Эволюция митохондрий и хлоропластов

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.

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

Большой интерес представляет вопрос о возникновении хлоре-Пластов в клетке в процессе эволюции. Поскольку хлоропласты представляют собой отпоснтельпо независимое от ядра образование, способное к делению, росту, дифференциации, возникла гипотеза о том, что на заре эволюции хлоропласты, так же как митохондрии, представляли собой самостоятельные организмы (с. 26). Согласно этой гипотезе хлоропласты вознвгош в результате симбиоза какого-то авто-трофного микроорганизма, способного трансформировать энергию солнечного света, с гетеротрофной клеткой хозяина. В этой связи интересно, что в 1969 г. было показано, что изолированные клетки млекопитающих способны заглатывать путем фагоцитоза выделенные из листьев хлоропласты. Захваченные клетками хлоропласты выжн- [c.103]

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]

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]

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]

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

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]

Все эукариотические растения сохраяили в эволюции митохондрии, 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]

Обратимся теперь к биологическим мембранам, которые представляют собой высокоорганизованные структуры, построенные главным образом из белков и липидов. Мембраны играют жизненно важную роль. Они отделяют клетки от окружающей среды, тем самым обусловливая их индивидуальность. Однако мембраны-это отнюдь не глухая преграда, а барьер с высокоизбира-тельной проницаемостью, в котором имеются специфические молекулярные насосы и каналы. Эти транспортные системы регулируют молекулярный и ионный состав внутриклеточной среды. В клетках эукариот имеются еще и внутренние мембраны, отграничивающие органеллы, например митохондрии, хлоропласты, лизосомы. Функциональная специализация в процессе эволюции была тесно связана с формированием таких обособленных внутриклеточных участков, называемых обычно компартмен-тами, или отсеками. [c.199]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

Фаминцын счел хлоропласты зелеными бактериями, живущими внутри растительной клетки и до конца дней старался выделить из зеленых растений... более простой организм, снабженный хлоропластом и способный продолжать жгггь и размножаться вне растения (А. С. Фаминцын. О роли симбиоза в эволюции организмов // Записки Имп, Академии Наук, VIII серия, 1907, т. XX, N 3, с. 4), Виганд считал бактериями также и митохондрии, [c.117]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология