NĂNG LUONG SINH HOC 15

ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp

NGƯỜI HƯỚNG DẪN : PGS – TS VÕ VĂN TOÀN
NGƯỜI THỰC HIỆN : TRƯƠNG VĨNH LẠI
LỚP : SINH HỌC THỰC NGHIỆM -K16
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp

Khác so với các bào quan khác trong tế bào có nhân điển hình, ti thể và lục lạp chứa bộ DNA riêng mà chúng sử dụng trong quá trình sinh sản vô tính độc lập của các tế bào có nhân điển hình . Điều này đặc biệt đáng chú ý, như là không có bào quan có nhân điển hình khác là có thể sao chép một phần hoặc hoàn toàn dựa trên các bản sao của DNA nó chứa.Tính đặc thù này dẫn đến ý kiến ​​cho rằng ti thể và lục lạp không có nguồn gốc giống như các bộ phận khác trong tế bào của chúng. Đặc điểm bổ sung của DNA ti thể và lục lạp đã được ghi nhận chứng minh .
Ví dụ, hình dạng và tổ chức nội bộ của các nhiễm sắc thể của những cơ quan này đặc biệt tương tự như của sinh vật nhân sơ. Ngoài ra, các ribosome mã hóa DNA cho là tương tự như của sinh vật nhân sơ, trong khi khác với các sinh vật nhân chuẩn. Để lý giải cho những nhận xét này, lý thuyết nội cộng sinh được xây dựng và sau đó được sử dụng như là lý luận để giải thích sự tồn tại của DNA ti thể và lục lạp.
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp

Các lý thuyết nội cộng sinh về nguồn gốc của ty thể (và lục lạp) của sinh vật nhân chuẩn cho thấy rằng tổ tiên của tế bào nhân chuẩn sống chung đoàn của các tế bào nhân sơ lớn với ít nhất một, và có thể nhiều hơn, loài vật cộng sinh bên trong nhỏ hơn có liên quan. Ở vi khuẩn chuyên hóa đơn thuần, ti thể và lục lạp là sinh vật hiếu khí sống trong giới hạn của một tế bào vật chủ sống sót bằng cách thực ẩm bào và trở thành thể thống nhất vào tế bào chất của tế bào cổ.
Những vi khuẩn này chuyên có thể ban đầu có màu tía, không lưu huỳnh, hoặc vi khuẩn kí sinh cổ xưa . Khả năng của vi khuẩn cộng sinh để tiến hành hô hấp tế bào trong tế bào vật chủ mà dựa vào glycosis và quá trình lên men sẽ cung cấp một lợi thế tiến hóa đáng kể. Tương tự như vậy, tế bào vật chủ với vi khuẩn cộng sinh có khả năng quang hợp cũng sẽ có một lợi thế.
Trong cả hai trường hợp, số lượng các môi trường trong đó các tế bào có thể tồn tại sẽ được mở rộng rất nhiều, do đó đảm bảo một cơ hội sống sót lớn hơn.
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Một ví dụ cho điều này xảy ra trong tự nhiên đó là một loại vi khuẩn hiếu khí xâm nhập vi khuẩn kỵ khí khác lớn hơn (một sinh vật giống như một amip).
Sự sắp xếp kết quả sẽ có mỗi thực thể thực hiện một chức năng mang lại lợi ích lẫn nhau : vi khuẩn sẽ cung cấp oxy cho các loài yếm khí, từ đó có thể cung cấp năng lượng và bảo vệ cho sinh vật ưu khí.
Mối quan hệ cùng có lợi này sẽ cho phép cả hai kí chủ và vật cộng sinh cùng phát triển thích nghi với các vùng biển và bầu không khí của thời kỳ tiền Cambri trái đất thay đổi (lưu ý rằng oxy bắt đầu tích tụ trong bầu khí quyển nguyên thủy hóa thạch đầu tiên của sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn).
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Nó là không chắc chắn chính xác như thế nào các tế bào chủ prokaryote ban đầu đã có vi khuẩn hiếu khí trong màng của nó. Sẵn sàng ăn có thể là trường hợp, nhưng những vi khuẩn này có thể cũng được ký sinh.
Đó là giá trị lưu ý rằng uống sẵn sàng thường được xem như là cơ chế được ưa chuộng như các tế bào có nhân điển hình sử dụng rộng rãi endocytosis.
Endocytosis tự nguyện cũng chắc chắn sẽ giải thích làm thế nào các cơ quan này đã có một màng kép (nội bộ sẽ là một trong màng prokaryote, và màng bên ngoài gói endocytotic nó sẽ được đặt bên trong).
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Trong cả hai trường hợp, vi khuẩn sinh sản trong các máy chủ như vậy mà các thế hệ tiếp theo của tế bào mới này cũng sẽ chứa các vi khuẩn mới được xử lý. Bởi vì các lợi thế tiến hóa nói trên của một mối quan hệ cùng có lợi như vậy, nó không phải là không chắc rằng sự kết hợp kết quả sẽ khiến cả hai thực thể không có khả năng hoạt động độc lập, cho phép các vi khuẩn hiếu khí để bắt đầu sử dụng và thích ứng với vai trò cũ đến rất chức năng tương tự với tế bào prokaryote.
Thông qua lý luận này mà Lý thuyết nội cộng sinh được sử dụng để làm sáng tỏ vào sự tồn tại, đặc điểm, và sử dụng các DNA được lưu trữ trong các màng của các bào quan hiện nay.
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Các Lý thuyết cộng sinh nội bào ("endo" = trong), ban đầu được đề xuất bởi trường Đại học Boston do nhà sinh vật học Lynn Margulis năm 1967 và chính thức có trong cuốn sách viết năm 1981 của cô "Cộng sinh trong tế bào Evolution", bây giờ được chấp nhận chính đáng. Hai lý thuyết của cô lần đầu tiên không được chấp nhận trong cộng đồng khoa học.
Theo đề nghị ban đầu của cô Lý thuyết nội cộng sinh, Margulis suy luận rằng vì cả hai loại bào quan dường như để tái tạo một cách độc lập các phần còn lại của tế bào, cô dự đoán rằng, nếu các cơ quan này đã thực sự là vi khuẩn (prokaryote) cộng sinh, chúng sẽ có riêng DNA của mình. Vật liệu di truyền này, cô lý luận, sẽ giống như ADN của vi khuẩn và khác với DNA của tế bào (nằm trong nhân tế bào).
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Thật ngạc nhiên, trong năm 1980, điều này đã được chứng minh là trường hợp đối với cả ti thể và lục lạp bào quan (trên một lưu ý tương tự, trong những năm 1980 cuối năm, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Rockefeller tìm thấy một phát hiện tương tự về hạt trung tâm, cấu trúc cung cấp các tế bào có nhân điển hình với khả năng vận động và phân chia tế bào.)
Các vật liệu di truyền ty thể và lục lạp chứa là dạng vòng, như là đúng với vi khuẩn cận đại. DNA này là rất có thể không phải là một di tích của thời cổ đại, mặc dù, như ty thể và lục lạp cũng chứa phiên mã riêng của chúng và cơ quan (ribosome), đó là kích thước tương tự và thành phần cho những vi khuẩn.
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Khi nhu cầu của tế bào đối với sự gia tăng sản xuất năng lượng, ti thể chỉ đơn giản là có thể phân chia thành hai. Hai nửa gia tăng kích thước, tăng hiệu quả làm cơ sở cho tế bào để xây dựng ATP (triphosphate 5`-adenosine). Mặc dù cả hai ti thể và lục lạp chỉ có thể phát sinh từ các ty lạp thể tồn tại từ trước và lục lạp, chúng không thể được hình thành trong một tế bào mà thiếu chúng.
Vật liệu di truyền ty thể và lục lạp chỉ mã hóa cho một số protein bào quan, không phải tất cả của nó. Gen mã hóa cho phần còn lại của các protein từ đó chúng được thực hiện. Một số lượng rất lớn của thời gian tiến hóa (về trình tự của một tỷ năm) có thể mất dần độc lập di truyền của các bào quan từ tế bào. Tuy nhiên, nhiều nhà sinh học cho rằng chỉ đơn giản là chấp nhận đây là thực tế, và điều này là nguyên nhân cho các vấn đề với các lý thuyết cộng sinh nội bào (nêu dưới đây).
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Bộ gen của prokaryote cho thấy rằng ty thể và lục lạp chứa trong màng của chúng bao gồm một phân tử DNA vòng tròn duy nhất mà không cần bất kỳ histones có liên quan (có, tuy nhiên, có chứa intron, một đặc điểm không quan sát thấy ở sinh vật nhân sơ).
Trong hệ gen này, các axit amin đầu tiên của bảng điểm của chúng luôn luôn là fMet, vì nó là vi khuẩn (không methionine, axit amin đầu tiên trong các protein có nhân điển hình).
Những ảnh hưởng của tương tác của DNA ty thể và lục lạp với thuốc kháng sinh và thuốc ức chế cũng có tác dụng tương tự như những gì xảy ra trong vi khuẩn.
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Một số kháng sinh (ví dụ : streptomycis ) có tác động bằng cách ngăn chặn sự tổng hợp protein của vi khuẩn cũng như ngăn chặn sự tổng hợp protein trong ty thể và lục lạp. Tuy nhiên, điều này sẽ không can thiệp vào sự tổng hợp protein trong tế bào chất của sinh vật nhân chuẩn.
Ngược lại, các chất ức chế (như độc tố bạch hầu) tổng hợp protein bởi ribosome nhân điển hình không có bất kỳ ảnh hưởng đến sự tổng hợp protein của vi khuẩn cũng không ảng hưởng đến tổng hợp protein trong ty thể và lục lạp.
Các kháng sinh rifampicin, mà ức chế polymerase RNA của vi khuẩn, cũng ức chế RNA polymerase trong ty thể. Ngoài ra, nó không có tác dụng như trên RNA polymerase trong nhân nhân điển hình.
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Cụ thể, bộ gen vòng của ty lạp thể con người chứa 16.569 cặp base của DNA. Những mã hóa cho 2 RNA ribosome (rRNA) phân tử, 22 RNA vận chuyển (tRNA) phân tử, và 13 polypeptide. Những 13 polypeptide tham gia xây dựng nhiều khu phức hợp protein gắn vào vào trong màng ty thể.
Bảy tiểu đơn vị tạo nên NADH dehydrogenase ty thể, ba tiểu đơn vị của cytochrome c oxidase, hai tiểu đơn vị của ATP synthase, và một đi theo hướng cytochrome b. Như đã nói, tất cả các sản phẩm gen được sử dụng trong các ty thể, nhưng các ty thể cần bổ sung protein được mã hóa bởi các gen chứa trong nhân.
Những protein này (ví dụ, cytochrome c và RNA và DNA polymerase được sử dụng bởi các ty thể) được tổng hợp trong tế bào chất và sau đó đưa vào ty thể.
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Từ một quan điểm tiến hóa, những điểm tương đồng di truyền giữa ti thể và lục lạp và vi khuẩn dường như được củng cố bởi lý thuyết nội cộng sinh. Ngoài thử nghiệm DNA trực tiếp để xác minh các ty lạp thể (và lục lạp) gen, đã có một số thí nghiệm khác chứng minh khả năng của các tế bào để sống chung một cách cộng sinh.
Thí nghiệm đầu tiên và nổi bật nhất trong số này đã được tiến hành vào giữa năm 1980, khi Giáo sư Kwang Jeon của Đại học Tennessee nhận thấy rằng amip đã phát triển một số lượng lớn các vết chấm nhỏ. Sau khi kiểm tra chặt chẽ hơn, các dấu chấm đã được thực hiện là vi khuẩn đã bắt đầu xâm nhập vào với một tốc độ đáng báo động. Đúng như hình thức khoa học, Jeon ghi nhận amip thiệt hại nhất, và bắt đầu theo dõi sự thay đổi của chúng.
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Jeon cho thấy cấp độ của amip thiệt hại từ vi khuẩn có khả năng đề kháng như thế nào, và nếu nó tồn tại, nó sẽ trở lại một chế độ hoạt động bình thường. Nhiều mẫu vật của ông dường như đã thực sự nhiều khả năng chịu hơn những mẫu khác về đề kháng vi khuẩn sống sót sau cuộc xâm nhập và quay trở lại hoạt động bình thường của chúng.
Tuy nhiên, nó không phải không có một số 40.000 của các vi khuẩn xâm nhập mà vẫn tồn tại trong mỗi amip và sống sót. Thông qua các thử nghiệm, Jeon thấy rằng tế bào của amip không thể sống mà không có vi khuẩn gây bệnh một lần.
Khám phá tình cờ của Jeon chứng minh rằng nó có thể cho hai sinh vật để trở thành cơ thể chung phụ thuộc vào nhau trong một mối quan hệ cộng sinh nội bào đầy đủ chức năng.
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Trong trường hợp của amip, sự phát triển thành công của nội cộng sinh phụ thuộc. Trong một trường hợp tương tự, lục lạp từ tảo cũng đã được đưa vào các tế bào ruột của sên biển. Các lục lạp trong thí nghiệm này là không thể phân chia một cách hiệu quả, nhưng chúng đã sống lâu hơn nhiều so với mẫu vật trong vitro.
Các tế bào nguyên bào sợi của con Chuột cũng được kích khích một cách nhân tạo để mất lục lạp và ty thể bị cô lập với cả hai chức năng trong một thời gian sau đó. Trong các thí nghiệm khác, một số loài tảo đã được quan sát thấy có hai nhân tế bào.
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Nó đã được công nhận rằng hạt nhân thứ hai là từ toàn bộ tế bào chất của tảo hoàn toàn bao phủ bên trong màng sinh chất của trùng roi. Rõ ràng, cả hai loại tảo và trùng roi trải qua quá trình nguyên phân đồng thời và phân chia tế bào.
        Mặc dù có những ví dụ cụ thể có thể thực hiện được của nội cộng sinh , có sự gắn liền với DNA .Tiến sĩ Margulis sử dụng điều đó để củng cố lý thuyết cộng sinh. Mâu thuẩn nảy sinh từ thực tế là không có phương tiện mô tả các cơ chế chính xác cho việc chuyển axit nucleic từ bào quan đến nhân tế bào, thiếu quan sát thực nghiệm đã diễn ra. Như một kết quả của việc chuyển nhượng, protein yêu cầu của ti thể và lục lạp sẽ được sản xuất trong tế bào chất, chứ không phải bên trong bào quan khác.
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Vì vậy, cơ chế vận chuyển sẽ là cần thiết để đẩy hoặc kéo các sản phẩm này thông qua màng vào ty thể và lục lạp. Christian Duve đoạt giải Nobel khi đã nhận xét về các vấn đề của sản xuất protein trong tế bào chất. Trong một bài báo có liên quan, ông tuyên bố rằng "những phân tử này [sau đó sẽ có] để di chuyển vào các vi khuẩn cộng sinh để được sử dụng.
Nếu không có các hợp chất protein thích hợp trong màng tế bào và cơ chế vận chuyển phức tạp, các protein trong tế bào chất sẽ là mãi mãi vô dụng, cô lập tại những vị trí mà chúng có thể hoạt động. Câu hỏi đặt ra rằng nếu protein này cũng đã được tổng hợp bên trong bào quan thì lý do tại sao lại có sự vận chuyển từ tế bào chất ở nơi đầu tiên.
ThuyẾt nỘi cỘng sinh đỂ chỨng minh cho nhân DNA
điỂn hình cỦa ti thỂ và lỤc lẠp
Bất kể, số lượng đáng kinh ngạc của gián tiếp (nếu không trực tiếp) bằng chứng và quan sát thực nghiệm trong hỗ trợ của Lý thuyết nội cộng sinh đã làm lu mờ sự khác biệt này. Dường như, sau đó, là lý thuyết nội cộng sinh có thể được sử dụng để giải thích tại sao ti thể và lục lạp chứa DNA của chúng. Tuy nhiên, bởi vì chúng ta không thể quay ngược thời gian mình để quan sát chính xác những gì đã diễn ra, bằng chứng cần thiết để thay đổi mô hình từ giả thuyết đến sự thật là có được mãi mãi mất trong thời cổ đại.
CHÂN THÀNH CẢM ƠN QUÝ THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE !