КУРСОВАЯ РАБОТА по биологии тема Происхождение эукариотических клеток Выполнила Сурова Вера 10-В класс,школа N55 Проверила Струкова Н.А. г.Рязань 1999 год ПЛАН 1 . Симбиотическая теория 1.1 Фундаментальное разграничение между прокариотами и эукариотами 1.2 Прокариотические организмы 1.3 Эукариотические клетки 1.4 Митохондрии и пластиды 1.5 Способность эукариот к фотосинтезу 2. Предшественники жизни 3. Ферментирующие организмы 3.1 Источники энергии ранних клеток 3.2 Метаногенез как источник энергии 3.3 Цианобактерии и хлорооксибактерии 4. Фотосинтез и воздух 5. Ассоциации и эукариоты 5.1 Теории последовательных симбиозов 5.2 Симбиотическое приобретение подвижности 5.3 Эукариоты - фотосинтетики 6. Взгляд на эволюцию клетки 6.1 Гипотеза прямой филиации 6.2 Гипотеза от цианобактерий к водорослям 6.3 Совместимость 2 -х гипотез прямой филиации и эндосимбиоза 7. Выводы 8. Литература . ТЕОРИЯ ЭНДОСИМБИОЗА Все живые организмы на Земле обычно делят на прокари-от и эукариот . Главной особенностью прокариот в отличие от эукариот является отсутствие у них полноценного клеточного ядра , покрытого мембраной . Клетки прокариот имеют очень не-большие размеры порядка 1 мкм . Объем эукариотических клеток, содержащих полноценное ядро, в 800 - 1000 раз больше объема клеток прокариот . В связи с этим клеткам - эукариотам необходим для выполнения жизненных функций гораздо больший мембранный аппарат . Действительно , в эукариотической клетке выявлены субклеточные структуры , окруженные незави-симыми от плазмалеммы и друг от друга мембранами . Эти структуры называются органеллами . Каждой органелле митохондрии , хлоропласту , ядру , лизосомам , аппарату Гольджи и т. д . присущи свои специфические функции в жизни клетки . С помощью молекулярно - биологических подходов получены убедительные доказательства того ,что все живые существа должны быть разделены на 3 надцарства бактерии , археи и эукариоты . Бактерии и археи возникли на Земле от общего предка - так называемого прогенота - около 4 млрд лет назад , а эукариоты по данным палеонтологов появились на Земле через 500 млн лет после прокариот . Наиболее популярной и достаточно обоснованной идеей происхождения эукариотических клеток, в настоящее время являктся идея многократного эндосимбиоза различных прокариот . По представлениям известных микробиологов А. Клюйвера и К. Ван Ниля , именно у древних прокариот произошел отбор клеток с наиболее экономичными и зачастую полифункциональными биохи-мическими реакциями , ставшими основой важнейших путей метаболизма . Симбиотическая теория происхождения и эволюции клеток основана на двух концепциях , новых для биологии .Согласно первой из этих концепций, самое фундаментальное разграни-чение в живой природе - это разграничение между прокариотами и эукариотами ,т.е. между бактериями и организмами, состоящими из клеток с истинными ядрами - протистами , животными , грибами и растениями . Вторая концепция состоит в том , что источником некоторых частей эукариотических клеток была эволюция симбиозов , т.е. формирование постоянных ассоциаций между организмами разных видов . Предполагается , что три класса органелл - митохондрии , реснички и фотосинтезирующие пластиды - произошли от свободно живущих бактерий , которые в результате симбиоза были в определенной последовательности включены в состав клеток прокариот - хозяев . Эта теория в большой мере опирается на неодарвинистские представления , развитые генетиками, экологами , цитологами и другими учеными , которые связали Менделевскую генетику с дар-виновской идеей естественного отбора .Она опирается также на совершенно новые или недавно возрожденные научные направ-ления на молекулярную биологию ,особенно на данные о структуре белков и последовательности аминокислот , на микро палеонтологию , изучающую наиболее ранние следы жизни на Земле , и даже на физику и химию атмосферы , поскольку эти науки имеют отношение к газам биологического происхсждения . Все организмы, состоящие из клеток, могут быть сгруппиро-ваны в пять царств царство прокариот Monera, куда относятся бактерии и четыре царства эукариот Protoctista, Animalia, Fungi , Plantae . Протоктисты- это эукариотические организмы, не относящиеся к животным, грибам или растениям.
В царство протоктистов входят водоросли, протозои, слизевики и другие эукариотические организмы неясной принадлежности. Протисты определены более ограничительно- как однокле-точные эукариоты. Таким образом, царство Protoctista включает не только протистов - одноклеточных эукариот, но и их ближай-ших многоклеточных потомков, таких как красные и бурые водоросли, а также многие микроорганизмы, сходные с грибами, например хитридиевые. Согласно традиционному представ-лению о прямой филиации, такие клеточные органеллы, как Митохондрии и пластиды, возникли путем компартментализации самой клетки. НЕСКОЛЬКО ПРОКАРИОТ ОБРАЗУЮТ ОДНУ ЭУКАРИОТУ Клетки - это ограниченные мембранами системы, наименьшие из биологических единиц, способных к саморепродукции. Даже мельчайшие клетки содержат гены в форме молекул ДНК одной или нескольких и белоксинтезирующий аппарат, состоящий из нескольких типов РНК и множества белков.
Все клетки содержат рибосомы - тельца диаметром около 0,02 мкм, состоящие из РНК по меньшей мере трех типов, и примерно пятидесяти различных белков.
