Floraen er en av de viktigste rikdommene til vårplaneter. Det er takket være floraen på jorden at det er oksygen som vi alle puster inn, det er en enorm matbase som alle levende ting er avhengige av. Planter er unike ved at de kan omdanne kjemiske forbindelser av uorganisk natur til organiske stoffer.
Dette er navnet på spesifikke strukturer derdet er prosesser med fotosyntese, som er rettet mot å binde karbondioksid og dannelsen av visse karbohydrater. Oksygen er et biprodukt. Disse er organeller langstrakte i lengde, og når en bredde på 2-4 mikron, deres lengde når 5-10 mikron. Noen typer grønne alger har noen ganger gigantiske kloroplaster, langstrakte med 50 mikron!
De samme alger kan ha en annenfunksjon: de har bare en organoid av denne arten for hele cellen. I cellene til høyere planter er det ofte 10-30 kloroplaster. I deres tilfelle kan det imidlertid være slående unntak. Så i palisadevevet til en vanlig shag er det 1000 kloroplaster per celle. Hva er disse kloroplaster til? Fotosyntese er deres viktigste, men langt fra den eneste rollen. For å tydelig forstå deres betydning i plantelivet, er det viktig å kjenne til mange aspekter av deres opprinnelse og utvikling. Alt dette er beskrevet i den videre delen av artikkelen.
Så hva er kloroplast, lærte vi. Hvor kom disse organellene fra? Hvordan skjedde det at planter har et så unikt apparat som omdanner karbondioksid og vann til komplekse organiske forbindelser?
For tiden hersker poenget blant forskeremening om den endosymbiotiske opprinnelsen til disse organellene, siden deres uavhengige forekomst i planteceller er ganske tvilsom. Det er velkjent at lav er en symbiose av alger og sopp. Samtidig lever encellede alger inne i soppcellen. Nå antyder forskere at fotosyntetiske cyanobakterier i uminnelige tider trengte inn i planteceller, og deretter delvis mistet sin "uavhengighet", og overførte det meste av genomet til kjernen.
Mer nylig, hypotesen om prokaryotiskopprinnelsen til disse elementene var ikke veldig populær i det vitenskapelige samfunnet, mange betraktet det som "fabrikasjoner av amatører." Men etter at en grundig analyse av nukleotidsekvensene i kloroplast-DNA ble utført, ble denne antagelsen glimrende bekreftet. Det viste seg at disse strukturene er svært like, til og med relaterte, i DNA fra bakterieceller. Dermed ble en lignende sekvens funnet i frilevende cyanobakterier. Spesielt viste genene til ATP-syntetiseringskomplekset seg å være ekstremt like, så vel som i "apparatet" for transkripsjon og oversettelse.
Arrangører som bestemmer starten på lesingengenetisk informasjon fra DNA, så vel som de terminale nukleotidsekvensene som er ansvarlige for dens avslutning, er også organisert på samme måte som bakteriene. Selvfølgelig har milliarder av år med evolusjonære transformasjoner vært i stand til å gjøre mange endringer i kloroplasten, men sekvensene i kloroplastgenene har holdt seg helt de samme. Og dette er ugjendrivelig, fullstendig bevis på at kloroplaster en gang hadde en prokaryotisk forfader. Kanskje var det organismen som også moderne cyanobakterier stammer fra.
En "voksen" organoid utvikler seg fra proplastid. Det er en liten, helt fargeløs organell, bare noen få mikron på tvers. Den er omgitt av en tett dobbeltlagsmembran som inneholder sirkulært DNA spesifikt for kloroplasten. Disse "forfedrene" til organeller har ikke et indre membransystem. På grunn av deres ekstremt lille størrelse er studien deres ekstremt vanskelig, og det er derfor svært lite data om deres utvikling.
Det er kjent at flere slike protoplastiderer til stede i kjernen til hver eggcelle fra dyr og planter. Under utviklingen av embryoet deler de seg og overføres til andre celler. Dette er lett å verifisere: genetiske egenskaper som på en eller annen måte er assosiert med plastider, overføres bare gjennom morslinjen.
Innerhinne av protoplastider over tidutvikling stikker ut i organoiden. Fra disse strukturene vokser thylakoidmembraner, som er ansvarlige for dannelsen av granuler og lameller av organoid stroma. I fullstendig mørke begynner protopastid å transformere seg til en kloroplastforløper (etioplast). Denne primære organoiden er preget av det faktum at en ganske kompleks krystallstruktur er plassert inne i den. Så snart lys treffer bladet på planten, blir det fullstendig ødelagt. Dette følges av dannelsen av den "tradisjonelle" indre kloroplaststrukturen, som dannes nøyaktig av tylakoider og lameller.
