Cell And Molecular Biology Codexery

Plastid

源自内共生蓝细菌的膜结合细胞器。

质体是一种存在于植物、藻类及其他某些真核生物细胞内的膜结合细胞器。科学家认为质体是内共生的蓝细菌,如今永久性地生活在宿主细胞内。这些细胞器是自养真核生物制造和储存色素及其他关键化合物的场所。

最早命名、描述并明确定义质体的是安德烈亚斯·席姆佩尔。每个质体都携带自己的双链DNA分子,长期以来被认为像原核生物染色体一样呈环状,但近期证据表明它有时可能是线性的。质体会产生其独特基因组的多个拷贝,该基因组称为质体基因组。每个质体中的基因组拷贝数各不相同:快速分裂的新细胞可能只有少数几个质体,但每个质体拥有超过1000个基因组拷贝;而成熟细胞可能含有许多质体,每个质体中的拷贝数却不到100个。质体基因组通常编码转移RNA、核糖体RNA以及参与光合作用和质体基因表达的蛋白质。然而,这些仅占构建和维持质体所需总蛋白质的一小部分;绝大多数蛋白质由核基因编码,且核基因与质体基因的表达是协同调控的。

质体DNA以称为质体拟核的蛋白质-DNA复合体形式存在,这些拟核是附着在内膜上的局部区域。与真核细胞核不同,质体拟核没有核膜。每个拟核区域可能含有超过10个质体DNA拷贝。在未分化的前质体中,单个拟核位于中心附近;随着质体发育或分化,许多拟核出现在外周,结合在内膜上。在从一种质体类型向另一种类型分化过程中,拟核的形状、大小和位置会发生变化。

质体的例子包括叶绿体(用于光合作用)、有色体(用于合成和储存色素)、白色体(无色质体,可进一步分化)和顶质体(顶复门中发现的非光合质体,来源于二次内共生)。大约15亿年前,在原始色素体生物支系——包括陆地植物、红藻、绿藻和灰藻——中发生了一次永久性的初级内共生事件,共生体很可能是一种与Gloeomargarita属相关的蓝细菌。另一次初级内共生发生在1.4亿至9000万年前,存在于Paulinella变形虫的光合质体中,涉及来自Prochlorococcus属和Synechococcus属("PS-支系")的蓝细菌。二次和三次内共生事件也广泛发生,一些生物进化出了隔离摄入质体的能力,这一过程称为盗质体现象。

在陆地植物中,所有质体都来源于前质体,前质体存在于分生组织区域。前质体和幼嫩叶绿体通常通过二分裂方式分裂,但更成熟的叶绿体也能分裂。未分化的前质体可根据其功能发育成多种形式:叶绿体(绿色,光合作用)、黄化质体(叶绿体的前体)、有色体(有色,储存色素)、衰老质体(在衰老过程中控制光合作用装置的拆卸)和白色体(无色,合成单萜)。白色体可进一步特化为糊粉质体、淀粉质体(储存淀粉并感知重力以产生向地性)、脂质体(储存脂肪)、蛋白质体(储存和修饰蛋白质)或单宁体(合成单宁和多酚)。质体可以根据形态和靶向功能在这些形式之间分化或再分化。

许多质体,尤其是光合质体,含有大量的内部膜层。叶绿体进行光合作用,将阳光转化为化学能,同时捕获二氧化碳并释放氧气。其他质体合成脂肪酸和萜烯,这些物质可用于提供能量或作为原材料。例如,表皮细胞中的质体从棕榈酸制造植物角质层的组分,包括表皮蜡——而棕榈酸本身是在叶肉细胞的叶绿体中合成的。质体还储存淀粉、脂肪和蛋白质。在已失去光合作用能力的生物中,质体仍然非常有用,可用于制造像异戊二烯这样的分子。

Quick Facts

Field
Cell biology, endosymbiosis
Known for
  • Photosynthesis
  • pigment storage
  • and plastid genome (plastome)
First described by
Andreas Schimper

Facts from the source article.

背景与渊源

质体是源自内共生蓝细菌的膜结合细胞器,这一概念最早由安德烈亚斯·席姆佩尔明确定义并命名。它们拥有自己的双链DNA,长期以来被认为像原核生物一样呈环状。这些细胞器是制造和储存色素及其他重要化合物(如异戊二烯)的场所,即使在已失去光合作用能力的生物中也是如此。在陆地植物中,所有质体都来源于位于分生组织区域的未分化前质体。前质体可以分化成多种形式:叶绿体(绿色,进行光合作用);黄化质体(叶绿体的前体);有色体(合成和储存色素);衰老质体(在衰老过程中拆卸光合作用装置);以及白色体(无色,合成单萜)。白色体可进一步特化为淀粉质体(储存淀粉并辅助重力感知)、脂质体(储存脂肪)、蛋白质体(储存和修饰蛋白质)、糊粉质体和单宁体(合成单宁和多酚)。每个质体都含有其自身基因组的多个拷贝,即质体基因组,它编码转移RNA、核糖体RNA以及用于光合作用和基因转录的蛋白质。然而,核基因编码了绝大多数质体蛋白质,并且它们的表达与质体基因协同调控。质体DNA以称为拟核的蛋白质-DNA复合体形式存在,这些拟核没有膜包围。前质体有一个中央拟核,而发育中的质体有许多结合在内膜上的拟核。

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