Kasvimaailma on yksi planeettamme tärkeimmistä rikkauksista. Maan kasviston ansiosta meillä on happea, jota me kaikki hengitämme, ja siellä on v altava ravintopohja, josta kaikki elävät asiat ovat riippuvaisia. Kasvit ovat ainutlaatuisia siinä mielessä, että ne voivat muuttaa epäorgaaniset kemialliset yhdisteet orgaanisiksi aineiksi.
He tekevät tämän fotosynteesin kautta. Tämä tärkein prosessi tapahtuu tietyissä kasviorganelleissa, kloroplasteissa. Tämä pienin elementti itse asiassa varmistaa kaiken elämän olemassaolon planeetalla. Muuten, mikä on kloroplasti?
Perusmääritelmä
Tämä on niiden erityisten rakenteiden nimi, joissa fotosynteesiprosessit tapahtuvat ja jotka tähtäävät hiilidioksidin sitoutumiseen ja tiettyjen hiilihydraattien muodostumiseen. Sivutuote on happea. Nämä ovat pitkänomaisia organelleja, joiden leveys on 2-4 mikronia, niiden pituus on 5-10 mikronia. Joissakin viherlevälajeissa on joskus jättimäisiä kloroplasteja, jotka ovat 50 mikronia pitkiä!
Samoja leviä voi ollatoinen ominaisuus: koko solussa heillä on vain yksi tämän lajin organelli. Korkeampien kasvien soluissa on useimmiten 10-30 kloroplastia. Heidän tapauksessaan voi kuitenkin olla silmiinpistäviä poikkeuksia. Joten tavallisen shagin palisadikudoksessa on 1000 kloroplastia solua kohden. Mitä varten nämä kloroplastit ovat? Fotosynteesi on heidän tärkein, mutta kaukana ainoa roolinsa. Niiden merkityksen kasvien ymmärtämiseksi selkeästi on tärkeää tuntea monet niiden alkuperän ja kehityksen näkökohdat. Kaikki tämä on kuvattu artikkelin loppuosassa.
Kloroplastin alkuperä
Joten, mikä on kloroplasti, opimme. Mistä nämä organellit ovat peräisin? Miten kasvit kehittivät niin ainutlaatuisen laitteen, joka muuttaa hiilidioksidin ja veden monimutkaisiksi orgaanisiksi yhdisteiksi?
Tällä hetkellä tiedemiesten keskuudessa näkemys näiden organellien endosymbioottisesta alkuperästä vallitsee, koska niiden itsenäinen esiintyminen kasvisoluissa on melko kyseenalaista. On hyvin tunnettua, että jäkälä on levien ja sienten symbioosi. Yksisoluiset levät elävät sienisolun sisällä. Nyt tiedemiehet ehdottavat, että muinaisina aikoina fotosynteettiset syanobakteerit tunkeutuivat kasvisoluihin ja menettivät sitten osittain "itsenäisyytensä" siirtäen suurimman osan genomista ytimeen.
Mutta uusi organoidi säilytti pääpiirteensä kokonaan. Kyse on vain fotosynteesiprosessista. Kuitenkin itse laite, joka on välttämätön tämän prosessin suorittamiseksi, muodostetaan allesekä solun ytimen että itse kloroplastin hallintaan. Siten näiden organellien jakautumista ja muita prosesseja, jotka liittyvät geneettisen tiedon siirtämiseen DNA:han, ohjaa ydin.
Todisteet
Suhteellisen äskettäin hypoteesi näiden alkuaineiden prokaryoottisesta alkuperästä ei ollut kovin suosittu tiedeyhteisössä, monet pitivät sitä "amatöörien keksinnöinä". Mutta kloroplastien DNA:n nukleotidisekvenssien perusteellisen analyysin jälkeen tämä oletus vahvistettiin loistavasti. Kävi ilmi, että nämä rakenteet ovat erittäin samanlaisia, jopa sukua bakteerisolujen DNA:han. Joten samanlainen sekvenssi löydettiin vapaasti elävistä syanobakteereista. Erityisesti ATP:tä syntetisoivan kompleksin geenit sekä transkription ja translaation "koneissa" osoittautuivat erittäin samanlaisiksi.
Promoottorit, jotka määrittävät geneettisen tiedon lukemisen alkamisen DNA:sta, sekä terminaaliset nukleotidisekvenssit, jotka ovat vastuussa sen päättymisestä, ovat myös järjestäytyneet bakteerien kuvaan ja k altaisuuteen. Tietysti miljardeja vuosia kestäneet evoluutiomuutokset voisivat tehdä monia muutoksia kloroplastiin, mutta kloroplastigeenien sekvenssit pysyivät täysin samoina. Ja tämä on kiistaton, täydellinen todiste siitä, että kloroplasteilla todellakin oli kerran prokaryoottinen esi-isä. Se saattoi olla organismi, josta myös nykyaikaiset syanobakteerit kehittyivät.
Kloroplastien kehitys proplastideista
"Aikuinen" organoidi kehittyy proplastideista. Tämä on pieni, täysin väritönorganelli, jonka halkaisija on vain muutama mikronia. Sitä ympäröi tiheä kaksikerroksinen kalvo, joka sisältää kloroplastille spesifistä pyöreää DNA:ta. Näillä organellien "esi-isillä" ei ole sisäistä kalvojärjestelmää. Niiden äärimmäisen pienen koon vuoksi heidän tutkimus on erittäin vaikeaa, ja siksi niiden kehityksestä on erittäin vähän tietoa.
On tunnettua, että useita näistä protoplastideista on läsnä eläinten ja kasvien jokaisen munasolun ytimessä. Alkion kehityksen aikana ne jakautuvat ja siirtyvät muihin soluihin. Tämä on helppo varmistaa: geneettiset ominaisuudet, jotka liittyvät jotenkin plastideihin, välittyvät vain emon kautta.
Protoplastidin sisäkalvo työntyy sisään organoidiin kehityksen aikana. Näistä rakenteista kasvaa tylakoidikalvoja, jotka ovat vastuussa organoidin stroman rakeiden ja lamellien muodostumisesta. Täydessä pimeydessä protopastidi alkaa muuttua kloroplastin (etioplastin) esiasteeksi. Tälle primaariselle organoidille on ominaista se, että sen sisällä sijaitsee melko monimutkainen kiderakenne. Heti kun valo osuu kasvin lehtiin, se tuhoutuu kokonaan. Sen jälkeen muodostuu kloroplastin "perinteinen" sisäinen rakenne, joka muodostuu vain tylakoideista ja lamelleista.
Erot tärkkelyksen varastointilaitoksissa
Jokainen meristeemisolu sisältää useita näitä proplastideja (niiden lukumäärä vaihtelee kasvityypistä ja muista tekijöistä riippuen). Heti kun tämä primaarinen kudos alkaa muuttua lehdeksi, prekursoriorganellit muuttuvat kloroplasteiksi. Niin,nuorissa vehnän lehdissä, jotka ovat kasvaneet loppuun, on kloroplasteja 100-150 kappaletta. Asiat ovat hieman monimutkaisempia niille kasveille, jotka pystyvät keräämään tärkkelystä.
He varastoivat tämän hiilihydraatin plastideihin, joita kutsutaan amyloplasteiksi. Mutta mitä tekemistä näillä organelleilla on artikkelimme aiheen kanssa? Loppujen lopuksi perunan mukulat eivät osallistu fotosynteesiin! Haluan selventää tätä asiaa tarkemmin.
Otimme selville, mikä kloroplasti on, paljastaen matkan varrella tämän organoidin yhteyden prokaryoottisten organismien rakenteisiin. Tässä tilanne on samanlainen: tutkijat ovat pitkään havainneet, että amyloplastit, kuten kloroplastit, sisältävät täsmälleen saman DNA:n ja muodostuvat täsmälleen samoista protoplastideista. Siksi niitä on tarkasteltava samalla tavalla. Itse asiassa amyloplasteja tulisi pitää erityisenä kloroplastina.
Kuinka amyloplastit muodostuvat?
Protoplastidien ja kantasolujen välille voidaan vetää analogia. Yksinkertaisesti sanottuna amyloplastit alkavat jossain vaiheessa kehittyä hieman erilaista reittiä pitkin. Tiedemiehet kuitenkin oppivat jotain uteliasta: he onnistuivat saavuttamaan kloroplastien keskinäisen muuttamisen perunanlehdistä amyloplasteiksi (ja päinvastoin). Kanoninen esimerkki, jonka jokainen koululainen tuntee, on, että perunan mukulat muuttuvat vihreäksi valossa.
Muuta tietoa näiden organellien erilaistumistavoista
Tiedämme, että tomaattien, omenoiden ja joidenkin muiden kasvien hedelmien kypsymisprosessissa (ja syksyllä puiden, ruohojen ja pensaiden lehdissä)"hajoaminen", kun kloroplastit kasvisolussa muuttuvat kromoplasteiksi. Nämä organellit sisältävät väripigmenttejä, karotenoideja.
Tämä muutos johtuu siitä, että tietyissä olosuhteissa tylakoidit tuhoutuvat täysin, minkä jälkeen organellit saavat erilaisen sisäisen järjestyksen. Tässä palataan taas aiheeseen, josta aloimme keskustella aivan artikkelin alussa: ytimen vaikutus kloroplastien kehitykseen. Juuri solujen sytoplasmassa syntetisoituvien erityisten proteiinien kautta se käynnistää organoidin uudelleenjärjestelyprosessin.
Kloroplastirakenne
Puhuttuamme kloroplastien alkuperästä ja kehityksestä, meidän pitäisi keskittyä niiden rakenteeseen tarkemmin. Lisäksi se on erittäin mielenkiintoinen ja ansaitsee erillisen keskustelun.
Kloroplastien perusrakenne koostuu kahdesta lipoproteiinikalvosta, sisäisestä ja ulkoisesta. Kunkin paksuus on noin 7 nm, niiden välinen etäisyys on 20-30 nm. Kuten muiden plastidien tapauksessa, sisäkerros muodostaa erityisiä rakenteita, jotka työntyvät organoidiin. Kypsissä kloroplasteissa on kahta tyyppiä tällaisia "kierteisiä" kalvoja kerralla. Ensimmäiset muodostavat stroomalamelleja, jälkimmäiset tylakoidikalvoja.
Lamellit ja tylakoidit
On huomattava, että kloroplastikalvolla on selvä yhteys organoidin sisällä sijaitseviin vastaaviin muodostumiin. Tosiasia on, että jotkut sen taitoista voivat ulottua seinästä toiseen (kuten mitokondrioissa). Joten lamellit voivat muodostaa joko eräänlaisen "pussin" tai haarautuneenverkkoon. Useimmiten nämä rakenteet sijaitsevat kuitenkin rinnakkain toistensa kanssa, eivätkä ne ole kytketty millään tavalla.
Muista, että kloroplastin sisällä on myös kalvotylakoideja. Nämä ovat suljettuja "pusseja", jotka on järjestetty pinoon. Kuten edellisessä tapauksessa, ontelon kahden seinän välissä on 20-30 nm etäisyys. Näiden "pussien" pylväitä kutsutaan jyviksi. Jokainen sarake voi sisältää jopa 50 tylakoidia, ja joissakin tapauksissa niitä on jopa enemmän. Koska tällaisten pinojen yleiset "mitat" voivat olla 0,5 mikronia, ne voidaan joskus havaita tavallisella valomikroskoopilla.
Korkeampien kasvien kloroplastien sisältämien jyvien kokonaismäärä voi olla 40-60. Jokainen tylakoidi kiinnittyy niin tiukasti toisiinsa, että niiden ulkokalvot muodostavat yhden tason. Kerrospaksuus liitoskohdassa voi olla jopa 2 nm. Huomaa, että tällaiset rakenteet, jotka muodostuvat vierekkäisistä tylakoideista ja lamelleista, eivät ole harvinaisia.
Niiden kosketuskohdissa on myös kerros, joka joskus saavuttaa samat 2 nm. Siten kloroplastit (jonkien rakenne ja toiminnot ovat hyvin monimutkaisia) eivät ole yksittäinen monoliittinen rakenne, vaan eräänlainen "tila tilassa". Joiltakin osin näiden organellien rakenne ei ole yhtä monimutkainen kuin koko solurakenne!
Granat yhdistetään tarkasti lamellien avulla. Mutta tylakoidien ontelot, jotka muodostavat pinoja, ovat aina suljettuja eivätkä ole yhteydessä kalvonväliseen millään tavalla.tilaa. Kuten näet, kloroplastien rakenne on melko monimutkainen.
Mitä pigmenttejä kloroplasteista löytyy?
Mitä jokaisen kloroplastin strooma voi sisältää? On olemassa yksittäisiä DNA-molekyylejä ja monia ribosomeja. Amyloplasteissa tärkkelysjyvät kerrostuvat stroomaan. Näin ollen kromoplasteissa on väripigmenttejä. Tietenkin on olemassa erilaisia kloroplastipigmenttejä, mutta yleisin on klorofylli. Se on jaettu useisiin tyyppeihin kerralla:
- Ryhmä A (sinivihreä). Sitä esiintyy 70 %:ssa tapauksista, se sisältyy kaikkien korkeampien kasvien ja levien kloroplasteihin.
- Ryhmä B (kelta-vihreä). Loput 30 % löytyy myös korkeammista kasvilajeista ja levistä.
- Ryhmät C, D ja E ovat paljon harvinaisempia. Löytyy joidenkin alempien levien ja kasvien kloroplasteista.
Ei ole harvinaista, että punaisten ja ruskeiden merilevien kloroplasteissa on täysin erilaisia orgaanisia väriaineita. Jotkut levät sisältävät yleensä lähes kaikki olemassa olevat kloroplastipigmentit.
Kloroplastitoiminnot
Niiden päätehtävä on tietysti muuttaa valoenergiaa orgaanisiksi komponenteiksi. Itse fotosynteesi tapahtuu jyvissä klorofyllin suoran osallistumisen kanssa. Se absorboi auringonvalon energiaa ja muuntaa sen virittyneiden elektronien energiaksi. Jälkimmäiset, joilla on ylimääräinen tarjonta, luovuttavat ylimääräistä energiaa, jota käytetään veden hajottamiseen ja ATP:n synteesiin. Kun vesi hajoaa, muodostuu happea ja vetyä. Ensimmäinen, kuten yllä kirjoitimme, on sivutuote ja vapautuu ympäröivään tilaan, ja vety sitoutuu erityiseen proteiiniin, ferredoksiiniin.
Se hapettuu uudelleen siirtäen vetyä pelkistäväksi aineeksi, josta biokemiassa käytetään lyhennettä NADP. Sen mukaisesti sen pelkistetty muoto on NADP-H2. Yksinkertaisesti sanottuna fotosynteesi tuottaa seuraavia aineita: ATP, NADP-H2 ja sivutuote hapen muodossa.
ATP:n energiarooli
Muodostunut ATP on erittäin tärkeä, koska se on tärkein energian "akku", joka menee solun erilaisiin tarpeisiin. NADP-H2 sisältää pelkistysainetta, vetyä, ja tämä yhdiste pystyy helposti luovuttamaan sen tarvittaessa. Yksinkertaisesti sanottuna se on tehokas kemiallinen pelkistysaine: fotosynteesiprosessissa tapahtuu monia reaktioita, jotka eivät yksinkertaisesti voi edetä ilman sitä.
Seuraavaksi peliin tulevat kloroplastientsyymit, jotka toimivat pimeässä ja graniinin ulkopuolella: kloroplasti käyttää pelkistimen vetyä ja ATP:n energiaa käynnistääkseen useiden orgaanisten aineiden synteesin. Koska fotosynteesi tapahtuu hyvässä valaistuksessa, kerääntyneet yhdisteet käytetään kasvien itsensä tarpeisiin vuorokauden pimeän aikaan.
Voit oikeutetusti huomata, että tämä prosessi muistuttaa epäilyttävästi hengitystä joissain asioissa. Miten fotosynteesi eroaa siitä? Taulukko auttaa sinua ymmärtämään tämän ongelman.
| Vertailukohteet | valokuvasynteesi | Hengitys |
| Kun se tapahtuu | Vain päivällä, auringonpaisteessa | Milloin tahansa |
| Mistä se vuotaa | Klorofyllia sisältävät solut | Kaikki elävät solut |
| Happi | Kohokohta | Imeytyminen |
| CO2 | Imeytyminen | Kohokohta |
| Orgaaniset ainekset | Synteesi, osittainen halkaisu | Vain jaettu |
| Energia | Neleminen | Erottuu joukosta |
Näin fotosynteesi eroaa hengityksestä. Taulukosta näkyy selvästi niiden tärkeimmät erot.
