Jump to content

Пластид

(Перенаправлено с Пропластиды )

Пластид
Растительные клетки с видимыми хлоропластами
Научная классификация Изменить эту классификацию
Домен: Бактерии
Тип: Цианобактерии
Клэйд : Пластид

Пластида обнаруженная — это мембраносвязанная органелла, в клетках растений водорослей , эукариотических и некоторых других организмов . Их считают внутриклеточными эндосимбиотическими цианобактериями . [ 1 ]

Примеры пластид включают хлоропласты (используемые для фотосинтеза ); хромопласты (используются для синтеза и хранения пигментов); лейкопласты (непигментированные пластиды, некоторые из которых могут дифференцироваться ); и апикопласты (нефотосинтезирующие пластиды апикомплексов , полученные в результате вторичного эндосимбиоза).

Постоянное событие первичного эндосимбиоза произошло около 1,5 миллиардов лет назад в Archaeplastida кладе — наземных растениях , красных водорослях , зеленых водорослях — вероятно, с цианобионтом , симбиотическими цианобактериями, относящимися к роду Gloeomargarita . [ 2 ] [ 3 ] Другое первичное событие эндосимбиоза произошло позже, между 140 и 90 миллионами лет назад, в фотосинтетических пластидах Paulinella ameboids цианобактерий родов Prochromococcus и Synechococcus , или «PS-клады». [ 4 ] [ 5 ] Вторичные и третичные явления эндосимбиоза также происходили у самых разных организмов; а некоторые организмы развили способность изолировать проглоченные пластиды — процесс, известный как клептопластика .

AFW Шимпер [ 6 ] [ а ] был первым, кто назвал, описал и дал четкое определение пластид, которые обладают двухцепочечной молекулой ДНК, которая долгое время считалась круглой по форме, подобной форме кольцевой хромосомы прокариотических - но клеток сейчас, возможно, это не так. ; (см . «...линейная форма» ). Пластиды — это места производства и хранения пигментов и других важных химических соединений, используемых клетками автотрофных эукариот . Некоторые содержат биологические пигменты , например, используемые при фотосинтезе или определяющие цвет клетки. Пластиды в организмах, утративших свои фотосинтетические свойства, очень полезны для производства молекул, подобных изопреноидам . [ 8 ]

У наземных растений

[ редактировать ]
Типы пластид
Лейкопласты в растительных клетках.

Хлоропласты, пропластиды и дифференцировка

[ редактировать ]

У наземных растений пластиды, содержащие хлорофилл, могут осуществлять фотосинтез , тем самым создавая внутреннюю химическую энергию из энергии внешнего солнечного света , одновременно захватывая углерод из атмосферы Земли и снабжая атмосферу живительным кислородом. Это хлорофилл-пластиды , и они называются хлоропластами ; (см. верхний рисунок).

Другие пластиды могут синтезировать жирные кислоты и терпены , которые можно использовать для производства энергии или в качестве сырья для синтеза других молекул. Например, пластидные эпидермальные клетки производят компоненты тканевой системы, известной как кутикула растения , включая эпикутикулярный воск , из пальмитиновой кислоты , которая сама синтезируется в хлоропластах ткани мезофилла . Пластиды служат для хранения различных компонентов, включая крахмалы , жиры и белки . [ 9 ]

Все пластиды происходят из пропластид, которые присутствуют в меристематических областях растения. Пропластиды и молодые хлоропласты обычно делятся путем бинарного деления , но более зрелые хлоропласты также обладают такой способностью.

растений Пропластиды (недифференцированные пластиды) могут дифференцироваться в несколько форм, в зависимости от того, какую функцию они выполняют в клетке (см. верхний рисунок). Они могут развиться в любой из следующих вариантов: [ 10 ]

Лейкопласты дифференцируются в еще более специализированные пластиды, такие как:

В зависимости от своей морфологии и целевой функции пластиды обладают способностью дифференцироваться или редифференцироваться между этими и другими формами.

пластомы и ДНК/РНК хлоропластов; пластидная ДНК и пластидные нуклеоиды

[ редактировать ]

Каждая пластида создает несколько копий своего собственного уникального генома, или пластома (от «пластидного генома»), что для хлорофилловой пластиды (или хлоропласта) эквивалентно «геному хлоропласта» или «ДНК хлоропласта». [ 11 ] [ 12 ] Число копий генома, образующихся на пластиду, варьируется: от 1000 и более в быстро делящихся новых клетках , охватывающих лишь несколько пластид, до 100 и менее в зрелых клетках, охватывающих многочисленные пластиды.

Пластом обычно содержит геном , который кодирует транспортные рибонуклеиновые кислоты ( тРНК ) и рибосомальные рибонуклеиновые кислоты ( рРНК ). Он также содержит белки, участвующие в фотосинтезе, транскрипции и трансляции пластидных генов . Но эти белки представляют собой лишь небольшую часть общего набора белков, необходимого для построения и поддержания любого конкретного типа пластиды. Ядерные гены (в ядре клетки растения) кодируют подавляющее большинство пластидных белков; а экспрессия ядерных и пластидных генов совместно регулируется для координации развития и дифференцировки пластид.

Многие пластиды, особенно отвечающие за фотосинтез, обладают многочисленными внутренними мембранными слоями. Пластидная ДНК существует в виде комплексов белок-ДНК, связанных как локализованные области внутренней оболочки пластиды внутри мембраны ; и эти комплексы называются «пластидными нуклеоидами ». В отличие от ядра эукариотической клетки пластидный нуклеоид не окружен ядерной мембраной. Область каждого нуклеоида может содержать более 10 копий пластидной ДНК.

Если пропластида ( недифференцированная пластида ) содержит одну нуклеоидную область, расположенную вблизи центра пропластиды, развивающийся (или дифференцирующийся) пластид имеет множество нуклеоидов, локализованных на периферии пластиды и связанных с внутренней мембраной оболочки. Во время развития/дифференциации пропластид в хлоропласты, а также когда пластиды дифференцируются от одного типа к другому, нуклеоиды изменяются по морфологии, размеру и расположению внутри органеллы. Считается, что ремоделирование пластидных нуклеоидов происходит за счет изменений количества и состава нуклеоидных белков.

В нормальных растительных клетках иногда образуются длинные тонкие выступы, называемые стромулами , которые простираются от пластидного тела в цитозоль клетки , соединяя между собой несколько пластид. Белки и более мелкие молекулы могут перемещаться вокруг стромул и через них. Для сравнения, в лаборатории большинство культивируемых клеток, которые больше по сравнению с нормальными растительными клетками, производят очень длинные и обильные стромулы, простирающиеся до периферии клетки.

В 2014 году были обнаружены доказательства возможной потери пластидного генома у Rafflesia lagascae , нефотосинтезирующего паразитического цветкового растения, и у Polytomella , рода нефотосинтезирующих зеленых водорослей . Обширные поиски пластидных генов в обоих таксонах не дали результатов, но вывод о полном отсутствии их пластомов до сих пор оспаривается. [ 13 ] Некоторые ученые утверждают, что потеря пластидного генома маловероятна, поскольку даже эти нефотосинтезирующие пластиды содержат гены, необходимые для завершения различных путей биосинтеза, включая биосинтез гема. [ 13 ] [ 14 ]

Даже при любой потере пластидного генома у Rafflesiaceae пластиды по-прежнему встречаются там в виде «оболочек» без содержания ДНК. [ 15 ] что напоминает гидрогеносомы у различных организмов.

В водорослях и протистах

[ редактировать ]

Типы пластид у водорослей и протистов включают:

Пластиду фотосинтезирующих видов Paulinella часто называют «цианеллой» или хроматофором, и она используется в фотосинтезе. [ 17 ] [ 18 ] У него произошло гораздо более недавнее событие эндосимбиоза, произошедшее в диапазоне 140–90 миллионов лет назад, которое является единственным другим известным событием первичного эндосимбиоза цианобактерий. [ 19 ] [ 20 ]

Этиопласты , амилопласты и хромопласты специфичны для растений и не встречаются в водорослях. [ нужна ссылка ] Пластиды водорослей и роголистников также могут отличаться от пластид растений тем, что содержат пиреноиды .

Наследование

[ редактировать ]

При размножении большинство растений наследуют пластиды только от одного родителя. Как правило, покрытосеменные наследуют пластиды от женской гаметы , тогда как многие голосеменные наследуют пластиды от мужской пыльцы . Водоросли также наследуют пластиды только от одного родителя. Таким образом, пластидная ДНК другого родителя полностью утрачивается.

При нормальных внутривидовых скрещиваниях, приводящих к образованию нормальных гибридов одного вида, наследование пластидной ДНК оказывается строго однородительским; то есть от женщины. Однако при межвидовых гибридизациях наследование, по-видимому, более хаотично. Хотя при межвидовых гибридизациях пластиды наследуются в основном от самки, имеется много сообщений о гибридах цветковых растений, производящих пластиды от самца. Примерно 20% покрытосеменных растений, включая люцерну ( Medicago sativa ), обычно демонстрируют двуродительское наследование пластид. [ 21 ]

Повреждение и восстановление ДНК

[ редактировать ]

Пластидная ДНК проростков кукурузы подвергается все большему повреждению по мере развития проростков. [ 22 ] Повреждение ДНК происходит из-за окислительной среды, создаваемой фотоокислительными реакциями и фотосинтетическим / дыхательным переносом электронов . Некоторые молекулы ДНК восстанавливаются , но ДНК с невосстановленными повреждениями, по-видимому, распадается на нефункциональные фрагменты.

Белки репарации ДНК кодируются ядерным геномом клетки , а затем переносятся в пластиды, где они поддерживают стабильность/целостность генома , восстанавливая ДНК пластиды. [ 23 ] Например, в хлоропластах мха Physcomitrella patens белок, участвующий в репарации несоответствия ДНК (Msh1), взаимодействует с белками, участвующими в рекомбинационной репарации ( RecA и RecG), для поддержания стабильности пластидного генома. [ 24 ]

Источник

[ редактировать ]

Считается, что пластиды произошли от эндосимбиотических цианобактерий . Предполагается, что первичное эндосимбиотическое событие архепластид произошло около 1,5 миллиардов лет назад. [ 25 ] и позволило эукариотам осуществлять кислородный фотосинтез . [ 26 ] С тех пор возникли три эволюционные линии архепластид, в которых пластиды называются по-разному: хлоропласты у зеленых водорослей и/или растений, родопласты у красных водорослей и муропласты у глаукофитов. Пластиды различаются как по пигментации, так и по ультраструктуре. Например, хлоропласты растений и зеленых водорослей утратили все фикобилисомы светособирающие комплексы , обнаруженные у цианобактерий, красных водорослей и глаукофитов, но вместо этого содержат строму и грана -тилакоиды . Пластида глаукоцистофицеев, в отличие от хлоропластов и родопластов, еще окружена остатками клеточной стенки цианобактерий. Все эти первичные пластиды окружены двумя мембранами.

Пластиду фотосинтезирующих видов Paulinella часто называют «цианеллой» или хроматофором, и она имела гораздо более недавнее эндосимбиотическое событие, около 90–140 миллионов лет назад; это единственный известный случай первичного эндосимбиоза цианобактерий за пределами Archaeplastida. [ 17 ] [ 18 ] Пластида принадлежит к «PS-кладе» (родов цианобактерий Prochromococcus и Synechococcus ), которая является сестринской кладой, отличной от пластид, принадлежащих к Archaeplastida. [ 4 ] [ 5 ]

В отличие от первичных пластид, полученных в результате первичного эндосимбиоза прокариоктичных цианобактерий, сложные пластиды возникли в результате вторичного эндосимбиоза , при котором эукариотический организм поглотил другой эукариотический организм, содержащий первичную пластиду. [ 27 ] Когда эукариот поглощает красную или зеленую водоросль и сохраняет пластиду водоросли, этот пластид обычно окружен более чем двумя мембранами. В некоторых случаях метаболическая и/или фотосинтетическая способность этих пластид может быть снижена. Водоросли со сложными пластидами, полученными в результате вторичного эндосимбиоза красных водорослей, включают гетероконты , гаптофиты , криптомонады и большинство динофлагеллят (= родопласты). К эндосимбиозам зеленых водорослей относятся эвглениды и хлорарахниофиты (= хлоропласты). Apicomplexa Toxoplasma , тип облигатных паразитических альвеолятов , включающий возбудителей малярии ( Plasmodium spp.), токсоплазмоза ( gondii ) и многих других заболеваний человека или животных, также содержит сложную пластиду (хотя эта органелла утрачена у некоторых апикомплексов, такие как Cryptosporidium parvum , вызывающий криптоспоридиоз ). « Апикопласт » больше не способен к фотосинтезу, но является важной органеллой и многообещающей мишенью для разработки противопаразитарных лекарств .

Некоторые динофлагелляты и морские слизни , в частности рода Elysia , потребляют водоросли в качестве пищи и сохраняют пластиды переваренных водорослей, чтобы получить выгоду от фотосинтеза; через некоторое время перевариваются и пластиды. Этот процесс известен как клептопластика , от греческого kleptes ( κλέπτης ), вор.

Цикл развития пластид

[ редактировать ]
Иллюстрация стадий взаимного превращения пластид.

В 1977 году Дж. Уотли предложил цикл развития пластид, в котором говорилось, что развитие пластид не всегда однонаправлено, а представляет собой сложный циклический процесс. Пропластиды являются предшественниками более дифференцированных форм пластид, как показано на схеме справа. [ 28 ]

См. также

[ редактировать ]
  • Митохондрия – органелла эукариотических клеток, ответственная за дыхание.
  • Цитоскелет - сеть нитевидных белков, образующая внутренний каркас клеток.
  • Фотосимбиоз - тип симбиотических отношений.

