WikiDer > Гипотеза CoRR

CoRR hypothesis

В Гипотеза CoRR заявляет, что расположение генетическая информация в цитоплазматический органеллы позволяет регулировать его выражение путем восстановления-окисления ("редокс") состояние своего генные продукты.

CoRR - это сокращение от «совместное расположение для окислительно-восстановительной регуляции», которое само по себе является сокращенной формой «совместного расположения (гена и продукта гена) для (эволюционной) непрерывности окислительно-восстановительной регуляции экспрессия гена".[1][2]

CoRR был явно выдвинут в 1993 году в статье в Журнал теоретической биологии с названием «Контроль экспрессии генов с помощью окислительно-восстановительного потенциала и потребность в хлоропластных и митохондриальных геномах».[3] Центральная концепция была изложена в обзоре 1992 года.[4] Термин CoRR был введен в 2003 году в статье в Философские труды Королевского общества под названием «Функция геномов в биоэнергетических органеллах».[5]

Проблема

Хлоропласты и митохондрии

Хлоропласты и митохондрии органеллы, преобразующие энергию в цитоплазма из эукариотические клетки. Хлоропласты в клетки растений выполнять фотосинтез; захват и преобразование энергии Солнечный свет. Митохондрии как в растении, так и в клетки животных выполнять дыхание; высвобождение этой накопленной энергии при выполнении работы. В дополнение к этим ключевым реакциям биоэнергетика, хлоропласты и митохондрии содержат специализированные и дискретные генетические системы. Эти генетические системы позволяют хлоропластам и митохондриям производить некоторые из них самостоятельно. белки.

Как генетическая, так и система преобразования энергии хлоропластов и митохондрий произошли с небольшими изменениями от свободноживущих бактерий, которыми когда-то были эти органеллы. Существование этих цитоплазматических геномы соответствует и считается доказательством гипотеза эндосимбионта. Однако большинство генов белков хлоропластов и митохондрий сейчас расположены на хромосомы в ядрах эукариотических клеток. Там они кодируют предшественники белка, которые производятся в цитозоль для последующего импорта в органеллы.

Почему митохондрии и хлоропласты имеют собственные генетические системы?

Почему митохондрии и хлоропласты нуждаются в своих собственных отдельных генетических системах, в то время как другие органеллы, имеющие общую цитоплазму, такие как пероксисомы и лизосомы, не нуждаются? Вопрос нетривиальный, потому что поддержание отдельной генетической системы обходится дорого: более 90 белков ... должны кодироваться ядерными генами специально для этой цели. ... Причина такой дорогостоящей схемы не ясна, и надежда на то, что нуклеотидные последовательности митохондриальных и хлоропластных геномов дадут ответ, оказалась необоснованной. Мы не можем придумать веских причин, по которым белки, производимые в митохондриях и хлоропластах, должны производиться там, а не в цитозоле.

— Альбертс и др., Молекулярная биология клетки. Наука о гирляндах. Все издания (стр. 868-869 в 5-м издании)[6]

Цитоплазматическая наследственность

CoRR пытается объяснить, почему хлоропласты и митохондрии сохраняют ДНК, и, таким образом, почему некоторые признаки наследуются через цитоплазму в феномене цитоплазматического, неМенделевский, однопородный, или материнское наследство. CoRR делает это, предлагая ответ на вопрос: почему в эволюция, бактериальный, эндосимбионт гены переходят в ядро клеткиа другие нет?

Предложенное решение

CoRR утверждает, что хлоропласты и митохондрии содержат те гены экспрессия которых должна находиться под прямым регулирующим контролем окислительно-восстановительного состояния их генных продуктов или электрон носители, с которыми взаимодействуют эти генные продукты. Такие гены составляют ядро ​​или первичную подгруппу органеллярных генов. Требование окислительно-восстановительного контроля каждого гена в первичной подгруппе затем дает преимущество при локализации этого гена в органелле. Естественный отбор поэтому закрепляет одни гены в органеллах, благоприятствуя расположению других в ядре клетки.

Хлоропластные и митохондриальные геномы также содержат гены компонентов самих хлоропластов и митохондриальных генетических систем. Эти гены составляют вторичную подгруппу генов органелл: гены генетической системы. Обычно нет необходимости в окислительно-восстановительном контроле экспрессии генов генетической системы, хотя в некоторых случаях их действие может позволить усиление окислительно-восстановительных сигналов, действующих на гены в первичной подгруппе (биоэнергетические гены).

