Определение эндосимбиотической теории
Эндосимбиотическая теория – это единая и широко принятая теория возникновения органелл в организмах, отличающих прокариотические организмы от эукариотических. В эндосимбиотической теории, в соответствии с общей теорией эволюции, все организмы произошли от одного общего предка. Этот предок, вероятно, напоминал бактерии, или прокариот с одной нитью ДНК, окруженной плазматическая мембрана, С течением времени эти бактерии расходились по форме и функциям. Некоторые бактерии приобрели способность обрабатывать энергию из окружающей среды новыми способами. Фотосинтетические бактерии разработали пути, которые позволили производить сахар из солнечного света. Другие организмы разработали новые способы использования этого сахара окислительного фосфорилирования, который произвел АТФ от распада сахара с кислородом. АТФ затем может быть использован для подачи энергии для других реакций в клетка.
Оба эти новых пути привели к организмам, которые могли размножаться с большей скоростью, чем стандартные бактерии. Другой вид, Не будучи в состоянии, чтобы фотосинтез сахара или расщепляют их в результате окислительного фосфорилирования, снижается в изобилии, пока они не разработали новый приспособление их собственного. Способность эндоцитоз или для захвата других клеток через оболочку плазматической мембраны, как полагают, развивались примерно в это время. Эти клетки теперь обладали способностью фагоцитировать или съедать другие клетки. В некоторых клетках бактерии, которые были проглочены, не были съедены, но утилизированы. Предоставляя бактериям надлежащие условия, клетки могут извлечь выгоду из своего чрезмерного производства сахара и АТФ. Одна клетка, живущая внутри другой, называется эндосимбиозом, если оба организма приносят пользу, отсюда и название теории. Эндосимбиотическая теория продолжается и далее, утверждая, что гены могут передаваться между хозяином и симбионтом во времени.
Это приводит к заключительной части теории эндосимбиоза, которая объясняет вариабельную ДНК и двойные мембраны, обнаруживаемые в различных органеллах у эукариот. В то время как большинство клеточных продуктов начинаются в ядре, митохондрии а также хлоропласт сделать многие из своих собственных генетических продуктов. Ядро, хлоропласты и митохондрии клеток содержат ДНК разных типов и также окружены двойными мембранами, тогда как другие органеллы окружены только одной мембраной. Эндосимбиотическая теория постулирует, что эти мембраны являются остаточными мембранами наследственного бактериального эндосимбионта. Если бактерия была поглощена эндоцитозом, она была бы окружена двумя мембранами. Теория утверждает, что эти мембраны пережили эволюционное время, потому что каждый организм сохранил содержание своей мембраны, даже полностью потеряв другие гены или перенеся их в ядро. Эндосимбиотическая теория подтверждается большим количеством доказательств. Общий процесс можно увидеть на следующем рисунке.
Эндосимбиотическая теория доказательств
Наиболее убедительные доказательства, подтверждающие эндосимбиотическую теорию, были получены сравнительно недавно, с изобретением Секвенирование ДНК, Секвенирование ДНК позволяет нам напрямую сравнивать две молекулы ДНК и смотреть на их точные последовательности аминокислоты, Логично, что если два организма совместно используют последовательность ДНК, более вероятно, что последовательность была унаследована через общий спуск чем последовательность возникла независимо. Если два неродственных организма должны выполнять одну и ту же функцию, фермент, который они выделяют, не обязательно должен выглядеть одинаково или быть из одной и той же ДНК, чтобы выполнять одну и ту же роль. Таким образом, гораздо более вероятно, что организмы, которые разделяют последовательности ДНК, унаследовали их от предка, который нашел их полезными.
Это можно увидеть при анализе митохондриальной ДНК (мтДНК) и хлоропластной ДНК разных организмов. По сравнению с известными бактериями мтДНК из широкого спектра организмов содержит ряд последовательностей, также обнаруженных в бактериях Rickettsiaceae. В соответствии с теорией эндосимбиоза, эти бактерии являются облигатными внутриклеточными паразитами. Это означает, что они должны жить в везикул организма, который поглощает их через эндоцитоз. Как и бактериальная ДНК, мтДНК и ДНК в хлоропластах имеют круглую форму. Эукариотическая ДНК обычно линейна. Единственные гены, отсутствующие в мтДНК и гены бактерий, предназначены для нуклеотид, липидный и аминокислотный биосинтез. Эндосимбиотический организм со временем утратит эти функции, поскольку они обеспечиваются клеткой-хозяином.