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Иногда Эрнсту Геккелю приписывают создание термина «пластида», но его «пластида» включает ядросодержащие клетки и безъядерные «цитоды». [ 7 ] и, таким образом, совершенно отличается от пластиды в современной литературе.
  1. ^ Сато Н (2007). «Происхождение и эволюция пластид: геномный взгляд на объединение и разнообразие пластид». В Wise RR, Хубер Дж.К. (ред.). Строение и функции пластид . Достижения в области фотосинтеза и дыхания. Том. 23. Спрингер Нидерланды. стр. 75–102. дои : 10.1007/978-1-4020-4061-0_4 . ISBN  978-1-4020-4060-3 .
  2. ^ Мур К.Р., Магнабоско С., Момпер Л., Голд Д.А., Босак Т., Фурнье ГП (2019). «Расширенная рибосомальная филогения цианобактерий поддерживает глубокое размещение пластид» . Границы микробиологии . 10 : 1612. дои : 10.3389/fmicb.2019.01612 . ПМК   6640209 . ПМИД   31354692 .
  3. ^ Фрис, Ян де; Гулд, Свен Б. (15 января 2018 г.). «Монопластидное узкое место в эволюции водорослей и растений» . Журнал клеточной науки . 131 (2): jcs203414. дои : 10.1242/jcs.203414 . ISSN   0021-9533 . ПМИД   28893840 .
  4. ^ Перейти обратно: а б Марин, Биргер; Новак, Ева СМ; Глекнер, Гернот; Мелконян, Михаил (5 июня 2007 г.). «Предок хроматофора Paulinella получил карбоксисомный оперон путем горизонтального переноса генов от Nitrococcus-подобной γ-протеобактерии» . Эволюционная биология BMC . 7 (1): 85. Бибкод : 2007BMCEE...7...85M . дои : 10.1186/1471-2148-7-85 . ПМК   1904183 . ПМИД   17550603 .
  5. ^ Перейти обратно: а б Восьмой из Альды, Иисус АГ; Стивен, Дью; Диаго, Мэри Лайт; Умар, Жан (29 января 2014 г.). «Предок пластид произошел среди одной из основных линий цианобактерий » Природные коммуникации . 5 (1): 4937. Бибкод : 2014NatCo ...5.4937O . дои : 10.1038/ncomms5937 . ISSN   2041-1723 . ПМИД   25222494 .
  6. ^ Шимпер, AFW (1882) « О формах крахмалообразователей и цветных телах » Botanical Centralblatt 12 (5): 175–178.
  7. ^ Геккель, Э. (1866) « Морфологические особи первого порядка: пластиды или кусочки плазмы » в его «Общей морфологии организмов» , том 1, стр. 269-289.
  8. ^ В конце концов, пикозои - это водоросли: исследование | Журнал «Ученый»®
  9. ^ Колаттукуди, PE (1996) «Пути биосинтеза кутина и восков и их чувствительность к стрессам окружающей среды», стр. 83–108 в: Plant Cuticles . Г. Керстиенс (редактор), BIOS ScientificPublishers Ltd., Оксфорд
  10. ^ Перейти обратно: а б Мудрый, Роберт Р. (2006). «Разнообразие форм и функций пластид». Строение и функции пластид . Достижения в области фотосинтеза и дыхания. Том. 23. Спрингер. стр. 3–26. дои : 10.1007/978-1-4020-4061-0_1 . ISBN  978-1-4020-4060-3 .
  11. ^ Вике, С; Шневайс, генеральный директор; де Памфилис, CW; Мюллер, К.Ф.; Квандт, Д. (2011). «Эволюция пластидной хромосомы у наземных растений: содержание генов, порядок генов, функция генов» . Молекулярная биология растений . 76 (3–5): 273–297. дои : 10.1007/s11103-011-9762-4 . ПМК   3104136 . ПМИД   21424877 .
  12. ^ Вике, С; Науманн, Дж (2018). «Молекулярная эволюция пластидных геномов паразитических цветковых растений» . Достижения в ботанических исследованиях . 85 : 315–347. дои : 10.1016/bs.abr.2017.11.014 . ISBN  9780128134573 .
  13. ^ Перейти обратно: а б «Растения без пластидных геномов» . Ученый . Проверено 26 сентября 2015 г.
  14. ^ Барбрук AC, Хоу CJ, Пертон С (февраль 2006 г.). «Почему пластидные геномы сохраняются у нефотосинтезирующих организмов?». Тенденции в науке о растениях . 11 (2): 101–8. doi : 10.1016/j.tplants.2005.12.004 . ПМИД   16406301 .
  15. ^ «ДНК гигантского паразита «трупного цветка» удивляет биологов» . апрель 2021 г.
