Dunia tumbuhan adalah salah satu kekayaan utama planet kita. Terima kasih kepada flora di Bumi bahawa terdapat oksigen yang kita semua bernafas, terdapat asas makanan yang besar di mana semua makhluk hidup bergantung. Tumbuhan adalah unik kerana ia boleh menukar sebatian kimia tak organik kepada bahan organik.
Mereka melakukan ini melalui fotosintesis. Proses terpenting ini berlaku dalam organel tumbuhan tertentu, kloroplas. Unsur terkecil ini sebenarnya memastikan kewujudan semua kehidupan di planet ini. By the way, apakah itu kloroplas?
Takrifan asas
Ini adalah nama struktur khusus di mana proses fotosintesis berlaku, yang bertujuan untuk mengikat karbon dioksida dan pembentukan karbohidrat tertentu. Hasil sampingan ialah oksigen. Ini adalah organel memanjang, mencapai lebar 2-4 mikron, panjangnya mencapai 5-10 mikron. Sesetengah spesies alga hijau kadangkala mempunyai kloroplas gergasi sepanjang 50 mikron!
Alga yang sama boleh adaciri lain: untuk keseluruhan sel mereka hanya mempunyai satu organel spesies ini. Dalam sel tumbuhan yang lebih tinggi, selalunya terdapat dalam 10-30 kloroplas. Walau bagaimanapun, dalam kes mereka, mungkin terdapat pengecualian yang ketara. Jadi, dalam tisu palisade shag biasa terdapat 1000 kloroplas setiap sel. Untuk apa kloroplas ini? Fotosintesis adalah utama mereka, tetapi jauh dari satu-satunya peranan. Untuk memahami dengan jelas kepentingannya dalam kehidupan tumbuhan, adalah penting untuk mengetahui banyak aspek asal usul dan perkembangannya. Semua ini diterangkan dalam artikel yang lain.
Asal usul kloroplas
Jadi, apa itu kloroplas, kami belajar. Dari mana datangnya organel ini? Bagaimanakah ia berlaku bahawa tumbuhan membangunkan alat unik yang menukar karbon dioksida dan air kepada sebatian organik yang kompleks?
Pada masa ini, dalam kalangan saintis, sudut pandangan tentang asal usul endosimbiotik organel ini berlaku, kerana kejadian bebasnya dalam sel tumbuhan agak diragui. Umum mengetahui bahawa lichen adalah simbiosis alga dan kulat. Alga uniselular hidup di dalam sel cendawan. Kini saintis mencadangkan bahawa pada zaman purba, cyanobacteria fotosintesis menembusi ke dalam sel tumbuhan, dan kemudian kehilangan sebahagiannya "kemerdekaan", memindahkan sebahagian besar genom ke nukleus.
Tetapi organoid baharu mengekalkan ciri utamanya sepenuhnya. Ia hanya mengenai proses fotosintesis. Walau bagaimanapun, radas itu sendiri, yang diperlukan untuk menjalankan proses ini, dibentuk di bawahkawalan kedua-dua nukleus sel dan kloroplas itu sendiri. Oleh itu, pembahagian organel ini dan proses lain yang berkaitan dengan pelaksanaan maklumat genetik ke dalam DNA dikawal oleh nukleus.
Bukti
Baru-baru ini, hipotesis asal prokariotik unsur-unsur ini tidak begitu popular dalam komuniti saintifik, ramai yang menganggapnya sebagai "ciptaan amatur." Tetapi selepas analisis mendalam tentang urutan nukleotida dalam DNA kloroplas, andaian ini telah disahkan dengan cemerlang. Ternyata struktur ini sangat serupa, malah berkaitan, dengan DNA sel bakteria. Jadi, urutan yang sama ditemui dalam cyanobacteria yang hidup bebas. Khususnya, gen kompleks pensintesis ATP, serta dalam "mesin" transkripsi dan terjemahan, ternyata sangat serupa.
Promotor yang menentukan permulaan membaca maklumat genetik daripada DNA, serta jujukan nukleotida terminal yang bertanggungjawab untuk penamatannya, juga disusun mengikut imej dan rupa bakteria. Sudah tentu, transformasi evolusi berbilion tahun boleh membuat banyak perubahan pada kloroplas, tetapi urutan dalam gen kloroplas kekal sama sekali. Dan ini adalah bukti lengkap yang tidak dapat disangkal bahawa kloroplas sememangnya mempunyai nenek moyang prokariotik. Ia mungkin merupakan organisma yang daripadanya cyanobacteria moden turut berkembang.
Perkembangan kloroplas daripada proplastid
Organoid "Dewasa" berkembang daripada proplastid. Ini adalah kecil, tidak berwarna sama sekaliorganel yang hanya beberapa mikron melintang. Ia dikelilingi oleh membran dwilapisan padat yang mengandungi DNA bulat khusus kloroplas. "Nenek moyang" organel ini tidak mempunyai sistem membran dalaman. Disebabkan saiznya yang sangat kecil, kajian mereka sangat sukar, dan oleh itu terdapat sedikit data tentang perkembangan mereka.
Adalah diketahui bahawa beberapa daripada protoplastid ini terdapat dalam nukleus setiap sel telur haiwan dan tumbuhan. Semasa perkembangan embrio, mereka membahagi dan dipindahkan ke sel lain. Ini mudah untuk disahkan: ciri genetik yang entah bagaimana dikaitkan dengan plastid dihantar hanya melalui garis ibu.
Membran dalam protoplastid menonjol ke dalam organoid semasa pembangunan. Dari struktur ini, membran tilakoid tumbuh, yang bertanggungjawab untuk pembentukan butiran dan lamela stroma organoid. Dalam kegelapan sepenuhnya, protopastid mula berubah menjadi prekursor kloroplas (etioplast). Organoid utama ini dicirikan oleh fakta bahawa struktur kristal yang agak kompleks terletak di dalamnya. Sebaik sahaja cahaya mengenai daun tumbuhan, ia musnah sepenuhnya. Selepas itu, pembentukan struktur dalaman "tradisional" kloroplas berlaku, yang dibentuk hanya oleh tilakoid dan lamella.
Perbezaan dalam loji penyimpanan kanji
Setiap sel meristem mengandungi beberapa proplastid ini (bilangan mereka berbeza-beza bergantung pada jenis tumbuhan dan faktor lain). Sebaik sahaja tisu primer ini mula berubah menjadi daun, organel prekursor bertukar menjadi kloroplas. Jadi,daun gandum muda yang telah selesai pertumbuhannya mempunyai kloroplas dalam jumlah 100-150 keping. Perkara menjadi lebih rumit untuk tumbuhan yang mampu mengumpul kanji.
Mereka menyimpan karbohidrat ini dalam plastid yang dipanggil amiloplast. Tetapi apakah kaitan organel ini dengan topik artikel kami? Lagipun, ubi kentang tidak terlibat dalam fotosintesis! Biar saya jelaskan isu ini dengan lebih terperinci.
Kami mengetahui apa itu kloroplas, sepanjang perjalanan mendedahkan hubungan organoid ini dengan struktur organisma prokariotik. Di sini keadaannya adalah serupa: saintis telah lama mengetahui bahawa amiloplast, seperti kloroplas, mengandungi DNA yang sama dan terbentuk daripada protoplastid yang sama. Oleh itu, mereka harus dipertimbangkan dalam aspek yang sama. Malah, amiloplast harus dianggap sebagai sejenis kloroplas yang istimewa.
Bagaimanakah amiloplas terbentuk?
Seseorang boleh melukis analogi antara protoplastid dan sel stem. Ringkasnya, amiloplast dari satu ketika mula berkembang di sepanjang laluan yang sedikit berbeza. Para saintis, bagaimanapun, mempelajari sesuatu yang ingin tahu: mereka berjaya mencapai transformasi bersama kloroplas daripada daun kentang kepada amiloplast (dan sebaliknya). Contoh kanonik, yang diketahui oleh setiap pelajar sekolah, ialah ubi kentang menjadi hijau dalam cahaya.
Maklumat lain tentang cara pembezaan organel ini
Kita tahu bahawa dalam proses pematangan buah tomato, epal dan beberapa tumbuhan lain (dan dalam daun pokok, rumput dan pokok renek pada musim luruh)"degradasi", apabila kloroplas dalam sel tumbuhan bertukar menjadi kromoplast. Organel ini mengandungi pigmen pewarna, karotenoid.
Transformasi ini disebabkan oleh fakta bahawa dalam keadaan tertentu, tilakoid dimusnahkan sepenuhnya, selepas itu organel memperoleh organisasi dalaman yang berbeza. Di sini kita sekali lagi kembali kepada isu yang kita mula bincangkan pada awal artikel: pengaruh nukleus pada perkembangan kloroplas. Ia adalah, melalui protein khas yang disintesis dalam sitoplasma sel, yang memulakan proses penstrukturan semula organoid.
Struktur kloroplas
Setelah bercakap tentang asal usul dan perkembangan kloroplas, kita harus memikirkan strukturnya dengan lebih terperinci. Selain itu, ia sangat menarik dan patut dibincangkan secara berasingan.
Struktur asas kloroplas terdiri daripada dua membran lipoprotein, dalam dan luar. Ketebalan masing-masing adalah kira-kira 7 nm, jarak antara mereka ialah 20-30 nm. Seperti dalam kes plastid lain, lapisan dalam membentuk struktur khas yang menonjol ke dalam organoid. Dalam kloroplas matang, terdapat dua jenis membran "berliku-liku" itu sekaligus. Yang pertama membentuk lamella stromal, yang terakhir membentuk membran tilakoid.
Lamela dan tilakoid
Perlu diingatkan bahawa terdapat sambungan yang jelas bahawa membran kloroplas mempunyai pembentukan serupa yang terletak di dalam organoid. Hakikatnya ialah beberapa lipatannya boleh memanjang dari satu dinding ke dinding yang lain (seperti dalam mitokondria). Jadi lamellae boleh membentuk sama ada sejenis "beg" atau bercabangrangkaian. Walau bagaimanapun, selalunya struktur ini terletak selari antara satu sama lain dan tidak disambungkan dalam apa jua cara.
Jangan lupa bahawa di dalam kloroplas juga terdapat tilakoid membran. Ini adalah "beg" tertutup yang disusun dalam timbunan. Seperti dalam kes sebelumnya, terdapat jarak 20-30 nm antara dua dinding rongga. Lajur "beg" ini dipanggil bijirin. Setiap lajur boleh mengandungi sehingga 50 tilakoid, dan dalam beberapa kes terdapat lebih banyak lagi. Memandangkan "dimensi" keseluruhan tindanan sedemikian boleh mencapai 0.5 mikron, kadangkala ia boleh dikesan menggunakan mikroskop cahaya biasa.
Jumlah bijirin yang terkandung dalam kloroplas tumbuhan yang lebih tinggi boleh mencapai 40-60. Setiap tilakoid melekat sangat rapat antara satu sama lain sehingga membran luarnya membentuk satu satah. Ketebalan lapisan di persimpangan boleh sehingga 2 nm. Ambil perhatian bahawa struktur sedemikian, yang dibentuk oleh tilakoid dan lamella yang bersebelahan, adalah perkara biasa.
Di tempat sentuhan mereka juga terdapat lapisan, kadangkala mencapai 2 nm yang sama. Oleh itu, kloroplas (struktur dan fungsinya sangat kompleks) bukanlah struktur monolitik tunggal, tetapi sejenis "keadaan dalam keadaan". Dalam beberapa aspek, struktur organel ini tidak kurang kompleks daripada keseluruhan struktur selular!
Granas saling berkait dengan tepat dengan bantuan lamellae. Tetapi rongga tilakoid, yang membentuk timbunan, sentiasa tertutup dan tidak berkomunikasi dengan intermembran dalam apa cara sekalipun.angkasa lepas. Seperti yang anda lihat, struktur kloroplas agak kompleks.
