例析线粒体和叶绿体的内共生起源学说
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线粒体和叶绿体的起源谈及线粒体和叶绿体的起源,科学界提出过多种学说。
其中,认可度最高的是“内共生起源学说"(endosymbiosis theory),其次是“非内共生起源学说"(non-endosymbiosis theory),又名“细胞内分化学说"(intercellular origin hypothesis)。
1.内共生起源学说内共生起源学说认为,线粒体和叶绿体分别起源于同原始真核细胞共生的行有氧呼吸的细菌和行光合自养的蓝藻。
内共生起源学说的建立经历了以下几个关键节点(表1)。
目前,支持线粒体和叶绿体内共生起源学说的论据主要出于以下几个方面:1.1 基因组线粒体、叶绿体和细菌基因组分别是指一个线粒体、一个叶绿体和一个细菌中所含的全部DNA分子,而真核细胞细胞核基因组是指单倍体细胞核内所含的全部DNA分子"。
从表2我们很容易看出线粒体和叶绿体基因组与细菌基因组高度相似,而与真核细胞细胞核基因组显著不同。
1.2 蛋白质合成系统线粒体、叶绿体蛋白质合成系统与细菌十分接近,而与真核细胞差异较大。
(1)叶绿体tRNA合成酶、氨酰-tRNA合成酶能与细菌tRNA合成酶、氨酰-tRNA合成酶交叉识别,但不能与真核细胞细胞质中的tRNA合成酶、氨酰-tRNA合成酶交叉识别。
(2)线粒体的蛋白质合成因子不能识别真核细胞细胞质中的核糖体,但可以部分取代细菌的蛋白质合成因子。
(3)叶绿体核糖体小亚基与大肠杆菌核糖体大亚基可以组成一个有功能的杂交核糖体,但叶绿体核糖体与真核细胞细胞质核糖体无法形成有功能的杂交核糖体。
(4)叶绿体16S rRNA,23S rRNA,5S rRNA在序列上与蓝藻(蓝细菌)的同源性远高于真核细胞。
除上述4点外,表3和表4比较的6个方面能更加有力地反映出线粒体、叶绿体蛋白质合成系统与细菌的高度相似,与真核细胞的显著不同。
1.3 生物膜线粒体、叶绿体是具有双层膜的细胞器,但其外膜与内膜在性质、成分等方面具有明显差异,外膜与真核细胞内膜系统相似,内膜与细菌质膜相似。
江西省南昌市高职单招2022-2023学年生态学基础第一次模拟卷(附答案) 学校:________ 班级:________ 姓名:________ 考号:________一、单选题(30题)1.单元顶极学说中的“顶极”是指()。
A.气候顶极B.偏途顶极C.地形顶极D.土壤顶极2. 草原生态系统的种类组成和生产力随着( )的变化而变化。
A.光照B.温度C.降雨量D.风力3. 豆科作物和根瘤菌形成的根瘤,它们的这种关系属于( )。
A.互利共生B.偏利共生C.原始协作D.负相互作用4.某一种群的年龄锥体呈上窄下宽的金字塔形状,该种群年龄结构属于( )。
A.衰退型B.增长型C.稳定型D.混合型5.群落演替在后期的成熟阶段( )。
A.总生产量与生物量的比值最高B.总生产量、净生产量达到最大C.总生产量大于总呼吸量D.总生产量与总呼吸量大体相等。
6. 在《中国植被》书中,中国植物分类的高级单位是( )A.植被型B.群丛C.群落D.群系7. 每个蒲公英的种子都有一把小伞,以适应于( )A.风传播B.人为传播C.水传播D.动物传播8.时间短、范围小、开放式的循环是( )。
A.地球化学循环B.生物循环C.沉积型循环D.气相型循环9.下列选项中,对群落结构和群落环境的形成起作用最大的物种是()。
