Die plantwêreld is een van die belangrikste rykdomme van ons planeet. Dit is te danke aan die flora op Aarde dat daar suurstof is wat ons almal inasem, daar is 'n groot voedselbasis waarvan alle lewende dinge afhanklik is. Plante is uniek deurdat hulle anorganiese chemiese verbindings in organiese stowwe kan omskakel.
Hulle doen dit deur fotosintese. Hierdie belangrikste proses vind plaas in spesifieke plantorganelle, chloroplaste. Hierdie kleinste element verseker eintlik die bestaan van alle lewe op die planeet. Terloops, wat is 'n chloroplast?
Basiese definisie
Dit is die naam van die spesifieke strukture waarin die prosesse van fotosintese plaasvind, wat gerig is op die binding van koolstofdioksied en die vorming van sekere koolhidrate. Die neweproduk is suurstof. Dit is langwerpige organelle wat 'n breedte van 2-4 mikron bereik, hul lengte bereik 5-10 mikron. Sommige spesies groen alge het soms reuse-chloroplaste wat 50 mikron lank is!
Dieselfde alge kan hênog 'n kenmerk: vir die hele sel het hulle net een organel van hierdie spesie. In die selle van hoër plante is daar meestal binne 10-30 chloroplaste. In hul geval kan daar egter treffende uitsonderings wees. Dus, in die palissadeweefsel van gewone shag is daar 1000 chloroplaste per sel. Waarvoor is hierdie chloroplaste? Fotosintese is hul hoofrol, maar ver van die enigste rol. Om hul betekenis in plantlewe duidelik te verstaan, is dit belangrik om baie aspekte van hul oorsprong en ontwikkeling te ken. Dit alles word in die res van die artikel beskryf.
Die oorsprong van die chloroplast
So, wat is 'n chloroplast, het ons geleer. Waar het hierdie organelle vandaan gekom? Hoe het dit gebeur dat plante so 'n unieke apparaat ontwikkel het wat koolstofdioksied en water in komplekse organiese verbindings omskakel?
Tans is die standpunt van die endosimbiotiese oorsprong van hierdie organelle onder wetenskaplikes die oorhand, aangesien hul onafhanklike voorkoms in plantselle nogal twyfelagtig is. Dit is welbekend dat korstmos 'n simbiose van alge en swamme is. Eensellige alge leef binne die sampioensel. Nou stel wetenskaplikes voor dat fotosintetiese sianobakterieë in antieke tye in plantselle binnegedring het, en toe hul "onafhanklikheid" gedeeltelik verloor het, en die meeste van die genoom na die kern oorgedra het.
Maar die nuwe organoïde het sy hoofkenmerk ten volle behou. Dit gaan net oor die proses van fotosintese. Die apparaat self, wat nodig is om hierdie proses uit te voer, word egter onder gevormbeheer van beide die selkern en die chloroplast self. Die verdeling van hierdie organelle en ander prosesse wat met die implementering van genetiese inligting in DNS geassosieer word, word dus deur die kern beheer.
Bewyse
Betreklik onlangs was die hipotese van die prokariotiese oorsprong van hierdie elemente nie baie gewild in die wetenskaplike gemeenskap nie, baie het dit as "uitvindings van amateurs" beskou. Maar na 'n diepgaande ontleding van die nukleotiedvolgordes in die DNA van chloroplaste, is hierdie aanname briljant bevestig. Dit het geblyk dat hierdie strukture uiters soortgelyk is, selfs verwant is aan die DNA van bakteriese selle. So, 'n soortgelyke volgorde is gevind in vrylewende sianobakterieë. Veral die gene van die ATP-sintetiseringskompleks, sowel as in die "masjiene" van transkripsie en translasie, blyk uiters soortgelyk te wees.
Promotors wat die begin van die lees van genetiese inligting vanaf DNA bepaal, sowel as terminale nukleotiedvolgordes wat vir die beëindiging daarvan verantwoordelik is, is ook georganiseer in die beeld en gelykenis van bakteriële. Natuurlik kan miljarde jare se evolusionêre transformasies baie veranderinge aan die chloroplast maak, maar die volgordes in die chloroplastgene het absoluut dieselfde gebly. En dit is onweerlegbare, volledige bewys dat chloroplaste inderdaad eens 'n prokariotiese voorouer gehad het. Dit was dalk die organisme waaruit moderne sianobakterieë ook ontwikkel het.
Chloroplastontwikkeling vanaf proplastiede
"Volwasse" organoïed ontwikkel uit proplastiede. Dit is 'n klein, heeltemal kleurlose'n organel wat slegs 'n paar mikron deursnee is. Dit word omring deur 'n digte dubbellaagmembraan wat chloroplastspesifieke sirkelvormige DNA bevat. Hierdie "voorouers" van organelle het nie 'n interne membraanstelsel nie. As gevolg van hul uiters klein grootte, is hul studie uiters moeilik, en daarom is daar uiters min data oor hul ontwikkeling.
Dit is bekend dat verskeie van hierdie protoplastiede teenwoordig is in die kern van elke eiersel van diere en plante. Tydens die ontwikkeling van die embrio verdeel hulle en word na ander selle oorgeplaas. Dit is maklik om te verifieer: genetiese eienskappe wat op een of ander manier met plastiede geassosieer word, word slegs deur die moederlyn oorgedra.
Die binneste membraan van die protoplastied steek in die organoïed uit tydens ontwikkeling. Uit hierdie strukture groei tilakoïedmembrane, wat verantwoordelik is vir die vorming van korrels en lamelle van die stroma van die organoïed. In algehele duisternis begin die protopastid om te transformeer in die voorloper van die chloroplast (etioplast). Hierdie primêre organoïde word gekenmerk deur die feit dat 'n taamlik komplekse kristallyne struktuur daarin geleë is. Sodra lig die blaar van die plant tref, word dit heeltemal vernietig. Daarna vind die vorming van die "tradisionele" interne struktuur van die chloroplast plaas, wat net deur tilakoïede en lamelle gevorm word.
Verskille in styselopbergingsaanlegte
Elke meristeemsel bevat verskeie van hierdie proplastiede (hul aantal wissel na gelang van die tipe plant en ander faktore). Sodra hierdie primêre weefsel in 'n blaar begin transformeer, verander die voorloperorganelle in chloroplaste. Dus,jong koringblare wat hul groei voltooi het, het chloroplaste in die hoeveelheid van 100-150 stukke. Dinge is 'n bietjie meer ingewikkeld vir daardie plante wat in staat is om stysel op te bou.
Hulle stoor hierdie koolhidraat in plastiede wat amyloplaste genoem word. Maar wat het hierdie organelle met die onderwerp van ons artikel te doen? Aartappelknolle is immers nie by fotosintese betrokke nie! Kom ek verduidelik hierdie kwessie in meer besonderhede.
Ons het uitgevind wat 'n chloroplast is, terwyl ons die verband van hierdie organoïde met die strukture van prokariotiese organismes openbaar. Hier is die situasie soortgelyk: wetenskaplikes het lankal uitgevind dat amyloplaste, soos chloroplaste, presies dieselfde DNS bevat en uit presies dieselfde protoplastiede gevorm word. Daarom moet hulle in dieselfde aspek oorweeg word. Trouens, amyloplaste moet as 'n spesiale soort chloroplaste beskou word.
Hoe word amyloplaste gevorm?
'n Mens kan 'n analogie trek tussen protoplastiede en stamselle. Eenvoudig gestel, amyloplaste begin van 'n sekere punt langs 'n effens ander pad ontwikkel. Wetenskaplikes het egter iets eienaardigs geleer: hulle het daarin geslaag om die wedersydse transformasie van chloroplaste van aartappelblare in amyloplaste te bewerkstellig (en omgekeerd). Die kanonieke voorbeeld, bekend aan elke skoolkind, is dat aartappelknolle groen word in die lig.
Ander inligting oor die maniere van differensiasie van hierdie organelle
Ons weet dat die vrugte van tamaties, appels en ander plante (en in die blare van bome, grasse en struike in die herfs) in die proses om ryp te word."degradasie", wanneer chloroplaste in 'n plantsel in chromoplaste verander. Hierdie organelle bevat kleurpigmente, karotenoïede.
Hierdie transformasie is te wyte aan die feit dat die tilakoïede onder sekere omstandighede heeltemal vernietig word, waarna die organel 'n ander interne organisasie verkry. Hier keer ons weer terug na die kwessie wat ons heel aan die begin van die artikel begin bespreek het: die invloed van die kern op die ontwikkeling van chloroplaste. Dit is dit, deur spesiale proteïene wat in die sitoplasma van selle gesintetiseer word, wat die proses van herstrukturering van die organoïed begin.
Chloroplaststruktuur
Nadat ons oor die oorsprong en ontwikkeling van chloroplaste gepraat het, moet ons in meer besonderhede stilstaan by hul struktuur. Boonop is dit baie interessant en verdien 'n aparte bespreking.
Die basiese struktuur van chloroplaste bestaan uit twee lipoproteïenmembrane, binne en buite. Die dikte van elkeen is ongeveer 7 nm, die afstand tussen hulle is 20-30 nm. Soos in die geval van ander plastiede, vorm die binnelaag spesiale strukture wat in die organoïed uitsteek. In volwasse chloroplaste is daar twee soorte sulke "kronkelrige" membrane gelyktydig. Eersgenoemde vorm stromale lamelle, laasgenoemde vorm tilakoïedmembrane.
Lamel en tilakoïede
Daar moet kennis geneem word dat daar 'n duidelike verband is wat die chloroplastmembraan het met soortgelyke formasies wat binne die organoïed geleë is. Die feit is dat sommige van sy voue van een muur na 'n ander kan strek (soos in mitochondria). Die lamelle kan dus óf 'n soort "sak" óf 'n vertakte vormnetwerk. Hierdie strukture is egter meestal parallel aan mekaar geleë en is nie op enige manier verbind nie.
Moenie vergeet dat daar binne-in die chloroplast ook membraantilakoïede is nie. Dit is toe "sakke" wat in 'n stapel gerangskik is. Soos in die vorige geval, is daar 'n afstand van 20-30 nm tussen die twee wande van die holte. Die kolomme van hierdie "sakke" word korrels genoem. Elke kolom kan tot 50 tilakoïede bevat, en in sommige gevalle is daar selfs meer. Aangesien die algehele "afmetings" van sulke stapels 0,5 mikron kan bereik, kan hulle soms met 'n gewone ligmikroskoop opgespoor word.
Die totale aantal korrels in die chloroplaste van hoër plante kan 40-60 bereik. Elke tilakoïed kleef so styf aan die ander dat hul buitenste membrane 'n enkele vlak vorm. Die laagdikte by die aansluiting kan tot 2 nm wees. Let daarop dat sulke strukture, wat deur aangrensende tilakoïede en lamelle gevorm word, nie ongewoon is nie.
In die plekke van hul kontak is daar ook 'n laag wat soms dieselfde 2 nm bereik. Chloroplaste (waarvan die struktuur en funksies baie kompleks is) is dus nie 'n enkele monolitiese struktuur nie, maar 'n soort "toestand binne 'n staat". In sommige aspekte is die struktuur van hierdie organelle nie minder kompleks as die hele sellulêre struktuur nie!
Granas is presies met behulp van lamelle verbind. Maar die holtes van tilakoïede, wat stapels vorm, is altyd gesluit en kommunikeer op geen manier met die intermembraan nie.spasie. Soos jy kan sien, is die struktuur van chloroplaste redelik kompleks.
Watter pigmente kan in chloroplaste gevind word?
Wat kan in die stroma van elke chloroplast vervat wees? Daar is individuele DNA-molekules en baie ribosome. By amyloplaste is dit in die stroma dat styselkorrels neergelê word. Gevolglik het chromoplaste kleurpigmente daar. Natuurlik is daar verskeie chloroplastpigmente, maar die algemeenste is chlorofil. Dit word in verskeie tipes gelyktydig verdeel:
- Groep A (blou-groen). Dit kom in 70% van die gevalle voor, is vervat in die chloroplaste van alle hoër plante en alge.
- Groep B (geel-groen). Die oorblywende 30% word ook in hoër spesies plante en alge gevind.
- Groepe C, D en E is baie skaarser. Gevind in die chloroplaste van sommige spesies laer alge en plante.
Dit is nie ongewoon dat rooi en bruin seewier heeltemal verskillende soorte organiese kleurstowwe in hul chloroplaste het nie. Sommige alge bevat oor die algemeen byna alle bestaande chloroplastpigmente.
Chloroplastfunksies
Natuurlik is hul hooffunksie om ligenergie in organiese komponente om te skakel. Fotosintese self vind in korrels plaas met die direkte deelname van chlorofil. Dit absorbeer die energie van sonlig en omskep dit in die energie van opgewonde elektrone. Laasgenoemde, met sy oormaat voorraad, gee oortollige energie af, wat gebruik word vir die ontbinding van water en die sintese van ATP. Wanneer water afbreek, word suurstof en waterstof gevorm. Die eerste, soos ons hierbo geskryf het, is 'n neweproduk en word in die omringende ruimte vrygestel, en waterstof bind aan 'n spesiale proteïen, ferredoksien.
Dit oksideer weer en dra waterstof oor na 'n reduseermiddel, wat in biochemie as NADP afgekort word. Gevolglik is sy verminderde vorm NADP-H2. Eenvoudig gestel, fotosintese produseer die volgende stowwe: ATP, NADP-H2, en 'n neweproduk in die vorm van suurstof.
Die energierol van ATP
Die gevormde ATP is uiters belangrik, aangesien dit die hoof "akkumulator" van energie is wat na die verskillende behoeftes van die sel gaan. NADP-H2 bevat 'n reduseermiddel, waterstof, en hierdie verbinding kan dit maklik weggee indien nodig. Eenvoudig gestel, dit is 'n effektiewe chemiese reduseermiddel: in die proses van fotosintese vind baie reaksies plaas wat eenvoudig nie daarsonder kan voortgaan nie.
Volgende kom chloroplastensieme ter sprake, wat in die donker en buite die gran optree: waterstof van die reduseermiddel en die energie van ATP word deur die chloroplast gebruik om die sintese van 'n aantal organiese stowwe te begin. Aangesien fotosintese plaasvind in toestande van goeie beligting, word die opgehoopte verbindings gebruik vir die behoeftes van die plante self gedurende die donker tyd van die dag.
Jy kan tereg opmerk dat hierdie proses in sommige aspekte verdag soortgelyk is aan asemhaling. Hoe verskil fotosintese daarvan? Die tabel sal jou help om hierdie kwessie te verstaan.
| Vergelykende items | Fotosintese | Asemhaling |
| Wanneer dit gebeur | Slegs dag, in sonlig | Enige tyd |
| Waar dit lek | Chlorofilbevattende selle | Alle lewende selle |
| Suurstof | Hoogtepunt | Absorpsie |
| CO2 | Absorpsie | Hoogtepunt |
| Organiese materiaal | Sintese, gedeeltelike splitsing | Slegs verdeel |
| Energy | Sluk | Staan uit |
Dit is hoe fotosintese verskil van asemhaling. Die tabel toon duidelik hul hoofverskille.
Sommige "paradokse"
Meeste van die verdere reaksies vind net daar plaas, in die stroma van die chloroplast. Die verdere pad van die gesintetiseerde stowwe is anders. Dus, eenvoudige suikers gaan dadelik verder as die organoïde, en versamel in ander dele van die sel in die vorm van polisakkariede, hoofsaaklik stysel. By chloroplaste vind beide die afsetting van vette en die voorlopige ophoping van hul voorlopers plaas, wat dan na ander areas van die sel uitgeskei word.
Dit moet duidelik verstaan word dat alle samesmeltingsreaksies 'n enorme hoeveelheid energie vereis. Die enigste bron daarvan is dieselfde fotosintese. Dit is 'n proses wat dikwels soveel energie verg dat dit verkry moet word,vernietiging van die stowwe wat gevorm is as gevolg van die vorige sintese! Die meeste van die energie wat in die loop daarvan verkry word, word dus bestee om baie chemiese reaksies binne die plantsel self uit te voer.
Slegs sommige daarvan word gebruik om direk daardie organiese stowwe te verkry wat die plant vir sy eie groei en ontwikkeling neem of neerslae in die vorm van vette of koolhidrate.
Is chloroplaste staties?
Dit word algemeen aanvaar dat sellulêre organelle, insluitend chloroplaste (die struktuur en funksies waarvan ons in detail beskryf het), streng op een plek geleë is. Dit is nie waar nie. Chloroplaste kan om die sel beweeg. Dus, in lae lig, is hulle geneig om 'n posisie naby die mees verligte kant van die sel in te neem, in toestande van medium en lae lig, kan hulle 'n paar tussenposisies kies waarin hulle daarin slaag om die meeste sonlig te "vang". Hierdie verskynsel word "fototaxis" genoem.
Soos mitochondria, is chloroplaste redelik outonome organelle. Hulle het hul eie ribosome, hulle sintetiseer 'n aantal hoogs spesifieke proteïene wat net deur hulle gebruik word. Daar is selfs spesifieke ensiemkomplekse, tydens die werk waarvan spesiale lipiede geproduseer word, wat nodig is vir die bou van lamelladoppe. Ons het reeds oor die prokariotiese oorsprong van hierdie organelle gepraat, maar dit moet bygevoeg word dat sommige wetenskaplikes chloroplaste beskou as antieke afstammelinge van sommige parasitiese organismes wat eers simbiote geword het, en dan heeltemalhet 'n integrale deel van die sel geword.
Die belangrikheid van chloroplaste
Vir plante is dit duidelik – dit is die sintese van energie en stowwe wat deur plantselle gebruik word. Maar fotosintese is 'n proses wat die konstante ophoping van organiese materiaal op 'n planetêre skaal verseker. Uit koolstofdioksied, water en sonlig kan chloroplaste 'n groot aantal komplekse hoëmolekulêre verbindings sintetiseer. Hierdie vermoë is net vir hulle kenmerkend, en 'n persoon is nog ver daarvan om hierdie proses in kunsmatige toestande te herhaal.
Alle biomassa op die oppervlak van ons planeet het sy bestaan te danke aan hierdie kleinste organelle, wat in die dieptes van plantselle geleë is. Sonder hulle, sonder die proses van fotosintese wat deur hulle uitgevoer word, sou daar geen lewe op Aarde in sy moderne manifestasies wees nie.
Ons hoop jy het uit hierdie artikel geleer wat 'n chloroplast is en wat sy rol in 'n plantorganisme is.
