عالم النبات هو واحد من ثروتنا الرئيسيةالكوكب. بفضل النباتات الموجودة على الأرض ، يوجد أكسجين نتنفسه جميعًا ، وهناك قاعدة غذائية ضخمة تعتمد عليها جميع الكائنات الحية. تعتبر النباتات فريدة من نوعها من حيث أنها تستطيع تحويل المركبات الكيميائية ذات الطبيعة غير العضوية إلى مواد عضوية.
هذا هو اسم الهياكل المحددة التيتحدث عمليات التمثيل الضوئي ، والتي تهدف إلى ربط ثاني أكسيد الكربون وتكوين بعض الكربوهيدرات. الأكسجين هو منتج ثانوي. هذه هي عضيات ممدودة الطول ، يصل عرضها إلى 2-4 ميكرون ، يصل طولها إلى 5-10 ميكرون. تحتوي بعض أنواع الطحالب الخضراء في بعض الأحيان على البلاستيدات الخضراء العملاقة ، ممدودة بـ 50 ميكرون!
قد يكون لها نفس الطحالبميزة: للخلية بأكملها لديهم جهاز عضوي واحد فقط من هذا النوع. في خلايا النباتات العالية ، غالبًا ما يكون هناك ما بين 10-30 من البلاستيدات الخضراء. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، قد تكون هناك استثناءات مشرقة. لذلك ، في أنسجة الحزام الشعري العادي ، هناك 1000 بلاستيدات خضراء لكل خلية. ما هي هذه البلاستيدات الخضراء؟ البناء الضوئي هو هدفهم الرئيسي ، لكنه بعيد عن الدور الوحيد. لفهم أهميتها بوضوح في حياة النبات ، من المهم معرفة العديد من جوانب أصلها وتطورها. كل هذا موصوف في الجزء الإضافي من المقالة.
لذا ، ما هي البلاستيدات الخضراء ، تعلمنا.من أين أتت هذه العضيات؟ كيف حدث أن النباتات لديها مثل هذا الجهاز الفريد الذي يحول ثاني أكسيد الكربون والماء إلى مركبات عضوية معقدة؟
حاليا ، تسود النقطة بين العلماءرأي حول أصل هذه العضيات الداخلية ، حيث أن حدوثها المستقل في الخلايا النباتية أمر مشكوك فيه إلى حد ما. من المعروف أن الحزاز هو تكافل الطحالب والفطريات. في الوقت نفسه ، تعيش الطحالب وحيدة الخلية داخل الخلية الفطرية. يقترح العلماء الآن أنه بمرور الوقت تغلغلت البكتيريا الزرقاء الصبغية في الخلايا النباتية ، ثم فقدت "استقلاليتها" جزئيًا ، ونقلت معظم الجينوم إلى النواة.
في الآونة الأخيرة ، فرضية بدائية النواةلم يكن أصل هذه العناصر شائعًا جدًا في المجتمع العلمي ، واعتبره الكثيرون "تلفيق هواة". ولكن بعد إجراء تحليل متعمق لتسلسل النوكليوتيدات في الحمض النووي للكلوروبلاست ، تم تأكيد هذا الافتراض ببراعة. اتضح أن هذه التركيبات متشابهة للغاية ، حتى مرتبطة ، في الحمض النووي للخلايا البكتيرية. وهكذا ، تم العثور على تسلسل مماثل في البكتيريا الزرقاء الحية. على وجه الخصوص ، تبين أن جينات مركب توليف ATP متشابهة للغاية ، وكذلك في "جهاز" النسخ والترجمة.
المروجين الذين يحددون بداية القراءةكما يتم تنظيم المعلومات الوراثية من الحمض النووي ، وكذلك تسلسل النوكليوتيدات النهائية المسؤولة عن إنهائها ، في صورة وشبه تلك البكتيرية. بالطبع ، استطاعت مليارات السنين من التحولات التطورية إجراء العديد من التغييرات في البلاستيدات الخضراء ، لكن التسلسلات في جينات البلاستيدات الخضراء بقيت كما هي تمامًا. وهذا دليل قاطع لا يُدحض على أن البلاستيدات الخضراء كانت في الواقع ذات سلف بدائية النواة. ربما كان الكائن الحي الذي نشأت منه البكتيريا الزرقاء الحديثة أيضًا.
يتطور عضو عضوي "بالغ" من مادة بروبلاستيدية.وهي عضية صغيرة عديمة اللون تمامًا ، لا يتجاوز عرضها بضع ميكرونات. وهي محاطة بغشاء ثنائي الطبقة كثيف يحتوي على دنا دائري خاص بالبالستيدات الخضراء. هؤلاء الأجداد من العضيات ليس لديهم نظام غشاء داخلي. نظرًا لصغر حجمها ، فإن دراستها صعبة للغاية ، وبالتالي هناك القليل جدًا من البيانات حول تطورها.
