Растительный мир - одно из главных богатств нашей planeetta. Maapallon kasviston ansiosta happea me kaikki hengitämme, on valtava ruokapohja, josta kaikki elävät olennot riippuvat. Kasvit ovat ainutlaatuisia siinä mielessä, että ne voivat muuttaa epäorgaanisten kemiallisten yhdisteiden orgaanisiksi aineiksi.
Tämä on nimenomainen rakenne, jossatapahtuu fotosynteesiprosesseja, joiden tarkoituksena on sitoa hiilidioksidia ja muodostaa tiettyjä hiilihydraatteja. Happi on sivutuote. Nämä ovat pitkänomaisia organelleja, joiden leveys on 2-4 mikronia, niiden pituus on 5-10 mikronia. Joissakin vihreän levän tyypeissä on joskus jättimäisiä kloroplasteja, jotka ovat pitkänomaisia 50 mikronia!
Samoilla levillä voi olla erilainenpiirre: heillä on vain yksi tämän lajin organoidi koko solulle. Korkeampien kasvien soluissa on yleensä 10-30 kloroplastia. Heidän tapauksessaan voi kuitenkin olla silmiinpistäviä poikkeuksia. Joten tavallisen tupakan palisade-kudoksessa on 1000 kloroplastia solua kohden. Mille nämä kloroplastit ovat? Fotosynteesi on heidän tärkein, mutta kaukana ainoasta roolista. Jotta ymmärrettäisiin selvästi niiden merkitys kasvin elämässä, on tärkeää tuntea monet niiden alkuperän ja kehityksen näkökohdat. Kaikki tämä on kuvattu artikkelin seuraavassa osassa.
Joten, mikä on kloroplastia, saimme selville.Mistä nämä organellit ovat peräisin? Kuinka tapahtui, että kasveilla on niin ainutlaatuinen laite, joka muuntaa hiilidioksidin ja veden monimutkaisiksi orgaanisiksi yhdisteiksi?
Tällä hetkellä asia vallitsee tutkijoiden keskuudessamielipide näiden organellien endosymbioottisesta alkuperästä, koska niiden riippumaton esiintyminen kasvisoluissa on melko epäilyttävää. On hyvin tunnettua, että jäkälä on levien ja sienten symbioosi. Samaan aikaan yksisoluiset levät elävät sienisolun sisällä. Nyt tiedemiehet ehdottavat, että fotosynteettiset syanobakteerit tunkeutuivat muinaisina aikoina kasvisoluihin ja menettivät sitten osittain "itsenäisyytensä" siirtäen suurimman osan genomista ytimeen.
Viime aikoina hypoteesi prokaryoottisistanäiden elementtien alkuperä ei ollut kovin suosittu tiedeyhteisössä, monet pitivät sitä "harrastajien valheina". Mutta kloroplasti-DNA: n nukleotidisekvenssien perusteellisen analyysin jälkeen tämä oletus vahvistettiin loistavasti. Kävi ilmi, että nämä rakenteet ovat erittäin samankaltaisia, jopa sukulaisia, bakteerisolujen DNA: ssa. Siten samanlainen sekvenssi löydettiin vapaasti elävistä syanobakteereista. Erityisesti ATP: tä syntetisoivan kompleksin geenit osoittautuivat erittäin samankaltaisiksi, samoin kuin transkription ja translaation "laitteistossa".
Promoottorit, jotka määrittävät lukemisen alkamisenDNA: n geneettinen informaatio sekä sen lopettamisesta vastaavat terminaaliset nukleotidisekvenssit järjestetään myös bakteerien kuvaan ja samankaltaisuuteen. Miljardien vuosien evoluutiomuutokset ovat tietysti pystyneet tekemään monia muutoksia kloroplastissa, mutta kloroplastigeenien sekvenssit ovat pysyneet täysin samoina. Ja tämä on kiistämätön, täydellinen todiste siitä, että kloroplastilla oli todellakin kerran prokaryoottinen esi-isä. Ehkä se oli organismi, josta myös modernit syanobakteerit ovat peräisin.
