Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

2.2. EVOLUCE BUŇKY PROKARYOTICKÁ BUŇKA Autor: PhDr. Přemysl Štindl Recenze: Mgr. Vladimír Bádr, Ph.D.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "2.2. EVOLUCE BUŇKY PROKARYOTICKÁ BUŇKA Autor: PhDr. Přemysl Štindl Recenze: Mgr. Vladimír Bádr, Ph.D."— Transkript prezentace:

1 2.2. EVOLUCE BUŇKY PROKARYOTICKÁ BUŇKA Autor: PhDr. Přemysl Štindl Recenze: Mgr. Vladimír Bádr, Ph.D.

2 Vznik a evoluce prokaryotické buňky před 4 miliardami let se objevila na Zemi nová, kvalitativně vyšší forma života – buňka celé toto období až do současnosti je označováno jako buněčná etapa vývoje živých soustav. všechny kroky, jejich posloupnost a mechanismy, které vedly až k vytvoření buňky nejsou přesně známé, ale lze se o nich s velkou pravděpodobností dohadovat.

3 Proměny života probíhaly ve vzájemné souvislosti ve třech směrech: 1) formování buněčných struktur 2) rozvoj a rozrůznění metabolismu 3) zdokonalování genetického aparátu

4 1) FORMOVÁNÍ BUNĚČNÝCH STRUKTUR

5 1) Formování buněčných struktur významná úloha biomembrány oddělila vnitřní prostředí živých struktur od neživého okolí její selektivně semipermeabilní vlastnosti umožnily aktivní výběr a příjem nezbytných substrátů a řízené vylučování produktů látkové přeměny taková soustava se stala životaschopnější a méně závislá na okolí. Fyziologická izolace vedla k rychlejší diferenciaci protoplastu. Vznikla tak první jednoduchá prokaryotická buňka, která postrádala vnitřní membránové členění na dílčí kompartmenty i cytoskeletální soustavu.

6 Struktura biomembrány Obr. 1) glykolipid Prostorová vizualizace Periferní protein Transmembrální protein glykoprotein Fosfolipidová dvojvrstva Protein s kanálem, iontový kanál

7 2) ROZVOJ A ROZRŮZNĚNÍ METABOLISMU

8  původní prokaryota podobná dnešním bakteriím  žila v bezkyslíkatém prostředí, jejich metabolismus byl striktně anaerobní  zdrojem stavebních prvků a energie byly organické látky vzniklé na Zemi abiogenetickou cestou v první fázi evoluce - tedy heterotrofní způsob výživy

9 Efektivita anaerobního metabolismu  Anaerobní metabolismus (v podstatě kvašení) je děj velmi málo efektivní a dokáže využít jen necelá 3% chemické energie vázané v substrátech.  Spotřeba organických látek byla vysoká a zároveň se do ovzduší uvolňovalo velké množství CO 2.  Postupný úbytek organického substrátu upřednostnil ty jedince, u nichž došlo vlivem četných mutací ke změně metabolismu a tím ke vzniku jiných způsobů uvolňování energie.

10 Změna metabolismu  Změna metabolismu zřejmě probíhala nejprve ve dvou směrech: 1) rozvoj fotolitotrofního metabolismu 2) rozvoj chemolitotrofního metabolismu 3) (poté rozvoj aerobního metabolismu)

11 1) Rozvoj fotolitotrofního metabolismu  Vznik a vývoj fotosyntézy…  Světelné záření začalo po kondenzaci vodních par dopadat na zemský povrch a vodní hladinu s větší intenzitou.  Zpočátku působilo na přítomné živé soustavy jako negativní faktor. Vznik prvních barviv měl proto funkci především obrannou, tedy světlo zachytit a s pozměněnou vlnovou délkou jej vyzářit zpět do okolí.

12 Obr. 2)

13 Světelná energie  Později byla světelná energie vázána do organických sloučenin, což předpokládalo vytvoření nové kvality fotosyntetických pigmentů.  Původní fotosyntetizující prokaryota byla ještě anaerobní a pouze s jedním fotosystémem produkujícím ATP (tzn. jen s cyklickou fotofosforylací). Pro zvýšení efektivity využívání světelného záření se vytvořil membránový systém tylakoidů. S takovýmto uspořádáním byly objeveny mikrofosilie staré asi 3,7 miliardy let.

14 Obr. 3 a) Schéma buněčné stavby sinice Vchlípeniny cytoplazmatické membrány - thylakoidy

15  Nejstarší nálezy zkamenělin, které jsou pravděpodobně sinice, pochází z Apex Basalt ze západní Austrálie a jsou staré 3,5 miliardy let, tedy prekambrické (SCHOPF 1993). Jsou to vláknité typy, které připomínají vlákna recentních sinic r. Oscillatoria. Zkameněliny připomínající sinice z nejstarších stromatolitů – z Tumbiana Formation, západní Austrálie (BUICK 1992), už vykazují i chemické známky oxygenní fotosyntézy a jsou považovány za důkaz nejstarší fotosyntézy – 2,7 milardy let. (www.sinicearasy.cz/pokr/sinice)

16 Obr. 3 b) Stromatolity

17 Další vývoj fotosyntézy  byl závislý na rozvinutí druhého fotosystému,  Tedy nutnost zapojení doplňkových (anténních) fotosyntetických pigmentů do fotosyntézy, které značně rozšířily využitelné spektrum viditelného záření.  Kromě nových derivátů chlorofylu (např. chlorofyl b) se uplatnily fykobiliny (fykoerytrin, fykocyanin) a karotenoidy (karoteny, xantofyly).

18 Obr. 5) Schéma fotosyntézy Obr. 4) Schéma fotosyntézy 6CO H 2 O + světlo ----> C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O + 6O 2

19 Začátek tvorby glukózy  Dva fotosystémy umožnily organismům produkovat speciální koenzymy, důležité pro redukci vázaného vzdušného CO 2.  Byl to tedy začátek tvorby prvních organických látek – sacharidu glukózy.

20 Zdroj elektronů - voda  Fotosyntéza se dvěma fotosystémy vyžadovala exogenní zdroj elektronů. U purpurových a zelených bakterií se jím stal sirovodík (H 2 S), u sinic pak voda (H 2 O).  Fotolýzou molekuly vody pak vzniká nepotřebný O 2  Uvolňování kyslíku do ovzduší zvyšovalo jeho koncentraci v atmosféře. Při dostatečné koncentraci kyslíku v ovzduší došlo u některých mikroorganismů k vytvoření vysoce výkonného aerobního metabolismu.  Během sekundárních fotosyntetických dějů dochází k syntéze ATP, děj se nazývá necyklická fotofosforylace.

21 Obr. 6)

22 Fotosyntetizující prokaryota  Fotosyntetizující prokaryota se rozdělila na dvě základní vývojové větve, jejichž potomci přetrvaly do dnešní doby:  Sirné purpurové a zelené bakterie  Sinice (Cyanobacteria)

23 Fotosyntetizující prokaryota  Striktně anaerobní  Elektrony pro redukci získávají z H 2 S  Jako fotosyntetický produkt uvolňují elementární síru  Do celkového vývoje Země výrazně nezasáhly  Anaerobní,aerobní prostředí  Elektrony pro redukci získávají z vody H 2 O  Jako fotosyntetický produkt uvolňují elementární kyslík  Velký význam pro evoluci.  Dominující skupina organismů na Zemi (před 2,5 – 3 miliardami let)  Nálezy vápencových stromatolitů, k jejichž tvorbě byl použit všude přítomný CO 2. Sirné purpurové a zelené bakterieSinice (Cyanobacteria)

24 Obr. 8) sinice rodu Oscillatoria Obr. 7) sinice rodu Chroococcus Měřítko odpovídá 12 mikrometrům

25 2)Rozvoj chemolitotrofního metabolismu  zdrojem energie je oxidace anorganických sloučenin (sirovodík, amoniak, vodík, sloučeniny železa)  oxidačním činidlem nejprve kyslíkaté sloučeniny, později i vzdušný kyslík  uvolněná energie využita na přeměnu anorganického CO 2 na organické látky  dnešní chemolitotrofní bakterie

26 3) rozvoj aerobního metabolismu  Obsah O 2 v ovzduší díky fotosyntéze rychle stoupal  Před 2 miliardami let zřejmě vyvolal vznik cytochromů (přenašečů elektronů) a tím dýchacího řetězce.  Rozvoj aerobního metabolismu je tedy spojen s diferenciací cytoplazmatické membrány.  Tento nový metabolický systém, který pracuje na principu postupného (kaskádovitého) využívání energie přenášených elektronů, je vysoce efektivní, je přibližně 19krát výkonnější, než metabolismus anaerobní. Tím je pro organismy velmi výhodný.  Výsledkem byl vznik aerobních prokaryot.

27 B) Transport vodíkových iontů přes membránu A) Transport elektronů pomocí cytochromů Obr. 9) Schéma přenosu elektronů přes cytochromy v membráně – schéma dýchacího řetězce C) Vznik ATP (ukládání energie do ATP)

28 3) ZDOKONALOVÁNÍ GENETICKÉHO APARÁTU

29  Složitým a dlouhodobým vývojem prošel i genetický aparát. Při jeho zkoumání došlo k největším pokrokům a korekcím. Obr. 10) Rozdíly genetického aparátu prokaryot a eukaryot

30  V období abiogenetické syntézy prvních nukleových kyselin mohly mít rozhodující význam pro následné formování života molekuly RNA. Ty se mohly nejen replikovat, ale zároveň i katalyzovat důležité biochemické děje, například biosyntézu bílkovin.  RNA, zvláště pak ribozomální RNA (rRNA) má rozhodující význam pro zjišťování příbuznosti organismů a tím i pro poznávání vývojových vztahů.

31 PROKARYOTA – ARCHEA, BACTERIA

32  Prokaryotické organismy dnes vytvářejí dvě velké a vývojově výrazně oddělené skupiny s taxonomickou hodnotou nadříší či domén. archea (Archaea, Archaebacteria) bakterie (Bacteria, Eubacteria).

33 Rozdíly  Morfologické  Biochemické (nestejná chem. stavba buněčné stěny)  Metabolické  Nejvíce odlišností vykazuje jejich genetický aparát včetně způsobu proteosyntézy. Jelikož se u nich neshodují svou strukturou molekuly rRNA, znamená to, že se obě skupiny prokaryot musely vývojově oddělit již v počátečních fázích formování života na Zemi.  Řadu podobností vykazuje skupina Archea i Eukarya, proto se usuzuje, že eukaryota vznikla právě z archeí, i když bakterie k její další evoluci přispěly.

34 Archea  dodnes žijí v mimořádně extrémních podmínkách – v hloubkách oceánů za obrovských tlaků a při vysokých teplotách (až 25MPa a 120°C) v blízkosti tzv. černých kuřáků, v místech výronu horké vody nasycené rozpuštěnými solemi a sirovodíkem.  Je to silně redukční prostředí a proto tyto striktně anaerobní mikroorganismy využívají pro tvorbu organických sloučenin z vodíku a oxidu uhličitého geotermální energii.  Právě extrémní prostředí mohlo být místem, kde se začal život formovat a kde v podobě prastarých forem archeí přetrvává do současnosti.

35 Obr. 11) Vznik černého kuřákaObr. 12) černý kuřák (black smoker)

36 Obr. 15) Mrtvé moře, pobřeží s vykrystalovanou solí Obr. 14) Výron horké vody, gejzíry, Yellowstone, USA Obr. 13) Horká solná jezera, Yellowston (USA)

37 Literatura:  Dostál, P. (2004) Historický vývoj organismů. Univerzita Karlova v Praze – Pedagogická fakulta. Praha. s. 5 – 7.  Internetové zdroje:

38 Zdroje obrázků:  Obr.1)  Obr. 2)  Obr. 3 a)  Obr. 3 b)  Obr. 4)  Obr. 5)  Obr. 6)  Obr. 7)  Obr. 8)  Obr. 9)  Obr. 10)  Obr. 11)  Obr. 12) 500.html

39 Zdroje obrázků:  Obr.13)  Obr. 14) yellowstone-tours.jpg  Obr. 15)

40 KONEC 01/09PhDr. Přemysl Štindl


Stáhnout ppt "2.2. EVOLUCE BUŇKY PROKARYOTICKÁ BUŇKA Autor: PhDr. Přemysl Štindl Recenze: Mgr. Vladimír Bádr, Ph.D."

Podobné prezentace


Reklamy Google