من المعروف أن العديد من هذه البروتوبلاستيداتموجود في نواة كل خلية بيضة من الحيوانات والنباتات. أثناء تطور الجنين ، ينقسمان وينقلا إلى خلايا أخرى. من السهل التحقق من ذلك: السمات الجينية المرتبطة بطريقة ما بالبلاستيدات تنتقل فقط من خلال خط الأمهات.
غشاء داخلي من البروتوبلاستيدات بمرور الوقتانتفاخات النمو في الجهاز العضوي. من هذه الهياكل ، تنمو الأغشية thylakoid ، وهي المسؤولة عن تكوين الحبيبات والصفائح من سدى عضوي. في الظلام الدامس ، يبدأ protopastid في التحول إلى سلائف البلاستيدات الخضراء (etioplast). يتميز هذا الجهاز العضوي الأساسي بحقيقة أن بنية بلورية معقدة نوعًا ما تقع داخله. بمجرد أن يضرب الضوء ورقة النبات ، يتم تدميره بالكامل. ويتبع ذلك تكوين البنية الداخلية "التقليدية" للبلاستيدات الخضراء ، والتي تتكون من نفس ثيلاكويدس ولاميلاي.
تحتوي كل خلية ميرستيمالالعديد من هذه البروبلاستيدات (يختلف عددها حسب نوع النبات وعوامل أخرى). بمجرد أن يبدأ هذا النسيج الأساسي في التحول إلى ورقة ، يتم تحويل السلائف العضية إلى البلاستيدات الخضراء. وبالتالي ، فإن أوراق القمح الصغيرة التي أكملت نموها تحتوي على البلاستيدات الخضراء في كمية 100-150 قطعة. الوضع أكثر تعقيدًا قليلاً فيما يتعلق بالنباتات القادرة على تراكم النشا.
Мы выяснили, что такое хлоропласт, попутно выявив اتصال هذا العضية مع هياكل الكائنات بدائية النواة. هنا الوضع مشابه: لقد اكتشف العلماء منذ فترة طويلة أن الأرومات الأمينية ، مثل البلاستيدات الخضراء ، تحتوي بالضبط على نفس الحمض النووي وتتكون من نفس الخلايا الأولية. لذلك ، ينبغي النظر فيها في نفس الجانب. في الواقع ، يجب اعتبار البلاستيدات الأمينية كنوع خاص من البلاستيدات الخضراء.
يمكن رسم القياس بين البروتوبلاستيدات والخلايا الجذعية. ببساطة ، تبدأ الخلايا النشوانية من مرحلة ما في التطور على طول مسار مختلف قليلاً. لكن العلماء تعلموا شيئًا مثيرًا للاهتمام: لقد تمكنوا من تحقيق التحول المتبادل بين البلاستيدات الخضراء من أوراق البطاطس إلى بلاستات الأميلوبلاكس (والعكس بالعكس). من الأمثلة القانونية المعروفة لكل طالب أن درنات البطاطس تتحول إلى اللون الأخضر في الضوء.
نحن نعلم أنه في عملية نضج الثمارالطماطم والتفاح وبعض النباتات الأخرى (وفي أوراق الأشجار والأعشاب والشجيرات في الخريف) ، تحدث عملية "التدهور" ، عندما تتحول البلاستيدات الخضراء في الخلية النباتية إلى الخلايا الصبغية. تحتوي هذه العضيات على أصباغ ملونة وكاروتينات.
هذا التحول يرجع إلى حقيقة أنه في بعضالظروف ، يحدث تدمير كامل للثايلاكويدات ، وبعد ذلك تكتسب العضية تنظيمًا داخليًا مختلفًا. هذا هو المكان الذي نعود فيه إلى السؤال الذي بدأنا مناقشته في بداية المقال: تأثير النواة على تطور البلاستيدات الخضراء. هذا ، من خلال بروتينات خاصة يتم تصنيعها في سيتوبلازم الخلايا ، هي التي تبدأ عملية إعادة هيكلة العضويات.
بعد مناقشة قضايا أصل وتطوير البلاستيدات الخضراء ، ينبغي للمرء أن يركز على هيكلها بمزيد من التفصيل. علاوة على ذلك ، إنه ممتع للغاية ويستحق مناقشة منفصلة.
