa. Se selittää bakteerien nopean lisääntymiskyvyn ja vaikuttaa siihen, miten infektioita kehittyy ja miten nopeasti resistenssi voi levitä. Ymmärtäminen auttaa kehittämään torjuntakeinoja, hoitoja ja teollisia prosesseja, joissa bakteerikasvua halutaan hallita tai hyödyntää.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä on binäärinen fissio?


V: Binäärinen fissio on suvuton lisääntymismuoto, jossa yksi emosolu jakautuu kahdeksi tytärsoluksi, joilla on identtinen perintöaines.

K: Mitkä eliöt käyttävät binääristä fissiota lisääntymiseen?


V: Binääristä jakautumista käyttävät yleisimmin prokaryootit, kuten bakteerit, ja eräät yksisoluiset eukaryootit, kuten ameeba ja Paramoecium.

K: Miten binäärinen fissio toimii?


V: Binäärisessä fissiossa täysikasvuinen emosolu monistaa perintöaineksensa ja jakautuu sitten kahdeksi samankokoiseksi tytärsoluksi. DNA-molekyyli jakautuu ja muodostaa kaksi molekyyliä, jotka liikkuvat bakteerin vastakkaisille puolille, kun taas solukalvo jakautuu myös muodostaen kaksi tytärsolua. Jakautumisen jälkeen uudet solut kasvavat ja prosessi toistuu.

Kysymys: Onko mitoosi samanlainen kuin binäärinen fissio?


V: Vaikka molemmissa prosesseissa yksi solu jakautuu kahdeksi, mitoosi on monimutkaisempi kuin binäärinen fissio, koska se tapahtuu eukaryoottisissa kudossoluissa.

K: Ovatko mutaatiot mahdollisia binäärisessä fissiossa tapahtuvan monistumisen aikana?


V: Kyllä, mutaatioita voi tapahtua binäärisessä fissiossa tapahtuvan replikaation aikana, jolloin syntyvät tytärsolut eroavat geneettisesti toisistaan.

K: Käyttävätkö kaikki organismit binääristä fissiota lisääntymiseen?


V: Ei, kaikki organismit eivät käytä binääristä fissiota lisääntymiseen; jotkin organismit lisääntyvät seksuaalisesti tai muilla suvuttoman lisääntymisen muodoilla, kuten nuppuuntumalla tai pirstoutumalla.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3