Что образует внутренняя мембрана хлоропласта

Биология. 11 класс

§ 13-1. Двумембранные органоиды

Двумембранными органоидами клеток являются митохондрии и пластиды.

Митохондрии — органоиды, в которых протекает кислородный этап клеточного дыхания (этот процесс будет подробно рассмотрен в следующей главе). В ходе кислородного этапа с участием О₂ происходит расщепление и окисление органических соединений до неорганических веществ. При этом выделяется много энергии, которая используется для синтеза большого количества АТФ. Поэтому митохондрии иногда называют «энергетическими станциями» клетки.

Митохондрии являются динамичными органоидами. Они способны изменять свою форму, сливаться друг с другом, делиться, перемещаться в участки клетки с повышенным потреблением энергии. Митохондрии скапливаются преимущественно в тех частях клетки, где выше потребность в АТФ, например вблизи органоидов движения или миофибрилл.*

Каждая митохондрия ограничена двумя мембранами — наружной и внутренней, между которыми находится межмембранное пространство (рис. 13-1.1). Наружная мембрана митохондрии гладкая, не образует впячиваний и складок. Она отделяет органоид от гиалоплазмы и обладает высокой проницаемостью для ионов и небольших молекул. Внутренняя мембрана характеризуется гораздо меньшей проницаемостью. Она образует многочисленные складки — кристы, которые значительно увеличивают площадь ее поверхности. Внутренняя мембрана митохондрий содержит большое количество белков. В ее состав входят, например, ферменты, обеспечивающие синтез АТФ.

Содержимое митохондрии, ограниченное внутренней мембраной, называется матриксом. В матриксе содержатся различные неорганические и органические вещества, в том числе разнообразные ферменты, а также кольцевые молекулы ДНК и все виды РНК. Следовательно, митохондрии содержат собственную генетическую информацию. В их матриксе также находятся рибосомы, в которых осуществляется реализация этой информации, т. е. синтез белков. Митохондриальные *70S* рибосомы меньше по размерам, чем рибосомы, содержащиеся в гиалоплазме клетки. *ДНК митохондрии кодирует лишь небольшую часть белков, необходимых для функционирования этого органоида. Большинство митохондриальных белков кодируется ДНК, расположенной в ядре клетки. Такие белки синтезируются в 80S рибосомах в гиалоплазме, а затем транспортируются в митохондрию.*

Главная функция митохондрий — обеспечение клетки энергией в виде АТФ. *В клетке происходит постоянное обновление митохондрий. Новые митохондрии образуются в результате деления материнских. Этот процесс, как правило, протекает независимо от деления клетки и определяется ее энергетическими потребностями. Когда потребности клетки в энергии высоки, митохондрии интенсивно растут и размножаются путем деления. Если потребление энергии низкое, часть митохондрий может разрушаться или переходить в неактивное состояние.*

Источник

Хлоропласты: характеристика, функции и строение

Содержание:

В хлоропласты Они представляют собой тип клеточных органелл, ограниченных сложной системой мембран, характерных для растений и водорослей. В этой пластиде находится хлорофилл, пигмент, отвечающий за процессы фотосинтеза, зеленый цвет растений и обеспечивающий автотрофную жизнь этих линий.

Эта фотосинтетическая органелла имеет собственный кольцевой геном (ДНК), и предполагается, что, как и митохондрии, они произошли в результате процесса симбиоза между хозяином и предковой фотосинтезирующей бактерией.

Происхождение

По оценкам, первый эукариотический организм, способный к фотосинтезу, возник около 1 миллиарда лет назад. Свидетельства указывают на то, что этот крупный эволюционный скачок был вызван приобретением цианобактерии эукариотическим хозяином. Этот процесс дал начало различным линиям красных и зеленых водорослей и растений.

Таким же образом возникают вторичные и третичные события симбиоза, в которых линия эукариот устанавливает симбиотические отношения с другим свободноживущим фотосинтетическим эукариотом.

В ходе эволюции геном предполагаемой бактерии был укорочен, а некоторые из ее генов были перенесены и интегрированы в геном ядра.

Организация нынешнего генома хлоропластов напоминает структуру прокариот, но также имеет признаки генетического материала эукариот.

Эндосимбиотическая теория

Эндосимбиотическая теория была предложена Линн Маргулис в серии книг, опубликованных между 60-ми и 80-ми годами. Однако это была идея, предложенная Мерешковским уже с 1900-х годов.

Эта теория объясняет происхождение хлоропластов, митохондрий и базальных тел жгутиков. Согласно этой гипотезе, эти структуры когда-то были свободными прокариотическими организмами.

Существует не так много доказательств, подтверждающих эндосимбиотическое происхождение базальных тел от подвижных прокариот.

Напротив, есть важные доказательства, подтверждающие эндосимбиотическое происхождение митохондрий от α-протеобактерий и хлоропластов от цианобактерий. Самым ясным и убедительным доказательством является сходство между двумя геномами.

Общая характеристика хлоропластов

Хлоропласты являются наиболее заметным типом пластид в растительных клетках. Это овальные структуры, окруженные мембранами, внутри которых происходит самый известный процесс автотрофных эукариот: фотосинтез. Они являются динамическими структурами и имеют собственный генетический материал.

Обычно они располагаются на листьях растений. Типичная растительная клетка может иметь от 10 до 100 хлоропластов, хотя их количество может быть весьма различным.

Как и митохондрии, наследование хлоропластов от родителей к детям происходит одним из родителей, а не обоими. Фактически, эти органеллы во многом похожи на митохондрии, хотя и более сложны.

Структура (части)

Хлоропласты представляют собой крупные органеллы длиной от 5 до 10 мкм.Характеристики этой структуры можно визуализировать под традиционным световым микроскопом.

Они окружены двойной липидной мембраной. Кроме того, у них есть третья система внутренних мембран, называемая тилакоидными мембранами.