يتكون الهيكل الأساسي للبلاستيدات الخضراء من اثنينأغشية البروتينات الدهنية الداخلية والخارجية. يبلغ سمك كل منها حوالي 7 نانومتر ، والمسافة بينهما 20-30 نانومتر. كما في حالة البلاستيدات الأخرى ، تشكل الطبقة الداخلية هياكل خاصة بارزة في الجزء الداخلي للعضو العضوي. تحتوي البلاستيدات الخضراء الناضجة على نوعين من هذه الأغشية "الملتوية" في وقت واحد. تشكل الأولى الصفائح اللحمية ، والأخيرة تشكل أغشية الثايلاكويد.
وتجدر الإشارة إلى وجود اتصال واضح ،الذي يحتوي على غشاء بلاستيدات خضراء مع تكوينات مماثلة داخل العضوي. الحقيقة هي أن بعض طياته يمكن أن تمتد من جدار إلى آخر (كما هو الحال في الميتوكوندريا). لذلك يمكن أن تشكل الصفائح إما نوعًا من "الأكياس" أو شبكة واسعة. ومع ذلك ، غالبًا ما تكون هذه الهياكل متوازية مع بعضها البعض ولا ترتبط بأي شكل من الأشكال.
العدد الإجمالي للحبوب الواردة فييمكن أن تصل البلاستيدات الخضراء للنباتات العليا إلى 40-60. كل ثايلاكويد مرتبط بإحكام بالآخر بحيث تشكل أغشيته الخارجية مستوى واحدًا. يمكن أن تصل سماكة الطبقة عند التقاطع إلى 2 نانومتر. لاحظ أن مثل هذه الهياكل ، التي تتكون من ثايلاكويدات وصفائح مجاورة ، شائعة جدًا.
في أماكن اتصالهم توجد أيضًا طبقة ،تصل أحيانًا إلى نفس 2 نانومتر. وهكذا ، فإن البلاستيدات الخضراء (هيكلها ووظائفها شديدة التعقيد) ليست بنية متجانسة واحدة ، ولكنها نوع من "حالة داخل حالة". في بعض الجوانب ، لا تقل بنية هذه العضيات تعقيدًا عن البنية الخلوية بأكملها!
تتواصل الحبوب مع بعضها البعض بدقة بمساعدةصفيحة. لكن تجاويف الثايلاكويد ، التي تشكل الأكوام ، تكون مغلقة دائمًا ولا تتواصل مع الفضاء بين الغشاء بأي شكل من الأشكال. كما ترون ، فإن هيكل البلاستيدات الخضراء معقد للغاية.
ما يمكن احتواؤه في سدى الجميعالبلاستيدات الخضراء؟ هناك جزيئات DNA فردية والعديد من الريبوسومات. في خلايا الأميلوبلاست ، تترسب حبيبات النشا في السدى. وفقًا لذلك ، تحتوي الكروموبلاستس على أصباغ تلوين هناك. بالطبع ، هناك العديد من أصباغ البلاستيدات الخضراء ، ولكن الأكثر شيوعًا هو الكلوروفيل. تنقسم إلى عدة أنواع في وقت واحد:
تحتوي على طحالب حمراء وبنيةليس من النادر أن تكون هناك أنواع مختلفة تمامًا من الأصباغ العضوية. تحتوي بعض الطحالب بشكل عام على جميع أصباغ البلاستيدات الخضراء الموجودة تقريبًا.
بالطبع ، وظيفتهم الرئيسية هيتحويل الطاقة الضوئية إلى مكونات عضوية. يحدث التمثيل الضوئي نفسه في الحبوب بمشاركة مباشرة من الكلوروفيل. يمتص طاقة ضوء الشمس ويحولها إلى طاقة الإلكترونات المثارة. هذا الأخير ، الذي يحتوي على فائض منه ، يتخلى عن الطاقة الزائدة ، والتي تستخدم لتحلل الماء وتوليف ATP. عندما ينهار الماء ، يتشكل الأكسجين والهيدروجين. الأول ، كما كتبنا سابقًا ، هو منتج ثانوي ويتم إطلاقه في الفضاء المحيط ، ويرتبط الهيدروجين ببروتين خاص ، وهو الفيروكسين.
الناتج عن ATP مهم للغاية ، لأنه كذلك"المجمع" الرئيسي للطاقة ، والذي يذهب إلى الاحتياجات المختلفة للخلية. يحتوي NADPH-H2 على عامل اختزال ، وهو الهيدروجين ، ويمكن لهذا المركب التخلص منه بسهولة إذا لزم الأمر. ببساطة ، إنه عامل اختزال كيميائي فعال: في عملية التمثيل الضوئي ، تحدث العديد من التفاعلات ، والتي ببساطة لا يمكن أن تستمر بدونها.
