Darvas Zsuzsa, László Valéria

Sejtbiológia

XVIII. AZ EUKARIÓTA SEJT EREDETE

Jegyzetünkben tizenhét fejezetben bemutattuk az eukarióta sejt felépítését és működését. Óhatatlanul felvetődik a kérdés, hogy vajon hogyan alakult ki az evolúció évmilliói során ez az összetett struktúra, amely az összes soksejtű élőlénynek a legkisebb működő egysége, legyen az növény, gomba vagy állat. Természetesen létezik és létezett az eukarióta sejteknél egyszerűbb felépítésű sejt, ez volt a prokarióta sejt. Ez a struktúra a baktériumokra és a fotoszintetizáló cianobaktériumokra jellemző. A prokarióta sejtekben nincsenek citoplazmatikus membránok, sejtorganellumok, sejtmag, pontosabban sejtmagmembrán. A bennül lévő DNS nem lineáris, hanem cirkuláris, és a sejtmembránhoz rögzül. A sejtmembrán végzi az öszszes membránhoz kötött funkciót, pl. az iontranszporton kívül, az ATP és a lipidek előállítását, valamint a membránhoz kötött riboszómák közreműködésével a fehérjeszintézist, illetve a fehérjék szekrécióját is. A prokarióták többségét a sejtmembránon kívűl még egy proteoglikánból álló sejtfal is borítja. Az eukarióta sejtekkel szemben a prokarióta sejteknek nincs citoszkeletonja, feltehetőleg azért, mert kisebb méretük miatt (átmérőjük 1–10 µm között van) ez nem szükséges. Anyagcseréjüket tekintve lehetnek aerobok és anaerobok.

Utólag természetesen nagyon nehéz rekonstruálni, hogy vajon a meglehetősen egyszerű felépítésű és működésű prokarióta sejtből, hiszen minden kétséget kizáróan ez alakult ki előbb az evolúció során, hogyan keletkezett a sokkal komplexebb eukarióta sejt. A folyamat rendkívüli bonyolultságát bizonyítja az, hogy kb. 2 milliárd évre volt ehhez szükség. Ehhez képest „gyerekjáték” volt az ősi eukarióta sejtből az egy- és soksejtű: gomba-, növény- és állatfajok millióinak a kialakulása.

És most lássuk, hogy melyek lehettek a legfontosabb mozzanatai az eukarióta sejt kialakulásának. Hangsúlyoznunk kell, hogy az itt ismertetett elképzelést elsősorban közvetett bizonyítékok támasztják alá.

Mivel az élet kialakulása során a Földön redukáló volt a légkör, valamint kedvezőek voltak a feltételek a szerves molekulák abiogén (élőtől független) úton történő létrejöttéhez, az első sejtek minden bizonnyal prokarióta szervezettségűek lehettek, és anyagcseréjüket illetően heterotrófok és anaerobok voltak. Az autotróf fotoszintetizálók, csak valamivel később jelentek meg. Ezek az egyszerű sejtek kb. 3,5 milliárd éve alakultak ki. Az ősi prokarióta sejtben történt első változás valószínűleg a sejtet védő és merevítő sejtfal elvesztése volt, ami lehetővé tette azt, hogy a sejt nagyobbra nőjön, és nem feltétlenül követte a sejt méretének növekedését a sejt osztódása. A mai eukarióták ezerszer, tízezerszer nagyobbak a prokariótáknál. A sejtméret növekedése ugyanakkor felborította a sejttömeg/sejtfelszn kedvező arányát, túl kicsi lett a sejtfelszín a megnövekedett sejttömeghez képest. Ezt ellensúlyozandó, a sejt felszíne betüremkedett, sőt, ezek a betüremkedések le is szakadhattak a membránról, és mint kisebb-nagyobb vezikulumok jelentek meg a citoplazmában. Ezek a vezikulumok lehettek tehát az első citoplazmatikus membránok, sejtalkotók.

Ezt a gondolatsort tovább folytatva, úgy képzelhető el a kettős magmembrán kialakulása, hogy a vezikulumok ellapulva körülvették a membránhoz kapcsolódó cirkuláris DNS-t. A kettős membránon később pórusok jelentek meg (magpórus), ezért végsősoron a sejt citoszolja és a sejtmag belső része egy teret alkot (pl. sejtosztódáskor, a maghártya lebomlása miatt a sejtmag anyaga keveredik a citoszoléval). A sejtmagmembrán két fontos biokémiai folyamatot különít el a többitől: a DNS replikációt és a transzkripciót. Ez utóbbit pedig elválasztja a citoplazmában zajló transzlációtól, és ez megteremtette egy bonyolultabb génműködési szabályozás lehetőségét az eukariótákban.

Az evolúció során rendkívüli mértékben megnőtt a sejt DNS tartalma, egy eukarióta sejté ezerszer több mint egy prokariótáé. A nagy mennyiségű DNS-nek a kromatinná, illetve kromoszómákká történő szerveződésében fontosak a hisztonok, amelyek csak eukariótákban megtalálható fehérjék.