Joitakin "paradokseja"
Suurin osa lisäreaktioista tapahtuu siellä, kloroplastin stroomassa. Syntetisoitujen aineiden jatkopolku on erilainen. Joten yksinkertaiset sokerit menevät välittömästi organoidin ulkopuolelle ja kerääntyvät solun muihin osiin polysakkaridien, pääasiassa tärkkelyksen, muodossa. Kloroplasteissa tapahtuu sekä rasvojen laskeutumista että niiden esiasteiden alustavaa kertymistä, jotka sitten erittyvät solun muille alueille.
Tulisi ymmärtää selvästi, että kaikki fuusioreaktiot vaativat v altavan määrän energiaa. Sen ainoa lähde on sama fotosynteesi. Tämä on prosessi, joka vaatii usein niin paljon energiaa, että se on hankittava,tuhoamalla edellisen synteesin tuloksena muodostuneet aineet! Näin ollen suurin osa sen aikana saadusta energiasta kuluu monien kemiallisten reaktioiden suorittamiseen itse kasvisolussa.
Vain osa siitä käytetään niiden orgaanisten aineiden suoraan saamiseksi, joita kasvi tarvitsee omaan kasvuunsa ja kehittymiseensä tai kerääntyy rasvojen tai hiilihydraattien muodossa.
Ovatko kloroplastit staattisia?
On yleisesti hyväksyttyä, että soluorganellit, mukaan lukien kloroplastit (jonkien rakennetta ja toimintoja olemme kuvailleet yksityiskohtaisesti), sijaitsevat tiukasti yhdessä paikassa. Tämä ei ole totta. Kloroplastit voivat liikkua solussa. Joten heikossa valaistuksessa he pyrkivät ottamaan asennon lähellä solun valaistuinta puolta, keski- ja heikossa valaistuksessa he voivat valita joitain väliasennuksia, joissa he onnistuvat "saamaan" eniten auringonvaloa. Tätä ilmiötä kutsutaan "fototaksiksi".
Kloroplastit ovat mitokondrioiden tavoin melko itsenäisiä organelleja. Heillä on omat ribosomit, ne syntetisoivat useita erittäin spesifisiä proteiineja, joita vain he käyttävät. On jopa erityisiä entsyymikomplekseja, joiden työn aikana tuotetaan erityisiä lipidejä, joita tarvitaan lamellikuorten rakentamiseen. Olemme jo puhuneet näiden organellien prokaryoottisesta alkuperästä, mutta on lisättävä, että jotkut tutkijat pitävät kloroplasteja joidenkin parasiittisten organismien muinaisina jälkeläisinä, joista ensin tuli symbionteja ja sitten kokonaan.on tullut olennainen osa solua.
Kloroplastien merkitys
Kasvien kohdalla se on selvää – tämä on kasvisolujen käyttämien energian ja aineiden synteesi. Mutta fotosynteesi on prosessi, joka varmistaa orgaanisen aineen jatkuvan kertymisen planeetan mittakaavassa. Kloroplastit voivat syntetisoida v altavan määrän monimutkaisia suurimolekyylisiä yhdisteitä hiilidioksidista, vedestä ja auringonvalosta. Tämä kyky on ominaista vain heille, ja ihminen on vielä kaukana toistamasta tätä prosessia keinotekoisissa olosuhteissa.
Kaikki planeettamme pinnalla oleva biomassa on olemassa näiden pienimpien kasvisolujen syvyyksissä sijaitsevien organellejen ansiosta. Ilman niitä, ilman niiden suorittamaa fotosynteesiprosessia, maapallolla ei olisi elämää sen nykyaikaisissa ilmenemismuodoissaan.
Toivomme, että olet oppinut tästä artikkelista, mitä kloroplasti on ja mikä sen rooli kasviorganismissa on.
