Ж- Хлоропласты в эволюции

Сходство между этими двумя видами органелл эукариотической клетки и прокариотическими клетками имеет большое значение для представлений об эволюции. Оно наводит на мысль, что хлоропласты [c.49]

Созданный коллективом известных американских ученых (в их числе - лауреат Нобелевской премии Джеймс Уотсон) современный учебник молекулярной биологии. Энциклопедическая полнота охвата материала позволяет использовать его как справочное пособие. На русском языке выходит в 3-х томах. Читатель уже знаком с 1-м изданием (М. Мир, 1986-1987). Новое издание переработано авторами и дополнено современным материалом. В т. 1 рассматриваются эволюция клеток, их химический состав, методы исследования, структура и функции плазматической мембраны, митохондрий, хлоропластов. [c.4]

Эволюция всегда консервативна - все новое создается на основе какой-то части уже существующего. Папример, некоторые участки электронтранспортной цепи, служившей анаэробным бактериям три миллиарда лет назад, вероятно, вошли в измененном виде в соответствующие цепи митохондрий и хлоропластов высших эукариот. Примером может служить поразительная гомология между структурой и функцией ферментных комплексов в среднем участке митохондриальной дыхательной цепи (комплекс Ь-С]) и определенными участками электронтранспортной цепи бактерий и хлоропластов (рис. 7-63). [c.483]

На какой-то стадии в клетку попали фотосинтезирующие эндосимбионты. Это были сине-зеленые водоросли, а не фотосинтезирующие бактерии. Ясно, что наиболее полезными были те эндосимбионты, которые могли использовать воду как источник электронов для ассимиляции СОг. Фотосинтезирующие эндосимбионты превратились в процессе эволюции в хлоропласты. [c.193]

Полагают, что энергетические органеллы эукариот ведут свое происхождение от прокариотических клеток, которые были захвачены примитивными эукариотами путем эндоцитоза на ранних этапах эволюции и вступили с ними в симбиоз. Это позволяет объяснить, почему митохондрии и хлоропласты содержат свою собственную ДНК. Но за миллиард лет, прошедших с момента возникновения первых эукариотических клеток, эти органеллы утратили большую часть своего генома и стали тем самым зависимы от белков, которые кодируются ядерным геномом, синтезируются в цитоплазме и только потом переходят внутрь органелл. В то же время и клетка- хозяин зависит теперь от этих органелл-они дают ей молекулы АТР, которые нужны для осуществления биосинтетических реакций, для транспорта ионов и растворенных веществ и для других непрерывно идущих процессов жизнедеятельности [c.8]

Рис. 9-58. Филогенетическое древо возможной эволюции митохондрий, хлоропластов и их бактериальных предков. Как видно из рисунка, кислородное дыхание, видимо, по крайней мере три раза независимо возникало в линиях фотосинтезирующих прокариот-у зеленых бактерий, пурпурных бактерий и сине-зеленых водорослей (цианобактерий). Аэробные пурпурные бактерии дали начало митохондриям, тогда как аэробные цианобактерии были предками хлоропластов.

Несомненно, одним из решающих этапов было появление эукариот, организмов с настоящим ядром, циклом деления и митохондриями в цитоплазме, которые регулируют запас энергии. Для проведения фотосинтеза растения обзавелись хлоропластом. Возникает ощущение, что такое развитие могло быть весьма важным в эволюции высших животных и растений. Конечно, те из них, которые не прошли через него, бактерии и сине зеленые водоросли, остались относительно простыми, хотя и хорошо приспособленными к окружающей среде [c.89]

Сложный фотосинтетический аппарат растеиий сформировался в процессе эволюции иа протяжении многих миллионов лет. Фотосинтез— это фотохимический и сложный физиологический процессы, которые осуществляются в живом растении и в большой мере зависят от его физиологического состояния, а также от состояния отдельных тканей, клеток и органелл, в частности хлоропластов. [c.207]

Традиционная общая схема клеточной эволюции основывается на следующих предположениях из популяции первичных клеток в результате целого ряда событий, приведших к повышению уровня клеточной организации, под давлением естественного отбора возникла популяция предковых прокариотных клеток, из которых в конечном итоге произошли разные группы прокариот. Маловероятно, чтобы предковые прокариотные клетки все были на одно лицо . Единственная их общая черта — прокариотная организация (см. табл. 1). Эукариотная клетка возникла в результате эндосимбиоза, в котором ядерно-цитоплазматическим компонентом, т. е. клет-кой-хозяином, и эндосимбионтами, превратившимися впоследствии в митохондрии и хлоропласты, были существенно различающиеся между собой прокариотные клетки (рис. 41, А). Следствием такого взгляда на общий ход эволюции явилось признание двух основных царств живых организмов — Prokaryotae и Eukaryotae. [c.162]

Новая схема клеточной эволюции исходит из признания существующих трех фундаментально различающихся типов живых организмов эубактерий, архебактерий и эукариот. Согласно этой схеме от общего гипотетического предка, получившего название про-генота , эволюционировали три различные ветви прокариот эубактерии, архебактерии и уркариоты (рис. 41, Б). Уркариоты представлены ядерно-цитоплазматическим компонентом эукариотной клетки, включившим в себя в качестве эндосимбионтов представителей разных групп эубактерий, превратившихся в митохондрии и хлоропласты. [c.163]

Прохлорофиты привлекают к себе большое внимание в связи с проблемами эволюции фотосинтетического аппарата и возникновения фотосинтезирующих эукариот. Сравнение прохлорофит с цианобактериями и хлоропластами зеленых водорослей и высших растений обнаруживает черты сходства как с фотосинтетически-ми органеллами эукариот (организация тилакоидов, состав хлорофиллов), так и с цианобактериями (клеточное строение, состав каротиноидов, липидов, некоторые особенности метаболизма, последовательность оснований 165 рРНК). Для ответа на вопрос, в каком отношении прохлорофиты находятся с цианобактериями (развивались ли независимо и параллельно с цианобактериями, возникли ли из их предшественников, потерявших способность синтезировать фикобилипротеины, или, наоборот, цианобактерии возникли из прохлорофит), необходимо дальнейшее сравнительное изучение обеих групп эубактерий с фотосинтезом [c.323]

Рис. 1-1. Некоторые характерные особенности живой материи - признаки жизни . Л. Поперечный срез фотосинтезирующей клетки, на ко-тором.видна ее тонкая и сложная структура темные образования-это хлоропласты, содержащие тысячи молекул хлорофилла, ориентированных так, чтобы они могли улавливать солнечную энергию. Б. Длинный хоботок бабочки бражника в результате длительной биологической эволюции оказался приспособленным к извлечению нектара из цветков с длинным раструбом. В. Дельфины, питающиеся мелкой рыбой, преобразуют химическую энергию пищевых продуктов в мощные импульсы мышечной энергии. Г. Биологическое сомовоспроизведение происходит с почти идеальной точностью.

В книге Основы фотосинтеза в сжатой и доступной форме излагаются основные вопросы биофизики, биохимии и физиологии фотосинтеза представления об эволюция фотосинтеза, химяческ01м составе и структуре фотосинтетического аппарата, поглощении квантов света пигментами, окислительно-восстановительных реакциях, протекающих с участием хлорофилла, о поглощении и выделении нислорода хлоропластами, фотосинтетическом фосфорилировании и механизме образования АТФ, реакциях усвоения СОз и образовании в процессе фотосинтеза углеводов, органических кислот, аминокислот, о регуляции фотосинтеза, оттоке ассимилятов, связи фотосинтеза и урожая. [c.2]

Хищное поведение Didinium, a также свойства, благодаря которым оно реализуется крупный размер, способность к фагоцитозу и способность двигаться, преследуя добычу, присущи исключительно эукариотам. Весьма вероятно, что эти свойства возникли очень рано в эволюции эукариот и именно это сделало возможным захват ими бактерий для одомашнивания в качестве митохондрий и хлоропластов. [c.36]

Рис. 7-62. Филогенетическое древо возможной эволюции митохондрий, хлоропластов и их бактериальных предков. Полагают, что кислородное дыхание стало развиваться примерно 2 млрд. лет назад. Как видно из рисунка, такое дыхание, вероятно, независимо возникло в трех линиях фотосинтезирующих прокариот - у зеленых, пурпурных и синезеленых бактерий. По-видимому, какая-то форма аэробных пурпурных бактерий, утратившая способность к фотосинтезу, дала начало митохондриям, тогда как несколько различных синезеленых бактерий были предками хлоропластов. Детальный анализ нуклеотидных последовательностей показывает, что митохондрии скорее всего произошли от бактерий, напоминающих современные ризобактерии, агробактерии и риккетсии - три родственные группы, представители которых вступают в тесные

Так как большинство генов, кодирующих белки современных митохондрий и хлоропластов, находится в ядерном геноме, можно думать, что в ходе эволюции эукариот значительная часть генов органелл была перенесена в ядерную ДНК. Это позволило бы объяснить, почему некоторые из ядерных генов, кодирующих митохондриальные белки, сходны с генами бактерий. Так, например, у курицы М-концевая аминокислотная последовательность митохондриального фермента супероксиддисмутазы гораздо больше похожа на соответствуюший сегмент супероксиддисмутазы бактерий, чем на К-концевой участок того же фермента, выделенного из цитозоля тех же эукариотических клеток. Еще одним указанием на то, что подобные переносы участков происходили в ходе эволюции, служат обнаруженные в ядерном геноме некодирующие последовательности ДНК, имеющие, вероятно, недавнее митохондриальное происхождение очевидно, что эти последовательности были интегрированы в ядерный геном как балластная ДНК. [c.500]

Образование митохондрий и хлоропластов регулируется белками, кодируемыми ядерным генонреодолеть серьезный кризис в эволюции клетки 480 [c.515]

Рнс. 10-68. Эволюция прерывистых генов с древнейших времен. А. Структура гена триозофосфатизомеразы у растений и животных Одинаковые положения нитронов у кукурузы (зерна) и позвоночных отмечены черными стрелками, а отличающиеся положения вьщелены красными стрелками. Так как считается, что растения и животные возникли от общего предка около миллиарда лет назад, общие интроны должны иметь очень древнее происхождение. Б, Гипотетическая схема возникновения определеппого гена. Последовательности экзонов вьщелены цветом, а последовательности интрона обозначены черным. Приведенный здесь ген кодирует белок, необходимый для всех клеток. Подобно триозофосфатизомеразе, этот белок, но-видимому, сформировал свою окончательную трехмерную структур перед тем, как от общего предка отделились бактерии, архебактерии и эукариоты. Этот общий предок обозначен на рисунке как ген-прародитель . Пунктиром указано примерное время прохождения эндосимбиотических процессов, которые привели к возникновению митохондрий и хлоропластов. (А-по W. Gilbert, М [c.241]

Условия окружающей среды часто оказывают гораздо более выраженное воздействие на развитие растений, чем на развитие животных. У растений в ходе эволюции сформировались специальные механизмы для восприятия силы тяжести, температуры, интенсивности и продолжительности освещения. Ответы на эти сигналы часто оказываются весьма сложными и могут быть либо быстрыми и кратковременными (как при движении хлоропластов, индуцированном светом, см. разд. 20.4.10), либо медленными и продолжительными (как в случае длинного светового дня, который необходим для индукции цветения некоторых растений или длительного периода охлаждения, необходимого для нрорастания многих семян). [c.435]

Другая линия эволюции среди бактерий, также в аэробных условиях, могла, согласно де Дюву, привести к увеличенной специализации клеточной мембраны для окислительного фосфорилирования. Такой организм, оставаясь прокариотом, позднее стал симбионтом фагоцитирующего хозяина. В результате возникло не только своеобразное соперничество, но и сотрудничество между митохондриями и пероксисомами. Для изучения взаимодействия между пероксисомами и митохондриями в качестве объекта используют дрожжи [1834], поскольку можно получить дрожжи с функционирующими митохондриями или без них 18, Г). Разумеется, в растениях пероксисомам пришлось адаптироваться к сосуществованию с хлоропластами. [c.194]

Если хлоропласты полифилетичны, концепция Стэниера о том, что приобретение митохондрий произошло после приобретения хлоропластов, а не до него, наталкивается на определенную трудность, которая заключается в чрезвычайно большом сходстве митохондрий у всех эукариотов. Как уже говорилось, считают, что митохондрии монофилетичны. Следовательно, такое сходство было бы невозможным, если бы они проходили свою эволюцию во множестве разных фотосинтезирующих хозяев. [c.197]

Все эукариотические растения сохранили в эволюции 1ми-тохондрии, хотя растения с функционирующими- хлоропласта-ми образуют большую часть АТФ путем фотофоофорилиро-вания 18, В). Это справедливо также и в отношении растительных тканей, т. е. высших растений. В принципе структура и функция митохондрий высших растений сходны с [c.216]

Чисто биохимическая эволюция ограничивается скоростью диффузии метаболитов. В качестве приспособлений, уменьшающих диффузиционные ограничения и расход вещества, возникают органеллы — митохондрии И хлоропласты. [c.231]

Мы уже отмечали прокариотический характер генетической системы органелл, который особенно ярко выражен у хлоропластов, и упомршали о том, что он может быть обусловлен происхождением органелл от бактерий-эндо-симбионтов (симбиотическая гипотеза, см. гл. 1). В соответствии с этой гипотезой эукариотические клетки в начале своего эволюционного пути были примитивными организмами без митохондрий и хлоропластов, а затем вступили в тесный симбиоз с бактериями и приспособили их систему окислительного фосфорилирования для своих нужд. Так как митохондрии животных и растений очень сходны, полагают, что событие, приведшее к возникновению этих органелл, произошло на раннем этапе эволюции эукариотической клетки, еще до разделения линий животных и растений. Вероятно, позднее в результате отдельного эволюционного события клеткой были захвачены цианобактерии (будущие хлоропласты), что привело к возникновению первых растительных клеток (см. рис. 1-21). [c.67]

Обычно существование генетической системы в энергетических органеллах объясняют тем, что некоторые из синтезируемых внутри органеллы белков слишком гидрофобны, чтобы пройти сквозь митохондриальную мембрану извне. Однако изучение АТР-синтетазного комплекса (рис. 9-72) показало, что такое объяснение неправдоподобно. Хотя отдельные белковые субъединицы АТР-синтетазы весьма консервативны в ходе эволюции, места их синтеза изменяются. В хлоропластах несколько довольно гидрофильных белков, в том числе четьфе из пяти субъединиц р1-АТРазной части комплекса, образуются на рибосомах внутри органеллы. Напротив, у гриба Меигозрога и в животных клетках весьма гидрофобный компонент (субъединица 9) мембранной части АТРазы синтезируется на рибосомах цитоплазмы и лишь после этого переходит в органеллу. Различную локализацию генов, кодирующих субъединицы функционально эквивалентных белков у разных организмов (рис. 9-72), трудно объяснить с помощью какой бы то ни было гипотезы, постулирующей определенные эволюционные преимущества современных генетических систем митохондрий и хлоропластов. [c.68]

Прохлорофиты привлекают к себе большое внимание в связи с проблемами эволюции фотосинтетического аппарата и возникновения фотосинтезирующих эукариот. Сравнение прохлорофит с цианобактериями и хлоропластами зеленых водорослей и высших растений обнаруживает черты сходства как с фотосинтетическими органеллами эукариот (организация тилакоидов, состав хлорофиллов), так и с цианобактериями (клеточное строение, состав каротиноидов, липидов, стеролов, некоторые особенности метаболизма, последовательность оснований 165-рибосомной РНК). Для ответа на вопрос, в каком отношении прохлорофиты находятся с цианобактериями (развивались ли независимо и параллельно с цианобактериями, возникли ли из их предшественников, потерявших способность синтезировать фикобилипротеиды, или наоборот цианобактерии возникли из прохлорофит), необходимо дальнейшее сравнительное изучение обеих групп прокариот с фотосинтезом кислородного типа. В настоящее время прохлорофиты рассматриваются в качестве возможных эндосимбионтов, последующая эволюция которых привела к возникновению хлоропластов зеленых водорослей и высших растений. [c.285]

В процессе эволюции хондриом (совокупность митохондрий клетки) образовался, по-видимому, позже, чем пластом (совокупность пластид — лейкопласты, хлоропласты и хромопласты). Возможно, что митохондрии отделились в филогенезе от системы пластид. Митохондриальный аппарат — необходимый компонент всех клеток, которым присущ аэробный способ жизни, тогда как хлоропласты являются обязательным ингредиентом только клеток автотрофных растений. [c.57]

Восстанавливать углекислый газ под влиянием солнечных лучей могут также и низшие растения, некоторые бактерии и сине-зеленые водоросли. В отличие от высших зеленых растений у бактерий фотосинтез осуществляется в анаэробных условиях без образования свободного кислорода. У фотосинтезирующих бактерий, как и у низших сине-зеленых водорослей, пластиды не найдены. Пигменты у этих организмов диффузио распределяются в протопласте. Следовательно, эволюция синтетических функций у растений была тесно связана с дифференциацией и развитием сложных пигментно-белково-липоид-ных образований — хлоропластов (рис. 22). [c.152]

Антоциановые пигменты эволюционно наиболее древние. По-видимому, они появились у простейших растений —гетеротрофов в процессе эволюции как продукты обмена веществ, С формированием хлоропластов в клетке, образованием фотосинтезирующих пигментов и переходом на автотрофный тип питания локализация и накопление антоциаиов закрепились в клеточных оболочках и в клеточном соке вакуолей. [c.381]

Для осознания того, что эволюцию детерминируют чисто физические факторы, важен следующий экспериментальный факт эффекты светопоглощения в узких спектральных полосах проявляются не только в виде биологических реакций органов, но могут наблюдаться также на клеточном и молекулярном уровнях. К числу фотоморфогенетических реакций относятся также подвижность хлоропластов, синтез ферментов, синтез антоцианина, изменения проницаемости мембран (Smith, 1975). Именно этн четыре вида процессов играют решающую роль в клеточной дифференцировке и эволюции (см. заключительный параграф гл. 5). [c.77]

А. С. Фаминцын выдвинул идею о роли симбиоза в прогрессивной эволюции клеток и организмов, разработал представление о симбиотическом происхождении хлоропластов. [c.452]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология