Една от основните разлики между растителните и животинските клетки е наличието в цитоплазмата на първите органели като пластиди. Структурата, особеностите на техните жизнени процеси, както и значението на хлоропластите, хромопластите и левкопластите ще бъдат разгледани в тази статия.
Хлоропластна структура
Зелените пластиди, чиято структура сега ще изучаваме, принадлежат към задължителните органели на клетките на висшите спорови и семенни растения. Те са двумембранни клетъчни органели и имат овална форма. Техният брой в цитоплазмата може да бъде различен. Например, клетките на колонния паренхим на листата на тютюна съдържат до хиляда хлоропласти, в стъблата на растенията от семейство зърнени от 30 до 50.
И двете мембрани, които съставляват органоида, имат различна структура: външната е гладка, трислойна, подобна на мембраната на самата растителна клетка. Вътрешната съдържа много гънки, наречени ламели. В съседство с тях са плоски торбички - тилакоиди. Ламелите образуват мрежа отуспоредни тубули. Между ламелите има тилакоидни тела. Те се събират в купчини - зърна, които могат да се свързват едно с друго. Броят им в един хлоропласт е 60-150. Цялата вътрешна кухина на хлоропласта е запълнена с матрица.
Органелата има признаци на автономия: собствен наследствен материал - кръгова ДНК, благодарение на която хлоропластите могат да се размножават. Има и затворена външна мембрана, която ограничава органелата от процесите, протичащи в цитоплазмата на клетката. Хлоропластите имат свои собствени рибозоми, i-RNA и t-RNA молекули, което означава, че са способни на протеинов синтез.
Тилакоидни функции
Както споменахме по-рано, пластидите на растителните клетки - хлоропластите - съдържат специални сплескани торбички, наречени тилакоиди. В тях са открити пигменти - хлорофили (участващи във фотосинтезата) и каротеноиди (изпълняващи поддържащи и трофични функции). Съществува и ензимна система, която осигурява реакциите на светлата и тъмната фаза на фотосинтезата. Тилакоидите действат като антени: фокусират светлинни кванти и ги насочват към молекулите на хлорофила.
Фотосинтезата е основният процес на хлоропластите
Автотрофните клетки са способни самостоятелно да синтезират органични вещества, по-специално глюкоза, използвайки въглероден диоксид и светлинна енергия. Зелените пластиди, чиито функции в момента изучаваме, са неразделна част от фототрофите - многоклетъчни организми като:
- по-високи спорови растения (мъхове, хвощ, клубни мъхове,папрати);
- семена (гимносеменни растения - ginga, иглолистни дървета, ефедра и покритосеменни растения или цъфтящи растения).
Фотосинтезата е система от окислително-редукционни реакции, които се основават на процеса на пренос на електрони от донорни вещества към съединения, които ги "приемат", така наречените акцептори.
Тези реакции водят до синтеза на органични вещества, по-специално глюкоза, и освобождаването на молекулен кислород. Светлинната фаза на фотосинтезата протича върху тилакоидните мембрани под действието на светлинна енергия. Погълнатите светлинни кванти възбуждат електроните на магнезиевите атоми, които изграждат зеления пигмент - хлорофил.
Енергията на електроните се използва за синтеза на енергоемки вещества: ATP и NADP-H2. Те се разцепват от клетката за реакции на тъмна фаза, протичащи в хлоропластната матрица. Комбинацията от тези синтетични реакции води до образуването на молекули глюкоза, аминокиселини, глицерол и мастни киселини, които служат като градивен и трофичен материал на клетката.
Видове пластмаси
Зелените пластиди, чиято структура и функции обсъдихме по-рано, се намират в листата, зелените стъбла и не са единственият вид. И така, в кожата на плодовете, във венчелистчетата на цъфтящи растения, във външните обвивки на подземните издънки - грудки и луковици, има други пластиди. Те се наричат хромопласти или левкопласти.
Безцветните органели (левкопласти) имат различна форма и се различават от хлоропластите по това, чевътрешната кухина няма тънки плочи - ламели, а броят на тилакоидите, потопени в матрицата, е малък. Самата матрица съдържа дезоксирибонуклеинова киселина, протеин-синтезиращи органели - рибозоми и протеолитични ензими, които разграждат протеините и въглехидратите.
Левкопластите също имат ензими - синтетази, участващи в образуването на молекули на нишестето от глюкоза. В резултат на това пластидите на безцветните растителни клетки натрупват резервни хранителни вещества: протеинови гранули и нишестени зърна. Тези пластиди, чиято функция е да натрупват органични вещества, могат да се превърнат в хромопласти, например по време на зреенето на домати, които са в стадий на млечна зрялост.
Под сканиращ микроскоп с висока разделителна способност ясно се виждат разликите в структурата и на трите вида пластиди. Това на първо място се отнася до хлоропластите, които имат най-сложната структура, свързана с функцията на фотосинтезата.
Хромопласти - цветни пластиди
Заедно със зелените и безцветни растителни клетки има трети тип органели, наречени хромопласти. Имат разнообразие от цветове: жълто, лилаво, червено. Тяхната структура е подобна на левкопластите: вътрешната мембрана има малък брой ламели и малък брой тилакоиди. Хромопластите съдържат различни пигменти: ксантофили, каротини, каротеноиди, които са спомагателни фотосинтетични вещества. Именно тези пластиди осигуряват цвета на корените на цвекло, моркови, плодове на овощни дървета и горски плодове.
Как възниквати взаимно трансформират пластиди
Левкопластите, хромопластите, хлоропластите са пластиди (структурата и функциите, които изучаваме), които имат общ произход. Те са производни на меристематични (образователни) тъкани, от които се образуват протопластиди – двумембранни торбовидни органели с размер до 1 микрон. На светлина те усложняват структурата си: образува се вътрешна мембрана, съдържаща ламели, и се синтезира зеленият пигмент хлорофил. Протопластидите се превръщат в хлоропласти. Левкопластите също могат да бъдат трансформирани чрез светлинна енергия в зелени пластиди и след това в хромопласти. Пластидната модификация е широко разпространено явление в растителния свят.
Хроматофорите като предшественици на хлоропластите
Прокариотните фототрофни организми - зелени и лилави бактерии, осъществяват процеса на фотосинтеза с помощта на бактериохлорофил А, молекулите на който са разположени върху вътрешните израстъци на цитоплазмената мембрана. Микробиолозите смятат бактериалните хроматофори за предшественици на пластидите.
Това се потвърждава от сходната им структура с хлоропластите, а именно наличието на реакционни центрове и системи за улавяне на светлина, както и общите резултати от фотосинтезата, водещи до образуването на органични съединения. Трябва да се отбележи, че по-ниските растения - зелените водорасли, подобно на прокариотите, нямат пластиди. Това се дължи на факта, че образуванията, съдържащи хлорофил - хроматофорите, са поели функцията си - фотосинтеза.
Как са възникнали хлоропластите
Сред много хипотезипроизход на пластидите, нека се спрем на симбиогенезата. Според неговите идеи пластидите са клетки (хлоропласти), възникнали през архейската ера в резултат на проникването на фототрофни бактерии в първичната хетеротрофна клетка. Именно те по-късно доведоха до образуването на зелени пластиди.
В тази статия изследвахме структурата и функциите на двумембранни органели на растителна клетка: левкопласти, хлоропласти и хромопласти. И също така разбра значението им в клетъчния живот.
