Гіпотеза біогенезу мітохондрій і хлоропластів

В організації мітохондрій і хлоропластів багато спільного. Ці органели пристосовані до утворення АТФ, для цього їх специфічні мембрани мають у своєму складі АТФ-синтетазної комплекс та електронно-транспортний ланцюг. У матриксі цих органоїдів присутні кільцеві молекули ДНК, прокаріоти також мають ДНК у формі кільця. Мітохондрії і хлоропласти містять власні рибосоми, що відрізняються від рибосом цитоплазми і аналогічні рибосомам прокаріотів.
Подібність структури і енергетичних процесів у бактерій і мітохондрій, у хлоропластів і ціанобактерій є основою для гіпотези симбіотичного походження цих органел. Відповідно до цієї гіпотези, виникнення еукаріотів в процесі еволюції відбувалося не одномоментно, а тривало через кілька етапів симбіозу з прокариотическими клітинами. Спочатку утворилися еукаріотичні клітини, здатні до дихання за допомогою мітохондрій, які виникли за рахунок симбіозу вихідної клітини господаря з аеробного прокариотической кліткою, здатної до окислювального фосфорилювання і синтезу АТФ. Поглинання еукаріотичної клітини, здатної до дихання, могло статися допомогою ендосимбіоз. У цьому випадку новостворена структура матиме дві мембрани: одну мембрану власне бактеріальну, іншу – від клітини господаря, що оточила бактерію в процесі ендоцитозу. Виниклі клітини можуть бути гетеротрофами, як типові клітини тваринного походження. Відомо, що мітохондрії однаково організовані і в рослинній, і в тваринній клітині, що дозволяє припустити, що перший етап симбіозу стався до появи еукаріотичних клітин, здатних до фотосинтезу. Наступний етап клітинної еволюції пов’язаний з виникненням симбіотичних стосунків між еукариотическими клітинами, що мають мітохондрії, і прокариотами, здатними до фотосинтезу. На роль таких симбіонтів найбільше підходять ціанобактерії, або синьо-зелені водорості. Показано, що в геномі клітин вищих рослин присутні близько 25 000 генів, при цьому більше 4000 генів таких, які є у ціанобактерій. Згідно симбиотической гіпотезі, еукаріотичні рослинні клітини утворилися в ході еволюції в результаті симбіозу гетеротрофною еукаріотичної клітини з ціанобактерій. Такий симбіоз привів до утворення клітин, здатних до автотрофне типу харчування на основі фотосинтезу.
Етапні процеси симбіозу могли відбуватися більше мільярда років тому. За цей період мітохондрії і хлоропласти частково втратили свою автономність, їхня робота стала контролюватися ядром.
Гіпотеза симбіотичного походження мітохондрій і хлоропластів спирається на ряд додаткових фактів, в тому числі на той факт, що і мітохондрії, і хлоропласти здатні до поділу, причому їх розподіл в більшості випадків не залежить від фаз клітинного циклу.
Крім того, ці органели здатні існувати і активно функціонувати в інших клітинах, якщо їх помістити туди в ході експерименту. Життєздатність мітохондрій і хлоропластів може зберігатися в таких умовах протягом декількох діб.
Таким чином, існує багато даних, які підтверджують правильність гіпотези симбіотичного походження двумембранних органоїдів еукаріотичних клітин – мітохондрій і хлоропластів.

Питання
1. У чому суть симбиотической гіпотези походження мітохондрій і хлоропластів в клітині?
2. Що спільного між мітохондріями і хлоропластами?
3. Що спільного між мітохондріями і бактеріями?
4. Що спільного між хлоропластами і ціанобактеріями?

Посилання на основну публікацію