Vad är kloroplasten? Kloroplaster: struktur och funktion

Floran - en av de viktigaste resurserna på vår planet. Det är tack vare floran i världen finns det syre som vi andas, maten har en enorm databas som allt liv är beroende av. Växter är unika genom att de kan konvertera oorganiska kemiska föreningar till organiska ämnen.

De gör detta med hjälp av fotosyntesen. Denna viktiga process sker i specifika växtorganeller, kloroplaster. Den minsta elementet faktiskt säkerställer förekomsten av allt liv på planeten. Förresten, vad är en kloroplast?

Den grundläggande definitionen av

Så kallad specifik struktur, i vilken det finns processer av fotosyntes, som syftar till att binda koldioxid och bildning av vissa kolhydrater. Biprodukten är syre. Denna långsträckta organeller i längd och nådde 2-4 mm i bredd, deras längd kommer till 5.10 mikron. I vissa arter av grönalger ibland finns kloroplaster jättar förlängas med 50 mm!

Dessa alger kan också vara en annan funktion: hela cellen har de bara en organell denna art. I cellerna i högre växter har vanligtvis mellan 10-30 kloroplaster. Men i deras fall kan möta ljusa undantag. Således, i palissad vävnads konventionell tobak har 1.000 kloroplaster per cell. Vilka är kloroplaster? Fotosyntes - det är deras huvudsakliga, men inte den enda roll. För att tydligt förstå deras betydelse i livet av anläggningen, är det viktigt att känna till många aspekter av deras ursprung och utveckling. Allt detta beskrivs vidare i den här artikeln.

Ursprunget till kloroplasten

Så, vad är kloroplasten, lärde vi. Och hur dessa organeller inträffat? Hur är det att växter framträdde som en unik anordning som omvandlar koldioxid och vatten i komplexa organiska föreningar?

För närvarande, bland forskarna rådande syn på endosymbiotiska ursprunget till dessa organeller, eftersom deras oberoende förekomst i växtceller är ganska tveksamt. Väl medveten om att lavar - en symbios av alger och svampar. Encelliga alger samtidigt bor i svampceller. Nu forskare tror att i forna tider foto cyanobakterier infiltreras i växtceller, och sedan förlorat en del av "oberoende", att överföra det mesta av genomet i kärnan.

Men dess huvudsakliga funktion är en ny organell behålls i sin helhet. Det är bara om processen för fotosyntesen. Dock anordningen behövs för att utföra denna process, bildas den under kontroll av både i cellkärnan och kloroplasten själv. Således är fördelningen av dessa organeller, och andra processer associerade med genomförandet av den genetiska informationen i DNA kontrolleras av kärnan.

bevis

Relativt nyligen har hypotesen om en prokaryot ursprung av dessa element inte varit alltför populär i det vetenskapliga samfundet, många såg det som "Fabrications amatörer." Men efter en djupgående analys av nukleotidsekvenserna i DNA av kloroplaster, detta antagande var lysande bekräftelse hölls. Det visade sig att dessa strukturer är mycket lika, även nära besläktade DNA av bakterieceller. Således var en liknande sekvens som finns i fritt levande cyanobakterier. I synnerhet, visade de sig vara extremt liknande gener ATP-syntetiserande komplex, såväl som i "apparater" av transkription och translation.

Promotorer som definierar början av läsningen av genetisk information från DNA och terminala nukleotidsekvenser som är ansvariga för dess upphörande, är organiserat i den bild av den bakteriella. Naturligtvis miljarder år av evolutionära transformationer kunde göra många förändringar till kloroplasten, men sekvensen i kloroplast gener förblev helt oförändrad. Och det är - den obestridliga full bevisning som kloroplaster och i själva verket en gång hade en prokaryotisk förfader. Kanske var det i kroppen, vilket också skedde modern cyanobakterier.

Kloroplast utveckling av proplastids

"Vuxna" organell utvecklas från proplastids. Detta är en liten, helt färglös organell, har endast ett fåtal mikrometer i diameter. Den är omgiven av en tät två-skiktsmembran, som innehåller en ring av DNA-specifikt till kloroplasten. Inre membransystem dessa "förfäder" inte har organeller. På grund av den extremt lilla storleken på deras studie är mycket svårt, men eftersom data om deras utveckling är extremt låg.

Det är känt att det finns flera sådana protoplastid i kärnan av djur och växter i varje ägg. Under fosterutvecklingen, de delas och överföras till andra celler. Det är lätt att kontrollera: de genetiska egenskaper som på något sätt är kopplade med plastider överförs endast genom moderns linjen.

Det inre membranet protoplastidy under utvecklingen skjuter in i organell. Av dessa strukturer växer tylakoid membran, vilka är ansvariga för bildningen av Grand Prix och lamellerna av stroma organell. I fullständigt mörker protopastida börjar att omvandlas till en prekursor för kloroplasten (etioplast). Denna primära organoid kännetecknad av att inom det är ganska komplicerat kristallstruktur. Väl på blad av en växt blir lätt, det är helt förstörd. Därefter, bildandet av den "traditionella" interna strukturen i kloroplasten, som är utformad som tids tylakoider och lameller.

Skillnader växter Butiks stärkelse

Varje cell innehåller flera meristemalnoy sådana proplastids (deras antal varierar beroende på växtarten och andra faktorer). När denna primära vävnad börjar att omvandlas till ett ark, är organeller prekursorer omvandlas till kloroplaster. Så har avslutat sin tillväxt, unga vete blad har kloroplaster i mängden 100-150 enheter. Något mer komplicerat är fallet när det gäller de växter som kan stärkelseansamling.

De ackumulerade lager av kolhydrater i plastider, som kallas amyloplaster. Men hur dessa organeller är ämnet för den här artikeln? Efter potatisknölar inte är involverade i fotosyntesen! Låt mig förklara detta mer i detalj.

Vi fann att en kloroplast övrigt avslöja sambandet mellan denna organell med strukturer prokaryota organismer. Här är situationen likartad: forskare har länge funnit att amyloplaster som kloroplaster innehåller exakt samma DNA, och bildas av exakt samma protoplastid. Därför bör de betraktas i samma aspekt. Amyloplasterna faktum bör betraktas som en speciell typ av kloroplast.

Bildade amyloplaster?

Du kan rita en analogi mellan protoplastidami och stamceller. Enkelt uttryckt, amyloplaster någon gång börjar utvecklas på ett något annorlunda sätt. Forskare har dock lärt sig något intressant: de lyckats uppnå ömsesidig konvertering av kloroplaster av potatis löv amyloplaster (och vice versa). Canonicityen exempel kända för varje skolbarn - potatisknölar till ljusgrön.

Övrig information om vägar differentiering av dessa organeller

Vi vet att under mognaden av tomatfrukter, äpplen och några andra växter (och i bladen av träd, örter och buskar i höst) är processen att "nedbrytning" när kloroplaster i växtceller omvandlas till kromoplaster. Dessa organeller innehåller i sin sammansättning av pigment, karotenoider.

Omvandlingen är relaterad till det faktum att under vissa förutsättningar finns det en fullständig förstörelse av tylakoider, och sedan får en annan organell interna organisation. Det är här som vi kommer tillbaka till den fråga som började diskutera i början av artikeln: påverkan av kärnan för utveckling av kloroplaster. Dvs genom att speciella proteiner som syntetiseras i cytoplasman i celler, initierar organell anpassningsprocess.

Strukturen av kloroplast

Efter att ha talat om ursprung och utveckling av kloroplaster, bör utveckla sin struktur. Ju mer så eftersom det är mycket intressant och förtjänar en separat diskussion.

Grundläggande kloroplast struktur består av två lipoprotein membran, inre och yttre. Tjockleken hos varje är omkring 7 nm, varvid avståndet mellan dem - 20-30 nm. Som i fallet med andra plastidgener inre skiktet bildar en speciell struktur, skjuter ut inåt organell. På mogna kloroplaster där bara två typer av "vridning" membran. Den första formen av lamellerna av stroman, den andra - den tylakoid membranet.

Lameller och tylakoider

Det bör noteras att det finns en tydlig koppling som har en kloroplast membran med liknande formationer inuti organell. Det faktum att vissa av dess veck kan sträcka sig från den ena väggen till den andra (som i mitokondrier). Så lameller kan bilda en slags "bag" eller en förgrenad kedja. Dock de flesta av dessa strukturer är anordnade parallellt med varandra och är inte relaterade till varandra.

Glöm inte att det fortfarande finns inne i kloroplasten membranet och tylakoider. Det är stängt "påsar" som är ordnade i en trave. Som i det föregående fallet, mellan de två väggarna hos kaviteten har en längd av 20-30 nm. Staplarna av "påsar" kallas ett ansikte. Varje kolumn kan vara upp till 50 tylakoider, och i vissa fall finns det ännu mer. Eftersom den gemensamma "storleken" av sådana pålar kan nå 0,5 m, kan de ibland detekteras genom vanlig Ijusmikroskopi.

Det totala antal ansikten som återfinns i kloroplaster av högre växter, kan vara upp till 40-60. Varje tylakoid så hårt till en annan att deras yttre membran bildar ett enda plan. Skikttjockleken vid fogen kan vara upp till 2 nm. Notera att liknande strukturer, vilka är bildade intill varandra och tylakoider lameller, ganska ovanligt.

I kontaktställena som ett skikt, ibland nå samma 2 nm. Sålunda, kloroplaster (struktur och funktion är mycket svårt) är inte en enda monolitisk struktur, ett slags "stat i staten'. I vissa avseenden är strukturen av dessa organeller inte mindre svårt än hela cellstrukturen!

Grana är sammankopplade med hjälp av lamellen. Men hålighet tylakoider, som bildar en stapel, alltid stängd och inte kommunicera med intermembrane utrymme. Som ni ser är det kloroplast strukturen ganska komplicerat.

Vilka är de pigment kan ingå i kloroplaster?

Det kan finnas i kloroplasten stroma av varje? Det finns separata DNA-molekyler och många ribosomer. I amyloplaster avsätts i stroma av stärkelsekornen. I enlighet därmed, kromoplaster det finns pigment. Naturligtvis finns det olika pigment av kloroplasterna, men det vanligaste är klorofyll. Han omedelbart delas in i olika typer:

• Grupp A (blå-grön). Den förekommer i 70% av fallen finns i kloroplasterna av högre växter och alger.
• Grupp B (gul-grön). De återstående 30% finns också i högre växter och algarter.
• Grupper C, D och E är mer sällsynta. Den finns i kloroplasterna av vissa arter av lägre växter och alger.

I röda och bruna alger i kloroplaster är inte så sällan kan vara mycket olika typer av organiska färgämnen. Vissa alger innehåller också i allmänhet nästan alla befintliga pigment kloroplaster.

Funktionerna för kloroplaster

Naturligtvis är deras huvudsakliga funktion att omvandla ljusenergi till organiska komponenter. Sam fotosyntes sker i Grand Prix med direkt deltagande av klorofyll. Det absorberar solljus energi, överföra den till energi av exciterade elektroner. Den senare, som har sin överlager, ger energiöverskott som används för vattensönderdelning och syntes av ATP. När vatten bildas sönderfall syre och väte. Först, som vi redan har nämnt, är det en biprodukt och utsöndras i det omgivande utrymmet, och vätet är associerat med ett särskilt protein, ferredoxin.

Han oxiderade igen genom att passera väte reduktionsmedel, vilket förkortas i biokemi NADP. Följaktligen, dess reducerade form - NADP-H2. Enkelt uttryckt, i processen för fotosyntesen är släppt följande substanser: ATP, NADP-H2 och en biprodukt i form av syre.

Energi roll ATP

Den resulterande ATP är oerhört viktigt, liksom det viktigaste "batteri" av energi som går till de olika behoven hos cellen. NADP-H2 innefattar reduktanten, väte och denna förening är i stånd att lätt ge den om nödvändigt. Enkelt uttryckt är det ett effektivt kemiskt reduktionsmedel är: i fotosyntes, det finns ett antal reaktioner som utan det kan helt enkelt inte förekomma.

Vidare, i fallet komma kloroplast enzymer som fungerar i mörker och gran är väte av reduktionsmedel och energi kloroplast ATP används för att starta syntesen av ett antal organiska substanser. Eftersom fotosyntesen sker under goda ljusförhållanden, är de ackumulerade föreningar som används för behoven av växterna själva i mörkret.

Du kan säga att denna process är i vissa avseenden ser misstänkt likt ett andetag. Det som skiljer honom från fotosyntes? Tabellen kommer att hjälpa dig att förstå denna fråga.

standardport	fotosyntes	andedräkt
när det	Endast under dagen, när solen	När som helst
där vinning	Celler innehållande klorofyll	Alla levande celler
syre	fördelning	upptag
CO2	upptag	fördelning
organiska ämnen	Syntes, partiell klyvning	endast klyvning
energi	absorberas	montrar

Det är det som är annorlunda från att andas fotosyntes. Tabellen visar tydligt deras stora skillnader.

Några av de "paradoxer"

Huvuddelen av den efterföljande reaktionen sker direkt i kloroplasten stroma. Den framtida banan för de syntetiserade föreningarna är olika. Till exempel, enkla sockerarter omedelbart bortom organeller ackumuleras i andra delar av cellen i form av polysackarider, främst - stärkelse. I kloroplaster den uppträder som avsättningen av fett och en preliminär ackumulering deras prekursorer, vilka sedan matas ut till andra celler i området.

Det bör stå klart att alla syntesreaktioner kräver enorma mängder energi. Hennes enda källan är fortfarande samma fotosyntesen. Detta är en process som ofta kräver så mycket energi att det måste komma genom att förstöra de ämnen som bildas som ett resultat av den tidigare syntes! Sålunda, det mesta av energin som erhålls i sin kurs, spenderas på att genomföra ett flertal kemiska reaktioner inuti växtcellen.

Endast en viss procent av den används för att styra produktionen av de organiska ämnen som anläggningen tar för sin egen tillväxt och utveckling av eventuella förseningar i form av fett eller kolhydrater.

om kloroplaster är statiska?

Det förmodas att de cellulära organeller, inklusive kloroplaster (struktur och funktion som vi detalj målade) är strikt på ett ställe. Det är inte så. Kloroplaster kan flytta runt buren. Således, i det svaga ljuset de tenderar att inta en position nära de belysta sidan av cellen, under betingelser med måttlig till lågt ljus kan välja några mellanliggande läge, vid vilken det är möjligt att "fånga" den mest solljus. Detta fenomen kallas "phototaxis".

Liksom mitokondrier, kloroplaster är ganska självständiga organeller. De har sina egna ribosomer, syntetiserade de ett antal mycket specifika proteiner som endast används av dem. Det finns även en specifik enzymkomplex, som produceras vid de särskilda lipider krävs för konstruktion av lamellära membran. Vi har redan talat om den prokaryota ursprunget till dessa organeller, men det bör tilläggas att en del forskare tror kloroplasterna longtime ättlingar till vissa parasitorganismer, som först blev symbionter, och sedan blir helt en integrerad del av cellen.

Betydelse kloroplaster

För växter, är det uppenbart - en syntes av energi och material, som används av växtceller. Men fotosyntes - en process som ger en jämn ansamling av organiskt material på en global skala. Av koldioxid, kan vatten och solljus kloroplaster syntetisera ett stort antal komplexa makromolekylära föreningar. Denna förmåga är karaktäristisk endast för dem, och mannen är långt från att upprepa denna process in vitro.

All biomassa på ytan av vår planet existerar tack vare detta minsta organeller som finns i djupet av växtcellerna. Utan dem, utan deras pågående fotosyntes på jorden inte skulle vara ett liv i sina samtida manifestationer.

Vi hoppas att du har lärt oss av den här artikeln som kloroplasten är och vad är dess roll i anläggningen kroppen.