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 ;
2. Прокариотические организмы ;
3. Эукариотические клетки ;
4. Митохондрии и пластиды ;
5. Способность эукариот к фотосинтезу ;
2. Предшественники жизни ;
3. Ферментирующие организмы :
1. Источники энергии ранних клеток ;
2. Метаногенез как источник энергии ;
3. Цианобактерии и хлорооксибактерии ;
4. Фотосинтез и воздух ;
5. Ассоциации и эукариоты :
1. Теории последовательных симбиозов ;
2. Симбиотическое приобретение подвижности ;
3. Эукариоты – фотосинтетики ;
6. Взгляд на эволюцию клетки :

6.1 Гипотеза прямой филиации ;
2. Гипотеза : от цианобактерий к водорослям ;
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
[pic]

ПРЕДШЕСТВЕННИКИ ЖИЗНИ

Предки нынешних организмов возникли более трех милли-ардов лет назад из органических соединений , образовавшихся на поверхности Земли . Привлекательность этой концепции отчасти связана с ее доступностью для проверки .
С. Миллер и Х.. Юри показали , что при атмосферных усло-виях , имевших место на юной Земле , могут образовываться аминокислоты и другие органические молекулы . Различные типы органических молекул образовывались спонтанно в течение первого миллиарда лет существования Земли . Многие органические молекулы были обнаружены в межзвездном пространстве и в метеоритах .
Значит , органические соединения возникают при взаимодействии легких элементов, в при-сутствии источников энергии .
Универсальность химического механизма биорепродукции означает , что все живое на Земле происходит от общих предков : вся нынешняя жизнь произошла от клеток с информационными системами
, осно-ванными на репликации ДНК , и на синтезе белков , направляемом информационной РНК .

ФЕРМЕНТИРУЮЩИЕ ОРГАНИЗМЫ

Возможно , что нуклеиновые кислоты с самого начала были отделены от окружающей среды липопротеидными мембранами .
Информация стала кодироваться последовательностью нуклеотидов в молекулах ДНК . Древнейшие клетки использовали АТФ и аминокислоты , входящие в состав белков , как прямые источники энергии , и как структурные компоненты . Итак - древнейшая жизнь существовала в форме гетеротрофных бактерий , получавших пищу и энергию из органического материала абиотического происхождения . Для неодарвиновской органической эволюции необходимо три феномена : воспроизведение, мутации и селективное давление среды . Воспроизведение - это неприменное условие биологи- ческой эволюции . При достаточно точной репродукции - мутации и естественный отбор неизбежны . Объяснить проис-хождение такой репродукции - значит понять происхождение самой жизни . Мутирование
- первичный источник изменчивости в эволюции , ведет к наследуемым изменениям в самовоспроизводяйщейся системе . Как только выработалось надежное воспроизведение , началась неодарвиновская эволю-ция . Организмы , у которых выработались пути синтеза нужных клетке компонентов , имели преимущество перед другими . Древнейшими автотрофами , то есть организмами способными удовлетворять свои потребности в энергии и органических веществах за счет неорганических источников , были анаэробные метанообразующие бактерии . Способность к фотосинтезу впервые выработалась у бактерий , чувствительных к кислороду . Поглощая солнечный свет с помощью бактериального хлорофилла , они превращали угле- кислоту атмосферы в органические вещества .Появление ана-эробного фотосинтеза необратимо изменило поверхность и атмосферу Земли .
Углекислота удалялась из атмосферы и превращалась в ор-ганическое вещество в соответствии с общим уравнением фотосинтеза :
2H2X+CO2=CH2O+2X+H2O . Фотосинтезирующие бактерии , которые использовали для восстановления СО2 сероводород , откладывали элементарную серу . Они дали начало бактериям , способным к фотосинтезу с выделением кислорода . Вероятно этот тип фотосинтеза зародился в результате накопления мутаций у фотосинтезирующих серных бактерий . Этот путь привел к возникновению сине-зеленых водорослей или цианобактерий . Недавно была открыта и изучена новая группа фотосинтезирующих прокариот , выделяющих О2 - хлороксибактерии . Можно предполагать , что именно циано- и хлорооксибактерии были предками пластид , находящихся в клетках водорослей и растений . По мере накопления
О2 в результате микробного фотосинтеза земная атмосфера становилась окислительной , что вызвало кризис всей жизни – до этого времени мир был заселен анаэробными бактериями. Чтобы выжить микробы должны были избегать кислорода, укрываясь в болотах , или должны были выработать обмен веществ , способный предохранить их от возрастающего количества кислорода .

ФОТОСИНТЕЗ И ВОЗДУХ