Эта последняя мембранная система образует набор дискообразных структур, известных как тилакоиды. Место соединения тилакоидов в кучках называется «грана», и они связаны друг с другом.

Благодаря этой тройной системе мембран внутренняя структура хлоропласта сложна и разделена на три пространства: межмембранное пространство (между двумя внешними мембранами), строму (находящуюся в хлоропласте и вне тилакоидной мембраны) и последний просвет тилакоида.

Наружная и внутренняя мембраны

Мембранная система связана с генерацией АТФ. Подобно мембранам митохондрий, именно внутренняя мембрана определяет прохождение молекул в органеллы. Фосфедитилхолин и фосфатидитилглицерин являются наиболее распространенными липидами в мембранах хлоропластов.

Наружная мембрана содержит ряд пор. Небольшие молекулы могут свободно проникать в эти каналы. Внутренняя мембрана, в свою очередь, не допускает свободного прохождения этого типа молекул с малым весом. Чтобы молекулы проникли внутрь, они должны сделать это с помощью специальных транспортеров, прикрепленных к мембране.

В некоторых случаях имеется структура, называемая периферическим ретикулумом, образованная сетью мембран, происходящих именно из внутренней мембраны хлоропласта. Некоторые авторы считают их уникальными среди растений с метаболизмом C4, хотя они были обнаружены у растений C3.

Функция этих канальцев и пузырьков еще не ясна. Предполагается, что они могут способствовать быстрому переносу метаболитов и белков в хлоропласт или увеличивать поверхность внутренней мембраны.

Тилакоидная мембрана

В этой мембранной системе происходит электронная транспортная цепь, участвующая в процессах фотосинтеза. Протоны перекачиваются через эту мембрану из стромы в тилакоиды.

Этот градиент приводит к синтезу АТФ, когда протоны направляются обратно в строму. Этот процесс эквивалентен тому, что происходит во внутренней мембране митохондрий.

Тилакоидная мембрана состоит из четырех типов липидов: моногалактозилдиацилглицерина, дигалактозилдиацилглицерина, сульфохиновозилдиацилглицерина и фосфатидилглицерина. Каждый тип выполняет особую функцию в липидном бислое этой секции.

Тилакоиды

Тилакоиды представляют собой мембранные структуры в виде мешочков или плоских дисков, которые сложены в «кошениль»(Множественное число этой структуры гранум). Эти диски имеют диаметр от 300 до 600 нм. Внутреннее пространство тилакоида называется просветом.

Напротив, другая модель предлагает бифуркацию. Эта гипотеза предполагает, что граны образуются за счет разветвления стромы.

Строма

В этой области находятся молекулы ДНК и большое количество белков и ферментов. В частности, это ферменты, которые участвуют в цикле Кальвина для фиксации углекислого газа в процессе фотосинтеза. Также можно найти гранулы крахмала

Рибосомы хлоропластов находятся в строме, так как эти структуры синтезируют собственные белки.

Геном

Генетический материал хлоропластов состоит из кольцевых молекул ДНК. Каждая органелла имеет несколько копий этой кольцевой молекулы размером от 12 до 16 тыс. Пар оснований. Они организованы в структуры, называемые нуклеоидами, и состоят из 10-20 копий пластидного генома, а также белков и молекул РНК.

ДНК хлоропластов кодирует приблизительно от 120 до 130 генов. В результате образуются белки и РНК, связанные с фотосинтетическими процессами, такие как компоненты фотосистем I и II, АТФ-синтаза и одна из субъединиц Рубиско.

Рубиско (рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилаза / оксигеназа) является важным ферментным комплексом в цикле Кальвина. Фактически, он считается самым распространенным белком на планете Земля.

Трансферные и рибосомные РНК используются для трансляции сигнальных РНК, которые закодированы в геноме хлоропластов. Он включает рибосомные РНК 23S, 16S, 5S и 4.5S и РНК-переносчики. Он также кодирует 20 рибосомных белков и определенные субъединицы РНК-полимеразы.

Однако некоторые элементы, необходимые для функционирования хлоропласта, закодированы в ядерном геноме растительной клетки.

Характеристики

Хлоропласты можно рассматривать как важные метаболические центры в растениях, где происходят множественные биохимические реакции благодаря широкому спектру ферментов и белков, закрепленных на мембранах, содержащихся в этих органеллах.

Они выполняют важную функцию в растительных организмах: это место, где происходят фотосинтетические процессы, где солнечный свет превращается в углеводы, а кислород является вторичным продуктом.

Ряд вторичных биосинтетических функций также происходит в хлоропластах. Ниже мы подробно обсудим каждую функцию:

Фотосинтез

Фотосинтез происходит благодаря хлорофиллу. Этот пигмент находится в хлоропластах, в мембранах тилакоидов.

Он состоит из двух частей: кольца и хвоста. Кольцо содержит магний и отвечает за поглощение света. Он может поглощать синий и красный свет, отражая зеленую область светового спектра.

Фотосинтетические реакции происходят благодаря переносу электронов. Энергия, исходящая от света, передает энергию пигменту хлорофилла (говорят, что молекула «возбуждается светом»), вызывая движение этих частиц в тилакоидной мембране. Хлорофилл получает свои электроны из молекулы воды.

Этот процесс приводит к образованию электрохимического градиента, который позволяет синтезировать АТФ в строме. Эта фаза также известна как «светлая».

Вторая часть фотосинтеза (или темная фаза) происходит в строме и продолжается в цитозоле. Также известны как реакции фиксации углерода. На этом этапе продукты предыдущих реакций используются для создания углеводов из CO.₂.

Синтез биомолекул

Кроме того, хлоропласты выполняют другие специализированные функции, которые обеспечивают развитие и рост растения.

В этой органелле происходит ассимиляция нитратов и сульфатов, и в них есть необходимые ферменты для синтеза аминокислот, фитогормонов, витаминов, жирных кислот, хлорофилла и каротиноидов.

Определенные исследования выявили значительное количество аминокислот, синтезируемых этой органеллой. Кирк и его коллеги изучили производство аминокислот в хлоропластах Vicia faba Л.

Эти авторы обнаружили, что наиболее распространенными синтезируемыми аминокислотами были глутамат, аспартат и треонин. Другие типы, такие как аланин, серин и глицин, также были синтезированы, но в меньших количествах. Остальные тринадцать аминокислот также были обнаружены.

Выделены различные гены, участвующие в синтезе липидов. Хлоропласты обладают необходимыми путями для синтеза изопреноидных липидов, необходимых для производства хлорофилла и других пигментов.

Защита от патогенов

У растений нет развитой иммунной системы, как у животных. Следовательно, клеточные структуры должны производить антимикробные вещества, чтобы защитить себя от повреждающих агентов. С этой целью растения могут синтезировать активные формы кислорода (АФК) или салициловую кислоту.

Хлоропласты связаны с производством этих веществ, которые устраняют возможные патогены, попадающие в растение.

Точно так же они действуют как «молекулярные сенсоры» и участвуют в механизмах оповещения, передавая информацию другим органеллам.

Другие пластиды

Хлоропласты принадлежат к семейству органелл растений, которые называются пластидами или пластидами. Хлоропласты в основном отличаются от остальных пластид наличием пигмента хлорофилла. Другие пластиды:

-Хромопласты: эти структуры содержат каротиноиды, они присутствуют в цветках и цветках. Благодаря этим пигментам структуры растений имеют желтый, оранжевый и красный цвета.

-Лейкопласты: эти пластиды не содержат пигментов и поэтому имеют белый цвет. Они служат резервом и находятся в органах, не получающих прямого света.

-Амилопласты: содержат крахмал и находятся в корнях и клубнях.

Например, хлоропласты способны давать начало хромопластам. Для этого изменения тилакоидная мембрана разрушается и синтезируются каротиноиды.

Источник

Хлоропласт – определение, функции и структура

Определение хлоропласта

Хлоропласт, найденный только в водорослях и растение клетки, является клетка органеллы который производит энергию через фотосинтез, Слово хлоропласт происходит от греческого слова khloros, что означает «зеленый», и пластин, что означает «сформированный». Имеет высокую концентрацию хлорофилл, молекула который захватывает энергию света, и это дает много растений и водоросли зеленый цвет. Словно митохондрия считается, что хлоропласт развился из некогда живущего бактерии.

Функция хлоропластов

Хлоропласты являются частью клеток растений и водорослей, которые осуществляют фотосинтез, процесс преобразования световой энергии в энергию, запасенную в форме сахара и других органических молекул, которые растение или водоросль используют в качестве пищи. Фотосинтез состоит из двух этапов. На первом этапе происходят светозависимые реакции. Эти реакции захватывают солнечный свет через хлорофилл и каротиноиды с образованием аденозинтрифосфата (АТФ, энергетическая валюта клетки) и никотинамидадениндинуклеотидфосфата (NADPH ), который несет электроны. Вторая стадия состоит из независимых от света реакций, также известных как Цикл Кальвина, В цикле Кальвина электроны, переносимые NADPH, превращают неорганический диоксид углерода в органическую молекулу в форме углевода, процесс, известный как фиксация CO2. Углеводы и другие органические молекулы могут храниться и использоваться позднее для производства энергии.

Хлоропласты необходимы для роста и выживания растений и фотосинтезирующих водорослей. Как и солнечные панели, хлоропласты берут световую энергию и преобразуют ее в удобную для использования форму, которая стимулирует деятельность. Тем не менее, некоторые растения больше не имеют хлоропластов. Одним из примеров является паразитическое растение род Раффлезия, которая получает свои питательные вещества от других растений, в частности, от виноградной лозы Tetrastigma. Поскольку Rafflesia получает всю свою энергию от паразитирования на другом растении, ему больше не нужны хлоропласты, и он утратил гены, кодирующие развитие хлоропласта в течение длительного периода эволюции. Раффлезия – единственный род наземных растений, в котором отсутствуют хлоропласты.

Структура хлоропластов

Хлоропласты, как митохондрии, имеют овальную форму и имеют две мембраны: внешнюю мембрану, которая образует внешнюю поверхность хлоропласта, и внутреннюю мембрану, которая находится прямо под ним. Между внешней и внутренней мембраной находится тонкое межмембранное пространство шириной около 10-20 нанометров. Пространство внутри внутренней мембраны называется строма, В то время как внутренние мембраны митохондрий имеют много складок, называемых крист для поглощения площади поверхности внутренние мембраны хлоропластов гладкие. Вместо этого у хлоропластов есть много маленьких дискообразных мешочков, названных тилакоидами в их строме.

В сосудистых растениях и зеленых водорослях тилакоиды уложены друг на друга, а стопка тилакоидов называется гранулой (множественное число: грана). Тилакоиды содержат хлорофиллы и каротиноиды, и эти пигменты поглощают свет в процессе фотосинтеза. Светопоглощающие пигменты группируются с другими молекулами, такими как белки, с образованием комплексов, известных как фотосистемы. Два разных вида фотосистем – это фотосистемы I и II, и они играют роль в разных частях светозависимых реакций.

В строме ферменты образуют сложные органические молекулы, которые используются для накопления энергии, например, углеводы. Строма также содержит свою собственную ДНК и рибосомы, которые аналогичны тем, которые обнаружены в фотосинтезирующих бактериях. По этой причине считается, что хлоропласты эволюционировали в эукариотических клетках от свободно живущих бактерий, так же как и митохондрии.

Эволюция хлоропластов

Считается, что хлоропласты стали частью определенных эукариотических клеток почти так же, как митохондрии были включены во все эукариотические клетки: существуя как свободноживущие цианобактерии, которые имели симбиотические отношения с клеткой, производя энергию для клетки в обмен на безопасное место для жизни и, в конечном итоге, превращается в форму, которая больше не может существовать отдельно от клетки. Это называется эндосимбиотическая теория.

Доказательства того, что хлоропласты развивались из бактерий, очень похожи на доказательства того, что митохондрии развивались из бактерий. Хлоропласты имеют свою собственную, отдельную ДНК, которая является круглой, как у бактериальной клетки, и наследуется по материнской линии (только от водоросли материнского растения). Новые хлоропласты образуются через двойное деление или расщепление, как размножаются бактерии. Эти формы доказательств также обнаруживаются в митохондриях. Единственное отличие состоит в том, что хлоропласты, как полагают, произошли от цианобактерий, а митохондрии – от аэробных бактерий. (Митохондрия не может фотосинтезировать; процесс клеточное дыхание вместо этого встречается там.) Структура хлоропластов похожа на структуру цианобактерий; оба имеют двойные мембраны, кольцевую ДНК, рибосомы и тилакоиды. Считается, что большинство хлоропластов происходит от одного общего предка, который охватил цианобактерии 600–1600 миллионов лет назад.

викторина

1. В чем разница между митохондриями и хлоропластами?A. Хлоропласты имеют внешнюю и внутреннюю мембрану, а митохондрии – нет.B. Считается, что хлоропласты эволюционировали из бактерий, а митохондрии – нет.C. Фотосинтез происходит в хлоропластах, но не в митохондриях.D. Митохондрии имеют свою собственную ДНК; хлоропласты не содержат ДНК.

Ответ на вопрос № 1

С верно. Фотосинтез происходит только в хлоропластах, а не в митохондриях. Варианты A, B и D неверны, потому что митохондрии и хлоропласты имеют все эти общие черты; считается, что они произошли от бактерий, имеют свою собственную ДНК и имеют две мембраны.

2. В какой части хлоропласта происходит фотосинтез?A. Внешняя мембранаB. тилакоидовC. стромаD. Межмембранное пространство

Ответ на вопрос № 2

В верно. Фотосинтез происходит в тилакоидах хлоропласта. Тилакоиды содержат хлорофилл и каротиноиды, которые являются молекулами пигмента, которые могут захватывать световую энергию и превращать ее в химическую энергию.

3. От чего, как считается, произошли хлоропласты?A. Аэробные бактерииB. ЦианобактерииC. морские водорослиD. Завод Раффлезия

Ответ на вопрос № 3

В верно. Считается, что хлоропласты произошли от древней формы цианобактерий, которая является типом фотосинтетических бактерий. Митохондрии развились из аэробных бактерий. Растение Rafflesia является редким примером растения, которое не содержит хлоропластов.

Источник

Строение хлоропласта

Строение хлоропласта

Растительный мир — одно из главных богатств нашей планеты. Именно благодаря флоре на Земле есть кислород, которым мы всё|все дышим, имеется огромная пищевая база, от которой зависит всё|все живое. Растения уникальны тем, что могут превращать химические соединения неорганической природы в органические вещества.

Делают они это посредством фотосинтеза. Этот важнейший процесс протекает в специфических растительных органоидах, хлоропластах. Этот мельчайший элемент фактически обеспечивает существование всей жизни на планете. Кстати, а что такое хлоропласт?

Основное определение

Так называются специфические структуры, в которых происходят процессы фотосинтеза, которые направлены на связывание углекислого газа и образование некоторых углеводов. Побочным продуктом является кислород. Это вытянутые в длину органоиды, достигающие в ширину 2-4 мкм, длина их доходит до 5-10 мкм. У некоторых видов зелёных водорослей порой|порой встречаются хлоропласты-гиганты, вытянутые на 50 мкм!

У этих же водорослей может быть другая особенность: на всю клетку у них имеется только один органоид этого вида. В клетках высших растений чаще всего имеется в пределах 10-30 хлоропластов. Впрочем, и в их случае могут встречаться яркие исключения. Так, в палисадной ткани обычной махорки имеется по 1000 хлоропластов на одну клетку. Для чего нужны эти хлоропласты? Фотосинтез – вот их главная, но далеко не единственная роль. Чтобы чётко понимать их значение в жизни растения, важно знать многие аспекты их происхождения и развития. Всё|Все это описывается в дальнейшей части статьи.

Происхождение хлоропласта

Итак, что такое хлоропласт, мы узнали. А откуда эти органоиды произошли? Как получилось, что у растений появился столь уникальный аппарат, который превращает углекислый газ и воду в сложные органические соединения?

В настоящее время среди учёных превалирует точка зрения об эндосимбиотическом происхождении данных органоидов, так как их самостоятельное возникновение в клетках растения довольно сомнительно. Отлично известно, что лишайник – это симбиоз водоросли и гриба. Одноклеточные водоросли при этом живут внутри грибной клетки. Сейчас учёные предполагают, что в незапамятные времена фотосинтезирующие цианобактерии проникли внутрь растительных клеток, а затем частично утратили «самостоятельность», передав большую|большую часть генома в ядро.

Но свою главную особенность новый органоид сохранил в полной мере. Речь идёт как раз о процессе фотосинтеза. Впрочем, сам аппарат, необходимый для выполнения данного процесса, формируется под контролем как клеточного ядра|ядра, так и самого|самого хлоропласта. Так, деление этих органоидов и прочие процессы, связанные с реализацией генетической информации на ДНК, контролируются ядром.

Доказательства

Относительно недавно гипотеза о прокариотическом происхождении этих элементов была не слишком популярна в научном сообществе, многие считали её «измышлениями дилетантов». Но после того как был проведён углублённый анализ нуклеотидных последовательностей в ДНК хлоропластов, это предположение получило блестящее подтверждение. Выяснилось, что эти структуры чрезвычайно схожи, даже родственны, ДНК бактериальных клеток. Так, аналогичная последовательность была найдена у свободноживущих цианобактерий. В частности, оказались чрезвычайно схожи гены АТФ-синтезирующего комплекса, а также в «аппаратах» транскрипции и трансляции.

Промоторы, которые определяют начало|начало считывания генетической информации с ДНК, а также терминальные нуклеотидные последовательности, которые отвечают за её прекращение, также организованы по образу и подобию бактериальных. Разумеется, миллиарды лет эволюционных преобразований смогли внести множество изменений в хлоропласт, но последовательности в хлоропластных генах остались абсолютно прежними. И это – неопровержимое, полное доказательство того, что хлоропласты и в самом деле когда-то имели прокариотического предка. Возможно, это был организм, от которого произошли также современные цианобактерии.

Развитие хлоропласта из пропластиды

«Взрослый» органоид развивается из пропластиды. Это маленькая, полностью бесцветная органелла, имеющая всего несколько микрон в поперечнике. Она окружена плотной двуслойной мембраной, которая содержит кольцевую ДНК, специфическую для хлоропласта. Внутренней мембранной системы эти «предки» органоидов не имеют. Из-за предельно малых размеров их изучение крайне затруднено, а потому данных об их развитии чрезвычайно мало|мало.

Известно, что несколько таких протопластид имеется в ядре каждой яйцеклетки животных и растений. В ходе развития зародыша они делятся и передаются другим клеткам. Это легко проверить: генетические признаки, которые так или иначе связаны с пластидами, передаются только по материнской линии.

Внутренняя мембрана протопластиды за время развития выпячивается внутрь органоида. Из этих структур вырастают мембраны тилакоидов, которые отвечают за образование гран и ламелл стромы органоида. В полной темноте протопастида начинает преобразовываться в предшественник хлоропласта (этиопласта). Этот первичный органоид характерен|характерен тем, что внутри него располагается довольно сложная кристаллическая структура. Как только на лист растения попадёт свет, она полностью разрушается. После этого происходит образование «традиционной» внутренней структуры хлоропласта, которая образована как раз-таки тилакоидами и ламеллами.

Отличия растений, запасающих крахмал

В каждой меристемальной клетке содержится несколько таких пропластид (их количество разнится в зависимости от вида растения и прочих факторов). Как только эта первичная ткань начинает преобразовываться в лист, предшественники органоидов превращаются в хлоропласты. Так, закончившие свой рост молодые листья пшеницы имеют хлоропласты в количестве 100-150 штук. Чуть сложнее обстоят дела|дела в отношении тех растений, которые способны к накоплению крахмала.

Они скапливают запас этого углевода в пластидах, которые именуются амилопластами. Но какое отношение эти органоиды имеют к теме нашей статьи? Ведь клубни картофеля не участвуют в фотосинтезе! Позвольте разъяснить этот вопрос более подробно.

Мы выяснили, что такое хлоропласт, попутно выявив связь этого органоида со структурами прокариотических организмов. Здесь ситуация схожа: учёные давно выяснили, что амилопласты, как и хлоропласты, содержат точно такую же ДНК и образуются из точно тех же протопластид. Следовательно, и рассматривать их следует в том же аспекте. Фактически амилопласты следует рассматривать в качестве особой разновидности хлоропласта.

Как образуются амилопласты?

Можно провести аналогию между протопластидами и стволовыми клетками. Проще говоря, амилопласты с какого-то момента начинают развиваться по несколько иному пути. Учёные, впрочем, узнали кое-что любопытное: им удалось добиться взаимного превращения хлоропластов из листьев картофеля в амилопласты (и наоборот). Каноничный пример, известный каждому школьнику – клубни картофеля на свету зеленеют.

Прочие сведения о путях дифференцирования этих органоидов

Мы знаем, что в процессе созревания плодов томата, яблок и некоторых других растений (и в листьях деревьев, трав и кустарников в осенний период) происходит процесс «деградации», когда хлоропласты в растительной клетке превращаются в хромопласты. Эти органоиды содержат в своём составе красящие пигменты, каротиноиды.

Превращение это связано с тем, что в определённых условиях происходит полное разрушение тилакоидов, после чего органелла приобретает иную внутреннюю организацию. Вот здесь-то мы снова возвращаемся к тому вопросу, который начали обсуждать в самом|самом начале статьи: влияние ядра|ядра на развитие хлоропластов. Именно оно, посредством особых белков, которые синтезируются в цитоплазме клеток, инициирует процесс перестройки органоида.

Строение хлоропласта

Поговорив о вопросах происхождения и развития хлоропластов, следует подробнее остановиться на их строении. Тем более что оно весьма интересно и заслуживает отдельного обсуждения.

Основная структура хлоропластов состоит из двух липопротеиновых мембран, внутренней и внешней. Толщина каждой составляет порядка 7 нм, расстояние между ними — 20-30 нм. Как и в случае других пластид, внутренний слой образует особые структуры, выпячивающиеся внутрь органоида. У зрелых хлоропластов существует сразу два типа таких «извилистых» мембран. Первые образуют ламеллы стромы, вторые – мембраны тилакоидов.

Ламеллы и тилакоиды

Нужно заметить, что прослеживается чёткая связь, которую имеет мембрана хлоропластов с аналогичными образованиями, находящимися внутри органоида. Дело в том, что некоторые её складки могут простираться от одной стенки до другой (как у митохондрий). Так что ламеллы могут образовывать либо своеобразный «мешок», либо разветвлённую сеть. Впрочем, чаще всего эти структуры располагаются параллельно друг другу и никак не связаны между собой.

Не стоит|стоит забывать, что внутри хлоропласта находятся ещё и мембранные тилакоиды. Это замкнутые «мешки», которые располагаются в виде стопки. Как и в предыдущем случае, между двумя стенками полости имеется расстояние в 20-30 нм. Столбики из этих «мешков» называются гранами. В каждом столбике может находиться до 50 тилакоидов, а в некоторых случаях их бывает ещё больше. Так как общие «габариты» таких стопок могут достигать 0,5 мкм, иногда они могут быть обнаружены при помощи обыкновенного светового микроскопа.

Общее|Общее количество гран, которые содержатся в хлоропластах высших растений, может доходить до 40-60. Каждый тилакоид так плотно прилегает к другому, что их внешние мембраны образуют единую плоскость. Толщина слоя в месте соединения может доходить до 2 нм. Заметим, что подобные структуры, которые образованы прилегающими друг к другу тилакоидами и ламеллами, совсем нередки.

В местах их соприкосновения также имеется слой, достигающий порой|порой тех же самых 2 нм. Таким образом, хлоропласты (строение и функции которых весьма сложны) представляют собой не единую монолитную структуру, а своеобразное «государство внутри государства». В некоторых аспектах строение этих органоидов не менее сложно, чем вся клеточная структура!

Граны связываются между собой именно при помощи ламелл. Но полости тилакоидов, которые образуют стопки, всегда замкнуты и никак не сообщаются с межмембранным пространством. Как видите, структура хлоропластов достаточно сложна.

Какие пигменты могут содержаться в хлоропластах?

Что может содержаться в строме каждого хлоропласта? Там имеются отдельные молекулы ДНК и немало рибосом. У амилопластов именно в строме откладываются крахмальные зерна|зёрна. Соответственно, у хромопластов там имеются красящие пигменты. Разумеется, встречаются различные пигменты хлоропластов, но наиболее распространённым является хлорофилл. Он подразделяется сразу на несколько видов:

У красных и бурых морских водорослей в хлоропластах не так уж и редко могут иметься совершенно другие виды органических красителей. В некоторых же водорослях вообще содержатся едва ли не всё|все существующие пигменты хлоропластов.

Функции хлоропластов

Разумеется, основной их функцией является преобразование световой энергии в органические компоненты. Сам фотосинтез происходит в гранах при непосредственном участии хлорофилла. Он поглощает энергию солнечного света, переводя её в энергию возбуждённых электронов. Последние, обладая избыточным её запасом, отдают излишки энергии, которая используется для разложения воды|воды и синтеза АТФ. При распаде воды|воды образуется кислород и водород. Первый, как мы уже писали выше, является побочным продуктом и выделяется в окружающее пространство, а водород связывается с особым белком, ферредоксином.

Он снова окисляется, передавая водород восстановителю, который в биохимии обозначается аббревиатурой НАДФ. Соответственно, его восстановленная форма — НАДФ-H2. Проще говоря, в процессе фотосинтеза происходит выделение следующих веществ: АТФ, НАДФ-H2 и побочного продукта в виде кислорода.

Энергетическая роль АТФ

Образующаяся АТФ крайне важна, так как является основным «аккумулятором» энергии, которая идёт на различные нужды|нужды клетки. НАДФ-H2 содержит восстановитель, водород, причём это соединение способно легко его отдавать в случае необходимости. Проще говоря, это эффективный химический восстановитель: в процессе фотосинтеза происходит множество реакций, которые без него попросту не смогут протекать.

Далее в дело вступают ферменты хлоропластов, которые действуют в темноте и вне гран: водород из восстановителя и энергия АТФ используются хлоропластом для того, чтобы начать синтез ряда органических веществ. Так как фотосинтез происходит в условиях хорошей|хорошей освещённости, накопленные соединения в тёмное время суток используются для нужд самих растений.

Вы справедливо можете заметить, что этот процесс в некоторых аспектах подозрительно похож на дыхание. Чем отличается от него фотосинтез? Таблица поможет вам разобраться в этом вопросе.

Вот чем отличается от дыхания фотосинтез.

Некоторые «парадоксы»

Большая|Большая часть дальнейших реакций протекает тут же, в строме хлоропласта. Дальнейший путь синтезированных веществ различен|различён. Так, простые сахара|сахара|сахара сразу выходят за пределы органоида, накапливаясь в других частях клетки в виде полисахаров, прежде всего — крахмала. В хлоропластах происходит как отложение жиров, так и предварительное накопление их предшественников, которые затем выводятся в другие области клетки.

Следует чётко понимать, что всё|все реакции синтеза требуют колоссального количества энергии. Единственным её источником является всё тот же фотосинтез. Это процесс, который зачастую требует столько энергии, что её приходится получать, разрушая вещества, образованные в результате предыдущего синтеза! Таким образом, большая|большая часть энергии, которая получается в его ходе, затрачивается на проведение множества химических реакций внутри самой|самой растительной клетки.

Лишь некоторая её доля используется для непосредственного получения тех органических веществ, которые растение берет|берёт для собственного роста|роста и р
звития либо откладывает в форме жиров или углеводов.

Статичны ли хлоропласты?

Принято считать, что клеточные органоиды, в том числе и хлоропласты (строение и функции которых нами подробно расписаны), находятся строго в одном месте. Это не так. Хлоропласты могут перемещаться по клетке. Так, на слабом свету|свету они стремятся занять положение близ наиболее освещённой стороны|стороны клетки, в условиях средней и слабой освещённости могут выбирать некие промежуточные положения, при которых удаётся «поймать» больше всего солнечного света. Это явление получило название «фототаксис».

Как и митохондрии, хлоропласты являются довольно-таки автономными органоидами. У них имеются собственные рибосомы, они синтезируют ряд высокоспецифичных белков, которые используются только ими. Есть даже специфичные ферментные комплексы, при работе которых вырабатываются особые липиды, требуемые для построения оболочек ламелл. Мы уже говорили о прокариотическом происхождении этих органоидов, но следует добавить, что некоторые учёные считают хлоропласты давними потомками каких-то паразитических организмов, которые сперва стали симбионтами, а затем и вовсе превратились в неотъемлемую часть клетки.

