Thuyết nội cộng sinh

Mô hình nội cộng sinh về nguồn gốc lục lạp và ty thể

Mô hình nội cộng sinh về nguồn gốc lục lạp và ty thể

Thuyết nội cộng sinh là một học thuyết tiến hóa đề cập đến nguồn gốc của các tế bào nhân chuẩn từ. Học thuyết này lần đầu tiên được đưa ra bởi nhà thực vật học Nga Konstantin Mereschkowski vào năm 1905 và 1910, và được hỗ trợ bởi bằng chứng vi sinh của Lynn Margulis vào năm 1967. Thuyết này cho rằng một số bào quan phân biệt ở tế bào nhân thực là tiến hóa qua các sinh vật nhân sơ (vi khuẩn và vi sinh vật cổ) nội cộng sinh.

Thuyết nội cộng sinh cho rằng ty thể, lạp thể như lục lạp, và có thể một số bào quan khác trong tế bào nhân chuẩn là đại diện tế bào nhân sơ từng sống tự do trước đây và chiếm chỗ trong một tế bào nhờ nội cộng sinh. Cụ thể hơn, ty thể có thể là vi khuẩn hiếu khí cổ đại kiểu như Rickettsiales proteobacteria, còn lục lạp thì là vi khuẩn lam cổ đại có khả năng quang hợp.

Đã có nhiều chứng cứ hỗ trợ cho học thuyết này, ta có thể điểm qua như: ty thể và lạp thể chỉ nhân lên thông qua trực phân, còn tế bào thì không thể tổng hợp mới bào quan này; các protein vận chuyển được gọi là porin được tìm thấy trong màng ngoài của ti thể, lục lạp và màng tế bào vi khuẩn; hợp chất cardiolipin chỉ được tìm thấy ở màng trong ty thể và màng tế bào vi khuẩn; một số ti thể và lạp thể chứa các phân tử DNA dạng vòng, trần tương tự như nhiễm sắc thể của vi khuẩn.

Bằng chứng

Có nhiều bằng chứng ủng hộ rằng ti thể và lạp thể (bao gồm cả lục lạp) có nguồn gốc từ các vi khuẩn.^{[1][2][3][4][5]}

• Các ti thể và lạp thể mới chỉ được hình thành thông qua trực phân, dạng phân bào được sử dụng bởi vi khuẩn và vi sinh vật cổ.^[6]
• Nếu ti thể hoặc lục lạp của tế bào được loại bỏ, tế bào không có phương tiện để tạo mới những bào quân này.^[7] Ví dụ, ở một số loại tảo, chẳng hạn như Euglena, các lạp thể có thể bị phá hủy bởi một số hóa chất hoặc do thiếu ánh sáng kéo dài mà không ảnh hưởng đến tế bào. Trong trường hợp này, các lạp thể sẽ không tái sinh.
• Các protein vận chuyển được gọi là porin được tìm thấy trong màng ngoài của ty lạp thể và lục lạp, cũng được tìm thấy trên màng của tế bào vi khuẩn.^[8][9][10]
• Một lipid màng là cardiolipin chỉ được tìm thấy ở màng trong ty thể và màng tế bào vi khuẩn.^[11]
• Một số ty thể và một số lạp thể chứa các phân tử DNA dạng vòng tương tự như DNA của vi khuẩn cả về kích thước lẫn cấu trúc.^[12]
• So sánh hệ gen cho thấy mối liên hệ chặt chẽ giữa ty thể và vi khuẩn Rickettsial.^[13]
• So sánh hệ gen cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa lạp thể và vi khuẩn lam.^[14]
• Nhiều gen trong bộ gen của ty lạp thể và lục lạp đã bị mất hoặc chuyển đến nhân của tế bào chủ. Do đó, nhiễm sắc thể của nhiều sinh vật nhân chuẩn chứa các gen có nguồn gốc từ hệ gen của ty thể và lạp thể.^[12]
• Ribosome của ty thể và lạp thể giống với ribosome nhân sơ (70S) hơn so với các sinh vật nhân chuẩn (80S).^[15]
• Protein được tạo ra bởi ty thể và lục lạp sử dụng N-formylmethionine làm amino acid khởi đầu, điều này giống với các protein được tạo ra bởi vi khuẩn chứ không phải các protein được tạo ra bởi các gen của tế bào nhân chuẩn hoặc vi sinh vật cổ.^[16][17]

So sánh lục lạp và vi khuẩn lam để thấy điểm tương tự giữa chúng.