A citoszolba kerülő többi vezikulum feléptésének és működésének a specializálódásával fokozatosan elkülönült az endoplazmás retikulum, a Golgi, a lizoszómák, az endocitotikus és szekréciós útvonal különböző komponensei. Könnyű elképzelni, hogy ezek belső tere topológiailag lényegében azonos, végső soron mindegyik az extracelluláris tér egy kis darabja. Ha belegondolunk, ez igaz a perinukleáris térre is.

A sejt méretének megnövekedése szükségessé tette a sejten belüli szabályozott transzportot, a sejtalkotók helyének kijelölését stb., tehát a citoszkeleton, a mikrofilamentumokból és mikrotubulusokból intermedier filamentumokból álló rendszer kialakulását. Így kb. 1,5 milliárd évvel ezelőtt kialakult a mozgásra képes, nagy méretű, fagocitáló anaerob anyagcseréjű sejt .

Időközben azonban a redukáló légkör oxidálóvá vált, ugyanis elfogyott az a nagy mennyiségű Fe2+-ion, amely kezdetben (kb. másfél milliárd évig) oxidálódva megkötötte a fotoszintézisből származó oxigént. A keletkező oxigén ettől kezdődően a légkörbe került és mérgezte az anaerob sejteket, amelyek számára a következő lehetőségek maradtak:

olyan helyeket kerestek, ahol folytathatták az anaerob életmódot,
aerobok lettek,
parazitái lettek az aeroboknak,
illetve ami a „leghasznosabbnak” bizonyult a további evolúció számára: szimbiózisba kerültek az aerob metabolizmusra képes sejttel.

Számos bizonyíték alapján úgy gondoljuk, hogy ez utóbbi folyamat során alakult ki a mitokondrium. A mitokondrium ősének tekintett prokarióta sejt úgy eliminálta a mérgező oxigént, hogy közben nagy mennyiségű energia, ATP keletkezésével járó reakciókban használta fel. Sokan úgy gondolják azonban, hogy először egy oxidatív foszforilációra még nem képes prokariótát kebelezett be az ősi eukarióta sejt, ez lehetett a peroxiszóma őse, amely a légköri oxigént kölönböző molekulák eloxidálására használta fel, de a keletkező energiát hő formájában kisugározta. Csak ezután következett a mitokondrium ősének a bekebelezése és a vele való endoszimbiózis. Hasonló módon jöhetett létre a növények zöld színtestje az ősi cianobaktériumokkal történt endoszimbiózis során. A mitokondrium ismertetése során láttuk, hogy számos bizonyítéka van, az ún. endoszimbionta teóriának, és ez igaz a színtestre is. Azonban a peroxiszóma eredetére nem utal sem az önálló genom, sem a saját fehérjeszintézis stb. Valószínűleg a peroxiszóma ősével való szimbiózis már olyan régen történt, hogy az önálló sejtre utaló jelek eltűntek az idő során. Bizonyítható, hogy a színtest és a mitokondrium DNS-ének egy része a sejtmagba transzlokálódott. Van azonban egy fontos közös tulajdonsága e három sejtalkotónak, és ez az azonos fehérje transzport. Szemben a többi sejtorganellummal, ezeknek sejtalkotóknak a fehérjéi szabad riboszómákon szintetizálódnak és megfelelő szignál szekvencia segítségével jutnak el a mitokondriumba, a színtestbe vagy a peroxiszómába.

A fentiekben vázolt lépések során alakulhatott ki tehát a Földön az eukarióta sejt, amely alkalmas volt arra, hogy egysejtű élőlények számtalan faját hozza létre, de arra is, hogy soksejtűekben a legkülönbözőbb módon differenciálódva a különböző szövetekben és szervekben – minden soksejtű élőlény, legyen az gomba, növény vagy állat és közte az ember – elemi szerkezeti és működési egysége legyen.

Tartalomjegyzék

Kiadó: Semmelweis Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 331 704 4

Orvostudomány Semmelweis Kiadó könyvei

Reméljük, hogy a hallgatóknak nemcsak egy olyan jegyzetet készítettünk, amelyet meg kell tanulniuk, de sikerült belevinnünk azt az érzést is, amely a jegyzet megírásakor és átírásakor eltöltött minket. Ez az érzés a csodálat. Milyen csodálatos kis egység a sejt, milyen tökéletesen és logikusan szervezett! Mi sem, és így a hallgató sem menekülhet meg a molekuláris szemlélettől, amely manapság a biológia és az orvostudomány minden területén uralkodóvá vált. Igyekeztünk csak annyi molekulát és molekuláris mechanizmust megemlíteni, amelyet feltétlenül szükségesnek tartottunk a sejtben zajló folyamatok megismeréséhez és megértéséhez. Kívánjuk, hogy a leírtak segítsék a hallgatókat más tárgyak anyagának megértésében és elsajátításában is. A jegyzet immáron negyedik, javított kiadását tartják a kezükben és persze ez is több, mint az előző. Mentségünkre legyen mondva a többlet nemcsak több szöveget, de több képanyagot és ábrát is jelent. Reméljük ez segít jobban megérteni a sejtekben zajló, néha bizony komplikált eseményeket. (a szerzők)

Hivatkozás: https://mersz.hu/darvas-laszlo-sejtbiologia//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero