Өсүмдүк дүйнөсү биздин планетанын негизги байлыктарынын бири. Жер бетиндеги флоранын урматында баарыбыз дем алып жаткан кычкылтек бар, бардык жандыктар көз каранды болгон зор азык базасы бар. Өсүмдүктөр органикалык эмес химиялык кошулмаларды органикалык заттарга айландырышы менен уникалдуу.
Алар муну фотосинтез аркылуу жасашат. Бул эң маанилүү процесс белгилүү өсүмдүк органеллдеринде, хлоропласттарда ишке ашат. Бул эң кичинекей элемент чындыгында планетадагы бардык тиричиликтин бар болушун камсыздайт. Айтмакчы, хлоропласт деген эмне?
Негизги аныктама
Көмүр кычкыл газын бириктирүүгө жана айрым углеводдордун пайда болушуна багытталган фотосинтез процесстери жүрүп жаткан спецификалык структуралардын аталышы. кошумча продукт кычкылтек болуп саналат. Бул узундугу 2-4 микрон, узундугу 5-10 микрон жетет, узун органеллдер. Жашыл балырлардын кээ бир түрлөрүнүн узундугу 50 микрон болгон гигант хлоропласттары болот!
Ошол эле балырлар болушу мүмкүндагы бир өзгөчөлүгү: бүт клетка үчүн бул түрдүн бир гана органелли бар. Жогорку өсүмдүктөрдүн клеткаларында көбүнчө 10-30 хлоропласт болот. Бирок, алардын учурда, өзгөчө өзгөчөлүктөр болушу мүмкүн. Ошентип, кадимки шагдын палисаддык кыртышында бир клеткада 1000 хлоропласт бар. Бул хлоропласттар эмне үчүн? Фотосинтез алардын негизги, бирок жалгыз ролунан алыс. Өсүмдүктөрдүн жашоосунда алардын маанисин так түшүнүү үчүн, алардын келип чыгышынын жана өнүгүшүнүн көптөгөн аспектилерин билүү маанилүү. Мунун баары макаланын калган бөлүгүндө сүрөттөлөт.
Хлоропласттын келип чыгышы
Ошентип, хлоропласт деген эмне экенин билдик. Бул органеллдер кайдан келген? Өсүмдүктөр көмүр кычкыл газы менен сууну татаал органикалык бирикмелерге айландырган уникалдуу аппаратты кантип ойлоп тапкан?
Учурда илимпоздор арасында бул органеллдердин эндосимбиоздук келип чыгышы жөнүндөгү көз караш үстөмдүк кылууда, анткени алардын өсүмдүк клеткаларында өз алдынча болушу күмөндүү. Эңилчек балырлар менен кычыткылардын симбиозу экени белгилүү. Бир клеткалуу балырлар козу карын клеткасынын ичинде жашашат. Азыр илимпоздор байыркы убакта фотосинтездик цианобактериялар өсүмдүк клеткаларына кирип, андан кийин жарым-жартылай "көз карандысыздыгын жоготуп, геномдун көпчүлүк бөлүгүн ядрого өткөрүп беришкен" деп болжолдошууда.
Бирок жаңы органоид өзүнүн негизги өзгөчөлүгүн толугу менен сактап калды. Бул жөн гана фотосинтез процесси жөнүндө. Бирок, бул процессти ишке ашыруу үчүн зарыл болгон аппараттын өзү астында түзүлөтклетканын ядросун да, хлоропласттын өзүн да башкаруу. Ошентип, бул органеллдердин бөлүнүшү жана генетикалык маалыматтын ДНКга киргизилиши менен байланышкан башка процесстер ядро тарабынан башкарылат.
Далил
Салыштырмалуу жакында эле бул элементтердин прокариоттук келип чыгышы жөнүндөгү гипотеза илимий чөйрөдө анча популярдуу болгон эмес, көпчүлүк аны «ышкыбоздордун ойлоп табуулары» деп эсептешкен. Бирок хлоропласттардын ДНКсындагы нуклеотиддердин ырааттуулугун терең анализдегенден кийин бул божомол эң сонун тастыкталды. Бул түзүмдөр бактериялык клеткалардын ДНКсына өтө окшош, атүгүл тиешелүү экени белгилүү болду. Ошентип, ушундай ырааттуулук эркин жашаган цианобактерияларда табылган. Атап айтканда, АТФ-синтездөөчү комплекстин гендери, ошондой эле транскрипция жана которуу "машиналарындагы" өтө окшош болуп чыкты.
ДНКдан генетикалык маалыматты окуунун башталышын аныктоочу промоутерлор, ошондой эле анын бүтүшүнө жооптуу болгон терминалдык нуклеотиддик тизмектер да бактериялардын элеси жана окшоштугунда уюшулган. Албетте, миллиарддаган жылдык эволюциялык трансформациялар хлоропластта көптөгөн өзгөрүүлөрдү жасай алган, бирок хлоропласт гендериндеги тизмектер такыр эле өзгөргөн. Бул хлоропласттардын бир кезде прокариоттук ата-бабасы болгондугунун эч талашсыз, толук далили. Бул заманбап цианобактериялар да эволюциялашкан организм болушу мүмкүн.
Пропласиддерден хлоропласттын өнүгүшү
"Бойго жеткен" органоид пропластиддерден өнүгөт. Бул кичинекей, толугу менен түссүзтуурасы бир нече микрон болгон органелл. Ал хлоропластка мүнөздүү тегерек ДНКны камтыган жыш эки катмарлуу мембрана менен курчалган. Органеллдердин бул «аталары» ички мембраналык системага ээ эмес. Өтө кичинекей өлчөмүнөн улам, аларды изилдөө өтө кыйын, ошондуктан алардын өнүгүүсү боюнча маалыматтар өтө аз.
Бул протопласиддердин бир нечеси жаныбарлардын жана өсүмдүктөрдүн ар бир жумуртка клеткасынын ядросунда бар экендиги белгилүү. Эмбриондун өнүгүү процессинде алар бөлүнүп, башка клеткаларга өтөт. Муну текшерүү оңой: пластиддер менен кандайдыр бир түрдө байланышкан генетикалык белгилер энелик линия аркылуу гана жугат.
Протопластиддин ички мембранасы өнүгүү учурунда органоидге чыгып турат. Бул структуралардан органоиддин стромасынын гранулаларынын жана ламеллаларынын пайда болушуна жооптуу тилакоиддик мембраналар өсөт. Толук караңгылыкта протопастид хлоропласттын прекурсоруна (этиопласт) айлана баштайт. Бул баштапкы органоид анын ичинде бир кыйла татаал кристаллдык структура жайгашкандыгы менен мүнөздөлөт. Өсүмдүктүн жалбырагына жарык тийээри менен ал толугу менен жок болот. Андан кийин хлоропласттын тилакоиддер жана ламеллалардан түзүлүүчү "салттуу" ички түзүлүшү пайда болот.
Крахмал сактагычтардагы айырмачылыктар
Ар бир меристемалык клеткада бул пропластиддердин бир нечеси бар (алардын саны өсүмдүктүн түрүнө жана башка факторлорго жараша өзгөрөт). Бул негизги кыртыш жалбыракка айлана баштаганда, прекурсор органеллдер хлоропласттарга айланат. Ошентип,өсүп бүткөн жаш буудай жалбырактарында 100-150 даана хлоропласт бар. Крахмал топтой алган өсүмдүктөр үчүн иштер бир аз татаалыраак.
Алар бул углеводду амилопласт деп аталган пластиддерде сакташат. Бирок бул органеллдердин биздин макаланын темасына кандай тиешеси бар? Анткени, картөшкө түйүндөрү фотосинтезге катышпайт! Бул маселени кененирээк түшүндүрүп берейин.
Биз хлоропласт деген эмне экенин билип, бул органоиддин прокариоттук организмдердин структуралары менен байланышын ачып бердик. Бул жерде да абал окшош: окумуштуулар хлоропласт сыяктуу амилопласттардын курамында так эле ДНК бар экенин жана дал ошол протопласиддерден пайда болоорун көптөн бери аныкташкан. Ошондуктан, аларды бир өңүттө кароо керек. Чынында, амилопласттарды хлоропласттын өзгөчө бир түрү катары кароо керек.
Амилопласттар кантип пайда болот?
Протопласиддер менен сөңгөк клеткалардын окшоштугун көрсөтсө болот. Жөнөкөй сөз менен айтканда, амилопласттар кайсы бир убакта бир аз башкача жол менен өнүгүп баштайт. Илимпоздор, бирок, бир кызык нерсени үйрөнүштү: алар амилопластарга (жана тескерисинче) картошка жалбырактарынан хлоропласттардын өз ара өзгөрүшүнө жетишүүгө жетишти. Ар бир мектеп окуучусуна белгилүү болгон канондук мисал, жарыкта картошканын түптөрү жашыл болуп калат.
Бул органеллдердин дифференциялануу жолдору жөнүндө башка маалыматтар
Биз помидордун, алманын жана кээ бир башка өсүмдүктөрдүн жемиштерин бышууда (жана күзүндө дарактардын, чөптөрдүн жана бадалдардын жалбырактарында)өсүмдүк клеткасындагы хлоропласттардын хромопласттарга айланышы "деградация". Бул органеллдердин курамында боечу пигменттер, каротиноиддер бар.
Бул трансформация белгилүү бир шарттарда тилакоиддердин толук бузулушу менен шартталган, андан кийин органелл башка ички уюмга ээ болот. Бул жерде биз макаланын эң башында талкуулап баштаган маселеге кайрадан кайрылабыз: ядронун хлоропласттардын өнүгүшүнө тийгизген таасири. Дал ошол клеткалардын цитоплазмасында синтезделген атайын белоктор аркылуу органоидди реструктуризациялоо процесси башталат.
Хлоропласттын түзүлүшү
Хлоропласттардын келип чыгышы жана өнүгүшү жөнүндө сөз кылгандан кийин, алардын түзүлүшүнө кененирээк токтоло кетели. Анын үстүнө, бул абдан кызыктуу жана өзүнчө талкууга татыктуу.
Хлоропласттардын негизги түзүлүшү ички жана тышкы эки липопротеиндик мембранадан турат. Ар биринин калыңдыгы болжол менен 7 нм, алардын ортосундагы аралык 20-30 нм. Башка пластиддер сыяктуу эле, ички катмар органоидге чыгып турган өзгөчө түзүлүштөрдү түзөт. Жетилген хлоропласттарда бир эле учурда мындай «бурмалуу» мембраналардын эки түрү бар. Биринчиси стромалык ламеллаларды, экинчиси тилакоиддик мембраналарды түзөт.
Ламелла жана тилакоиддер
Белгилей кетчү нерсе, хлоропласт мембранасы органоиддин ичинде жайгашкан окшош түзүлүштөр менен ачык байланышы бар. Чындыгында анын кээ бир бүктөлүштөрү бир дубалдан экинчи дубалга (митохондриялардагыдай) созула алат. Ошентип, ламеллалар "баштыктын" түрүн же бутактуу түзө алаттармак. Бирок, көбүнчө бул структуралар бири-бирине параллель жайгашкан жана эч кандай байланышта эмес.
Хлоропласттын ичинде мембраналык тилакоиддер да бар экенин унутпаңыз. Булар стекке тизилген жабык "баштыктар". Мурдагыдай эле көңдөйдүн эки дубалынын ортосунда 20-30 нм аралык бар. Бул «баштыктардын» мамычалары дан деп аталат. Ар бир тилкеде 50 тилакоидге чейин болушу мүмкүн, кээ бир учурларда андан да көп болот. Мындай стектердин жалпы "өлчөмдөрү" 0,5 микронго жетиши мүмкүн болгондуктан, аларды кээде кадимки жарык микроскобу менен аныктоого болот.
Жогорку өсүмдүктөрдүн хлоропласттарында камтылган дандардын жалпы саны 40-60ка чейин жетиши мүмкүн. Ар бир тилакоид бири-бирине ушунчалык бекем жабышкандыктан, алардын сырткы кабыкчалары бир тегиздикти түзөт. түйүнүндөгү катмардын калыңдыгы 2 нм чейин болушу мүмкүн. Кошуна тилакоиддер жана ламеллалардан пайда болгон мындай структуралар сейрек эмес экенин белгилей кетүү керек.
Алардын тийген жерлеринде кээде бирдей 2 нмге жеткен катмар да болот. Ошентип, хлоропласттар (түзүлүшү жана функциялары өтө татаал) бир монолиттүү түзүлүш эмес, кандайдыр бир «мамлекеттин ичиндеги абал» болуп саналат. Кээ бир аспектилерде бул органеллдердин түзүлүшү бүт клеткалык түзүлүштөн кем эмес татаал!
Граналар ламеллалардын жардамы менен бири-бири менен так байланышкан. Бирок стектерди түзгөн тилакоиддердин көңдөйлөрү дайыма жабык жана мембраналар аралык эч кандай байланышта болбойт.космос. Көрүнүп тургандай, хлоропласттардын түзүлүшү өтө татаал.
Хлоропласттарда кандай пигменттерди табууга болот?
Ар бир хлоропласттын стромасында эмне болушу мүмкүн? Жеке ДНК молекулалары жана көптөгөн рибосомалар бар. Амилопласттарда крахмал дандары стромада топтолот. Демек, хромопласттарда түс берүүчү пигменттери бар. Албетте, ар кандай хлоропласт пигменттери бар, бирок эң кеңири таралганы хлорофилл. Ал бир эле учурда бир нече түргө бөлүнөт:
- А тобу (көк-жашыл). Ал 70% учурларда кездешет, бардык жогорку өсүмдүктөрдүн жана балырлардын хлоропласттарында камтылган.
- Б тобу (сары-жашыл). Калган 30% өсүмдүктөрдүн жана балырлардын жогорку түрлөрүнөн да кездешет.
- C, D жана E топтору сейрек кездешет. Төмөнкү балырлардын жана өсүмдүктөрдүн кээ бир түрлөрүнүн хлоропласттарында кездешет.
Кызыл жана күрөң балырлардын хлоропласттарында такыр башка түрдөгү органикалык боёктордун болушу сейрек эмес. Кээ бир балырлар негизинен бардык хлоропласт пигменттерин камтыйт.
Хлоропласт функциялары
Албетте, алардын негизги милдети жарык энергиясын органикалык компоненттерге айландыруу. Фотосинтездин өзү хлорофиллдин түздөн-түз катышуусу менен дандарда болот. Ал күн нурунун энергиясын өзүнө сиңирип, аны дүүлүккөн электрондордун энергиясына айландырат. Акыркысы, өзүнүн ашыкча запасына ээ болуп, ашыкча энергияны бөлүп чыгарат, ал суунун ажыроосу жана АТФ синтези үчүн колдонулат. Суу бузулганда кычкылтек жана суутек пайда болот. Биринчиси, биз жогоруда жазгандай, кошумча продукт болуп саналат жана аны курчап турган мейкиндикке чыгарылат, ал эми суутек атайын белок ферредоксин менен байланышат.
Ал кайрадан кычкылданат, суутекти калыбына келтирүүчү агентке өткөрүп берет, ал биохимияда NADP деп кыскартылган. Демек, анын кыскартылган түрү NADP-H2 болуп саналат. Жөнөкөй сөз менен айтканда, фотосинтез төмөнкү заттарды чыгарат: ATP, NADP-H2 жана кычкылтек түрүндөгү кошумча продукт.
АТФнын энергетикалык ролу
Түзүлгөн АТФ өтө маанилүү, анткени ал клетканын ар кандай муктаждыктарына кетүүчү энергиянын негизги «аккумулятору» болуп саналат. NADP-H2 калыбына келтирүүчү агент, суутек камтыйт жана бул кошулма керек болсо, аны оңой эле бере алат. Жөнөкөй сөз менен айтканда, бул эффективдүү химиялык калыбына келтирүүчү агент: фотосинтез процессинде ансыз жүрүүгө мүмкүн болбогон көптөгөн реакциялар жүрөт.
Андан кийин караңгыда жана грандын сыртында аракеттенүүчү хлоропласт ферменттери ишке кирет: калыбына келтирүүчү заттан алынган суутек жана АТФ энергиясы хлоропласт тарабынан бир катар органикалык заттардын синтезин баштоо үчүн колдонулат.. Фотосинтез жакшы жарыктандыруу шартында жүргөндүктөн, топтолгон кошулмалар күндүн караңгы убагында өсүмдүктөрдүн муктаждыктары үчүн колдонулат.
Бул процесс кээ бир аспектилери боюнча дем алууга шектүү окшош экенин туура байкасаңыз болот. Фотосинтез андан эмнеси менен айырмаланат? Таблица бул маселени түшүнүүгө жардам берет.
| Салыштыруулар | Фотосинтез | Дем алуу |
| Бул качан болот | Күндүз гана, күн нурунда | Каалаган убакта |
| Ал агып жаткан жерден | Хлорофилл камтыган клеткалар | Бардык тирүү клеткалар |
| Кычкылтек | Бөлүү | Сирүү |
| CO2 | Сирүү | Бөлүү |
| Органикалык зат | Синтез, жарым-жартылай бөлүнүү | Бөлүү гана |
| Энергия | Жутту | Белгиленген |
Фотосинтез дем алуудан ушунусу менен айырмаланат. Таблицада алардын негизги айырмачылыктары так көрсөтүлгөн.
Кээ бир "парадокс"
Кийинки реакциялардын көбү ошол жерде, хлоропласттын стромасында болот. Синтезделген заттардын андан аркы жолу башка. Ошентип, жөнөкөй канттар дароо органоиддин чегинен чыгып, клетканын башка бөлүктөрүндө полисахариддер, биринчи кезекте крахмал түрүндө чогулат. Хлоропласттарда майлардын чөгүшү да, алардын прекурсорлорунун алдын ала топтолушу да ишке ашат, алар андан кийин клетканын башка аймактарына бөлүнүп чыгат.
Бардык синтез реакциялары эбегейсиз чоң энергияны талап кыларын так түшүнүү керек. Анын жалгыз булагы – ошол эле фотосинтез. Бул көп учурда ушунчалык көп энергияны талап кылган процесс, аны алуу керек,бурынгы синтез нэтижесжде пайда болган заттарды жок етуд! Ошентип, анын жүрүшүндө алынган энергиянын көбү өсүмдүк клеткасынын ичинде көптөгөн химиялык реакцияларды жүргүзүүгө жумшалат.
Анын бир бөлүгү гана өсүмдүк өзүнүн өсүшү жана өнүгүшү үчүн алган органикалык заттарды же майлар же углеводдор түрүндөгү депозиттерди түз алуу үчүн колдонулат.
Хлоропласттар статикалыкбы?
Клеткалык органеллдер, анын ичинде хлоропласттар (түзүлүшү жана функциялары биз майда-чүйдөсүнө чейин баяндалган) бир жерде так жайгашканы жалпы кабыл алынган. Бул андай эмес. Хлоропласттар клетканын айланасында кыймылдай алат. Ошентип, аз жарыкта, алар клетканын эң жарыктанган тарабына жакын позицияны ээлешет, орточо жана аз жарык шарттарында, алар эң көп күн нурун "кармап" алган кээ бир ортолук позицияларды тандай алышат. Бул көрүнүш "фототаксис" деп аталат.
Митохондриялар сыяктуу хлоропласттар да кыйла автономдуу органеллдер. Алардын өздөрүнүн рибосомалары бар, алар өздөрү гана колдонгон бир катар өзгөчө спецификалык белокторду синтездейт. Атүгүл спецификалык фермент комплекстери бар, алардын иштеши учурунда атайын липиддер пайда болот, алар ламелла кабыктарын куруу үчүн зарыл. Бул органеллдердин прокариоттук келип чыгышы жөнүндө биз буга чейин сөз кылганбыз, бирок кошумчалай кете турган нерсе, хлоропласттарды кээ бир мите организмдердин адегенде симбионт болуп, андан кийин толугу менен болгон байыркы урпактары деп эсептешет.клетканын ажырагыс бөлүгү болуп калды.
Хлоропласттардын мааниси
Өсүмдүктөр үчүн бул айдан ачык – бул өсүмдүк клеткалары колдонгон энергиянын жана заттардын синтези. Бирок фотосинтез органикалык заттардын планетардык масштабда тынымсыз топтолушун камсыз кылган процесс. Көмүр кычкыл газынан, суудан жана күн нурунан хлоропласттар өтө көп сандагы татаал жогорку молекулалуу бирикмелерди синтездей алат. Бул жөндөм аларга гана мүнөздүү жана адам бул процессти жасалма шарттарда кайталоодон азырынча алыс.
Биздин планетанын бетиндеги бардык биомассалар өсүмдүк клеткаларынын тереңдигинде жайгашкан ушул эң кичинекей органеллдерге милдеттүү. Аларсыз, алар жүргүзгөн фотосинтез процесси болбосо, Жерде анын заманбап көрүнүштөрүндө эч кандай жашоо болмок эмес.
Бул макаладан хлоропласт деген эмне экенин жана анын өсүмдүк организминдеги ролу кандай экенин билдиңиз деп үмүттөнөбүз.