Значение хлоропластов

Для растений оно очевидно – это синтез энергии и веществ, которые используются растительными клетками. Но фотосинтез — это процесс, который обеспечивает постоянное накопление органического вещества в масштабах всей планеты. Из углекислого газа, воды|воды и солнечного света хлоропласты могут синтезировать огромное количество сложнейших высокомолекулярных соединений. Эта способность характерна|характерна только для них, и человек пока далёк от повторения этого процесса в искусственных условиях.

Вся биомасса на поверхности нашей планеты обязана своим существованием этим мельчайшим органоидам, которые находятся в глубинах растительных клеток. Без них, без проводимого ими процесса фотосинтеза на Земле не было бы жизни в её современных проявлениях.

Надеемся, вы узнали из этой статьи о том, что такое хлоропласт и какова его роль в растительном организме.

Строение хлоропласта

фото­синтезпротекает в специализированных органеллахклеток — хлоро­пластах|пластах. Хлоропластывысших растений имеют форму двояковы­пуклойлинзы(диска), которая наиболее удобна дляпоглощения солнечных лучей. Их размеры,количество, расположение полностьюотвечают назначению: как можно эффектив­неёпоглощать солнечную энергию, как можнополнее усваивать углерод. Установ­лено,что количество хлоропластов в клеткеизмеряется|измеряется десятка­ми. Это обеспечиваетвысокое содержание этих органелл наеди­ницу поверхности листа. Так, на 1мм2листа фасоли приходится 283тыс.хлоропластов, у подсолнечника — 465тыс.Диаметрхло­ропластов в среднем 0,5-2мкм.

Строениехлоропластавесьма сложное. По­добно ядру имитохондриям хлоропласт окружен|окружёноболочкой, со­стоящей|стоящей из двухлипопротеидных мембран. Внутреннююсреду|среду представляет относительнооднородная субстанция — матрикс илистрома,которую пронизывают мембраны — ламеллы(рис.).Ламеллы, соединён­ные друг с другом,образуют пузырьки — тилакоиды.Плотно прилегая друг к другу, тила­коидыобразуют граны,которые различают даже под свето­выммикроскопом. В свою очередь, граны водном или нескольких местах объединеныдруг с другом с помощью меж­гранныхтяжей — тилакоидов стромы.

Свойствахлоропластов:способныизмененять ориентациюи перемещаться. Например, под влияниемяркого света хлоропласты поворачиваютсяузкой сто­роной диска к падающим лучами перемещаются на боковые стенки клеток.Хлоропласты передвигаются|передвигаются в направленииболее вы­сокой концентрации СО2в клетке. Днём они обычно вы­страиваютсявдоль стенок, ночью опускаются на дноклетки.

Химическийсоставхлоропластов: воды|воды— 75%; 75-80% общего количества сухих веществсоставляют орг. соединения, 20-25 %-минеральные.

Структурнойосновой хлоропластов являются белки|белки(50-55%сухой массы), половина из них составляют водорастворимыебелки|белки. Такое вы­сокое содержаниебелков объясняется их многообразнымифунк­циями в составе хлоропластов(структурные белки|белки мембран, белки|белки-ферменты,транспортные белки|белки, сократительныебелки|белки, реценторные).

Важнейшейсоставной частью хлоропластов являютсялипиды,(30-40%сух. м.). Липиды хлоропластов представленытремя группами соединений.

Структурные компоненты мембран, которые представлены амфипатическими липоидами и отличаются высоким содержанием (более 50%) галактолипидов и сульфолипидов. Фосфолипидный состав характеризуется отсутствием фосфатидилэтаноламина и высоким содержанием фосфатидилглицерина (более 20 %). Свыше 60 % состава ЖК приходится на линолевую кислоту.

Фотосинтетическне пигменты хлоропластов — гидрофобные вв-а, относящиеся к липоидам (в клеточном соке — водораствори­мые пигменты). Высшие растения содержат 2 формы зелёных пигментов: хлорофилл а и хлорофилл b и 2 формы жёлтых пигментов: каротины и ксантофиллы (каротиноиды). Хлорофиллы выполняет роль фотосенсибилизаторов, другие пигменты расширяют спектр действия фотосинтеза за счёт более полного поглощения ФАР. Каротиноиды защищают хлорофилл от фотоокисления, участвуют в транспорте водорода, образующегося при фотолизе воды|воды.

Жирорастворимые витамины — эргостерол (провитамин Д), витамины Е, К — сосредоточены практически целиком|целиком в хлоро­пластах|пластах, где участвуют в преобразовании световой энергии в химическую. В цитозоле клеток листа в основном находятся водорастворимые витамины. Так, у шпината содержание аскор­биновой кислоты|кислоты в хлоропластах в 4-5 раз меньше, чем в лис­тьях.

Углеводыне являются конституционными веществамихлоро­пласта|пласта. Представлены фосфорнымиэфирами саха­ров и продуктамифотосинтеза. Поэтому содержание углеводовв хлоропластах значительно колеблется(от 5 до 50 %). В активно функционирующиххлоропластах углеводы обычно ненакаплива­ются, происходит их быстрыйотток. При уменьшении потреб­ности впродуктах фотосинтеза в хлоропластахобразуются круп­ные крахмальныезерна|зёрна. В этом случае содержание крахмаламожет возрасти до 50%сухой массы и активность хлоропластовснизится.

Минеральныевещества.Сами хлоропласты составляют 25-30 % массылиста, но в них сосредоточено до 80% Fe,70-72- Mgи Zn,50 — Cu,60% Ca,содержащихся в тканях листа. Этообъясняется высокой и разнообразнойферментативной ак­тивностью хлоропластов(входят с состав простетических группи кофакторов). Mgвходит в состав хлорофилла. Caстабилизирует мембранные структурыхлоро­пластов|пластов.