Дальнейший анализ белков, РНК и ДНК, оставшихся в органеллах, показывает, что некоторые из них слишком гидрофобный пересечь внешнюю мембрану органеллы означает ген никогда не сможет быть перенесен в ядро, поскольку клетка не сможет импортировать определенные гидрофобные белки в органеллу. На самом деле, хлоропласты и митохондрии имеют свои генетический код и их собственные рибосомы для производства белков. Эти белки не экспортируются из митохондрий или хлоропластов, но необходимы для их функций. Рибосомы митохондрий и хлоропластов также напоминают меньшие рибосомы бактерий, а не крупные эукариотические рибосомы. Это еще одно доказательство того, что ДНК возникла внутри органелл и полностью отделена от эукариотической ДНК. Это согласуется с теорией эндосимбиоза.
Наконец, положение и структура этих органелл соответствует эндосимбиотической теории. Митохондрии, хлоропласты и ядра клеток окружены двойными мембранами. Все три содержат свою ДНК в центре цитоплазма, так же, как бактериальные клетки. Хотя существует меньше доказательств, связывающих ядро с любым видом существующих видов, и хлоропласты, и митохондрии очень похожи на несколько видов внутриклеточных бактерий, существующих во многом одинаково. Считается, что ядро возникло в результате клеточная мембрана, как видно на рисунке выше. Во всем мире существуют различные эндосимбионтные бактерии, которые живут внутри других организмов. Бактерии существуют почти везде, от почвы до внутренней части нашего кишечника. Многие нашли уникальные ниши в клетках других организмов, и это является основой эндосимбиотической теории.
- эндосимбионта – Организм, который живет с другим организмом, заставляет оба организма получать пользу.
- Цианобактерии – Все еще сохранившиеся цианобактерии являются фотосинтезирующими бактериями, чьи предки, вероятно, стали хлоропластами растение клетки.
- Proteobacteria – бактериальный предок митохондрий органелл.
- эукариоты – Организм с мембраносвязанными органеллами, предположительно эволюционировавший от эндосимбиотических взаимодействий.
викторина
1. Некоторые люди опровергают теорию, что подобная ДНК происходит из-за общего происхождения, краеугольного камня эндосимбиотической теории. Они говорят, что похожие последовательности ДНК могут возникать через конвергентная эволюция или давление из аналогичных источников. Почему это невероятно?A. Генетическая рекомбинация и мутации – единственные вещи, которые, как известно, порождают новую ДНК.B. Есть так много оснований ДНК, комбинации бесконечны.C. Подобные эволюционные обстоятельства вряд ли нуждаются в похожих белках.
Ответ на вопрос № 1
верно. Единственные зарегистрированные случаи появления новых генов происходят от мутаций ДНК, которая уже присутствует. Поскольку мутациям требуется много времени для добавления функционального материала в геном, гораздо более вероятно, что существующие белки будут модифицированы, чтобы соответствовать задаче. В то время как есть только 4 базовых молекулы ДНК, один мутация в ДНК может вызвать большое функциональное изменение белка, что может привести к новым химическим путям. Создание совершенно нового гена с нуля, идентичного тому, который обнаружен у аналогичного вида, означало бы, что процесс мутации и отбора должен происходить почти одинаково в обеих популяциях, для тысяч базовых молекул ДНК в определенном порядке. Поскольку мутации совершенно случайны, это практически невозможно. Однако белки со сходными функциями часто создаются из, по-видимому, неродственных белков у разных групп животных.
2. Бактериальная клетка попадает в организм человека. Бактерия перемещается в кишечник, где она эндоцитозируется клеткой кишечника. Бактерия не уничтожается и живет в эндосимбиотических отношениях с клеткой человека. Эндосимбиотическая теория только что произошла до нашей глаза ?A. даB. нетC. Это может быть первым шагом
Ответ на вопрос № 2
С верно. Многие организмы в природе существуют в эндосимбиотических отношениях с другими видами. Эндосимбиотическая теория указывает, что со временем эти эндосимбионты теряют способность жить независимо от хозяина, и хозяин становится зависимым от эндосимбионта. Кроме того, геном эндосимбионта будет значительно уменьшен, так как хозяин будет обеспечивать большинство белков, которые ему необходимы для функционирования.
3. Митохондрии и хлоропласты делятся отдельно от нормальных клеточный цикл, В течение митоз они распределяются более или менее равномерно по каждой новой ячейке. Поддерживает ли это эндосимбиотическую теорию?A. Да, отдельный цикл предполагает другое происхождение.B. Нет, митохондрии и хлоропласты просто необходимы для энергии в любое время.C. Может быть? Оба кажутся хорошими ответами.
Ответ на вопрос № 3
С верно. Хотя это может показаться неважным, это остается спорная область, в эндосимбиотической теории. Некоторые критики предполагают, что различные репродуктивные показатели митохондрий и хлоропластов просто для сохранения потока энергии, которая нужна клетке во время деления. Если бы поток энергии был потерян, потому что все митохондрии делились, вся клетка должна была бы остановиться в середине деления. Сторонники эндосимбиотической теории указывают на то, что ДНК также различна в этих органеллах, что говорит о том, что они никогда не размножаются эукариотическим способом.