Tham khảo

1. [1] Lưu trữ ngày 22 tháng 6 năm 2017 tại Wayback Machine Kimball, J. 2010. Kimball's Biology Pages. Truy cập ngày 13 tháng 10 năm 2010. An online open source biology text by Harvard professor, and author of a general biology text, John W. Kimball.
2. Reece, J., Lisa A. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, Robert B. Jackson, 2010. Campbell Biology. 9th Edition Benjamin Cummings; 9th Ed. (ngày 7 tháng 10 năm 2010)
3. Raven, P., George Johnson, Kenneth Mason, Jonathan Losos, Susan Singer, 2010. Biology. McGraw-Hill 9th Ed. (ngày 14 tháng 1 năm 2010)
4. Gray, MW (1992). "The endosymbiont hypothesis revisited". International Review of Cytology. Quyển 141. tr. 233–357. doi:10.1016/S0074-7696(08)62068-9.
5. Zimorski, V.; Ku, C.; Martin, W. F.; Gould, S. B. (2014). "Endosymbiotic theory for organelle origins". Curr Opin Microbiol. Quyển 22. tr. 38–48. doi:10.1016/j.mib.2014.09.008. PMID 25306530.
6. Margolin, William (tháng 11 năm 2005). "FtsZ and the Division of Prokaryotic Cells and Organelles". Nat Rev Mol Cell Biol. Quyển 6 số 11. tr. 862–871. doi:10.1038/nrm1745. PMC 4757588. PMID 16227976.
7. Wise, Robert R; Hoober, J. Kenneth (2007). Structure and function of plastids. Berlin: Springer. tr. 104. ISBN 9781402065705.
8. "Porins from plants. Molecular cloning and functional characterization of two new members of the porin family". J Biol Chem. Quyển 269 số 41. 1994. tr. 25754–25760. PMID 7523392. {{Chú thích tạp chí}}: Đã bỏ qua tham số không rõ |authors= (trợ giúp)
9. "Porins in prokaryotes and eukaryotes: common themes and variations". Biochem J. Quyển 431 số 1. 2010. tr. 13–22. doi:10.1042/BJ20100371. PMID 20836765. {{Chú thích tạp chí}}: Đã bỏ qua tham số không rõ |authors= (trợ giúp)
10. "The structural biology of β-barrel membrane proteins: a summary of recent reports". Current Opinion in Structural Biology. Quyển 21 số 4. 2011. tr. 523–531. doi:10.1016/j.sbi.2011.05.005. PMC 3164749. PMID 21719274. {{Chú thích tạp chí}}: Đã bỏ qua tham số không rõ |authors= (trợ giúp)
11. "Cardiolipin membrane domains in prokaryotes and eukaryotes". Biochim Biophys Acta. Quyển 1788 số 10. 2009. tr. 2084–2091. doi:10.1016/j.bbamem.2009.04.003. PMC 2757463. PMID 19371718. {{Chú thích tạp chí}}: Đã bỏ qua tham số không rõ |authors= (trợ giúp)
12. ^ Timmis, Jeremy; Ayliffe, Michael; Huang, Chun; Martin, William (tháng 2 năm 2004). "Endosymbiotic Gene Transfer: Organelle Genomes Forge Eukaryotic Chromosomes". Nature Reviews Genetics. Quyển 5. tr. 123–135. doi:10.1038/nrg1271. PMID 14735123.
13. "The genome sequence of Rickettsia prowazekii and the origin of mitochondria". Nature. Quyển 396 số 6707. 1998. tr. 133–140. doi:10.1038/24094. PMID 9823893. {{Chú thích tạp chí}}: Đã bỏ qua tham số không rõ |authors= (trợ giúp)
14. "Genomes of Stigonematalean cyanobacteria (subsection V) and the evolution of oxygenic photosynthesis from prokaryotes to plastids". Genome Biol Evol. Quyển 5 số 1. 2013. tr. 31–44. doi:10.1093/gbe/evs117. PMC 3595030. PMID 23221676. {{Chú thích tạp chí}}: Đã bỏ qua tham số không rõ |authors= (trợ giúp)
15. Manuell, Andrea L.; Quispe, Joel; Mayfield, Stephen P. (tháng 8 năm 2007). "Structure of the Chloroplast Ribosome: Novel Domains for Translation Regulation". PLOS Biology. Quyển 5. tr. e209. doi:10.1371/journal.pbio.0050209. PMC 1939882. PMID 17683199.
16. Schwartz, James; Meyer, Ralph; Eisenstadt, Jerome; Brawerman, George (1967). "Involvement of N-formylmethionine in initiation of protein synthesis in cell-free extracts of Euglena gracilis". J Mol Biol. Quyển 25 số 3. tr. 571–IN27. doi:10.1016/0022-2836(67)90210-0. Truy cập ngày 18 tháng 5 năm 2016.
17. Smith, A. E.; Marcker, K. A. (1968). "N-formylmethionyl transfer RNA in mitochondria from yeast and rat liver". J Mol Biol. Quyển 38 số 2. tr. 241–243. doi:10.1016/0022-2836(68)90409-9. Truy cập ngày 18 tháng 5 năm 2016.

Đọc thêm

• Alberts, Bruce (2002). Molecular Biology of the Cell. New York: Garland Science. ISBN 0-8153-3218-1. (General textbook)
• Brinkman, F. S., Blanchard, J. L., Cherkasov A, và đồng nghiệp (tháng 8 năm 2002). "Evidence that plant-like genes in Chlamydia species reflect an ancestral relationship between Chlamydiaceae, cyanobacteria, and the chloroplast". Genome Res. Quyển 12 số 8. tr. 1159–67. doi:10.1101/gr.341802. PMC 186644. PMID 12176923.
• "Viral Theory and Endosymbiosis" (PDF). 1959. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 15 tháng 7 năm 2011. Truy cập ngày 16 tháng 9 năm 2018. {{Chú thích web}}: Đã bỏ qua tham số không rõ |authors= (trợ giúp) (Discusses theory of origin of eukaryotic cells by incorporating mitochondria and chloroplasts into anaerobic cells with emphasis on 'phage bacterial and putative viral mitochondrial/chloroplast interactions.)
• Jarvis, P. (tháng 4 năm 2001). "Intracellular signalling: the chloroplast talks!". Curr. Biol. Quyển 11 số 8. tr. R307–10. doi:10.1016/S0960-9822(01)00171-3. PMID 11369220. (Recounts evidence that chloroplast-encoded proteins affect transcription of nuclear genes, as opposed to the more well-documented cases of nuclear-encoded proteins that affect mitochondria or chloroplasts.)
• "Organellar genes: why do they end up in the nucleus?". Trends Genet. Quyển 16 số 7. tháng 7 năm 2000. tr. 315–20. doi:10.1016/S0168-9525(00)02053-9. PMID 10858662. {{Chú thích tạp chí}}: Đã bỏ qua tham số không rõ |authors= (trợ giúp) (Discusses theories on how mitochondria and chloroplast genes are transferred into the nucleus, and also what steps a gene needs to go through in order to complete this process.)
• "A secondary symbiosis in progress?". Science. Quyển 310 số 5746. tháng 10 năm 2005. tr. 287. doi:10.1126/science.1116125. PMID 16224014. {{Chú thích tạp chí}}: Đã bỏ qua tham số không rõ |authors= (trợ giúp)
• Understanding Science Team. "Cells within cells: An extraordinary claim with extraordinary evidence" (PDF). University of California, Berkeley. Truy cập ngày 16 tháng 2 năm 2014.

Liên kết ngoài

• Tree of Life Eukaryotes Lưu trữ ngày 29 tháng 1 năm 2012 tại Wayback Machine