Прокариотичесие организмы - наименьшие биологические единицы, которые удовлетворяют этому определению клетки. У них нет ядер. С другой стороны, одиночные эукариотические имеющие ядро клетки в известном смысле вообще не являются единицами. Это комплексы различных белоксинтезирующих единиц ну-клеоцитоплазмы, митохондрий и пластид, тип и число которых варьирует в зависимости от видовой принадлежности. Таким образом, согласно этой теории ,
Эукариотические клетки возникли в результате кооперации первоначально независимых элементов, объединившихся в определенном порядке. Тэйлор назвал такое представление о раздельном происхождении и развитии частей эукариотической клетки и их последующем объединении - теорией последовательных эндосимбиозов. Условия высокой температуры и кислотности привели к выработке в нуклеоцитоплазме особого класса белков - гистонов - для защиты ее ДНК . Митохондрии были способны расщеплять трехуглеродные соединения до углекислоты и воды. Симбиотическая ассоци-ация нуклеоцитоплазмы и митохондрий начала изменяться в сторону усиления их взаимной зависимости. Этот комплекс включил в себя двигательные органеллы - реснички и жгутики. За этой трансформацией последовало морфогенетическое преобразование, которое состояло в развитии выраженных клеточных асимметрий. С интеграцией взаимозависимых нуклеоцитоплазмы, митохондрий, ундулиподий - завершилось создание полигеномной структуры эукариотической клетки.
Первая эукариотическая клетка была гетеротрофной. Она питалась готовыми органическими соединениями.
У этих эукариот возникли процессы митоза, а затем и мейоза.
И наконец, приобретение эукариотами способности к фотосинтезу, имело место в процессе становления основной эукариотической организации и после его завершения- последнее событие в зтой эпопее.
Симбиозы становились более и более интегрированными. В настоящее время зависимость каждой органеллы от продуктов метаболизма других органелл стала настолько полной, что только современные методы анализа позволяют проследить метаболические пути исходных партнеров. Эукариоты разнообразны по своему строению, но метаболически они остаются единообразными. Метаболические ухищрения эукариот были разработаны различными бактериями еще до того времени, когда они объединились, превратившись в хозяина и его органеллы. Прокариоты достигли большого разнообразия в способах получения энергии и в тонкостях биосинтеза. Они оставили след своего существования задолго до того, как на основе эукариотической клетки сформировались такие крупные организмы, как животные, обладающие скелетом. Схема происхождения эукариотических клеток путем симбиоза
. С. Значит, органические соединения возникают при взаимодействии легких эл... Привлекательность этой концепции отчасти связана с ее доступностью для... Многие органические молекулы были обнаружены в межзвездном пространств...
Возможно, что нуклеиновые кислоты с самого начала были отделены от окр... При достаточно точной репродукции - мутации и естественный отбор неизб... Как только выработалось надежное воспроизведение, началась неодарвинов... Углекислота удалялась из атмосферы и превращалась в ор-ганическое веще... Недавно была открыта и изучена новая группа фотосинтезирующих прокарио...
Фотосинтез и воздух. Способность к выработке специфических ферментов может передаваться в п... Примерно 2 миллиарда лет назад один за другим происходили различные эв... Эти биохимические про-цессы приводили к системам круговорота элементов...
Эти организмы, которым предстояло стать нуклео-цитоплазмой, приобретал... Следующим шагом к полному эукариотическому статусу было. Митотическое деление клетки выработалось только после того, как хозяев... А какова природа эндосимбионтов, дышавших кислородом? Эти промитохондр... Создалась их взаимная зависи-мость в отношении питания и защиты, возни...
Эти тригеномные комплексы дали множество различных видов протистов. Цианобактерии - стали предками красноватых пластид красных водорослей ... Это завершающее событие произошло более 400 млн. Какие - то гетеротрофные эукариоты в результате поглощения фотосинтези... лет назад, о чем свидетельствуют ордовикские ископаемые остатки крупны...
Губки очевидно произошли от протистов, независимо от остальных групп ж... СЛЕДСТВИЕ согласно теории, должны существовать праводоросли трудно свя... Митоз выработался у гетеротрофных эукариотических протистов путем дифф... однако они хранят копии генов, а при половом процессе - претерпевают м... На протяжении полувека казалось чрезвычайно правдоподобным, что эукари...
Выводы Наиболее популярной и обоснованной гипотезой происхождения эукариотических клеток является в настоящее время представле- ние об их образовании путем многократно происходившего в процессе эволюции в течении первых 1.5 - 2 млрд лет существования на Земле живых клеток эндосимбиоза различных прокариот, относящихся к бактериям и археям. Решающие доказательства эндосимбиотического происхождения хлоро-пластов и митохондрий были получены ведущими биологами мира при изучении структуры рибосомальных РНК . Эти данные достаточно ясно свидетельствуют в пользу большой вероятности эндосимбиотического происхождения эукарио-тических клеток из гораздо меньших по объему на несколько порядков клеток прокариот. ЛИТЕРАТУРА1. Соросовский образовательный журнал.
Биология , Химия , Науки о земле , Физика , Математика. N 5 1998г 2 Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки.
Пер. с англ М. МИР 1983г 3 Основы микробиологии. М . Медицина 1992 . 4 Хахина Л.Н. Концепция А.С. Фаминцына о значении симбиоза в эволюции Л. Наука , 1981 , с . 165 - 181 . 5 Альбертс Б . Молекулярная биология клетки Пер. с англ. М . Мир 1986 т.1.