Сохранение генов вторичного подмножества (генов генетической системы) необходимо для работы окислительно-восстановительного контроля экспрессии генов в первичном подмножестве. Если все гены исчезают из первичного подмножества, CoRR предсказывает, что нет функции для генов во вторичном подмножестве, и такие органеллы затем, в конечном итоге, полностью потеряют свои геномы. Однако, если даже только один ген остается под окислительно-восстановительным контролем, то для синтеза этого единственного генного продукта требуется генетическая система органелл.

Свидетельство

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Аллен Дж. Ф. (август 2015 г.). «Почему хлоропласты и митохондрии сохраняют свои собственные геномы и генетические системы: колокация для окислительно-восстановительной регуляции экспрессии генов». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 112 (33): 10231–10238. Bibcode:2015ПНАС..11210231А. Дои:10.1073 / pnas.1500012112. ЧВК 4547249. PMID 26286985.
  2. ^ Аллен Дж. Ф. (декабрь 2017 г.). «Гипотеза CoRR для генов в органеллах». J. Theor. Биол. 434: 50–57. Дои:10.1016 / j.jtbi.2017.04.008. PMID 28408315.
  3. ^ Аллен Дж. Ф. (декабрь 1993 г.). «Контроль экспрессии генов с помощью окислительно-восстановительного потенциала и потребности в хлоропластах и ​​митохондриальных геномах». J. Theor. Биол. 165 (4): 609–31. Дои:10.1006 / jtbi.1993.1210. PMID 8114509.
  4. ^ Аллен Дж. Ф. (январь 1992 г.). «Фосфорилирование белков в регуляции фотосинтеза». Биохим. Биофиз. Acta. 1098 (3): 275–335. Дои:10.1016 / с0005-2728 (09) 91014-3. PMID 1310622.
  5. ^ Аллен Дж. Ф. (январь 2003 г.). «Функция геномов в биоэнергетических органеллах». Филос. Пер. R. Soc. Лондон. B Biol. Наука. 358 (1429): 19–37, обсуждение 37–8. Дои:10.1098 / rstb.2002.1191. ЧВК 1693096. PMID 12594916.
  6. ^ Брюс Альбертс; Александр Джонсон; Джулиан Льюис; Мартин Рафф; Кейт Робертс; Питер Уолтер (16 ноября 2007 г.). Молекулярная биология клетки. Наука о гирляндах. С. 868–869. ISBN 9781136844423.
  7. ^ Аллен CA, Хаканссон G, Аллен JF (1995). «Редокс-условия определяют белки, синтезируемые изолированными хлоропластами и митохондриями» (PDF). Редокс-отчет. 1 (2): 119–123. Дои:10.1080/13510002.1995.11746969. PMID 27405554.
  8. ^ Пфанншмидт Т., Нильссон А., Аллен Дж. Ф. (февраль 1997 г.). «Фотосинтетический контроль экспрессии гена хлоропластов». Природа. 397 (6720): 625–628. Дои:10.1038/17624. S2CID 4423836.
  9. ^ Puthiyaveetil S, Kavanagh TA, Cain P, Sullivan JA, Newell CA, Gray JC, Robinson C, van der Giezen M, Rogers MB, Allen JF (июль 2008 г.). «Сенсорная киназа предкового симбионта CSK связывает фотосинтез с экспрессией генов в хлоропластах». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 105 (29): 10061–6. Bibcode:2008ПНАС..10510061П. Дои:10.1073 / pnas.0803928105. ЧВК 2474565. PMID 18632566.
  10. ^ Путхияветил С., Аллен Дж. Ф. (июнь 2009 г.). «Двухкомпонентные системы хлоропластов: эволюция связи между фотосинтезом и экспрессией генов». Proc. Биол. Наука. 276 (1665): 2133–45. Дои:10.1098 / rspb.2008.1426. ЧВК 2677595. PMID 19324807.
  11. ^ Johnston, I. G .; Уильямс, Б. П. (2016). «Эволюционный вывод эукариот определяет специфические факторы давления, способствующие удержанию митохондриальных генов» (PDF). Сотовые системы. 2 (2): 101–111. Дои:10.1016 / j.cels.2016.01.013. PMID 27135164.