A.伴生种B.建群种C.亚优势种D.罕见种10. 下列生态因子中,属于间接因子的是()A.温度B.光照C.水分D.海拔11. 与r对策生物相比,K对策生物一般出生率______,寿命()A.低,长B.低,短C.高,长D.高,短12. 下列属于人工辅助能的是()A.种苗和有机肥料中的化学潜能B.风C.潮汐能D.太阳能13.仅由树木构成的防护林带,风可以从林冠的上方和下方通过,这种林带的结构是()。
A.疏选结构B.紧密结构C.稀疏结构D.通风结构14. 厄尔尼诺现象范围的扩大,导致全球大范围气候异常的原因是( )A.太阳黑子运动B.地球温室效应增强C.热带气旋D.臭氧空洞导致紫外线增加15.与昼夜变化相适应,动植物常常表现出节奏行为,由于这个节奏大体上是24小时的周期,又称为( )A.似昼夜节律B.光周期现象C.温周期D.光周期16. 荒漠植物的生理机制和形态结构是( )。
一、选择题1-5 BABBB 6-10 BDABB 11-15 ABCAC 16-18 CCC二、填空题1、根据线粒体和叶绿体起源内共生学说,认为线粒体起源于细菌,叶绿体起源于蓝藻。
2、协助扩散和主动运输的主要相同之处在于都需要载体,速度都很快,主要差别在于协助扩散只能顺浓度梯度进行,不消耗能量;主动运输可以逆浓度梯度进行,消耗能量。
3、核纤层结构的组成成分, 属于中间纤维蛋白家族4,核小体的核心由四种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)各两分子共8分子组成的八聚体,核心的外面缠绕了1.75圈的DNA双螺旋,其进出端结合有H1组蛋白分子。
5、YAC(酵母人工染色体)的构建成功说明:一个有功能的染色体至少有自主复制DNA序列,着丝粒DNA序列, 端粒DNA序列三个不可缺少的功能元件。
6、真核细胞和原核细胞中都存在的rRNA是5SrRNA。
7、细胞周期调控中的两个主要因子细胞周期蛋白依赖的蛋白激酶(CDK 激酶)和。
细胞周期蛋白其中前者是催化亚基,后者相当于调节亚基。
三、名词解释1.常染色质(euchromatin):间期核中处于伸展状态,压缩程度相对较低、着色较浅的染色质。
2.双信号系统:以PIP2代谢为基础的信号通路中,胞外刺激使转化为IP3和DAG,引发IP3/Ca2+和DAG/PKC 两条信号转导途径,在细胞内沿两个方向传递,实现细胞对外界的应答,这样的信号系统称之为双信号系统。
3.细胞周期同步化:将一个细胞群体内处于不同时期的细胞处于细胞周期的同一时相的方法。
4.多聚核糖体:具有特殊功能与形态结构的核糖体与mRNA的聚合体。
5.细胞凋亡:为维持内环境稳定,由基因控制的细胞自主的有序的死亡。
6.Hayflick界限:正常的体外培养的细胞寿命不是无限的,只能进行有限次数的增殖。
7踏车行为:在一定条件下,微丝的正极由于肌动蛋白亚基不断添加而延长,负极由于肌动蛋白亚基去组装缩短,这种现象称为踏车行为。
内共生起源学说的证据叶绿体线粒体相似点
内共生起源学说是一种科学理论,认为叶绿体和线粒体起源于原核细胞内部的内共生关系。
以下是叶绿体和线粒体相似点的一些证据:
1. 形态结构相似:叶绿体和线粒体在结构上非常相似,都有双层的膜结构,含有自己的遗传物质,具有内、外两个膜层。
2. DNA相似:叶绿体和线粒体都包含有自己的DNA,与原核细胞的DNA比较相似,而且这些DNA在某些特定的基因组片段上出现了一致性。
