Хлоропласты – особенности строения и структура, основные функции

Пластиды: общая характеристика, строение, виды и функции

Содержание:

Пластиды — специализированные органоиды, встречающиеся в живых эукариотических клетках растений. Для животных и грибов не характерны.

Виды пластидов

Совокупность пластид в клетке называют пластидомом, хотя в зрелой клетке содержатся пластиды только одного вида. В зависимости от окраски выделяют следующие пластиды:

• Хлоропласты (зеленые).
• Хромопласты (оранжевые).
• Лейкопласты (бесцветные).

Происхождение и трансформация пластид

Пластиды происходят одинаково – из пропластид. Эволюционными предками ученые считают бактерии, которые были поглощены другой бактерией эндоцитозом. Первая бактерия, скорее всего, могла преобразовывать энергию света.

Могут превращаться друг в друга по ситуации. В условиях слабой освещенности хлоропласты могут преобразовываться в лейкопласты. Хромопласты же могут образовываться из зеленых и бесцветных пластид в случае накопления каротиноидов.

Строение хлоропласта

Размер и число хлоропластов зависит от вида растения и клетки, где они расположены. На величину и очертания влияют условия среды и таксономичекая принадлежность растений. Например, у высших растений хлоропласты линзовидные. Крупные и богатые хлорофиллом, магнийсодержащим пигментом, органоиды у растений теневой зоны. У водорослей хлорофилл назван хроматофором и может принимать следующие формы: шаровидная, спиральная, чашевидная и другие.

Положение органоидов в клетке может меняться, так как они не закреплены, однако, чаще всего хлоропласты расположены близ клеточной стенки. Это нужно для того, чтобы улавливать свет.

Хлоропласты имеют двумембранную оболочку, которая отграничивает содержимое органоида от цитоплазмы. Мембраны не несут другие органоиды. У высших растений сильно развита внутренняя мембранная поверхность, которая образует плоские мешки – тилакоиды или более вытянутые – ламеллы. Несколько плотно собранных в стопки тилакоидов образуют граны. Важно: все тилакоиды расположены параллельно друг другу. На их стенках расположены молекулы хлорофилла. Граны связаны между собой тилакоидами стромы.

Строма – жидкая часть пластидов, где располагаются все части органоида.

Строение хромопласта

Встречаются в клетках лепестков, плодов, корнеплодах. Хромопласты разнообразны по форме и меньше хлоропластов. Система выростов внутренней мембраны не развита. Внутри пластида содержится пигменты желтого, оранжевого и красного цвета.

Строение лейкопласта

Лейкопласты – бесцветные пластиды. Встречаются в частях растениях, спрятанных от света, например в корнях, клубнях, семенах. Эти пластиды имеют шаровидную, чашевидную форму, но она может свободно меняться. Система выростов внутренней мембраны развита слабо. Тилакоиды одиночные, располагаются без особой ориентации в пространстве. Во всем остальной лейкопласты схожи с хлоропластами.

Выделяется несколько видов лейкопластов по запасаемым веществам

• Амилопласты, накапливают крахмал.
• Протеропласты, накапливают белки.
• Олеопласты, накапливают жирные масла.

Функции пластидов

Пластиды

Функции

Фотосинтез – образование органических веществ из неорганических с использованием энергии света

Связаны с синтезом и накоплением запасных веществ

Окрашивают различные части растений, что важно для привлечения насекомых-опылителей

Пластиды поддерживают жизнедеятельность автотрофных клеток растений. Три вида органоидоидов отвечают за свои процессы, четко «делят обязанности», а в случае неблагоприятных условий трансформируются в необходимый для выживания органоид.

Пластиды: виды, строение и функции. Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты

Пластиды — органоиды, специфичные для клеток растений (они имеются в клетках всех растений, за исключением большинства бактерий, грибов и некоторых водорослей).

В клетках высших растений находится обычно от 10 до 200 пластид размером 3-10мкм, чаще всего имеющих форму двояковыпуклой линзы. У водорослей зеленые пластиды, называемые хроматофорами, очень разнообразны по форме и величине. Они могут иметь звездчатую, лентовидную, сетчатую и другие формы.

Различают 3 вида пластид:

• Бесцветные пластиды — лейкопласты;
• окрашенные — хлоропласты (зеленого цвета);
• окрашенные — хромопласты (желтого, красного и других цветов).

Эти виды пластид до известной степени способны превращаться друг в друга — лейкопласты при накоплении хлорофилла переходят в хлоропласты, а последние при появлении красных, бурых и других пигментов — в хромопласты.

Строение и функции хлоропластов

Хлоропласты — зеленые пластиды, содержащие зеленый пигмент — хлорофилл.

Основная функция хлоропласт — фотосинтез.

В хлоропластах есть свои рибосомы, ДНК, РНК, включения жира, зерна крахмала. Снаружи хлоропласта покрыты двумя белково-липидными мембранами, а в их полужидкую строму (основное вещество) погружены мелкие тельца — граны и мембранные каналы.

Строение хлоропласта

Граны (размером около 1мкм) — пакеты круглых плоских мешочков (тилакоидов), сложенных подобно столбику монет. Располагаются они перпендикулярно поверхности хлоропласта. Тилакоиды соседних гран соединены между собой мембранными каналами, образуя единую систему. Число гран в хлоропластах различно. Например, в клетках шпината каждый хлоропласт содержит 40-60 гран.

Хлоропласты внутри клетки могут двигаться пассивно, увлекаемые током цитоплазмы, либо активно перемещаться с места на место.

• Если свет очень интенсивен, они поворачиваются ребром к ярким лучам солнца и выстраиваются вдоль стенок, параллельных свету.
• При слабом освещении, хлоропласты перемещаются на стенки клетки, обращенные к свету, и поворачиваются к нему своей большой поверхностью.
• При средней освещенности они занимают среднее положение.

Этим достигаются наиболее благоприятные для процесса фотосинтеза условия освещения.

Хлорофилл

В гранах пластид растительной клетки содержится хлорофилл, упакованный с белковыми и фосфолипидными молекулами так, чтобы обеспечить способность улавливать световую энергию.

Молекула хлорофилла очень сходна с молекулой гемоглобина и отличается главным образом тем, что расположенный в центре молекулы гемоглобина атом железа заменен в хлорофилле на атом магния.

Сходство молекулы хлорофилла и молекулы гемоглобина

В природе встречается четыре типа хлорофилла: a, b, c, d.

Хлорофиллы a и b содержат высшие растения и зеленые водоросли, диатомовые водоросли содержат a и c, красные — a и d.

Лучше других изучены хлорофиллы a и b (их впервые разделил русский ученый М.С.Цвет в начале XXв.). Кроме них существуют четыре вида бактериохлорофиллов — зеленых пигментов пурпурных и зеленых бактерий: a, b, c, d.

Большинство фотосинтезирующих бактерий содержат бактериохлорофилл a, некоторые — бактериохлорофилл b, зеленые бактерии — c и d.

Хлорофилл обладает способностью очень эффективно поглощать солнечную энергию и передавать ее другим молекулам, что является его главной функцией. Благодаря этой способности хлорофилл — единственная структура на Земле, которая обеспечивает процесс фотосинтеза.

Главная функция хлорофилла в растениях — поглощение энергии света и передача ее другим клеткам.

Пластидам, так же, как и митохондриям, свойственна до некоторой степени автономность внутри клетки. Они размножаются путем деления.

Наряду с фотосинтезом, в пластидах происходит процесс биосинтеза белка. Благодаря содержанию ДНК пластиды играют определенную роль в передаче признаков по наследству (цитоплазматическая наследственность).

Строение и функции хромопластов

Хромопласты относятся к одному из трех видов пластид высших растений. Это небольших размеров, внутриклеточные органеллы.

Хромопласты имеют различный окрас: желтый, красный, коричневый. Они придают характерный цвет созревшим плодам, цветкам, осенней листве. Это необходимо для привлечения насекомых-опылителей и животных, которые питаются плодами и разносят семена на дальние расстояния.

Строение хромопласта

Структура хромопласта похожа на другие пластиды. Их двух оболочек внутренняя развита слабо, иногда вовсе отсутствует. В ограниченном пространстве расположена белковая строма, ДНК и пигментные вещества (каротиноиды).

Каротиноиды – это жирорастворимые пигменты, которые накапливаются в виде кристаллов.

Форма хромопластов очень разнообразна: овальная, многоугольная, игольчатая, серповидная.

Роль хромопластов в жизни растительной клетки до конца не выяснена. Исследователи предполагают, что пигментные вещества играют важную роль в окислительно-восстановительных процессах, необходимы для размножения и физиологичного развития клетки.

Строение и функции лейкопластов

Лейкопласты — это органоиды клетки, в которых накапливаются питательные вещества. Органеллы имеют две оболочки: гладкую наружную и внутреннюю с несколькими выступами.

Лейкопласты на свету превращаются в хлоропласты (к примеру зеленые клубни картофеля), в обычном состоянии они бесцветны.

Форма лейкопластов шаровидная, правильная. Они находятся в запасающей ткани растений, которая заполняет мягкие части: сердцевину стебля, корня, луковиц, листьев.

Строение лейкопласта

Функции лейкопластов зависят от их вида (в зависимости от накапливаемого питательного вещества).

1. Амилопласты накапливают крахмал, встречаются во всех растениях, так как углеводы основной продукт питания растительной клетки. Некоторые лейкопласты полностью наполнены крахмалом, их называют крахмальными зернами.
2. Элайопласты продуцируют и запасают жиры.
3. Протеинопласты содержат белковые вещества.

Лейкопласты также служат ферментной субстанцией. Под действием ферментов быстрее протекают химические реакции. А в неблагоприятный жизненный период, когда процессы фотосинтеза не осуществляются, они расщепляют полисахариды до простых углеводов, которые необходимы растениям для выживания.

В лейкопластах не может происходить фотосинтез, потому что они не содержат гран и пигментов.

Луковицы растений, в которых содержится много лейкопластов, могут переносить длительные периоды засухи, низкую температуру, жару. Это связано с большими запасами воды и питательных веществ в органеллах.

Предшественниками всех пластид является пропластиды, небольшие органоиды. Допускают, что лейко — и хлоропласты способны трансформироваться в другие виды. В конечном итоге после выполнения своих функций хлоропласты и лейкопласты становятся хромопластами — это последняя стадия развития пластид.

Важно знать! Одновременно в клетке растения может находиться только один вид пластид.

Сводная таблица строения и функций пластид

Свойства	Хлоропласты	Хромопласты	Лейкопласты
Строение	Двухмембранная органелла, с гранами и мембранными канальцами	Органелла с не развитой внутренней мембранной системой	Мелкие органеллы, находятся в частях растения, скрытых от света
Окрас	Зеленые	Разноцветные	Бесцветные
Пигмент	Хлорофилл	Каротиноид	Отсутствует
Форма	Округлая	Многоугольная	Шаровидная
Функции	Фотосинтез	Привлечение потенциальных распространителей растений	Запас питательных веществ
Заменимость	Переходят в хромопласты	Не изменяются, это последняя стадия развития пластид	Превращаются в хлоропласты и хромопласты

Хлоропласты: роль в процессе фотосинтеза и структура

Фотосинтез происходит в эукариотических клеточных структурах, называемых хлоропластами. Хлоропласт – это тип органеллы растительных клеток, известный как зеленые пластиды. Пластиды помогают хранить и собирать необходимые вещества для производства энергии. Хлоропласт содержит зеленый пигмент, называемый хлорофиллом, который поглощает световую энергию для процесса фотосинтеза. Следовательно, название хлоропласт указывает на то, что эти органеллы представляют собой хлорофиллсодержащие пластиды.

Подобно митохондриям, хлоропласты имеют свою собственную ДНК, ответственны за производство энергии и воспроизводятся независимо от остальной части клетки посредством процесса деления, подобного бактериальному бинарному делению. Они также ответственны за производство аминокислот и липидных компонентов, необходимых для производства хлоропластов. Хлоропласты также встречаются в клетках других фотосинтезирующих организмах, таких как водоросли.

Хлоропласт: структура

Хлоропласты обычно встречаются в охранных клетках, расположенных в листьях растений. Охранные клетки окружают крошечные поры, называемые устьицами, открывая и закрывая их, чтобы обеспечить необходимый для фотосинтеза газообмен. Хлоропласты и другие пластиды развиваются из клеток, называемых пропластидами, которые являются незрелыми, недифференцированными клетками, развивающимися в разные типы пластид. Пропластид, развивающийся в хлоропласт, осуществляет этот процесс только при свете. Хлоропласты содержат несколько различных структур, каждая из которых имеет специализированные функции. Основные структуры хлоропласта включают:

• Мембрана – содержит внутренние и внешние липидные двухслойные оболочки, которые выступают в качестве защитных покрытий и сохраняют замкнутые структуры хлоропластов. Внутренняя мембрана отделяет строму от межмембранного пространства и регулирует прохождение молекул в/из хлоропласта.
• Межмембранное пространство – пространство между внешней и внутренней мембранами.
• Тилакоидная система – внутренняя система мембран, состоящая из сплющенных мешкообразных мембранных структур, называемых тилакоидами, которые служат местами преобразования энергии света в химическую энергию.
• Тилакоид с просветом (люменом) – отсек в каждом тилакоиде.
• Грана – плотные слоистые стопки тилакоидных мешков (10-20), которые служат местами преобразования энергии света в химическую энергию.
• Строма – плотная жидкость внутри хлоропласта, содержащая внутри оболочки, но вне тилакоидной мембраны. Здесь происходит конверсия углекислого газа в углеводы (сахара).
• Хлорофилл – зеленый фотосинтетический пигмент в хлоропласт-гране, поглощающий световую энергию.

Хлоропласт: фотосинтез

При фотосинтезе энергия солнечного света преобразуется в химическую энергию. Химическая энергия хранится в виде глюкозы (сахара). Двуокись углерода, вода и солнечный свет используются для производства глюкозы, кислорода и воды. Фотосинтез происходит в два этапа: световая фаза и темновая фаза.

Световая фаза фотосинтеза протекает только при наличии света и происходит внутри хлоропластовой граны. Первичным пигментом, используемым для преобразования световой энергии в химическую, является хлорофилл а. Другие пигменты, участвующие в поглощении света, включают хлорофилл b, ксантофилл и каротин. Во время световой фазы, солнечный свет преобразуется в химическую энергию в виде АТФ (молекулы, содержащей свободную энергию) и НАДФ (молекула, несущая электроны высокой энергии).

И АТФ, и НАДФ используются во время темновой фазы для получения сахара. Темновая фаза фотосинтеза, также известная как этап фиксации углерода или цикл Кальвина. Реакции на этой стадии возникают в строме. Строма содержит ферменты, которые облегчают серию реакций, использующих АТФ, НАДФ и углекислый газ для получения сахара. Сахар может храниться в виде крахмала, используемого во время дыхания или при производстве целлюлозы.

Хлоропласты: характеристика, функции и строение

Содержание:

• Происхождение
• Эндосимбиотическая теория
• Общая характеристика хлоропластов
• Структура (части)
• Наружная и внутренняя мембраны
• Тилакоидная мембрана
• Тилакоиды
• Строма
• Геном
• Характеристики
• Фотосинтез
• Синтез биомолекул
• Защита от патогенов
• Другие пластиды
• Ссылки

В хлоропласты Они представляют собой тип клеточных органелл, ограниченных сложной системой мембран, характерных для растений и водорослей. В этой пластиде находится хлорофилл, пигмент, отвечающий за процессы фотосинтеза, зеленый цвет растений и обеспечивающий автотрофную жизнь этих линий.

Кроме того, хлоропласты связаны с генерацией метаболической энергии (АТФ – аденозинтрифосфат), синтезом аминокислот, витаминов, жирных кислот, липидных компонентов их мембран и восстановлением нитритов. Он также играет роль в производстве веществ, защищающих от патогенов.

Эта фотосинтетическая органелла имеет собственный кольцевой геном (ДНК), и предполагается, что, как и митохондрии, они произошли в результате процесса симбиоза между хозяином и предковой фотосинтезирующей бактерией.

Происхождение

Хлоропласты – это органеллы, обладающие характеристиками очень отдаленных групп организмов: водорослей, растений и прокариот. Эти данные свидетельствуют о том, что органелла произошла от прокариотического организма, способного к фотосинтезу.

По оценкам, первый эукариотический организм, способный к фотосинтезу, возник около 1 миллиарда лет назад. Свидетельства указывают на то, что этот крупный эволюционный скачок был вызван приобретением цианобактерии эукариотическим хозяином. Этот процесс дал начало различным линиям красных и зеленых водорослей и растений.

Таким же образом возникают вторичные и третичные события симбиоза, в которых линия эукариот устанавливает симбиотические отношения с другим свободноживущим фотосинтетическим эукариотом.

В ходе эволюции геном предполагаемой бактерии был укорочен, а некоторые из ее генов были перенесены и интегрированы в геном ядра.

Организация нынешнего генома хлоропластов напоминает структуру прокариот, но также имеет признаки генетического материала эукариот.

Эндосимбиотическая теория

Эндосимбиотическая теория была предложена Линн Маргулис в серии книг, опубликованных между 60-ми и 80-ми годами. Однако это была идея, предложенная Мерешковским уже с 1900-х годов.

Эта теория объясняет происхождение хлоропластов, митохондрий и базальных тел жгутиков. Согласно этой гипотезе, эти структуры когда-то были свободными прокариотическими организмами.

Существует не так много доказательств, подтверждающих эндосимбиотическое происхождение базальных тел от подвижных прокариот.

Напротив, есть важные доказательства, подтверждающие эндосимбиотическое происхождение митохондрий от α-протеобактерий и хлоропластов от цианобактерий. Самым ясным и убедительным доказательством является сходство между двумя геномами.

Общая характеристика хлоропластов

Хлоропласты являются наиболее заметным типом пластид в растительных клетках. Это овальные структуры, окруженные мембранами, внутри которых происходит самый известный процесс автотрофных эукариот: фотосинтез. Они являются динамическими структурами и имеют собственный генетический материал.

Обычно они располагаются на листьях растений. Типичная растительная клетка может иметь от 10 до 100 хлоропластов, хотя их количество может быть весьма различным.

Как и митохондрии, наследование хлоропластов от родителей к детям происходит одним из родителей, а не обоими. Фактически, эти органеллы во многом похожи на митохондрии, хотя и более сложны.

Структура (части)

Хлоропласты представляют собой крупные органеллы длиной от 5 до 10 мкм.Характеристики этой структуры можно визуализировать под традиционным световым микроскопом.

Они окружены двойной липидной мембраной. Кроме того, у них есть третья система внутренних мембран, называемая тилакоидными мембранами.

Эта последняя мембранная система образует набор дискообразных структур, известных как тилакоиды. Место соединения тилакоидов в кучках называется «грана», и они связаны друг с другом.

Благодаря этой тройной системе мембран внутренняя структура хлоропласта сложна и разделена на три пространства: межмембранное пространство (между двумя внешними мембранами), строму (находящуюся в хлоропласте и вне тилакоидной мембраны) и последний просвет тилакоида.

Наружная и внутренняя мембраны

Мембранная система связана с генерацией АТФ. Подобно мембранам митохондрий, именно внутренняя мембрана определяет прохождение молекул в органеллы. Фосфедитилхолин и фосфатидитилглицерин являются наиболее распространенными липидами в мембранах хлоропластов.

Наружная мембрана содержит ряд пор. Небольшие молекулы могут свободно проникать в эти каналы. Внутренняя мембрана, в свою очередь, не допускает свободного прохождения этого типа молекул с малым весом. Чтобы молекулы проникли внутрь, они должны сделать это с помощью специальных транспортеров, прикрепленных к мембране.

В некоторых случаях имеется структура, называемая периферическим ретикулумом, образованная сетью мембран, происходящих именно из внутренней мембраны хлоропласта. Некоторые авторы считают их уникальными среди растений с метаболизмом C4, хотя они были обнаружены у растений C3.

Функция этих канальцев и пузырьков еще не ясна. Предполагается, что они могут способствовать быстрому переносу метаболитов и белков в хлоропласт или увеличивать поверхность внутренней мембраны.

Тилакоидная мембрана

В этой мембранной системе происходит электронная транспортная цепь, участвующая в процессах фотосинтеза. Протоны перекачиваются через эту мембрану из стромы в тилакоиды.

Этот градиент приводит к синтезу АТФ, когда протоны направляются обратно в строму. Этот процесс эквивалентен тому, что происходит во внутренней мембране митохондрий.

Тилакоидная мембрана состоит из четырех типов липидов: моногалактозилдиацилглицерина, дигалактозилдиацилглицерина, сульфохиновозилдиацилглицерина и фосфатидилглицерина. Каждый тип выполняет особую функцию в липидном бислое этой секции.

Тилакоиды

Тилакоиды представляют собой мембранные структуры в виде мешочков или плоских дисков, которые сложены в “кошениль»(Множественное число этой структуры гранум). Эти диски имеют диаметр от 300 до 600 нм. Внутреннее пространство тилакоида называется просветом.

Архитектура стека тилакоидов до сих пор обсуждается. Предлагаются две модели: первая – спиральная, в которой тилакоиды намотаны между зернами в форме спирали.

Напротив, другая модель предлагает бифуркацию. Эта гипотеза предполагает, что граны образуются за счет разветвления стромы.

Строма

Строма – это студенистая жидкость, которая окружает тилакоиды и расположена во внутренней области хлоропласта. Эта область соответствует цитозолю предполагаемой бактерии, которая произвела этот тип пластиды.

В этой области находятся молекулы ДНК и большое количество белков и ферментов. В частности, это ферменты, которые участвуют в цикле Кальвина для фиксации углекислого газа в процессе фотосинтеза. Также можно найти гранулы крахмала

Рибосомы хлоропластов находятся в строме, так как эти структуры синтезируют собственные белки.

Геном

Одна из наиболее важных характеристик хлоропластов – это то, что у них есть собственная генетическая система.

Генетический материал хлоропластов состоит из кольцевых молекул ДНК. Каждая органелла имеет несколько копий этой кольцевой молекулы размером от 12 до 16 тыс. Пар оснований. Они организованы в структуры, называемые нуклеоидами, и состоят из 10-20 копий пластидного генома, а также белков и молекул РНК.

ДНК хлоропластов кодирует приблизительно от 120 до 130 генов. В результате образуются белки и РНК, связанные с фотосинтетическими процессами, такие как компоненты фотосистем I и II, АТФ-синтаза и одна из субъединиц Рубиско.

Рубиско (рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилаза / оксигеназа) является важным ферментным комплексом в цикле Кальвина. Фактически, он считается самым распространенным белком на планете Земля.

Трансферные и рибосомные РНК используются для трансляции сигнальных РНК, которые закодированы в геноме хлоропластов. Он включает рибосомные РНК 23S, 16S, 5S и 4.5S и РНК-переносчики. Он также кодирует 20 рибосомных белков и определенные субъединицы РНК-полимеразы.

Однако некоторые элементы, необходимые для функционирования хлоропласта, закодированы в ядерном геноме растительной клетки.

Характеристики

Хлоропласты можно рассматривать как важные метаболические центры в растениях, где происходят множественные биохимические реакции благодаря широкому спектру ферментов и белков, закрепленных на мембранах, содержащихся в этих органеллах.

Они выполняют важную функцию в растительных организмах: это место, где происходят фотосинтетические процессы, где солнечный свет превращается в углеводы, а кислород является вторичным продуктом.

Ряд вторичных биосинтетических функций также происходит в хлоропластах. Ниже мы подробно обсудим каждую функцию:

Фотосинтез

Фотосинтез происходит благодаря хлорофиллу. Этот пигмент находится в хлоропластах, в мембранах тилакоидов.

Он состоит из двух частей: кольца и хвоста. Кольцо содержит магний и отвечает за поглощение света. Он может поглощать синий и красный свет, отражая зеленую область светового спектра.

Фотосинтетические реакции происходят благодаря переносу электронов. Энергия, исходящая от света, передает энергию пигменту хлорофилла (говорят, что молекула “возбуждается светом”), вызывая движение этих частиц в тилакоидной мембране. Хлорофилл получает свои электроны из молекулы воды.

Этот процесс приводит к образованию электрохимического градиента, который позволяет синтезировать АТФ в строме. Эта фаза также известна как «светлая».

Вторая часть фотосинтеза (или темная фаза) происходит в строме и продолжается в цитозоле. Также известны как реакции фиксации углерода. На этом этапе продукты предыдущих реакций используются для создания углеводов из CO.₂.

Синтез биомолекул

Кроме того, хлоропласты выполняют другие специализированные функции, которые обеспечивают развитие и рост растения.

В этой органелле происходит ассимиляция нитратов и сульфатов, и в них есть необходимые ферменты для синтеза аминокислот, фитогормонов, витаминов, жирных кислот, хлорофилла и каротиноидов.

Определенные исследования выявили значительное количество аминокислот, синтезируемых этой органеллой. Кирк и его коллеги изучили производство аминокислот в хлоропластах Vicia faba Л.

Эти авторы обнаружили, что наиболее распространенными синтезируемыми аминокислотами были глутамат, аспартат и треонин. Другие типы, такие как аланин, серин и глицин, также были синтезированы, но в меньших количествах. Остальные тринадцать аминокислот также были обнаружены.

Выделены различные гены, участвующие в синтезе липидов. Хлоропласты обладают необходимыми путями для синтеза изопреноидных липидов, необходимых для производства хлорофилла и других пигментов.

Защита от патогенов

У растений нет развитой иммунной системы, как у животных. Следовательно, клеточные структуры должны производить антимикробные вещества, чтобы защитить себя от повреждающих агентов. С этой целью растения могут синтезировать активные формы кислорода (АФК) или салициловую кислоту.

Хлоропласты связаны с производством этих веществ, которые устраняют возможные патогены, попадающие в растение.

Точно так же они действуют как «молекулярные сенсоры» и участвуют в механизмах оповещения, передавая информацию другим органеллам.

Другие пластиды

Хлоропласты принадлежат к семейству органелл растений, которые называются пластидами или пластидами. Хлоропласты в основном отличаются от остальных пластид наличием пигмента хлорофилла. Другие пластиды:

-Хромопласты: эти структуры содержат каротиноиды, они присутствуют в цветках и цветках. Благодаря этим пигментам структуры растений имеют желтый, оранжевый и красный цвета.

-Лейкопласты: эти пластиды не содержат пигментов и поэтому имеют белый цвет. Они служат резервом и находятся в органах, не получающих прямого света.

-Амилопласты: содержат крахмал и находятся в корнях и клубнях.

Пластиды происходят из структур, называемых протопластидами. Одна из самых удивительных характеристик пластид – это их способность изменять тип, даже если они уже находятся в зрелой стадии. Это изменение вызывается сигналами окружающей среды или внутренними сигналами растения.

Например, хлоропласты способны давать начало хромопластам. Для этого изменения тилакоидная мембрана разрушается и синтезируются каротиноиды.

Хлоропласты: строение и функции

Содержание:

Хлоропласты – двухмембранные органоиды растительных клеток, именно они играют ключевую роль в одном из самых важных биологических процессов в природе – фотосинтезе. В частности именно хлоропласты в процессе фотосинтеза выделяют зеленый пигмент хлорофилл, благодаря которому листья деревьев приобретают зеленый цвет (впрочем, не только листья, но и многие другие представители растительного мира, например водоросли). Какое строение хлоропластов, какие функции и процессы они осуществляются в жизнедеятельности клетки, об этом читайте далее.

Количество хлоропластов в растительной клетке может быть разным, у некоторых водорослей в клетке содержится лишь один большой хлоропласт, часто причудливой формы, в то время как в клетках некоторых высших растений находится множество хлоропластов. Особенно их много в так званных мезофильных тканях листьев, там одна клетка может иметь в себе до сотни хлоропластов.

Строение

Устройство хлоропласта включает в себя внутреннюю и внешнюю мембрану, (как и в клетке, они играют роль защитного барьера), межмембранное пространство, строму, тилакоиды, граны, ламеллы, люмен.

Вот так строение хлоропласта выглядит на картинке.

Как видим с картинки внутри хлоропласта имеется полужидкое пространство, именуемое стромой и приплюснутые диски – это тилакоиды. Последние объединены в стопки, названные гранамы, и сами граны соединены друг с другом при помощи длинных тилакоид, которые называют ламеллами. Именно в тилакоидах находится важный зеленый пигмент – хлорофилл.

В полужидкой строме хлоропласта находятся его молекулы ДНК и РНК, а также рибосомы, обеспечивающие этому важному органоиду некую автономность внутри клетки. Помимо этого в строме хлоропласта есть зерна крахмала, которые образуются при избытке углеводов, образованных при фотосинтетической активности.

Функции

Самая важная функция хлоропласта – это, конечно же, осуществление фотосинтеза. Об этом удивительном процессе на нашем сайте есть отдельная большая статья. Тем не менее, напомним, что при фотосинтезе хлоропластами растительных клеток при помощи солнечного света осуществляется синтез глюкозы из углекислого газа и воды. При этом в качестве важного «побочного продукта» выделяется кислород.

Основным фотосинтезирующим пигментом в этом процессе является хлорофилл, локализированный в мембранах тилакоидов, именно здесь проходят световые реакции фотосинтеза. Кроме хлорофилла тут же присутствуют ферменты и переносчики электронов.

Интересный факт: хлоропласты стараются расположиться в клетке таким образом, чтобы их тилакоидные мембраны находились под прямым углом к солнечному свету. Или говоря простым языком, хлоропласты в клетке всегда тянутся на свет.

Строение хлорофилла

Что же касается строения самого хлорофилла, то он состоит из длинного углеводного хвоста и порфириновой головки. Хвост его гидрофобен, то есть боится влаги, поэтому погружен в тилакоид, головка наоборот любит влагу и находится в жидкой субстанции хлоропласта – строме. Поглощение солнечного света осуществляется именно головкой хлорофилла.

К слову биологами различается несколько разных видов хлорофилла: хлорофилл a, хлорофилл b, хлорофилл c1, хлорофилл c2 и так далее, все они обладают разным спектром поглощения солнечного света. Но больше всего в растениях именно хлорофилла а.

Рекомендованная литература и полезные ссылки

• Белякова Г. А. Водоросли и грибы // Ботаника: в 4 т. / Белякова Г. А., Дьяков Ю. Т., Тарасов К. Л. — М.: Издательский центр «Академия», 2006. — Т. 1. — 320 с. — 3000 экз. — ISBN 5-7695-2731-5.
• Карпов С.А. Строение клетки протистов. — СПб.: ТЕССА, 2001. — 384 с. — 1000 экз. — ISBN 5-94086-010-9.
• Lee, R. E. Phycology, 4th edition. — Cambridge: Cambridge University Press, 2008. — 547 с. — ISBN 9780521682770.

Видео

И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.

Хлоропласт – определение, функции и структура

Определение хлоропласта

Хлоропласт, найденный только в водорослях и растение клетки, является клетка органеллы который производит энергию через фотосинтез, Слово хлоропласт происходит от греческого слова khloros, что означает «зеленый», и пластин, что означает «сформированный». Имеет высокую концентрацию хлорофилл, молекула который захватывает энергию света, и это дает много растений и водоросли зеленый цвет. Словно митохондрия считается, что хлоропласт развился из некогда живущего бактерии.

Функция хлоропластов

Хлоропласты являются частью клеток растений и водорослей, которые осуществляют фотосинтез, процесс преобразования световой энергии в энергию, запасенную в форме сахара и других органических молекул, которые растение или водоросль используют в качестве пищи. Фотосинтез состоит из двух этапов. На первом этапе происходят светозависимые реакции. Эти реакции захватывают солнечный свет через хлорофилл и каротиноиды с образованием аденозинтрифосфата (АТФ, энергетическая валюта клетки) и никотинамидадениндинуклеотидфосфата (NADPH ), который несет электроны. Вторая стадия состоит из независимых от света реакций, также известных как Цикл Кальвина, В цикле Кальвина электроны, переносимые NADPH, превращают неорганический диоксид углерода в органическую молекулу в форме углевода, процесс, известный как фиксация CO2. Углеводы и другие органические молекулы могут храниться и использоваться позднее для производства энергии.

Хлоропласты необходимы для роста и выживания растений и фотосинтезирующих водорослей. Как и солнечные панели, хлоропласты берут световую энергию и преобразуют ее в удобную для использования форму, которая стимулирует деятельность. Тем не менее, некоторые растения больше не имеют хлоропластов. Одним из примеров является паразитическое растение род Раффлезия, которая получает свои питательные вещества от других растений, в частности, от виноградной лозы Tetrastigma. Поскольку Rafflesia получает всю свою энергию от паразитирования на другом растении, ему больше не нужны хлоропласты, и он утратил гены, кодирующие развитие хлоропласта в течение длительного периода эволюции. Раффлезия – единственный род наземных растений, в котором отсутствуют хлоропласты.

Структура хлоропластов

Хлоропласты, как митохондрии, имеют овальную форму и имеют две мембраны: внешнюю мембрану, которая образует внешнюю поверхность хлоропласта, и внутреннюю мембрану, которая находится прямо под ним. Между внешней и внутренней мембраной находится тонкое межмембранное пространство шириной около 10-20 нанометров. Пространство внутри внутренней мембраны называется строма, В то время как внутренние мембраны митохондрий имеют много складок, называемых крист для поглощения площади поверхности внутренние мембраны хлоропластов гладкие. Вместо этого у хлоропластов есть много маленьких дискообразных мешочков, названных тилакоидами в их строме.

В сосудистых растениях и зеленых водорослях тилакоиды уложены друг на друга, а стопка тилакоидов называется гранулой (множественное число: грана). Тилакоиды содержат хлорофиллы и каротиноиды, и эти пигменты поглощают свет в процессе фотосинтеза. Светопоглощающие пигменты группируются с другими молекулами, такими как белки, с образованием комплексов, известных как фотосистемы. Два разных вида фотосистем – это фотосистемы I и II, и они играют роль в разных частях светозависимых реакций.

В строме ферменты образуют сложные органические молекулы, которые используются для накопления энергии, например, углеводы. Строма также содержит свою собственную ДНК и рибосомы, которые аналогичны тем, которые обнаружены в фотосинтезирующих бактериях. По этой причине считается, что хлоропласты эволюционировали в эукариотических клетках от свободно живущих бактерий, так же как и митохондрии.

Эволюция хлоропластов

Считается, что хлоропласты стали частью определенных эукариотических клеток почти так же, как митохондрии были включены во все эукариотические клетки: существуя как свободноживущие цианобактерии, которые имели симбиотические отношения с клеткой, производя энергию для клетки в обмен на безопасное место для жизни и, в конечном итоге, превращается в форму, которая больше не может существовать отдельно от клетки. Это называется эндосимбиотическая теория.

Доказательства того, что хлоропласты развивались из бактерий, очень похожи на доказательства того, что митохондрии развивались из бактерий. Хлоропласты имеют свою собственную, отдельную ДНК, которая является круглой, как у бактериальной клетки, и наследуется по материнской линии (только от водоросли материнского растения). Новые хлоропласты образуются через двойное деление или расщепление, как размножаются бактерии. Эти формы доказательств также обнаруживаются в митохондриях. Единственное отличие состоит в том, что хлоропласты, как полагают, произошли от цианобактерий, а митохондрии – от аэробных бактерий. (Митохондрия не может фотосинтезировать; процесс клеточное дыхание вместо этого встречается там.) Структура хлоропластов похожа на структуру цианобактерий; оба имеют двойные мембраны, кольцевую ДНК, рибосомы и тилакоиды. Считается, что большинство хлоропластов происходит от одного общего предка, который охватил цианобактерии 600–1600 миллионов лет назад.

• тилакоидов – Сплющенные диски внутри стромы хлоропласта, которые содержат хлорофилл и каротиноиды, и выполняют фотосинтез.
• фотосинтез – преобразование световой энергии в химическую энергию в виде органических молекул.
• Симбиотические отношения – Тесное биологическое взаимодействие между двумя разными вид,
• морские водоросли – Большая группа фотосинтезирующих организмов, включая водоросли, гигантские водоросли и диатомовые водоросли.

викторина

1. В чем разница между митохондриями и хлоропластами?A. Хлоропласты имеют внешнюю и внутреннюю мембрану, а митохондрии – нет.B. Считается, что хлоропласты эволюционировали из бактерий, а митохондрии – нет.C. Фотосинтез происходит в хлоропластах, но не в митохондриях.D. Митохондрии имеют свою собственную ДНК; хлоропласты не содержат ДНК.

Ответ на вопрос № 1

С верно. Фотосинтез происходит только в хлоропластах, а не в митохондриях. Варианты A, B и D неверны, потому что митохондрии и хлоропласты имеют все эти общие черты; считается, что они произошли от бактерий, имеют свою собственную ДНК и имеют две мембраны.

2. В какой части хлоропласта происходит фотосинтез?A. Внешняя мембранаB. тилакоидовC. стромаD. Межмембранное пространство

Ответ на вопрос № 2

В верно. Фотосинтез происходит в тилакоидах хлоропласта. Тилакоиды содержат хлорофилл и каротиноиды, которые являются молекулами пигмента, которые могут захватывать световую энергию и превращать ее в химическую энергию.

3. От чего, как считается, произошли хлоропласты?A. Аэробные бактерииB. ЦианобактерииC. морские водорослиD. Завод Раффлезия

Ответ на вопрос № 3

В верно. Считается, что хлоропласты произошли от древней формы цианобактерий, которая является типом фотосинтетических бактерий. Митохондрии развились из аэробных бактерий. Растение Rafflesia является редким примером растения, которое не содержит хлоропластов.

Хлоропласты, строение, химический состав, функции

Химический состав хлоропластов достаточно сложен и характеризуется высоким (75 %) содержанием воды. Около 75–80 % общего количества сухих веществ приходится на долю различных органических соединений, 20–25 % — на долю минеральных веществ. Структурной основой хлоропластов являются белки, содержание которых достигает 50–55 % сухой массы, примерно половина из них водорастворимые. Такое высокое содержание белков объясняется их многообразными функциями в составе хлоропластов. Это структурные белки, являющиеся основой мембран, белки-ферменты, транспортные белки, поддерживающие определенный ионный состав, отличающийся от цитозоля, сократительные белки, подобные актомиозину мышц, которые обеспечивают двигательную активность хлоропластов. Белки выполняют также рецепторную функцию, принимая участие в регуляции интенсивности фотосинтеза в меняющихся условиях внутренней и внешней среды.

Важнейшей составной частью хлоропластов являются липиды, содержание которых колеблется от 30 до 40 % сухой массы. Липиды хлоропластов представлены тремя группами соединений.

Углеводы не являются конституционными веществами хлоропласта. В очень небольших количествах фосфорные эфиры сахаров участвуют в восстановительном цикле углерода, в основном же это продукты фотосинтеза. Поэтому содержание углеводов в хлоропластах колеблется значительно (от 5 до 50 %). В активно функционирующих хлоропластах углеводы обычно не накапливаются, происходит их быстрый отток. При уменьшении потребности в продуктах фотосинтеза в хлоропластах образуются крупные крахмальные зерна. В этом случае содержание крахмала может возрасти до 50 % сухой массы и активность хлоропластов снизится.

В хлоропластах высокое содержание минеральных веществ. Сами хлоропласты составляют 25–30 % массы листа, но в них сосредоточено до 80 % железа, 70–72 % — магния и цинка, около 50 % — меди, 60 % кальция, содержащихся в тканях листа. Эти данные хорошо согласуются с высокой и разнообразной ферментативной активностью хлоропластов. Минеральные элементы выступают в роли простетических групп и кофакторов деятельности ферментов. Магний входит в состав хлорофилла. Важная роль кальция заключается в стабилизации мембранных структур хлоропластов.

Строение хлоропласта, наблюдаемое с помощью электронного микроскопа, весьма сложное. Подобно ядру и митохондриям хлоропласт окружен оболочкой, состоящей из двух липопротеидных мембран. Внутреннюю среду представляет относительно однородная субстанция — матрикс, или строма, которую пронизывают мембраны — ламеллы. Ламеллы, соединенные друг с другом, образуют пузырьки — тилакоиды. Плотно прилегая друг к другу, тилакоиды образуют граны, которые различают даже под световым микроскопом. В свою очередь, граны в одном или нескольких местах объединены друг с другом с помощью межгранных тяжей — тилакоидов стромы. Пигменты хлоропласта, участвующие в улавливании световой энергии, а также ферменты, необходимые для световой фазы фотосинтеза, вмонтированы в мембраны тилакоидов.

Строение зрелых хлоропластов одинаково у всех высших растений, как и в клетках разных органов одного растения (листьях, зеленеющих корнях, коре, плодах). В зависимости от функциональной нагрузки клеток, физиологического состояния хлоропластов, их возраста различают степень их внутренней структурированности: размеры, количество гран, связь между ними. Так, в замыкающих клетках устьиц основная функция хлоропластов — фоторегуляция устьичных движений. Этот процесс обеспечивается энергией высокоструктурированными митохондриями. Хлоропласты содержат крупные крахмальные зерна, набухшие тилакоиды, липофильные глобулы, что свидетельствует об их низкой энергетической нагрузке.

С возрастом строение хлоропластов существенно меняется. Молодые хлоропласты характеризуются ламеллярной структурой, в таком состоянии хлоропласты способны размножаться делением. В зрелых хлоропластах хорошо выражена система гран. В стареющих хлоропластах происходит разрыв тилакоидов стромы, связь между гранами уменьшается, в дальнейшем наблюдаются распад хлорофилла и деструкция гран. В осенней листве деградация хлоропластов приводит к образованию хромопластов, в которых каротиноиды сосредоточены в пластоглобулах.