Возникновениеи развитие хлоропластов.Хлоропласты обра­зуются в меристематическихклетках из инициальных частиц илизачаточных пластид (рис.). Инициальнаячастица состоит из амебоидной стрёмы,окружённой двухмембранной оболочкой.По мере роста|роста клетки инициалььныечастицы увеличиваются в размере иприобретают форму двояковыпуклой линзы,в стрёме появляются небольшие крахмальныезерна|зёрна. Одновре­менно внутренняямембрана начинает разрастаться, образуяскладки (впячивания), от которыхотшнуровываются пузырьки и трубочки.Такие образования называют пропластидами.Для дальнейшего их развития необходимсвет. В темноте же фор­мируютсяэтиопласты,в которых образуется мембраннаяре­шетчатая структура — проламеллярноетело. На свету внутрен­ние мембраныпропластид и этиопластов образуютгранильнуюсистему.Одновременно с этим также на свету вграны встра­иваются вновь образованныемолекулы хлорофилла и других пигментов.Таким образом, структуры, которыеподготавлива­ются к функционированиюна свету, появляются и развиваютсятолько при его наличии.

Нарядус хлоропластами имеется ряд другихпластид, которые образуются либонепосредственно из пропластид, либоодна из другой путём взаимных превращений(рис.).К ним относятся накапливающие крахмаламилопласты (лейкопласты)и хромо­пласты|пласты,содержащие каротиноиды. В цветках иплодах хромо­пласты|пласты возникают наранних стадиях развития пропластид.Хро­мопластыосенней листвы представляют собойпродукты деграда­ции хлоропластов,в которых в качестве структур — носителейкаротнноидов выступают пластоглобулы.

Пигментыхлоропласта, участвующие в улавливаниисветовой энергии, а также ферменты,необходимые для световой фазыфотосинтеза, вмонтированы в мембранытилако­идов.

Ферменты,которые катализируют многочисленныереакции восстановительного циклауглеводов (темповой фазы фотосинте­за),а также разнообразные биосинтезы, в томчисле биосинтезы белков, липидов,крахмала, присутствуют главным образомвстроме,часть из них является периферическимибелками|белками ламелл.

Строениезрелых хлоропластов одинаково у всехвысших рас­тений, так же как в клеткахразных органов|органов одного растения (листьях,зеленеющих корнях, коре, плодах). Взависимости от функциональной нагрузкиклеток, физиологического состоянияхлоропластов, их возраста различаютстепень их внутренней структурированности:размеры, количество гран, связь междуними. Так, в замыкающих клеткахустьицосновная функция хлоропластов —фоторегуляцияустьичных движений. Хлоропласты неимеют строгой гранальной структу­ры,содержат крупные крахмальные зерна|зёрна,набухшие тилакоиды, липофильные глобулы.Всё|Все это свидетельствует об их низкойэнергетической нагрузке (эту функциювыполняют мито­хондрии). Другая картинанаблюдается при изучении хлоропластовзелёных пло­дов томата. Наличие хорошоразвитой|развитой гранулярной системысви­детельствует о высокой фукциональнойнагрузке этих органелл и, вероятно,существенном вкладе фотосинтеза приформирова­нии плодов.

Возрастныеизменения:Молодые характеризуются ламеллярноиструктурой, в таком состоянии хлоропластыспособны размножаться путём деления.В зрелых хорошо выражена система гран.В стареющих происходит разрыв тилакоидовстро­мы, связь между гранами уменьшается,в дальнейшем наблюдаются распадхлорофилла и деструкция гран. В осеннейлистве деградация хлоропластов приводитк образованию хромопластов.

Структурахлоропластов лабильнаи ди­намична,в ней отражаются всё|все условия жизнирастения. Большое влияние оказываетрежим минерального питания растений.При недостатке Nхлоропласты становятся в 1.5-2 раза мельче,дефицит Pи Sнарушает нормальную структуру ламелли гран, одновременная нехватка Nи Caприводит к переполнению хлоропластовкрахмалом из-за нарушения нормальногооттока ассимилятов. При недостатке Caнарушается структура наружной мембраныхло­ропласта. Для поддержания структурыхлоропласта также необхо­дим свет, втемноте идёт постепенное разрушениетилакоидов гран и стрёмы.

Видео по теме : Строение хлоропласта

Строение хлоропласта типично для пластид. Его оболочка состоит из двух мембран — внешней и внутренней, между которыми находится межмембранное пространство. Внутри хлоропласта, путём отшнуровывания от внутренней мембраны, образуется сложная тилакоидная структура. Гелеобразное содержимое хлоропласта называется стромой.

Каждый тилакоид отделен|отделён от стромы одинарной мембраной. Внутреннее пространство тилакоида называется люмен. Тилакоиды в хлоропласте объединяются в стопки — граны. Количество гран различно. Между собой они связаны особыми удлинёнными тилакоидами — ламеллами. Обычный же тилакоид похож на округлый диск.

В строме содержатся собственное ДНК хлоропластов в виде кольцевой молекулы, РНК и рибосомы прокариотического типа. Таким образом, это полуавтономный органоид, способный самостоятельно синтезировать часть своих белков. Считается, что в процессе эволюции хлоропласты произошли от цианобактерий, начавших жить внутри другой клетки.

Строение хлоропласта обусловлено выполняемой функцией фотосинтеза. Связанные с ним реакции происходят в строме и на мембранах тилакоидов. В строме — реакции темновой фазы фотосинтеза, на мембранах — световой. Поэтому они содержат различные ферментативные системы. В строме содержатся растворимые ферменты, участвующие в цикле Кальвина.

В мембранах тилакоидов содержатся пигменты хлорофиллы и каратиноиды. Все они участвуют в улавливании солнечного излучения. Однако ловят разные спектры. Преобладание того или иного типа хлорофилла в определённой группе растений обуславливает их оттенок — от зелёного до бурого и красного (у ряда водорослей). Больш

Источник