"Aikuinen" organoidi kehittyy proplastidista.Se on pieni, täysin väritön organelli, vain muutama mikroni poikki. Sitä ympäröi tiheä kaksikerroksinen kalvo, joka sisältää kloroplastille spesifistä pyöreää DNA: ta. Näillä organellien "esi-isillä" ei ole sisäistä membraanijärjestelmää. Erittäin pienen koonsa vuoksi heidän tutkiminen on erittäin vaikeaa, ja siksi niiden kehityksestä on hyvin vähän tietoa.
Tiedetään, että useita tällaisia protoplastidejaon läsnä eläinten ja kasvien jokaisen munasolun ytimessä. Alkion kehityksen aikana ne jakautuvat ja siirtyvät muihin soluihin. Tämä on helppo tarkistaa: geneettiset piirteet, jotka liittyvät jotenkin plastideihin, välittyvät vain äidin linjan kautta.
Protoplastidien sisäkalvo ajan myötäkehitys työntyy organoidiin. Näistä rakenteista kasvavat tylakoidikalvot, jotka ovat vastuussa organoidisen strooman rakeiden ja lamellien muodostumisesta. Täydessä pimeydessä protopastidi alkaa muuttua kloroplastin esiasteeksi (etioplastiksi). Tälle primaariorganoidille on tunnusomaista se, että sen sisällä on melko monimutkainen kiderakenne. Heti kun valo osuu kasvin lehteen, se tuhoutuu kokonaan. Tätä seuraa kloroplastin "perinteisen" sisäisen rakenteen muodostuminen, jonka muodostavat juuri tylakoidit ja lamellit.
Jokainen meristeemisolu sisältääuseita tällaisia proplastideja (niiden lukumäärä vaihtelee kasvityypin ja muiden tekijöiden mukaan). Kun tämä ensisijainen kudos alkaa muuttua lehdeksi, organellien esiasteet muuttuvat kloroplasteiksi. Joten nuorilla vehnälehdillä, jotka ovat saavuttaneet kasvunsa, on kloroplasteja 100-150 kappaletta. Tilanne on hiukan monimutkaisempi niiden kasvien suhteen, jotka kykenevät kertymään tärkkelykseen.
Saimme selville, mikä kloroplasti on, tunnistamisen varrellatämän organoidin yhteys prokaryoottisten organismien rakenteisiin. Tässä tilanne on samanlainen: tutkijat ovat jo pitkään huomanneet, että amyloplastit, kuten kloroplastit, sisältävät täsmälleen saman DNA: n ja muodostuvat täsmälleen samoista protoplasteista. Siksi niitä tulisi tarkastella samasta näkökulmasta. Itse asiassa amyloplasteja tulisi pitää erityistyyppisenä kloroplastina.
Analopia voidaan tehdä protoplastidien jakantasolut. Yksinkertaisesti sanottuna amyloplastit alkavat jossain vaiheessa kehittyä hieman eri polkua pitkin. Tutkijat oppivat kuitenkin jotain mielenkiintoista: he onnistuivat saavuttamaan kloroplastien keskinäisen muutoksen perunanlehdistä amyloplasteiksi (ja päinvastoin). Jokaisen koululaisen tiedossa oleva kanoninen esimerkki on, että perunan mukulat muuttuvat vihreiksi valossa.
Tiedämme sen hedelmien kypsymisen aikanatomaattia, omenoita ja joitain muita kasveja (ja syksyllä puiden, ruohojen ja pensaiden lehdissä) tapahtuu "hajoamisprosessi", kun kasvisolun kloroplastit muuttuvat kromoplasteiksi. Nämä organellit sisältävät väriaineita, karotenoideja.
Tämä muutos johtuu siitä, että tietyissäolosuhteissa tapahtuu tylakoidien täydellinen tuhoutuminen, jonka jälkeen organelli saa erilaisen sisäisen organisaation. Tässä palataan asiaan, josta aloimme keskustella artikkelin alussa: ytimen vaikutuksesta kloroplastien kehitykseen. Juuri tämä solujen sytoplasmassa syntetisoitujen erityisten proteiinien kautta aloittaa organoidin rakenneuudistusprosessin.
Kun on puhuttu kloroplastien alkuperästä ja kehityksestä, niiden rakennetta tulisi tarkastella tarkemmin. Lisäksi se on erittäin mielenkiintoinen ja ansaitsee erillisen keskustelun.
Kloroplastien perusrakenne koostuu kahdestalipoproteiinikalvot, sisäiset ja ulkoiset. Kummankin paksuus on noin 7 nm, niiden välinen etäisyys on 20-30 nm. Kuten muidenkin plastidien kohdalla, sisäkerros muodostaa erityisiä rakenteita, jotka työntyvät organoidiin. Kypsissä kloroplasteissa on kahden tyyppisiä "mutkikkaita" kalvoja kerralla. Ensimmäiset muodostavat stromalamellit, jälkimmäiset tylakoidikalvot.
On huomattava, että yhteys on selkeä,jolla on kloroplastikalvo, jolla on samanlaiset muodostumat organoidin sisällä. Tosiasia on, että jotkut sen taitokset voivat ulottua seinästä toiseen (kuten mitokondrioissa). Joten lamellit voivat muodostaa joko eräänlaisen "pussin" tai laajan verkon. Nämä rakenteet sijaitsevat kuitenkin useimmiten yhdensuuntaisesti eivätkä ole millään tavalla yhteydessä toisiinsa.
Sisältää jyvien kokonaismääräkorkeiden kasvien kloroplastit, se voi nousta 40-60. Jokainen tylakoidi on kiinnitetty niin tiukasti toisiinsa, että niiden ulkokalvot muodostavat yhden tason. Kerroksen paksuus risteyksessä voi olla enintään 2 nm. Huomaa, että tällaiset rakenteet, jotka muodostuvat vierekkäisistä tyliakidoideista ja lamelleista, eivät ole harvinaisia.
Niiden kontaktipaikoissa on myös kerros,joskus saavuttaa saman 2 nm. Siten kloroplastit (joiden rakenne ja toiminnot ovat hyvin monimutkaisia) eivät ole yksi ainoa monoliittinen rakenne, vaan eräänlainen “tila valtion sisällä”. Joissakin suhteissa näiden organellien rakenne ei ole yhtä monimutkainen kuin koko solurakenne!
Jyvät kommunikoivat keskenään tarkalleenlamelli. Pinoja muodostavat tyliakoidiset ontelot ovat kuitenkin aina suljettuja eivätkä ne ole yhteydessä kalvojen väliseen tilaan millään tavalla. Kuten näette, kloroplastien rakenne on melko monimutkainen.
Mitä kaikkien strooma voi sisältääkloroplastia? On olemassa yksittäisiä DNA-molekyylejä ja monia ribosomeja. Amyloplastien kohdalla tärkkelysjyvät kertyvät stroomaan. Näin ollen kromoplasteissa on siellä väriaineita. Tietenkin on olemassa useita kloroplastipigmenttejä, mutta yleisimpiä ovat klorofylli. Se on jaettu useaan tyyppiin kerralla:
Pidä puna- ja ruskoleviä sisälläkloroplastit eivät niin harvoin voi olla täysin erityyppisiä orgaanisia väriaineita. Jotkut levät sisältävät yleensä melkein kaikki olemassa olevat kloroplastipigmentit.
Tietenkin niiden päätehtävä onvaloenergian muuntaminen orgaanisiksi komponenteiksi. Itse fotosynteesi tapahtuu jyvissä, joissa klorofylli osallistuu suoraan. Se absorboi auringonvalon energian ja muuntaa sen virittyneiden elektronien energiaksi. Jälkimmäinen, jolla on ylimääräinen määrä, luovuttaa ylimääräisen energian, jota käytetään veden hajottamiseen ja ATP: n syntetisointiin. Kun vesi hajoaa, muodostuu happea ja vetyä. Ensimmäinen, kuten jo edellä kirjoitimme, on sivutuote ja vapautuu ympäröivään tilaan, ja vety sitoutuu erityiseen proteiiniin, ferredoksiiniin.
Tuloksena oleva ATP on erittäin tärkeä, koska se ontärkein energian "varaaja", joka menee solun eri tarpeisiin. NADPH-H2 sisältää pelkistintä, vetyä, ja tämä yhdiste voi antaa sen helposti pois tarvittaessa. Yksinkertaisesti sanottuna se on tehokas kemiallinen pelkistin: fotosynteesin aikana tapahtuu monia reaktioita, jotka eivät yksinkertaisesti voi edetä ilman sitä.
Seuraavaksi tulee kloroplastin entsyymejä,jotka toimivat pimeässä ja sen ulkopuolella: kloroplasti käyttää pelkistimen vetyä ja ATP: n energiaa useiden orgaanisten aineiden synteesin aloittamiseksi. Koska fotosynteesi tapahtuu hyvissä valaistusolosuhteissa, pimeässä kertyneitä yhdisteitä käytetään itse kasvien tarpeisiin.
Voit perustellusti huomata, että tämä prosessi muistuttaa epäilyttävästi hengitystä joiltakin osin. Miten fotosynteesi eroaa siitä? Taulukko auttaa sinua ymmärtämään tämän ongelman.
Vertailupisteet | Fotosynteesi | hengitys |
Milloin tapahtuu | Vain päivällä, auringonvalossa | Milloin vain |
Mihin se vie | Solut, jotka sisältävät klorofylliä | Kaikki elävät solut |
Happi | jako | Imeytyminen |
CO2 | Imeytyminen | jako |
Eloperäinen aine | Synteesi, osittainen katkaisu | Vain halkaisu |
energia | Imeytynyt | Erottuu |
Näin fotosynteesi eroaa hengityksestä. Taulukossa esitetään selvästi niiden tärkeimmät erot.
Suurin osa muista reaktioista tapahtuu täällä.sama kloroplastin stromassa. Syntetisoitujen aineiden jatkoreitti on erilainen. Joten yksinkertaiset sokerit menevät välittömästi organoidin ulkopuolelle ja kertyvät solun muihin osiin polysakkaridien, pääasiassa tärkkelyksen, muodossa. Kloroplastissa esiintyy sekä rasvojen laskeutumista että niiden esiasteiden alustavaa kertymistä, jotka sitten erittyvät solun muille alueille.
On ymmärrettävä selvästi, että kaikki synteesireaktiotvaativat valtavia määriä energiaa. Sen ainoa lähde on kaikki sama fotosynteesi. Tämä on prosessi, joka vaatii usein niin paljon energiaa, että se on saatava tuhoamalla edellisen synteesin tuloksena muodostuneet aineet! Siten suurin osa sen aikana saadusta energiasta käytetään monien kemiallisten reaktioiden suorittamiseen itse kasvisolun sisällä.
On yleisesti hyväksyttyä, että soluorganellit, mukaan lukienmukaan lukien kloroplastit (joiden rakenteen ja toiminnot olemme kuvanneet yksityiskohtaisesti), sijaitsevat tiukasti yhdessä paikassa. Tämä ei ole totta. Kloroplastit voivat liikkua solun ympäri. Joten heikossa valossa heillä on taipumus ottaa asento lähellä solun valaistinta puolta, keskitason ja matalan valaistuksen olosuhteissa he voivat valita joitain väliasemia, joissa on mahdollista "kiinni" suurin osa auringonvalosta. Tätä ilmiötä kutsutaan "fototaksiksi".
Kuten mitokondriot, kloroplastit ovatmelko autonomiset organellit. Heillä on omat ribosomit, ne syntetisoivat useita erittäin spesifisiä proteiineja, joita vain he käyttävät. On jopa spesifisiä entsyymikomplekseja, joiden työn aikana syntyy erityisiä lipidejä, joita tarvitaan lamellikalvojen rakentamiseen. Olemme jo puhuneet näiden organellien prokaryoottisesta alkuperästä, mutta on lisättävä, että jotkut tutkijat pitävät kloroplasteja pitkäaikaisina jälkeläisinä joillekin loisorganismeille, joista ensin tuli symbionteja ja jotka sitten muuttivat kokonaan solun kiinteäksi osaksi.
Kasveille se on ilmeistä - se on synteesi energiasta jaaineet, joita kasvisolut käyttävät. Mutta fotosynteesi on prosessi, joka varmistaa orgaanisen aineen jatkuvan kertymisen koko planeetalle. Kloroplastit voivat syntetisoida valtavan määrän monimutkaisimpia korkeamolekyylisiä yhdisteitä hiilidioksidista, vedestä ja auringonvalosta. Tämä kyky on ominaista vain heille, ja henkilö ei ole vieläkään toistanut tätä prosessia keinotekoisissa olosuhteissa.
Toivomme, että opit tästä artikkelista siitä, mikä on kloroplasti ja mikä on sen rooli kasviorganismissa.
