Jedną z głównych różnic między komórkami roślinnymi i zwierzęcymi jest obecność w cytoplazmie pierwszych organelli, takich jak plastydy. W tym artykule omówiona zostanie budowa, cechy ich procesów życiowych, a także znaczenie chloroplastów, chromoplastów i leukoplastów.
Struktura chloroplastu
Zielone plastydy, których strukturę teraz będziemy badać, należą do obowiązkowych organelli komórek wyższych roślin zarodnikowych i nasiennych. Są organellami komórkowymi o podwójnej błonie i mają owalny kształt. Ich liczba w cytoplazmie może być różna. Na przykład komórki miąższu kolumnowego blaszki liściowej tytoniu zawierają do tysiąca chloroplastów, w łodygach roślin z rodziny zbożowej od 30 do 50.
Obie błony tworzące organoid mają inną strukturę: zewnętrzna jest gładka, trójwarstwowa, podobna do błony samej komórki roślinnej. Wewnętrzna zawiera wiele fałd zwanych blaszkami. Przylegają do nich płaskie worki - tylakoidy. Lamele tworzą siećrównoległe kanaliki. Pomiędzy blaszkami znajdują się ciała tylakoidalne. Zbierane są w stosy - ziarna, które można ze sobą łączyć. Ich liczba w jednym chloroplastach wynosi 60–150. Cała wewnętrzna wnęka chloroplastu jest wypełniona matrycą.
Organella ma oznaki autonomii: własny materiał dziedziczny - koliste DNA, dzięki któremu chloroplasty mogą się rozmnażać. Istnieje również zamknięta błona zewnętrzna, która ogranicza organelle przed procesami zachodzącymi w cytoplazmie komórki. Chloroplasty posiadają własne rybosomy, cząsteczki i-RNA i t-RNA, co oznacza, że są zdolne do syntezy białek.
Funkcje tylakoidów
Jak wspomniano wcześniej, plastydy komórek roślinnych - chloroplasty - zawierają specjalne spłaszczone woreczki zwane tylakoidami. Stwierdzono w nich pigmenty – chlorofile (uczestniczące w fotosyntezie) oraz karotenoidy (pełniące funkcje podtrzymujące i troficzne). Istnieje również układ enzymatyczny, który zapewnia reakcje jasnej i ciemnej fazy fotosyntezy. Tylakoidy działają jak anteny: skupiają kwanty światła i kierują je na cząsteczki chlorofilu.
Fotosynteza to główny proces chloroplastów
Komórki autotroficzne są zdolne do niezależnej syntezy substancji organicznych, w szczególności glukozy, przy użyciu dwutlenku węgla i energii świetlnej. Plastydy zielone, których funkcje obecnie badamy, są integralną częścią fototrofów - organizmów wielokomórkowych, takich jak:
- wyższe rośliny zarodników (mchy, skrzypy, widłaki,paprocie);
- nasiona (nagonasienne - ginga, drzewa iglaste, efedryna i okrytozalążkowe lub rośliny kwitnące).
Fotosynteza to system reakcji redoks, które opierają się na procesie przenoszenia elektronów z substancji donorowych do związków, które je „otrzymują”, tak zwanych akceptorów.
Te reakcje prowadzą do syntezy substancji organicznych, w szczególności glukozy, i uwolnienia tlenu cząsteczkowego. Faza świetlna fotosyntezy zachodzi na błonach tylakoidów pod wpływem energii świetlnej. Zaabsorbowane kwanty światła wzbudzają elektrony atomów magnezu, które tworzą zielony pigment - chlorofil.
Energia elektronów jest wykorzystywana do syntezy substancji energochłonnych: ATP i NADP-H2. Są one rozszczepiane przez komórkę dla reakcji fazy ciemnej zachodzących w matrycy chloroplastowej. Połączenie tych reakcji syntetycznych prowadzi do powstania cząsteczek glukozy, aminokwasów, glicerolu i kwasów tłuszczowych, które służą jako materiał budulcowy i troficzny komórki.
Typy plastydów
Zielone plastydy, których budowę i funkcje omawialiśmy wcześniej, znajdują się w liściach, zielonych łodygach i nie są jedynym gatunkiem. Tak więc w skórce owoców, w płatkach roślin kwitnących, w zewnętrznych osłonach podziemnych pędów - bulw i cebulek znajdują się inne plastydy. Nazywane są chromoplastami lub leukoplastami.
Bezbarwne organelle (leukoplasty) mają inny kształt i różnią się od chloroplastów tym, żewnęka wewnętrzna nie ma cienkich płytek - lameli, a liczba tylakoidów zanurzonych w matrycy jest niewielka. Sama macierz zawiera kwas dezoksyrybonukleinowy, organelle syntetyzujące białka – rybosomy i enzymy proteolityczne, które rozkładają białka i węglowodany.
Leukoplasty posiadają również enzymy - syntetazy zaangażowane w tworzenie cząsteczek skrobi z glukozy. W rezultacie bezbarwne plastydy komórek roślinnych gromadzą zapasowe składniki odżywcze: granulki białka i ziarna skrobi. Plastydy te, których funkcją jest akumulacja substancji organicznych, mogą zamienić się w chromoplasty np. podczas dojrzewania pomidorów znajdujących się w fazie dojrzałości mlecznej.
Pod mikroskopem skaningowym o wysokiej rozdzielczości wyraźnie widać różnice w strukturze wszystkich trzech rodzajów plastydów. Dotyczy to przede wszystkim chloroplastów, które mają najbardziej złożoną strukturę związaną z funkcją fotosyntezy.
Chromoplasty - kolorowe plastydy
Oprócz zielonych i bezbarwnych komórek roślinnych istnieje trzeci rodzaj organelli zwanych chromoplastami. Występują w różnych kolorach: żółtym, fioletowym, czerwonym. Ich struktura jest podobna do leukoplastów: błona wewnętrzna ma niewielką liczbę blaszek i niewielką liczbę tylakoidów. Chromoplasty zawierają różne pigmenty: ksantofile, karoteny, karotenoidy, które są pomocniczymi substancjami fotosyntezy. To właśnie te plastydy zapewniają kolor korzeni buraków, marchwi, owoców drzew owocowych i jagód.
Jak powstająi wzajemnie przekształcać plastydy
Leukoplasty, chromoplasty, chloroplasty to plastydy (których strukturę i funkcje badamy), które mają wspólne pochodzenie. Są pochodnymi tkanek merystematycznych (edukacyjnych), z których powstają protoplastydy - dwubłonowe organelle przypominające torebkę o wielkości do 1 mikrona. W świetle komplikują swoją strukturę: tworzy się wewnętrzna błona zawierająca blaszki i syntetyzuje zielony pigment chlorofil. Protoplastydy stają się chloroplastami. Leukoplasty mogą być również przekształcane za pomocą energii świetlnej w zielone plastydy, a następnie w chromoplasty. Modyfikacja plastydów jest powszechnym zjawiskiem w świecie roślin.
Chromatofory jako prekursory chloroplastów
Prokariotyczne organizmy fototroficzne - zielone i fioletowe bakterie, przeprowadzają proces fotosyntezy za pomocą bakteriochlorofilu A, którego cząsteczki znajdują się na wewnętrznych wyrostkach błony cytoplazmatycznej. Mikrobiolodzy uważają chromatofory bakteryjne za prekursory plastydów.
Potwierdza to ich podobna struktura do chloroplastów, a mianowicie obecność centrów reakcji i systemów pułapkujących światło, a także ogólne wyniki fotosyntezy, prowadzące do powstania związków organicznych. Należy zauważyć, że rośliny niższe - zielone glony, podobnie jak prokariota, nie mają plastydów. Wynika to z faktu, że ich funkcję - fotosyntezę przejęły formacje zawierające chlorofil - chromatofory.
Jak powstały chloroplasty
Wśród wielu hipotezpochodzenie plastydów, zajmijmy się symbiogenezą. Według jego koncepcji plastydy to komórki (chloroplasty), które powstały w erze archaików w wyniku penetracji bakterii fototroficznych do pierwotnej komórki heterotroficznej. To oni później doprowadzili do powstania zielonych plastydów.
W tym artykule badaliśmy strukturę i funkcje dwubłonowych organelli komórki roślinnej: leukoplastów, chloroplastów i chromoplasty. A także odkrył ich znaczenie w życiu komórkowym.
