Apa itu kloroplas? Chloroplasts: struktur dan fungsi

flora - salah satu sumber utama planet kita. Kita berterima kasih kepada flora di dunia terdapat oksigen yang kita sedut, makanan yang mempunyai pangkalan data yang besar dari mana semua kehidupan bergantung. Tumbuh-tumbuhan adalah unik kerana mereka boleh menukar bahan kimia bukan organik ke dalam bahan-bahan organik.

Mereka melakukan ini dengan cara fotosintesis. Ini proses yang penting berlaku dalam organel tumbuhan tertentu, kloroplas. The unsur terkecil sebenarnya memastikan kewujudan semua kehidupan di planet ini. Dengan cara itu, apa yang kloroplas?

Takrif asas

Yang dikenali sebagai struktur tertentu, di mana terdapat proses fotosintesis, yang bertujuan untuk mengikat karbon dioksida dan pembentukan karbohidrat tertentu. Undang-produk oksigen. Ini memanjang organel panjang, mencapai 2-4 mm lebar, panjang mereka datang kepada 5.10 mikron. Dalam beberapa spesies alga hijau kadang-kadang ditemui kloroplas gergasi dilanjutkan sebanyak 50 mm!

Ini alga juga boleh menjadi satu lagi ciri: seluruh sel mereka hanya mempunyai satu organel spesies ini. Dalam sel-sel tumbuhan yang lebih tinggi biasanya mempunyai antara 10-30 kloroplas. Walau bagaimanapun, dalam kes mereka, boleh memenuhi pengecualian terang. Oleh itu, dalam tisu pagar kubu tembakau konvensional mempunyai 1,000 kloroplas setiap sel. Apakah kloroplas? Fotosintesis - yang utama, tetapi bukan satu-satunya peranan mereka. Memahami dengan jelas kepentingan mereka dalam kehidupan tumbuhan, ia adalah penting untuk mengetahui pelbagai aspek asal-usul dan perkembangan mereka. Semua ini dihuraikan dengan lebih lanjut dalam artikel ini.

Asal-usul kloroplas

Jadi, apa yang kloroplas, kita belajar. Dan bagaimana organel ini berlaku? Bagaimana ia bahawa tumbuhan muncul sebagai peranti yang unik yang menukarkan karbon dioksida dan air ke dalam kompleks sebatian organik?

Pada masa ini, di kalangan ahli-ahli sains memandangkan asal endosymbiotic organel ini semasa, kerana berlakunya bebas mereka di dalam sel tumbuhan agak ragu. Juga sedar bahawa liken - simbiosis alga dan kulat. alga unisel pada masa yang sama hidup dalam sel-sel cendawan. Sekarang saintis percaya bahawa pada zaman purba cyanobacteria fotosintesis yang menyusup ke dalam sel-sel tumbuhan, dan kemudian kehilangan beberapa "kemerdekaan", memindahkan sebahagian besar daripada genom dalam nukleus.

Tetapi ciri-ciri utamanya ialah organel baru dikekalkan sepenuhnya. Ia adalah hanya kira-kira proses fotosintesis. Walaupun, radas yang diperlukan untuk melaksanakan proses ini, ia terbentuk di bawah kawalan kedua-dua nukleus sel dan kloroplas itu sendiri. Oleh itu, bahagian organel ini, dan proses lain yang berkaitan dengan pelaksanaan maklumat genetik dalam DNA dikawal oleh kernel.

bukti

Baru-baru ini, hipotesis asal prokariot elemen-elemen ini belum terlalu popular dalam komuniti saintifik, ramai menganggap ia sebagai "pemalsuan amatur." Tetapi selepas analisis yang mendalam mengenai urutan nukleotida dalam DNA kloroplas, anggapan ini adalah pengesahan cemerlang telah diadakan. Ternyata bahawa struktur ini adalah sangat serupa, walaupun berkait rapat, DNA sel-sel bakteria. Oleh itu, urutan yang sama telah dijumpai di dalam hidup-bebas cyanobacteria. Khususnya, mereka terbukti menjadi gen amat serupa ATP-mensintesis kompleks, dan juga dalam "alat" transkripsi dan terjemahan.

Promoters yang menentukan awal bacaan maklumat genetik daripada urutan DNA dan nukleotida terminal yang bertanggungjawab untuk penamatan, seperti yang dianjurkan dalam imej bakteria. Sudah tentu, berbilion-bilion tahun transformasi evolusi dapat membuat banyak perubahan kepada kloroplas, tetapi urutan dalam gen kloroplas kekal benar-benar berubah. Dan ia adalah - bukti penuh yang tidak dapat disangkal bahawa kloroplas dan sebenarnya pernah mempunyai moyang yang prokariot. Mungkin ia adalah badan, yang juga berlaku cyanobacteria moden.

pembangunan kloroplas daripada proplastids

"Dewasa" organel berkembang dari proplastids. Ini adalah kecil, organel sepenuhnya tidak berwarna, hanya mempunyai beberapa mikron diameter. Ia dikelilingi oleh membran tebal dua lapisan, yang mengandungi cincin DNA khusus untuk kloroplas. sistem membran dalaman ini "nenek moyang" tidak mempunyai organel. Kerana saiz yang amat kecil kajian mereka adalah sangat sukar, tetapi kerana data pada perkembangan mereka adalah sangat rendah.

Adalah diketahui bahawa terdapat beberapa protoplastid seperti dalam nukleus haiwan dan tumbuh-tumbuhan di setiap telur. Semasa pembangunan embrio, mereka dibahagikan dan dipindahkan ke sel-sel lain. Ia mudah untuk memeriksa: ciri-ciri genetik yang entah bagaimana yang berkaitan dengan plastids disebarkan hanya melalui garis ibu.

Membran protoplastidy dalaman semasa pembangunan memanjang ke dalam organel itu. Struktur ini berkembang membran tilakoid, yang bertanggungjawab untuk pembentukan Grand Prix dan lamela organel stroma. Dalam kegelapan protopastida lengkap mula berubah menjadi pelopor kloroplas (etioplast). Ini organoid utama dicirikan dalam bahawa dalam ia adalah struktur kristal agak rumit. Sekali pada daun tumbuhan mendapat cahaya, ia benar-benar musnah. Selepas itu, pembentukan struktur dalaman "tradisional" kloroplas, yang ditubuhkan sebagai thylakoids masa dan lamela.

Perbezaan tumbuhan kedai kanji

Setiap sel mengandungi beberapa meristemalnoy proplastids seperti (bilangan mereka adalah berbeza-beza bergantung kepada spesies tumbuhan dan faktor-faktor lain). Apabila tisu utama ini mula berubah menjadi helaian, organel prekursor diubah menjadi kloroplas. Jadi, telah menamatkan pertumbuhan mereka, daun gandum muda mempunyai kloroplas dalam jumlah 100-150 unit. Lebih rumit adalah kes berkenaan dengan tumbuh-tumbuhan yang mampu pengumpulan kanji.

Mereka terkumpul saham karbohidrat di plastids, yang dipanggil amyloplasts. Tetapi bagaimana organel ini adalah topik artikel ini? Selepas kentang ubi tidak terlibat dalam fotosintesis! Biar saya jelaskan ini dengan lebih terperinci.

Kita mendapati bahawa kloroplas, kebetulan mendedahkan hubungan antara organel ini dengan struktur organisma prokariot. Di sini keadaan adalah sama: ahli-ahli sains telah lama mendapati bahawa amyloplasts sebagai kloroplas tepat mengandungi DNA yang sama, dan terbentuk dengan tepat protoplastid yang sama. Oleh itu, mereka perlu dipertimbangkan dalam aspek yang sama. Malah Amyloplasts boleh dianggap sebagai sejenis khas kloroplas.

Yang dibentuk amyloplasts?

Anda boleh menarik analogi antara sel-sel protoplastidami dan batang. Ringkasnya, amyloplasts pada satu ketika mula berkembang dengan cara yang agak berbeza. Ahli-ahli sains, bagaimanapun, telah belajar sesuatu yang menarik: mereka berjaya mencapai penukaran bersama kloroplas daun kentang di amyloplasts (dan sebaliknya). Canonicity contoh, yang dikenali kepada setiap anak sekolah - ubi kentang untuk hijau muda.

maklumat lain mengenai cara-cara pembezaan organel ini

Kita tahu bahawa semasa masak buah-buahan tomato, epal dan beberapa tumbuhan lain (dan dalam daun pokok, herba dan pokok renek pada musim luruh) adalah proses "kemerosotan" apabila kloroplas dalam sel tumbuhan diubah menjadi chromoplasts. Ini organel mengandungi dalam komposisi mereka pigmen, karotenoid.

penukaran adalah berkaitan dengan hakikat bahawa di bawah keadaan tertentu terdapat kemusnahan lengkap thylakoids, dan kemudian memperoleh organisasi dalaman organel yang berbeza. Di sinilah kita kembali kepada persoalan yang mula membincangkan pada awal artikel: pengaruh nukleus bagi pembangunan kloroplas. Iaitu dengan protein khas yang disintesis dalam sitoplasma sel, organel memulakan proses pelarasan.

Struktur kloroplas

Selepas bercakap tentang asal-usul dan perkembangan kloroplas, perlu mengulas lanjut mengenai struktur mereka. Lebih-lebih lagi kerana ia adalah sangat menarik dan patut perbincangan yang berasingan.

struktur kloroplas asas terdiri daripada dua membran lipoprotein, dalaman dan luaran. Ketebalan setiap kira-kira 7 nm, jarak antara mereka - 20-30 nm. Seperti dalam hal lain-lain bentuk lapisan dalaman plastid struktur khas, menonjol dari segi dalaman organel. Dalam kloroplas matang terdapat hanya dua jenis "berpusing" membran. Bentuk pertama yang lamela daripada stroma, kedua - membran tilakoid.

Lamela dan thylakoids

Ia harus diperhatikan bahawa terdapat hubungan yang jelas yang mempunyai membran kloroplas dengan pembentukan sama dalam organel itu. Hakikat bahawa beberapa lipatan boleh melanjutkan dari satu dinding yang lain (seperti dalam mitokondria). Jadi lamela boleh membentuk sejenis "beg" atau rantai bercabang. Walau bagaimanapun, sebahagian besar daripada struktur ini disusun selari antara satu sama lain dan tidak berkaitan dengan satu sama lain.

Jangan lupa bahawa masih terdapat dalam membran kloroplas dan thylakoids. Ia adalah tertutup "beg" yang disusun dalam timbunan. Seperti dalam kes sebelum ini, di antara kedua tembok rongga mempunyai panjang 20-30 nm. Bar yang "beg" dipanggil wajah. Setiap lajur boleh sehingga 50 thylakoids, dan dalam beberapa kes ada lebih. Sejak bersama "size" buasir itu boleh mencapai 0.5 m, mereka kadang-kadang boleh dikesan oleh mikroskop cahaya biasa.

Jumlah muka, yang terkandung di dalam kloroplas tumbuhan yang lebih tinggi, boleh mencapai sehingga 40-60. Setiap tilakoid begitu ketat kepada yang lain bahawa membran luar mereka membentuk pesawat tunggal. Ketebalan lapisan pada sendi yang berkenaan sehingga 2 nm. Ambil perhatian bahawa struktur yang serupa, yang terbentuk bersebelahan antara satu sama lain dan lamela thylakoids, agak luar biasa.

Di tempat-tempat kenalan sebagai lapisan, kadang-kadang mencapai sama 2 nm. Oleh itu, kloroplas (struktur dan fungsi yang sangat sukar) tidak struktur monolitik tunggal, sejenis "negara dalam negara '. Dalam beberapa aspek, struktur organel ini tidak kurang sukar daripada struktur sel-galanya!

Grana saling berkaitan, dengan bantuan lamela. Tetapi thylakoids rongga, yang membentuk timbunan, sentiasa ditutup dan tidak berkomunikasi dengan ruang intermembrane. Seperti yang anda lihat, struktur kloroplas agak rumit.

Apa yang pigmen boleh hadir dalam kloroplas?

Yang mungkin terkandung dalam stroma kloroplas masing-masing? Terdapat molekul DNA berasingan dan banyak ribosom. Dalam amyloplasts adalah disimpan di stroma daripada butiran kanji. Oleh itu, chromoplasts terdapat pigmen. Sudah tentu, terdapat pelbagai pigmen daripada kloroplas, tetapi yang paling biasa adalah klorofil. Dia segera dibahagikan kepada beberapa jenis:

• Kumpulan A (biru-hijau). Ia berlaku dalam 70% daripada kes-kes yang terdapat dalam kloroplas tumbuhan yang lebih tinggi dan alga.
• Kumpulan B (kuning-hijau). Baki 30% juga terdapat dalam tumbuh-tumbuhan yang lebih tinggi dan spesies alga.
• Kumpulan C, D dan E adalah lebih jarang. Ia boleh didapati dalam kloroplas beberapa spesies tumbuhan dan alga yang lebih rendah.

Dalam rumpai laut merah dan coklat dalam kloroplas tidak begitu jarang berlaku boleh menjadi jenis yang sangat berbeza pewarna organik. Sesetengah alga juga biasanya mengandungi hampir semua pigmen kloroplas yang sedia ada.

Fungsi kloroplas

Sudah tentu, fungsi utama mereka adalah untuk menukar tenaga cahaya kepada komponen organik. Sam fotosintesis berlaku dalam Grand Prix dengan penyertaan langsung klorofil. Ia menyerap tenaga cahaya matahari, memindahkannya ke tenaga elektron teruja. Yang kedua, mempunyai stok berlebihan, memberi lebihan tenaga yang digunakan untuk penguraian air dan sintesis ATP. Apabila air terbentuk oksigen pereputan dan hidrogen. Pertama, seperti yang kita telah disebutkan, ia adalah hasil sampingan dan dirembeskan ke dalam ruang sekeliling, dan hidrogen yang dikaitkan dengan protein tertentu, ferredoxin.

Dia sekali lagi teroksida dengan melepaskan ejen hidrogen mengurangkan, yang diringkaskan dalam biokimia NADP. Oleh itu, bentuk yang dikurangkan - NADP-H2. Ringkasnya, dalam proses fotosintesis diterbit berikut bahan-bahan: ATP, NADP-H2 dan hasil sampingan dalam bentuk oksigen.

peranan tenaga ATP

Yang terhasil ATP adalah amat penting, kerana adalah utama "bateri" tenaga yang pergi ke keperluan yang berbeza dari sel. NADP-H2 terdiri daripada reductant, hidrogen, dan sebatian ini mampu memberi mudah jika perlu. Ringkasnya, ia adalah kimia yang berkesan mengurangkan ejen adalah: dalam proses fotosintesis, terdapat satu set tindak balas bahawa tanpa ia tidak boleh berlaku.

Selanjutnya, dalam hal datang enzim kloroplas yang beroperasi dalam gelap dan gran adalah hidrogen ATP reductant dan tenaga kloroplas digunakan untuk memulakan sintesis beberapa bahan-bahan organik. Sejak fotosintesis berlaku di bawah keadaan pencahayaan yang baik, sebatian terkumpul digunakan untuk keperluan tumbuh-tumbuhan sendiri dalam gelap.

Anda boleh adil untuk mengatakan bahawa proses ini adalah dalam beberapa hal kelihatan mencurigakan seperti nafas. Apa yang membezakan dia dari fotosintesis? meja akan membantu anda memahami soalan ini.

port standard	fotosintesis	nafas
apabila terdapat	Hanya pada siang hari, apabila cahaya matahari	Pada bila-bila
di mana hasil	Sel yang mengandungi klorofil	Semua sel hidup
oksigen	peruntukan	pengambilan
CO2	pengambilan	peruntukan
bahan organik	Sintesis, belahan separa	membelah sahaja
tenaga	diserap	berdiri

Itulah apa yang berbeza dari bernafas fotosintesis. meja dengan jelas menunjukkan perbezaan utama mereka.

Beberapa "paradoks"

Kebanyakan tindak balas berikutnya berlaku di sana di stroma kloroplas. Jalan masa depan sebatian yang disintesis adalah berbeza. Sebagai contoh, gula ringkas serta-merta selepas organel berkumpul di dalam bahagian-bahagian lain sel dalam bentuk polisakarida, terutamanya - kanji. Dalam kloroplas ia berlaku pemendapan lemak dan pengumpulan awal prekursor mereka, yang kemudiannya output kepada sel-sel lain di kawasan itu.

Ia perlu difahami dengan jelas bahawa semua tindak balas sintesis memerlukan sejumlah besar tenaga. satunya sumber beliau masih fotosintesis yang sama. Ini adalah satu proses yang sering memerlukan tenaga yang begitu banyak bahawa ia mempunyai untuk mendapatkan dengan memusnahkan bahan-bahan yang terbentuk hasil sintesis sebelumnya! Oleh itu, sebahagian besar daripada tenaga yang diperolehi dalam kursus, dibelanjakan untuk menjalankan kejamakan tindak balas kimia di dalam sel tumbuhan.

Hanya peratusan tertentu daripada ia digunakan untuk mengarahkan pengeluaran bahan-bahan organik yang kilang mengambil untuk pertumbuhan mereka sendiri dan pembangunan apa-apa kelewatan dalam bentuk lemak atau karbohidrat.

sama ada kloroplas statik?

Adalah dipercayai bahawa organel sel, termasuk kloroplas (struktur dan fungsi yang Kami detail dicat) adalah hanya di satu tempat. Ini tidak begitu. Kloroplas boleh bergerak di sekitar sangkar. Oleh itu, dalam samar-samar cahaya mereka cenderung untuk menduduki kedudukan berhampiran sampingan yang paling diterangi sel, dalam keadaan sederhana kepada cahaya yang rendah boleh memilih beberapa kedudukan pertengahan, di mana ia adalah mungkin untuk "menangkap" cahaya matahari yang paling. Fenomena ini dipanggil "phototaxis".

Seperti mitokondria, kloroplas adalah organel agak autonomi. Mereka mempunyai ribosom mereka sendiri, mereka disintesis beberapa protein yang sangat khusus yang hanya digunakan oleh mereka. Bahkan ada kompleks enzim tertentu, yang dihasilkan pada lipid khas yang diperlukan untuk pembinaan membran lamela. Kita telah bercakap tentang asal-usul prokariot organel ini, tetapi ia perlu ditambah bahawa sebahagian ulama percaya keturunan kloroplas lama beberapa organisma parasit, yang mula-mula menjadi simbion, dan kemudian sepenuhnya menjadi sebahagian sel.

bermaksud kloroplas

Untuk tumbuh-tumbuhan, ia adalah jelas - sintesis tenaga dan bahan-bahan yang digunakan oleh sel-sel tumbuhan. Tetapi fotosintesis - satu proses yang menyediakan pengumpulan yang stabil bahan organik pada skala global. Karbon dioksida, air dan cahaya matahari kloroplas boleh mensintesis sejumlah besar sebatian makromolekul kompleks. Keupayaan ini adalah ciri-ciri hanya untuk mereka, dan lelaki itu adalah jauh daripada mengulangi proses ini dalam vitro.

Semua biomass di permukaan planet kita berhutang kewujudannya kepada ini organel kecil yang terdapat di kedalaman sel-sel tumbuhan. Tanpa mereka, tanpa proses yang berterusan mereka fotosintesis di Bumi tidak akan menjadi kehidupan dalam manifestasi kontemporari.

Kami berharap anda telah belajar dari artikel ini yang kloroplas dan apa peranan dalam badan tumbuhan.