  16. ^ Виола Р., Нивалл П., Педерсен М. (июль 2001 г.). «Уникальные особенности метаболизма крахмала у красных водорослей» . Слушания. Биологические науки . 268 (1474): 1417–22. дои : 10.1098/rspb.2001.1644 . ПМЦ   1088757 . ПМИД   11429143 .
  17. ^ Перейти обратно: а б Ли, Дакхен; Ха, Джи-Сан; Ким, Сунджу; Пак, Мён Гиль; Бхаттачарья, Дебашиш; Юн, Хван Су (22 февраля 2019 г.). «Эволюционная динамика хроматофорного генома у трех фотосинтезирующих видов Paulinella - Научные отчеты» . Научные отчеты . 9 (1): 2560. Бибкод : 2019NatSR...9.2560L . дои : 10.1038/s41598-019-38621-8 . ПМК   6384880 . ПМИД   30796245 .
  18. ^ Перейти обратно: а б Габр, Арва; Гроссман, Артур Р.; Бхаттачарья, Дебашиш (05 мая 2020 г.). Паленик, Б. (ред.). «Паулинелла, модель для понимания первичного эндосимбиоза пластид» . Журнал психологии . 56 (4). Уайли: 837–843. Бибкод : 2020JPcgy..56..837G . дои : 10.1111/jpy.13003 . ISSN   0022-3646 . ПМЦ   7734844 . PMID   32289879 .
  19. ^ Санчес-Баракальдо, Патрисия; Рэйвен, Джон А.; Пизани, Давиде; Нолл, Эндрю Х. (12 сентября 2017 г.). «Ранние фотосинтезирующие эукариоты населяли местообитания с низкой соленостью» . Труды Национальной академии наук . 114 (37): Е7737–Е7745. Бибкод : 2017PNAS..114E7737S . дои : 10.1073/pnas.1620089114 . ISSN   0027-8424 . ПМК   5603991 . ПМИД   28808007 .
  20. ^ Луис Делэй; Сесилио Валадес-Кано; Бернардо Перес-Саморано (15 марта 2016 г.). «Насколько на самом деле древна Paulinella Chromatophora?» . ПЛОС Токи . 8 . doi : 10.1371/CURRENTS.TOL.E68A099364BB1A1E129A17B4E06B0C6B . ISSN   2157-3999 . ПМЦ   4866557 . ПМИД   28515968 . Викиданные   Q36374426 .
  21. ^ Чжан Ц (март 2010 г.). «Почему у покрытосеменных возобновляется наследование двуродительских пластид?». Журнал исследований растений . 123 (2): 201–6. Бибкод : 2010JPlR..123..201Z . дои : 10.1007/s10265-009-0291-z . ПМИД   20052516 . S2CID   5108244 .
  22. ^ Кумар Р.А., Ольденбургский ди-джей, Бендич А.Дж. (декабрь 2014 г.). «Изменения в повреждении ДНК, молекулярной целостности и количестве копий пластидной ДНК и митохондриальной ДНК во время развития кукурузы» . Журнал экспериментальной ботаники . 65 (22): 6425–39. дои : 10.1093/jxb/eru359 . ПМЦ   4246179 . ПМИД   25261192 .
  23. ^ Ольденбургский ди-джей, Бендич А.Дж. (2015). «Содержание ДНК в пластидах и митохондриях растений» . Границы в науке о растениях . 6 : 883. doi : 10.3389/fpls.2015.00883 . ПМЦ   4624840 . ПМИД   26579143 .
  24. ^ Одахара М., Кишита Ю., Секинэ Ю. (август 2017 г.). «MSH1 поддерживает стабильность генома органелл и генетически взаимодействует с RECA и RECG во мхе Physcomitrella patens» . Заводской журнал . 91 (3): 455–465. дои : 10.1111/tpj.13573 . ПМИД   28407383 .
  25. ^ Очоа де Альда Х.А., Эстебан Р., Диаго М.Л., Умар Дж. (сентябрь 2014 г.). «Пластидный предок произошел от одной из основных линий цианобактерий» . Природные коммуникации . 5 : 4937. Бибкод : 2014NatCo...5.4937O . дои : 10.1038/ncomms5937 . ПМИД   25222494 .
  26. ^ Хеджес С.Б., Блэр Дж.Э., Вентури М.Л., Шу Дж.Л. (январь 2004 г.). «Молекулярная временная шкала эволюции эукариот и возникновения сложной многоклеточной жизни» . Эволюционная биология BMC . 4 :2. дои : 10.1186/1471-2148-4-2 . ПМК   341452 . ПМИД   15005799 .
  27. ^ Чан CX, Бхаттачари Д. (2010). «Происхождение пластид» . Природное образование . 3 (9): 84.
  28. ^ Уотли, Джин М. (1978). «Предлагаемый цикл взаимосвязей развития пластид» . Новый фитолог . 80 (3): 489–502. дои : 10.1111/j.1469-8137.1978.tb01581.x . ISSN   0028-646X . JSTOR   2431207 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 1704cd7237a4e04de18a4d2a7955c725__1720707300
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/17/25/1704cd7237a4e04de18a4d2a7955c725.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Plastid - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)