问题

除线粒体叶绿体外还有哪些细胞器中有DNA?

回答
除了线粒体和叶绿体之外,在普遍意义上,地球上几乎所有的真核细胞都只在这两个细胞器中发现有DNA。 这也是我们通常所说的“细胞器DNA”的范畴。

但是,如果我们把“细胞器”这个词的定义稍微放宽,或者考虑到一些非典型的细胞结构和特殊情况,我们可以从更广泛的角度来思考这个问题,尽管这些情况并不像线粒体和叶绿体那样普遍且核心。

以下是一些可以探讨的、与细胞器DNA相关但又不完全是传统线粒体/叶绿体DNA的情况,我会尽量详细地讲解:

1. 细胞核 (Nucleus):

详细说明: 虽然细胞核本身是细胞的“司令部”,包含着绝大部分的基因组DNA(也就是我们常说的染色体DNA),但从广义的“储存遗传信息的结构”来看,细胞核无疑是最大的DNA“库”。然而,当我们讨论“细胞器DNA”时,通常是指存在于膜包裹的、位于细胞质中的、独立于细胞核的DNA。所以,虽然细胞核拥有DNA,但它通常不被列为与线粒体和叶绿体同类别的“细胞器DNA”,因为它构成了细胞的主要遗传物质,并且位于细胞的主要遗传控制中心。
重要性: 细胞核DNA包含了几乎所有编码蛋白质和非编码RNA的基因,决定了细胞的性状和功能。

2. 病毒的基因组(在某些感染状态下):

详细说明: 病毒不是细胞,它们是寄生性的遗传单位。但是,当病毒感染真核细胞时,它们的基因组DNA(有些病毒是RNA病毒,但有些是DNA病毒)会进入宿主细胞。
整合到宿主DNA中: 许多DNA病毒(如疱疹病毒、腺病毒、人类乳头瘤病毒HPV、逆转录病毒如HIV)的DNA会整合到宿主细胞的染色体DNA中。在这种情况下,病毒DNA就“寄生”在了细胞核的DNA之中,并随着细胞的分裂而复制。从这个角度看,病毒DNA就成为了细胞核内的一部分,但它不是细胞核自身的遗传物质。
游离在细胞质中: 有些病毒DNA在感染初期或特定阶段,可能以游离状态存在于细胞质中,甚至在某些病毒复制周期中,它们会作为一种临时的“细胞器”或“核酸载体”在细胞质中活动和复制,等待进入细胞核或进行组装。例如,痘病毒家族的病毒DNA在感染早期会在细胞质中复制。
重要性: 病毒DNA的存在可以引起细胞的功能改变,导致疾病。在特定病毒感染的细胞中,可以将病毒DNA视为一种“非典型细胞器DNA”。

3. 质粒 (Plasmids) 主要在原核细胞中,但有特殊情况:

详细说明: 质粒是存在于细菌等原核生物细胞质中的小型的、环状的、双链DNA分子。它们独立于细菌染色体DNA进行复制,并携带一些非必需但可能对细菌有利的基因,如抗生素抗性基因、毒力因子基因等。
与真核细胞的关系:
在真核生物的实验中: 在分子生物学和基因工程中,我们经常使用质粒作为基因载体,将外源基因导入真核细胞(如酵母、植物细胞,甚至哺乳动物细胞)中进行表达。当质粒成功导入并被细胞接收时,它们可以在细胞质中(如果未整合到基因组中)或整合到细胞核的染色体中存在和复制。
植物的转化: 在植物基因工程中,农杆菌介导的转化过程中,农杆菌的肿瘤诱导质粒 (Ti plasmid) 的一部分TDNA会转移到植物细胞的基因组中。虽然最终TDNA整合到了植物细胞核的染色体DNA中,但在转移过程中,质粒DNA经历了在农杆菌细胞内以及通过细胞间的转移过程。
重要性: 虽然质粒不是真核细胞本身的细胞器,但在生物技术应用中,它们可以作为外源DNA存在于真核细胞中,承担类似“临时遗传单位”的角色。

4. 染色质和染色体 (Chromatin and Chromosomes):

详细说明: 如前所述,细胞核是DNA的主要储存库。我们通常将细胞核内的DNA称为染色体DNA,它们以染色质(DNA与组蛋白结合形成的复合物)的形式存在,并在细胞分裂时浓缩成染色体。
与细胞器DNA的区别: 这是主要的遗传物质,与线粒体和叶绿体DNA(虽然它们是环状的、与组蛋白不结合的DNA)在来源、复制方式、基因组成和功能上都有本质区别。线粒体和叶绿体DNA被认为是内共生起源的,它们保留了原核生物DNA的特征。

总结:

在严格意义上,当我们讨论“细胞器DNA”时,最主要、最普遍且被广泛接受的例子就是线粒体DNA和叶绿体DNA。它们是真核细胞内独立的、膜包裹的、具有自身基因组的DNA分子,并且被认为具有内共生起源。

然而,如果我们将“细胞器”的概念扩展到任何在细胞内具有特定功能、被膜包裹(不一定严格)或具有独立遗传和复制能力的结构单位,那么:

病毒的基因组 在感染状态下可以被视为一种“非典型”的细胞内遗传单位,其DNA可以存在于细胞质或整合到细胞核中。
质粒 虽然主要存在于原核生物,但在基因工程中可以作为外源DNA进入真核细胞,并充当临时遗传单位。

严格来说,除了线粒体和叶绿体,就没有其他被普遍承认的、属于细胞自身固有组成部分的、具有独立遗传信息的“细胞器”拥有DNA了。 其余情况更多的是寄生、外源引入或主要遗传物质的组成部分。

网友意见

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除线粒体和叶绿体外,非叶绿体的质体也有自己的 DNA;许多原核生物和一些真核生物有质粒,质粒当然有 DNA,但中学阶段做题可能不考虑真核质粒、出题人经常不考虑原核生物。一部分真核生物的氢化酶体有 DNA,你做的题目没提这个大概就不用管。

细胞质含有少量 DNA,它们可以被囊泡包裹并送到各种膜细胞器或排出细胞之外。这些不是“用于指导细胞器自身的蛋白质合成的 DNA”,在中学生物范围内一般不用考虑。

有些国家的教科书认为细胞核和拟核也算细胞器。在不正常的细胞里形成的微核亦可含有 DNA。

某些真核生物的 Mitosome、Ocelloid 可能含有 DNA,另一些似乎不含 DNA。这方面的研究还很初步。

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