3. 独立复制:叶绿体和线粒体都能够独立复制自己的DNA,并有自己的复制机制。
4. 蛋白质合成机制相似:叶绿体和线粒体都具有自己的蛋白质合成机制,包括翻译RNA和核糖体。
5. 基因编码的功能相似:叶绿体和线粒体都编码一些关键的基因,这些基因编码的蛋白质在光合作用和细胞呼吸中发挥重要作用。
6. 共生物理证据:一些真核生物的细胞内可以发现叶绿体和线粒体共同存在的情况,例如一些藻类和植物细胞中,细胞内同时存在叶绿体和线粒体。
以上是一些支持内共生起源学说的证据,这些证据表明叶绿体和线粒体可能起源于原核细胞内的共生关系。
简述线粒体和叶绿体内共生起源的主要论据一、线粒体的共生起源线粒体是细胞内的一种器官,负责细胞的能量代谢和ATP的合成。
线粒体内含有自己的DNA和蛋白质,与细胞核不同。
线粒体的共生起源,是指线粒体和原核细胞的共同进化过程。
1.线粒体具有自主繁殖能力线粒体具有自主繁殖能力,通过二分裂方式繁殖。
这表明线粒体并非完全依赖于细胞核的支配。
2.线粒体和细菌有相似之处线粒体和细菌有许多相似之处,都具有类似的细胞壁、膜结构和基因组成等。
并且,线粒体在结构和生化反应方面也与细菌有许多相似之处。
3.线粒体和原核细胞有共同祖先线粒体的DNA序列与细菌的DNA序列有相似之处,这表明线粒体和细菌有共同的祖先。
这也支持了线粒体的共生起源理论。
二、叶绿体的共生起源叶绿体是植物和藻类细胞内的一种器官,负责光合作用和氧气释放。
叶绿体也含有自己的DNA和蛋白质,与细胞核不同。
叶绿体的共生起源,是指叶绿体和细胞核的共同进化过程。
1.叶绿体与细菌有相似之处叶绿体与细菌有相似之处,如细胞壁结构、膜结构和基因组成等。
并且,叶绿体内含有一种称为“类囊体”的结构,与细菌内的类囊体结构相似。
2.叶绿体具有自主繁殖能力叶绿体具有自主繁殖能力,通过二分裂方式繁殖。
这表明叶绿体并非完全依赖于细胞核的支配。
3.叶绿体和藻类有共同祖先叶绿体和藻类有共同的祖先,这表明叶绿体的起源和藻类的共生起源有关。
综上所述,线粒体和叶绿体的共生起源理论,是通过对细胞结构、生化反应、遗传物质等方面的比较研究,提出并支持的。
这些论据都表明,线粒体和叶绿体都具有自主繁殖能力、与细菌具有相似之处、与其宿主细胞有共同祖先等,这些都为线粒体和叶绿体的共生起源提供了有力的证据。
四川省部分中学2023高中生物第3章细胞的基本结构基础知识题库单选题1、真核细胞的线粒体和叶绿体含有少量DNA,关于这两种细胞器的起源,内共生起源学说认为:线粒体和叶绿体分别起源于原始真核细胞内共生的行有氧呼吸的细菌和行光能自养的蓝细菌。
以下说法不支持内共生起源学说的是()A.线粒体和叶绿体基因组与细菌基因组具有明显的相似性B.线粒体和叶绿体内的蛋白质合成由细胞核基因组调控,不受自身细胞器基因组的调控C.线粒体和叶绿体的内膜与外膜成分和性质差异很大,内膜与细菌质膜相似,外膜与真核细胞生物膜系统相似D.线粒体和叶绿体均以缢裂的方式进行增殖答案:B分析:内共生起源学说认为,被原始真核生物吞噬的蓝细菌有些未被消化,反而能依靠原始真核生物的“生活废物”制造营养物质,逐渐进化为叶绿体。
被原始真核生物吞噬的需氧细菌均化为线粒体。
A、线粒体和叶绿体基因组与细菌基因组具有明显的相似性,能支持内共生起源学说,A不符合题;B、线粒体和叶绿体内部分蛋白质受自身基因组调控,大部分蛋白质受细胞核基因组调控,体现的是线粒体、叶绿体与细胞核的联系,故不支持内共生起源学说,B符合题意;C、线粒体和叶绿体的内膜与细菌质膜相似,支持内共生起源学说,C不符合题意;D、线粒体以缢裂的方式进行增殖,类似于细菌,这能支持内共生起源学说,D不符合题意。
故选B。
2、研究叶肉细胞的结构和功能时,取匀浆或上清液依次离心将不同的结构分开,其过程和结果如图所示,P1~P4表示沉淀物,S1~S4表示上清液。
据此分析,下列叙述正确的是A.ATP仅在P2和P3中产生B.DNA仅存在于P1.P2和P3中C. P2.P3.P4和S3均能合成相应的蛋白质D.S1.S2.S3和P4中均有膜结构的细胞器答案:C分析:据图分析分析各个部分中所含有的细胞器或细胞结构:P1为细胞核、细胞壁碎片,S1为细胞器和细胞溶胶,S2为除叶绿体之外的细胞器和细胞溶胶,P2为叶绿体,S3为除叶绿体、线粒体之外的细胞器和细胞溶胶,P3为线粒体,S4为除叶绿体、线粒体、核糖体之外的细胞器和细胞溶胶,P4为核糖体。
GC7890A基础知识培训今天学习的主要内容是:1、气相色谱简介;2、进样口;3、色谱柱;4、检测器。
在各个板块中,对气相色谱的基本组成部分进行了重新的学习和认识。
在第一部分“气相色谱简介”一章中,其学习的目的就是介绍气相色谱和安捷伦气相色谱仪的基本概念。
在今天的学习中,气相色谱主要由五个部分组成:载气,进样口,色谱柱,检测器,数据系统。
GC的第一个主要组成部分就是载气,我们常用的载气有氦气、氮气、氢气或者混有甲烷的氩气。
载气的主要作用就是将样品传输到整个系统,在选用载气的过程中,我们需要根据特定的要求及检测器的类型选用合适的载气,气体可以用钢瓶或者气体发生器提供。
在选用气体发生器时,我们需要对气体进行净化和干燥,通过捕集阱可以对气体进行干燥和纯化。
以除去其中的水分,烃类和氧。
这是因为如果气路中含有水分,则会损伤色谱柱,使得降低柱效,是分离效果下降,出现鬼峰等。
如果气路中含有烃类,则会提高检测器的本底输出,增大噪声,所以在做痕量分析的时候,要使用烃类捕集阱。
如果载气含有氧,那么在使用过程中,则会破坏色谱柱的固定相,在ECD中,氧气会降低检测器的性能;在TCD中,氧气会损伤钨丝,造成TCD热丝的永久性损坏,降低了其使用寿命。
所以在使用载气的时候,我们就需要对气体进行纯化和干燥。
例如我们可以用分子筛或者硅胶对水分进行捕集,可以用活性炭对烃类进行捕集,用金属络合物对样进行捕集。
在连接各个捕集阱的时候,气顺序一定要按照水分捕集阱,烃类捕集阱,氧捕集阱的顺序进行连接,千万不可将其顺序颠倒。
这主要是因为烃类捕集阱,氧捕集阱也具有捕集水分的功能,由于烃类捕集阱氧捕集阱很难再生,成本比水分捕集阱高的多,所以捕集阱一定要按顺序安装。
要值得注意的是,在更换安装氧捕集阱之前,要先吹扫管线,在安装时,一定要带气安装。
以防空气中的氧气进入捕集阱中,消耗新的氧捕集阱。
水分捕集阱,烃类捕集阱以及氧捕集阱都属于消耗品,需要定期更换。
内共生学说的起源和发展记得前段时间在准备期中考试时,曾经看到这么一段有意思的话“这些事实都使人设想,真核细胞中的线粒体是由侵入细胞或被细胞吞入的某种细胞经过漫长的岁月演变而来的。
”这确实是对我这个从小对达尔文进化理论深信不移的人产生了很多疑惑。
然而,很多证据都表明线粒体并非真核细胞自生发展而来:(1). 线粒体含有DNA,这些DNA与细胞核中的很不同,却类似细菌的环状DNA。
(2). 线粒体具有和真核宿主细胞不同的遗传密码,这些密码与细菌和古菌中的很类似。
(3). 线粒体被两层或更多的膜所包被,其中最里面一层的成分与细胞中其它膜的都不同,而更接近于原核生物的细胞膜。
(4). 细胞器的大小与细菌相当。
(5). 细胞器的核糖体和细菌相似,细菌的核糖体是70S,线粒体的核糖体是55S。
在查阅这些资料时,一个对我来说完全陌生的词汇被反复提及——内共生学说(endosymbiotichypothesis;endosymbiont theory)。
内共生学说是关于真核生物细胞中的细胞器,线粒体和叶绿体起源的学说。
根据这个学说,它们起源于内共生于真核生物细胞中的原核生物。
这个理论认为线粒体起源于好氧性细菌(很可能是接近于立克次体的变形菌门细菌)。
线粒体祖先原线粒体(一种可进行三羧酸循环和电子传递的革兰氏阴性菌)被原始真核生物吞噬后与宿主间形成共生关系。
在共生关系中,对共生体和宿主都有好处:原线粒体可从宿主处获得更多的营养,而宿主可借用原线粒体具有的氧化分解功能获得更多的能量。
这个理论的证据非常完整,目前已经被广泛接受。
这个学说的确立也可以说是一波三折。
最早提出这些观点的是一群俄国的科学家。
安德雷.谢尔盖耶维奇.法明茨恩(1835-1918)尝试从植物中分离叶绿体并使其生长。
康斯坦丁.谢尔盖耶维奇.梅里日可夫斯基(1855-1921)发展了“双原生质”(twoplasm)理论(细胞内的细胞),宣称叶绿体起源于蓝绿藻。
河南省焦作市成考专升本2023年生态学基础模拟试卷及答案学校:________ 班级:________ 姓名:________ 考号:________一、单选题(30题)1. 施加有机肥、秸秆还田的主要目的是为了增加土壤中( )A.N素B.P素C.有机质D.微量元素2. 生态因子可以简单地划分为生物因子和非生物因子两类,其中非生物因子不包括()A.气候因子B.土壤因子C.地形因子D.人为因子3.有效积温则公式中,TO为()。
A.平均温度B.生物学零度C.有效积温D.天数4.温带草原在半干旱区的群落类型是( )。
A.草甸草原B.典型草原C.荒漠草原D.高山草甸5.生态系统中的植物群落光能利用率一般是()。
A.1%B.5%C.10%D.20%6. “三基点”温度是指( )A.最低温度B.最适温度C.最高温度D.以上三者都是7. 下列生态系统中,食物链结构最为单纯的是( )。
A.森林B.草原C.农田D.海洋8.天敌这一生态因子属于( )。
A.气候因子B.土壤因子C.地形因子D.生物因子9. 下列不属于森林植被净化空气的方式()A.分泌杀菌素B.吸收、吸附作用C.光合作用D.强大的根系10. 均匀分布是由于种群个体成员间进行什么引起的( )A.竞争B.争夺资源C.种内斗争D.他感作用11. 棉田中的七星瓢虫是棉蚜的天敌,二者之间的关系是( )A.竞争B.寄生C.捕食D.共生12. 二十世纪四十年代,美国学者( )提出了著名的生态金字塔定律。
A.海克尔B.坦斯利C.林德曼D.奥德姆13. 泛群系是( )群落分类的最大单位。
A.英美学派B.法瑞学派C.北欧学派D.苏联学派14.法瑞学派群落分类方法的基础是()A.演替原则B.植物区系C.植被型D.群落生态15. 在森林公园里有一群灰喜鹊,它们是这个森林公园里马尾松的“保护神”,这一群灰喜鹊是一个( )。
16. 狗在夏天经常伸长舌头喘气,是什么原因( )A.天气太热B.呼吸困难C.散热D.过于劳累17. 引起种群数量非周期波动的主要原因是( )A.水因子B.光因子C.气候因子D.土壤因子18. 石油、煤在生态系统的能流途径中为( )。
例析线粒体和叶绿体的内共生起源学说————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:ﻩ例析线粒体和叶绿体的内共生起源学说封开县江口中学陶勇由于线粒体和叶绿体具有独特的半自主性并与细胞核建立了复杂而协调的互作关系,它们的起源一直以来多被认为有别于其他细胞器。
在人们为这两种细胞器设计的起源假说中,内共生起源学说很好地贴合了线粒体和叶绿体的半自主性和核质关系特征,因而得到了广泛的认可和支持。
内共生起源学说认为,线粒体和叶绿体分别起源于原始真核细胞内共生的行有氧呼吸的细菌和行光能自养的蓝细菌。
该假说的提出远早于mtDNA和cpDNA的发现。
随着人们对真核细胞超微结构、线粒体和叶绿体DNA及其编码机制的认识,内共生起源学说的内涵得到了进一步充实。
1970年,Margulis在已有的资料基础上提出了一种更为细致的设想。
假设认为,真核细胞的祖先是一种体积较大、不需氧具有吞噬能力的细胞,通过糖酵解获取能量。
而线粒体的祖先则是一种革兰氏阴性菌,具备三羧酸循环所需的酶和电子传递链系统,可利用氧气把糖酵解的产物丙酮酸进一步分解,获得比糖酵解更多的能量。
当这种细菌被原始真核细胞吞噬后,即与宿主细胞间形成互利的共生关系:原始真核细胞利用这种细菌获得更充分的能量;而这种细菌则从宿主细胞获得更适宜的生存环境。
与此类似,叶绿体的祖先可能是原核生物的蓝细菌(cyanbacteria)。
当这种蓝细菌被原始真核细胞摄人后,为宿主细胞进行光合作用;而宿主细胞则为其提供其他的生存条件。
线粒体和叶绿体的内共生学说先后得到了大量的生物学研究证据的支持。
特别是近期的分子生物学和生物信息学的研究发现真核细胞的细胞核中存在大量原本可能属于呼吸细菌或蓝细菌的遗传信息,说明最初的呼吸细菌和蓝细菌的大部分基因组在漫长的共进化过程中发生了向细胞核的转移。
这种转移极大的削弱了线粒体和叶绿体的自主性,建立起稳定、协调的核质互作关系。
一、线粒体和叶绿体内共生起源学说的主要论据1.基因组与细菌基因组具有明显的相似性线粒体和叶绿体具有细菌基因组的典型特征。
它们均为单条环状双链DNA分子,不含5-甲基胞嘧啶,无组蛋白结合并能进行独立的复制和转录。
此外,在碱基比例、核苷酸序列和基因结构特征等方面,线粒体和叶绿体基因组也与细胞核基因组表现出显著差异,而与原核生物极为相似。
同时,线粒体和叶绿体具有自身的DNA聚合酶及RNA聚合酶,能独立复制和转录自己的RNA。
2.具备独立、完整的蛋白质合成系统线粒体和叶绿体的蛋白质合成机制类似于细菌,而有别于真核生物:①与细菌一样,线粒体和叶绿体中蛋白质的合成从N-甲酰甲硫氨酸开始,而真核细胞中蛋白质的合成从甲硫氨酸开始。
②线粒体和叶绿体的核糖体较小于真核生物80S核糖体。
③线粒体、叶绿体和原核生物的核糖体中只有5SrRNA,而不少真核细胞的核糖体中存在5.8SrRNA。
④线粒体中的蛋白质合成因子具有原核生物核糖体的识别特异性,其功能可部分地被细菌的蛋白质合成因子取代,但线粒体的蛋白质合成因子不能识别细胞质核糖体。
⑤线粒体核糖体与线粒体mRNA形成多核糖体。
⑥叶绿体tRNA和氨酰-tRNA合成酶通常可与细菌相应的酶交叉识别,而不与细胞质中相应的酶形成交叉识别。
⑦叶绿体的核糖体小亚基可与大肠杆菌的核糖体大亚基组合,形成有功能的杂合核糖体。
⑧线粒体和叶绿体核糖体上的蛋白质合成被氯霉素、四环素抑制,而抑制真核生物核糖体上蛋白质合成的放线酮对它们无抑制作用。
⑨线粒体RNA聚合酶可被原核细胞RNA聚合酶的抑制剂(如利福霉素)所抑制,但不被真核细胞RNA聚合酶的抑制剂(如放线菌素D)所抑制等。
3.分裂方式与细菌相似线粒体和叶绿体均以缢裂的方式分裂繁殖,类似于细菌。
4.膜的特性线粒体、叶绿体的内膜和外膜存在明显的性质和成分差异。
外膜与真核细胞的内膜系统具有性质上的相似,可与内质网和高尔基体膜融合沟通;而它们的内膜则与细菌质膜相似,内陷折叠形成细菌的间体、线粒体的嵴和叶绿体的类囊体。
在膜的化学成分上,线粒体和叶绿体内膜的蛋白质∕脂质比远大于外膜,接近于细菌质膜的成分。
这些特性都暗示线粒体和叶绿体的内膜起源于最初的共生体(呼吸细菌和蓝细菌)的质膜,而外膜则来源于它们的宿主(共生体进入宿主细胞时包被形成)。
5.其他佐证线粒体的磷脂成分、呼吸类型和Cyt c的初级结构均与反硝化副球菌或紫色非硫光合细菌非常接近,暗示线粒体的祖先可能是这两种菌中的一种。
自然界中存在的胞内共生蓝藻(蓝小体)表现出了基因片段转移等内共生形成叶绿体的行为特征,为真核生物形成的内共生学说提供了“活化石”性的佐证。
近年来,真核细胞线粒体和叶绿体的内共生起源学说得到了越来越多的研究证据的支持,使得非内共生起源学说逐渐淡出了人们的视野。
二例题分析例1.内共生起源学说认为线粒体起源于被原始真核生物吞噬的好氧细菌,这种细菌和原始真核生物共生,并在长期的共生中逐渐演化成线粒体,其过程如图1所示。
下列证据支持该学说的有图1 被吞噬的好氧细菌逐渐演化成真核细胞内的线粒体A.线粒体DNA在大小、形态和结构方面与好氧细菌的DNA相似B.线粒体具有双层膜结构,其内膜与好氧细菌细胞膜的成分相似C.线粒体与好氧细菌均以缢裂的方式分裂繁殖D.线粒体与好氧细菌都具有类似的核糖体,能合成蛋白质答案:ABCD分析:本题考查了内共生起源学说的主要论据(见1.1-1.4),线粒体与好氧细菌在这几个方面的相似性都可支持线粒体的内共生起源学说。
例2.图2表示真核生物起源于始祖宿主细胞与原核生物的共生,下列有关说法正确的是()图2 真核生物起源于始祖宿主细胞与原核生物的共生A.生物分为原核生物和真核生物B.好氧细菌有氧呼吸的主要场所是线粒体C.蓝细菌(蓝藻)的生物膜由细胞膜构成D.线粒体、叶绿体及细菌都含有核糖体和核酸答案:D分析:本题结合线粒体和叶绿体的内共生起源学说综合考查了生物的分类、原核细胞与线粒体及叶绿体的结构与功能、生物膜的概念等内容。
一般的,生物可分为非细胞结构的病毒与细胞结构的生物,后者又可分为原核生物和真核生物。
人教版高中《生物·必修1·分子与细胞》第9页主要介绍了原核生物中的蓝藻与细菌;好氧细菌的异化作用是进行有氧呼吸,但没有线粒体;蓝藻的生物膜包含细胞膜和光合片层(类囊体)膜。
人教版高中《生物·必修2·遗传与进化》第70页还介绍了细胞质基因,即线粒体和叶绿体中的DNA都能进行半自主自我复制,并通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成,说明两者都含有核酸(DNA与RNA)和核糖体。
在必修1的教学与复习中,归纳总结线粒体与叶绿体的结构和功能(有氧呼吸与光合作用)时也可联系半自主性与中心法则。
例3.古生物学家推测:被原始真核生物吞噬的蓝藻有些未被消化,反而能依靠原始真核生物的“生活废物”制造营养物质,逐渐进化为叶绿体。
(1)图中原始真核生物与被吞噬的蓝藻之间的种间关系为,原始真核生物吞噬某些生物具有选择性是与其细胞膜上的(物质)有关。
(2)据题干信息可知叶绿体中可能存在的细胞器是 ;叶绿体中DN A的形态为 (环状/线状)。
(3)被吞噬而未被消化的蓝藻为原始真核生物的线粒体提供了。
(4)古生物学家认为线粒体也是由真核生物吞噬某种细菌逐渐形成,试推测该种细菌的呼吸作用类型是 ,理由是。
答案:(1)捕食和互利共生蛋白质(糖蛋白/受体蛋白)(2)核糖体环状(3)氧气和有机物(4)有氧呼吸线粒体是有氧呼吸的主要场所(线粒体内分解有机物需要消耗氧气)分析:本题以叶绿体和线粒体的内共生起源学说为背景,综合考查了生物的种间关系、细胞膜与叶绿体的结构与功能、线粒体的功能。
由题干及第(3)小题的信息可知,原始真核生物与被吞噬的蓝藻之间存在捕食(被吞噬并消化)和互利共生(被吞噬未被消化)的种间关系。
仅从题干看像寄生关系,被吞噬未被消化的蓝藻进行光合作用合成有机物并释放出O,供给原始真核生物的线粒体使用,而线粒体产生的CO2可供给蓝藻使用。
有观点认为寄2生可看作是介于捕食与互利共生的中间过渡的种间关系。
叶绿体作为半自主性细胞器,既含有核糖体(作为细胞器内的细胞器)又含有单条环状双链DN A分子,而人教版高中《生物·必修1·分子与细胞》第10页也介绍了原核细胞的拟核有一个环状的DNA 分子,这与内共生起源学说中“叶绿体具有细菌基因组的典型特征”的证据是一致的。
在复习时,可结合教科书上的直观图片来帮助学生理解并区分环状的拟核DNA 与环状的质粒,如人教版高中《生物·必修2·遗传与进化》第103页图6-5及人教版高中《生物·选修3·现代生物科技专题》第6、12页对应的图1-5、图1-11。
从线粒体是有氧呼吸的主要场所推测出细菌的呼吸作用类型为有氧呼吸,即线粒体从好氧细菌演化而来。
也可结合内共生起源学说来分析。
例4.关于线粒体的起源有多种观点,内共生起源学说(如图3所示)已被越来越多的人所接受。
能够支持这一假说的有力证据有很多,请结合所学知识和图3作答。
图3 线粒体的内共生起源过程图示(1)“内共生起源”学说认为真核细胞中的线粒体是由侵入细胞或被细胞吞入的某种原核细胞经过漫长的岁月演变而来的,请问图3中乙所示的过程体现了细胞膜具有的结构特点是 。
研究发现,线粒体的内、外膜的化学成分和功能是不同的,据图分析最可能的原因是 。
(2)线粒体内部含有 (填物质)和 (填结构),能够自主地指导蛋白质的合成,因而在遗传方面体现出一定的自主性。
(3)根据上面的理论依据,真核细胞中同样可以用“内共生起源”学说解释其起源的细胞器是 。
(4)随着进化,现在需氧型的真核细胞中的线粒体已不能像需氧型的原核细胞一样独立的完成有氧呼吸,对此,同学们展开讨论,提出了下列两个观点:观点1:细胞质基质只为线粒体完成有氧呼吸提供必要的场所观点2:线粒体只能将丙酮酸进一步氧化分解,而丙酮酸的产生依赖细胞质基质 请完成下列实验设计,探究哪一个观点正确。
实验试剂和用品:锥形瓶、酵母菌破碎后经离心处理得到只含有细胞质基质的上清液(试剂1)、只含有酵母菌线粒体的沉淀物(试剂2)、质量分数5%的葡萄糖溶液(试剂3)、质量分数5%的丙酮酸溶液(试剂4)、蒸馏水、橡皮管夹若干、其他常用器材和试剂。
实验步骤:①取锥形瓶等连接成如下装置三套,依次编号为A、B 、C 。
接橡皮球或气NaOH 溶液1 2 3 澄清的石灰水甲 乙 需氧原核细胞 古代厌氧真核细胞 早期需氧真核细胞线粒体②每组装置中按下表添加相应的试剂,并向装置通气一段时间,观察三组装置中3号瓶澄清石灰水的是否变浑浊。