Hver meristemal celle inneholderflere slike proplastider (antallet varierer avhengig av plantetype og andre faktorer). Når dette primære vevet begynner å transformere til et blad, blir organelle forløpere omdannet til kloroplaster. Dermed har unge hveteblader som har fullført veksten kloroplaster i mengden 100-150 stykker. Situasjonen er litt mer komplisert i forhold til de plantene som er i stand til å akkumulere stivelse.
Vi fant ut hva kloroplast er, samtidig som vi avslørteforbindelsen av denne organoiden med strukturene til prokaryote organismer. Her er situasjonen lik: Forskere har lenge funnet ut at amyloplaster, som kloroplaster, inneholder nøyaktig samme DNA og er dannet av nøyaktig de samme protoplaster. Derfor bør de vurderes i samme aspekt. Faktisk bør amyloplaster betraktes som en spesiell type kloroplaster.
En analogi kan trekkes mellom protoplastider ogstamceller. Enkelt sagt begynner amyloplaster fra et eller annet tidspunkt å utvikle seg langs en litt annen vei. Forskere lærte imidlertid noe interessant: de klarte å oppnå den gjensidige transformasjonen av kloroplaster fra potetblader til amyloplaster (og omvendt). Et kanonisk eksempel kjent for alle skolebarn er at potetknoller blir grønne i lyset.
Det vet vi i prosessen med fruktmodningtomat, epler og noen andre planter (og i bladene til trær, gress og busker om høsten), oppstår en prosess med "nedbrytning" når kloroplaster i en plantecelle blir til kromoplaster. Disse organellene inneholder fargestoffer, karotenoider.
Denne transformasjonen skyldes det faktum at i visseforhold oppstår fullstendig ødeleggelse av thylakoids, hvoretter organellen får en annen intern organisasjon. Det er her vi kommer tilbake til saken som vi begynte å diskutere helt i begynnelsen av artikkelen: kjernens innflytelse på utviklingen av kloroplaster. Det er dette, gjennom spesielle proteiner som syntetiseres i cellens cytoplasma, som starter prosessen med å restrukturere organoiden.
Etter å ha snakket om problemene med opprinnelse og utvikling av kloroplaster, bør man dvele nærmere ved strukturen deres. Dessuten er det veldig interessant og fortjener en egen diskusjon.
Den grunnleggende strukturen til kloroplaster består av tolipoproteinmembraner, indre og eksterne. Tykkelsen på hver er omtrent 7 nm, avstanden mellom dem er 20-30 nm. Som med andre plastider, danner det indre laget spesielle strukturer som stikker ut i organoiden. I modne kloroplaster er det to typer slike "kronglete" membraner på en gang. Førstnevnte danner stromalameller, sistnevnte - tylakoidmembranene.
Det skal bemerkes at det er en klar sammenheng,som har en kloroplastmembran med lignende formasjoner inne i organoiden. Faktum er at noen av brettene kan strekke seg fra en vegg til en annen (som i mitokondrier). Så lameller kan danne enten en slags "bag" eller et omfattende nettverk. Imidlertid er disse strukturene ofte plassert parallelt med hverandre og er på ingen måte forbundet med hverandre.
Totalt antall korn ikloroplaster av høyere planter, kan den nå 40-60. Hver thylakoid er så tett festet til den andre at deres ytre membraner danner et enkelt plan. Lagtykkelsen ved krysset kan være opptil 2 nm. Merk at slike strukturer, som er dannet av tilstøtende tylakoider og lameller, ikke er uvanlige.
På steder for deres kontakt er det også et lag,noen ganger når de samme 2 nm. Kloroplaster (hvis struktur og funksjoner er veldig komplekse) er således ikke en eneste monolitisk struktur, men en slags "tilstand i en tilstand". I noen aspekter er strukturen til disse organellene ikke mindre kompleks enn hele mobilstrukturen!
Kornene kommuniserer med hverandre nøyaktig ved hjelp avlamell. Men thylakoid hulrom, som danner stabler, er alltid lukket og kommuniserer ikke på noen måte med intermembranrommet. Som du kan se er strukturen til kloroplaster ganske kompleks.
Hva kan være inneholdt i stroma av allekloroplast? Det er individuelle DNA-molekyler og mange ribosomer. I amyloplaster er det i stroma at stivelseskorn avsettes. Følgelig har kromoplaster fargepigmenter der. Selvfølgelig er det forskjellige kloroplastpigmenter, men det vanligste er klorofyll. Den er delt inn i flere typer samtidig:
Ha røde og brune alger ikloroplaster, ikke så sjelden, kan det være helt forskjellige typer organiske fargestoffer. Noen alger inneholder vanligvis nesten alle eksisterende kloroplastpigmenter.
Selvfølgelig er deres hovedfunksjonkonvertering av lysenergi til organiske komponenter. Fotosyntese i seg selv forekommer i korn med direkte deltakelse av klorofyll. Den absorberer sollysens energi og omdanner den til energien til eksiterte elektroner. Sistnevnte, med et overskudd av det, gir opp overflødig energi, som brukes til å spalte vann og syntetisere ATP. Når vann brytes ned, dannes oksygen og hydrogen. Den første, som vi allerede skrev ovenfor, er et biprodukt og frigjøres i det omkringliggende rommet, og hydrogen binder seg til et spesielt protein, ferredoksin.
Den resulterende ATP er ekstremt viktig, siden den er detden viktigste "akkumulatoren" av energi, som går til forskjellige behov i cellen. NADPH-H2 inneholder et reduksjonsmiddel, hydrogen, og denne forbindelsen kan lett gi den om nødvendig. Enkelt sagt, det er et effektivt kjemisk reduksjonsmiddel: i prosessen med fotosyntese skjer mange reaksjoner som rett og slett ikke kan fortsette uten den.
Deretter spiller kloroplastenzymer inn,som fungerer i mørket og utover: hydrogenet fra reduksjonsmiddelet og energien til ATP brukes av kloroplasten for å starte syntesen av en rekke organiske stoffer. Siden fotosyntese forekommer i gode lysforhold, blir de akkumulerte forbindelsene i mørket brukt til plantene selv.
Du kan med rette merke deg at denne prosessen er mistenkelig lik å puste i noen aspekter. Hvordan er fotosyntese forskjellig fra den? Tabellen vil hjelpe deg med å forstå dette problemet.
Sammenligningspoeng | Fotosyntese | pust |
Når skjer | Bare om dagen, i sollyset | Når som helst |
Hvor tar det | Celler som inneholder klorofyll | Alle levende celler |
oksygen | utvalg | opptak |
CO2 | opptak | utvalg |
Organisk materiale | Syntese, delvis spalting | Splitting bare |
Energi | Absorbert | Skiller seg ut |
Dette er hvordan fotosyntese skiller seg fra respirasjon. Tabellen viser tydelig deres viktigste forskjeller.
De fleste av de ytterligere reaksjonene finner sted her.det samme, i kloroplastens stroma. Den videre banen til de syntetiserte stoffene er forskjellig. Så, enkle sukker forlater umiddelbart organoiden og akkumuleres i andre deler av cellen i form av polysakkarider, hovedsakelig stivelse. I kloroplaster foregår både avsetning av fett og den foreløpige akkumuleringen av forløperne, som deretter utskilles til andre områder av cellen.
Det skal være klart forstått at alle syntesereaksjonerkrever kolossale mengder energi. Den eneste kilden er den samme fotosyntese. Dette er en prosess som ofte krever så mye energi at den må oppnås ved å ødelegge stoffene som dannes som et resultat av forrige syntese! Dermed blir mesteparten av energien som oppnås i løpet av tiden brukt på å utføre mange kjemiske reaksjoner inne i selve plantecellen.
Det er generelt akseptert at cellulære organeller, inkludertinkludert kloroplaster (strukturen og funksjonene vi har beskrevet i detalj) ligger strengt på ett sted. Dette er ikke sant. Kloroplaster kan bevege seg rundt i cellen. Så i lite lys har de en tendens til å ta en posisjon nær den mest opplyste siden av cellen. I forhold til middels og lav belysning kan de velge noen mellomposisjoner der det er mulig å "fange" det meste av sollyset. Dette fenomenet kalles "fototaxis".
Som mitokondrier er kloroplaster detganske autonome organeller. De har sine egne ribosomer, de syntetiserer et antall høyspesifikke proteiner som bare brukes av dem. Det er til og med spesifikke enzymkomplekser, under hvilke spesielle lipider produseres, som kreves for konstruksjon av lamellmembraner. Vi har allerede snakket om den prokaryote opprinnelsen til disse organellene, men det skal legges til at noen forskere anser kloroplaster som langvarige etterkommere av noen parasittiske organismer, som først ble symbionter, og deretter helt ble til en integrert del av cellen.
For planter er det åpenbart - det er en syntese av energi ogstoffer som brukes av planteceller. Men fotosyntese er en prosess som sikrer konstant opphopning av organisk materiale over hele planeten. Kloroplaster kan syntetisere en enorm mengde av de mest komplekse høymolekylære forbindelsene fra karbondioksid, vann og sollys. Denne evnen er bare karakteristisk for dem, og en person er fortsatt langt fra å gjenta denne prosessen under kunstige forhold.
Vi håper du har lært fra denne artikkelen om hva kloroplast er og hva som er dets rolle i planteorganismen.