Apakah pigmen yang boleh ditemui dalam kloroplas?
Apakah yang boleh terkandung dalam stroma setiap kloroplas? Terdapat molekul DNA individu dan banyak ribosom. Dalam amiloplast, di dalam stromalah butiran kanji dimendapkan. Oleh itu, kromoplast mempunyai pigmen pewarna di sana. Sudah tentu, terdapat pelbagai pigmen kloroplas, tetapi yang paling biasa ialah klorofil. Ia dibahagikan kepada beberapa jenis sekaligus:
- Kumpulan A (biru-hijau). Ia berlaku dalam 70% kes, terkandung dalam kloroplas semua tumbuhan dan alga yang lebih tinggi.
- Kumpulan B (kuning-hijau). Baki 30% juga terdapat dalam spesies tumbuhan dan alga yang lebih tinggi.
- Kumpulan C, D dan E adalah lebih jarang berlaku. Ditemui dalam kloroplas beberapa spesies alga dan tumbuhan bawah.
Adalah perkara biasa bagi rumpai laut merah dan coklat mempunyai jenis pewarna organik yang berbeza dalam kloroplasnya. Sesetengah alga umumnya mengandungi hampir semua pigmen kloroplas sedia ada.
Fungsi kloroplas
Sudah tentu, fungsi utamanya adalah untuk menukar tenaga cahaya kepada komponen organik. Fotosintesis itu sendiri berlaku dalam bijirin dengan penyertaan langsung klorofil. Ia menyerap tenaga cahaya matahari, menukarkannya kepada tenaga elektron teruja. Yang terakhir, mempunyai lebihan bekalan, mengeluarkan tenaga yang berlebihan, yang digunakan untuk penguraian air dan sintesis ATP. Apabila air terurai, oksigen dan hidrogen terbentuk. Yang pertama, seperti yang kami tulis di atas, ialah hasil sampingan dan dilepaskan ke ruang sekeliling, dan hidrogen mengikat kepada protein khas, feredoxin.
Ia teroksida semula, memindahkan hidrogen kepada agen penurunan, yang dalam biokimia disingkatkan sebagai NADP. Sehubungan itu, bentuk terkurangnya ialah NADP-H2. Ringkasnya, fotosintesis menghasilkan bahan berikut: ATP, NADP-H2, dan hasil sampingan dalam bentuk oksigen.
Peranan tenaga ATP
ATP yang terbentuk adalah amat penting, kerana ia adalah "pengumpul" tenaga utama yang pergi ke pelbagai keperluan sel. NADP-H2 mengandungi agen pengurangan, hidrogen, dan sebatian ini dapat dengan mudah memberikannya jika perlu. Ringkasnya, ia adalah agen pengurangan kimia yang berkesan: dalam proses fotosintesis, banyak tindak balas berlaku yang tidak dapat diteruskan tanpanya.
Seterusnya, enzim kloroplas berperanan, yang bertindak dalam gelap dan di luar gran: hidrogen daripada agen penurunan dan tenaga ATP digunakan oleh kloroplas untuk memulakan sintesis beberapa bahan organik. Memandangkan fotosintesis berlaku dalam keadaan pencahayaan yang baik, sebatian terkumpul digunakan untuk keperluan tumbuhan itu sendiri semasa waktu gelap hari itu.
Anda betul-betul dapat perasan bahawa proses ini adalah serupa dengan pernafasan dalam beberapa aspek. Bagaimanakah fotosintesis berbeza daripadanya? Jadual akan membantu anda memahami isu ini.
| Item perbandingan | Fotosintesis | Bernafas |
| Apabila ia berlaku | Siang sahaja, dalam cahaya matahari | Bila-bila masa |
| Di mana ia bocor | sel yang mengandungi klorofil | Semua sel hidup |
| Oksigen | Sorotan | Penyerapan |
| CO2 | Penyerapan | Sorotan |
| Bahan organik | Sintesis, pemisahan separa | Pisah sahaja |
| Tenaga | Menelan | Terserlah |
Beginilah cara fotosintesis berbeza daripada respirasi. Jadual menunjukkan dengan jelas perbezaan utamanya.
Beberapa "paradoks"
Kebanyakan tindak balas selanjutnya berlaku di sana, dalam stroma kloroplas. Laluan selanjutnya bahan tersintesis adalah berbeza. Jadi, gula ringkas segera melampaui organoid, terkumpul di bahagian lain sel dalam bentuk polisakarida, terutamanya kanji. Dalam kloroplas, kedua-dua pemendapan lemak dan pengumpulan awal prekursornya berlaku, yang kemudiannya dikumuhkan ke kawasan lain sel.
Perlu difahami dengan jelas bahawa semua tindak balas pelakuran memerlukan sejumlah besar tenaga. Satu-satunya sumber adalah fotosintesis yang sama. Ini adalah proses yang selalunya memerlukan tenaga yang banyak sehinggakan ia perlu diperolehi,memusnahkan bahan yang terbentuk hasil daripada sintesis sebelumnya! Oleh itu, kebanyakan tenaga yang diperolehi dalam perjalanannya dibelanjakan untuk menjalankan banyak tindak balas kimia dalam sel tumbuhan itu sendiri.
Hanya sebahagian daripadanya digunakan untuk mendapatkan secara langsung bahan organik yang diambil oleh tumbuhan untuk pertumbuhan dan perkembangannya sendiri atau mendapan dalam bentuk lemak atau karbohidrat.
Adakah kloroplas statik?
Adalah diterima umum bahawa organel selular, termasuk kloroplas (struktur dan fungsi yang telah kami huraikan secara terperinci), terletak secara ketat di satu tempat. Ini tidak benar. Kloroplas boleh bergerak di sekeliling sel. Jadi, dalam cahaya rendah, mereka cenderung untuk mengambil kedudukan berhampiran bahagian sel yang paling terang, dalam keadaan cahaya sederhana dan rendah, mereka boleh memilih beberapa kedudukan pertengahan di mana mereka berjaya "menangkap" cahaya matahari yang paling banyak. Fenomena ini dipanggil "phototaxis".
Seperti mitokondria, kloroplas adalah organel yang agak autonomi. Mereka mempunyai ribosom sendiri, mereka mensintesis sejumlah protein yang sangat spesifik yang hanya digunakan oleh mereka. Terdapat juga kompleks enzim khusus, semasa kerja yang mana lipid khas dihasilkan, yang diperlukan untuk pembinaan cangkang lamella. Kami telah pun bercakap tentang asal prokariotik organel ini, tetapi perlu ditambah bahawa sesetengah saintis menganggap kloroplas sebagai keturunan purba beberapa organisma parasit yang mula-mula menjadi simbion, dan kemudian sepenuhnya.telah menjadi sebahagian daripada sel.
Kepentingan kloroplas
Untuk tumbuhan, ia adalah jelas - ini adalah sintesis tenaga dan bahan yang digunakan oleh sel tumbuhan. Tetapi fotosintesis adalah proses yang memastikan pengumpulan berterusan bahan organik pada skala planet. Daripada karbon dioksida, air dan cahaya matahari, kloroplas boleh mensintesis sejumlah besar sebatian molekul tinggi yang kompleks. Keupayaan ini adalah ciri hanya untuk mereka, dan seseorang masih jauh daripada mengulangi proses ini dalam keadaan buatan.
Semua biojisim di permukaan planet kita berhutang kewujudannya kepada organel terkecil ini, yang terletak di kedalaman sel tumbuhan. Tanpa mereka, tanpa proses fotosintesis yang dijalankan oleh mereka, tidak akan ada kehidupan di Bumi dalam manifestasi modennya.
Kami harap anda telah mempelajari daripada artikel ini apa itu kloroplas dan apakah peranannya dalam organisma tumbuhan.