بعد ذلك ، تلعب إنزيمات البلاستيدات الخضراء دورها ،التي تعمل في الظلام وما بعده: يتم استخدام الهيدروجين من عامل الاختزال وطاقة ATP بواسطة البلاستيدات الخضراء من أجل البدء في تخليق عدد من المواد العضوية. نظرًا لأن عملية التمثيل الضوئي تحدث في ظروف الإضاءة الجيدة ، فإن المركبات المتراكمة في الظلام تستخدم لتلبية احتياجات النباتات نفسها.
يمكنك ملاحظة أن هذه العملية تشبه بشكل مثير للريبة التنفس في بعض الجوانب. كيف يختلف التمثيل الضوئي عنه؟ سيساعدك الجدول على فهم هذه المشكلة.
نقاط المقارنة | البناء الضوئي | تنفس |
متى يحدث | فقط في النهار ، في ضوء الشمس | في أي وقت |
أين | خلايا تحتوي على الكلوروفيل | جميع الخلايا الحية |
أكسجين | توزيع | استيعاب |
ثاني أكسيد الكربون | استيعاب | توزيع |
المواد العضوية | التوليف والانقسام الجزئي | تقسيم فقط |
طاقة | يمتص | يقف خارجا |
هذه هي الطريقة التي يختلف بها التمثيل الضوئي عن التنفس. يوضح الجدول بوضوح اختلافاتهم الرئيسية.
تحدث معظم ردود الفعل الأخرى هنانفس الشيء ، في سدى البلاستيدات الخضراء. يختلف المسار الإضافي للمواد المركبة. لذا ، فإن السكريات البسيطة تتخطى العضوي مباشرة ، وتتراكم في أجزاء أخرى من الخلية في شكل عديد السكاريد ، وخاصة النشا. في البلاستيدات الخضراء ، يحدث كل من ترسب الدهون والتراكم الأولي لسلائفها ، والتي تفرز بعد ذلك إلى مناطق أخرى من الخلية.
يجب أن يكون مفهوما بوضوح أن جميع ردود الفعل التوليفيةتتطلب كميات هائلة من الطاقة. مصدره الوحيد هو كل نفس عملية التمثيل الضوئي. هذه عملية تتطلب غالبًا قدرًا كبيرًا من الطاقة بحيث يجب الحصول عليها عن طريق تدمير المواد المتكونة نتيجة التوليف السابق! وبالتالي ، فإن معظم الطاقة التي يتم الحصول عليها في مسارها يتم إنفاقها على إجراء العديد من التفاعلات الكيميائية داخل الخلية النباتية نفسها.
من المقبول عمومًا أن العضيات الخلوية ، بما في ذلكبما في ذلك البلاستيدات الخضراء (الهيكل والوظائف التي وصفناها بالتفصيل) موجودة بدقة في مكان واحد. هذا ليس صحيحا. يمكن أن تتحرك البلاستيدات الخضراء حول الخلية. لذلك ، في الإضاءة المنخفضة ، يميلون إلى اتخاذ موقع بالقرب من الجانب الأكثر إضاءة للخلية ، في ظروف الإضاءة المتوسطة والمنخفضة ، يمكنهم اختيار بعض المواضع الوسيطة التي يمكن من خلالها "التقاط" معظم ضوء الشمس. وتسمى هذه الظاهرة "انجذاب ضوئي".
مثل الميتوكوندريا ، والبلاستيدات الخضراءعضيات مستقلة جميلة. لديهم ريبوسومات خاصة بهم ، فهم يصنعون عددًا من البروتينات المحددة للغاية التي لا يستخدمونها إلا من قبلهم. حتى أن هناك مجمعات إنزيمية محددة ، يتم خلالها إنتاج دهون خاصة ، وهي ضرورية لبناء أغشية الصفائح. لقد تحدثنا بالفعل عن أصل بدائية النواة لهذه العضيات ، ولكن يجب أن نضيف أن بعض العلماء يعتبرون البلاستيدات الخضراء منحدرات طويلة الأمد لبعض الكائنات الطفيلية ، والتي أصبحت في البداية متكافلة ، ثم تحولت تمامًا إلى جزء لا يتجزأ من الخلية.
بالنسبة للنباتات ، من الواضح - إنه توليف من الطاقة والمواد التي تستخدمها الخلايا النباتية. لكن التمثيل الضوئي هو عملية تضمن التراكم المستمر للمواد العضوية في جميع أنحاء الكوكب. يمكن للبلاستيدات الخضراء تخليق كمية هائلة من المركبات عالية الجزيئات المعقدة من ثاني أكسيد الكربون والماء وأشعة الشمس. هذه القدرة مميزة لهم فقط ، ولا يزال الشخص بعيدًا عن تكرار هذه العملية في ظروف اصطناعية.
نأمل أن تكون قد تعلمت من هذا المقال عن ماهية البلاستيدات الخضراء وما هو دورها في الكائن الحي النباتي.
