Видозміни пластид – це поширене явище у світі рослин. Пластиды: будова, функції

Одне з головних відмінностей між рослинною і тваринної кліткою полягає в наявності в цитоплазмі першої таких органел, як пластиды. Будова, особливості процесів їх життєдіяльності, а також значення хлоропластів, хромопластов і лейкопластов будуть розглянуті в даній статті.

Будова хлоропласта

Зелені пластиды, будова яких ми зараз вивчимо, відносяться до обов'язкових органел клітин вищих спорових і насінних рослин. Вони є двухмембранными клітинними органоидами і мають овальну форму. Їх кількість у цитоплазмі може бути різним. Наприклад, клітини стовпчастої паренхіми листової пластинки тютюну містять до тисячі хлоропластів, в стеблах рослин родини злакових від 30 до 50.
Обидві мембрани, що входять до складу органоида, мають різну будову: зовнішня – гладка, тришарова, аналогічна мембрані самої рослинної клітини. Внутрішня містить безліч складок, званих ламеллами. До них примикають плоскі мішечки – тилакоиды. Ламеллы утворюють мережу, що складається з паралельно розташованих канальців. Між ламеллами знаходяться тільця-тилакоиды. Вони зібрані в стопки – грани, які можуть з'єднуватися між собою. Їх кількість в одному хлоропласте – 60-150. Вся внутрішня порожнина хлоропласта заповнена матриксом. Органелла має ознаки автономності: власний спадковий матеріал – кільцеву ДНК, завдяки якій хлоропласти розмножуються. Також є замкнута зовнішня мембрана, обмежує органел від процесів, що протікають в цитоплазмі клітини. Хлоропласти мають власні рибосоми, молекули і-РНК, т-РНК, а значить, здатні до синтезу білків.

Функції тилакоидов

Як було сказано раніше, пластиды рослинної клітини – хлоропласти, що містять у своєму складі особливі сплющені мішечки, звані тилакоидами. У них виявлені пігменти – хлорофіли (беруть участь у фотосинтезі) і каротиноїди (виконують опорні і трофічні функції). Є також ферментативна система, що забезпечує реакції світлової та темнової фаз фотосинтезу. Тилакоиды виконують функцію антен: вони фокусують світлові кванти і направляють їх на молекули хлорофілу.

Фотосинтез – головний процес хлоропластів

Автотрофные клітини здатні самостійно синтезувати органічні речовини, зокрема глюкозу, використовуючи вуглекислий газ і світлову енергію. Зелені пластиды, функції яких ми зараз вивчаємо, є невід'ємною частиною фототрофов – багатоклітинних організмів, таких як:

вищі спорові рослини (мохи, хвощі, плауни, папороті);

насіннєві (голонасінні – гинговые, хвойні, эфедровые і покритонасінні або квіткові рослини).

Фотосинтез – це система окисно-відновних реакцій, в основі яких лежить процес перенесення електронів від речовин-донорів до сполук, які «сприймає» їх, так званим акцепторам. Ці реакції приводять до синтезу органічних речовин, зокрема глюкози, і виділення молекулярного кисню. Світлова фаза фотосинтезу відбувається на мембранах тилакоидов під дією світлової енергії. Поглинені кванти світла збуджують електрони атомів магнію, що входять до складу зеленого пігменту – хлорофілу.
Енергія електронів використовується для синтезу енергоємних речовин: АТФ і НАДФ-H2. Вони розщеплюються кліткою для реакцій темнової фази, що відбуваються в матриксі хлоропластів. Сукупність цих синтетичних реакцій призводить до утворення молекул глюкози, амінокислот, гліцерину та жирних кислот, які служать будівельним і трофічних матеріалом клітини.

Види пластид

Зелені пластиды, будова й функції яких ми розглянули раніше, знаходяться в листі, зелених стеблах і не є єдиним видом. Так, у шкірці плодів, в пелюстках квіткових рослин, у зовнішніх покривах підземних пагонів – бульб і цибулин, присутні інші пластиды. Вони називаються хромопластами або лейкопластами. Безбарвні органели (лейкопласти) мають різну форму і відрізняються від хлоропластів тим, що їх внутрішня порожнина не має тонких пластин – ламелл, а кількість тилакоидов, занурених у матрикс, невелика. Сам матрикс містить дезоксирибонуклеиновую кислоту, белоксинтезирующие органели – рибосоми і протеолітичні ферменти, що розщеплюють білки і вуглеводи. Лейкопласти мають також ферменти – синтетази, що беруть участь в утворенні молекул крохмалю з глюкози. Внаслідок цього безбарвні пластиды рослинної клітини накопичують запасні поживні речовини: гранули білка і крохмальні зерна. Ці пластиды, функції яких полягають в акумуляції органічних речовин, можуть перетворюватися в хромопласты, наприклад, у процесі дозрівання томатів, які перебувають у стадії молочної стиглості. Під растровим мікроскопом, мають високу роздільну здатність, добре видно відмінності в будові всіх трьох видів пластид. Це, насамперед, стосується хлоропластів, мають найбільш складну будову, пов'язане з функцією фотосинтезу.

Хромопласты – кольорові пластиды

Поряд із зеленими і безбарвними в клітинах рослин присутній третій вид органел, званих хромопластами. Вони мають різноманітне забарвлення: жовту, фіолетове, червоне. Їх будова схоже з лейкопластами: внутрішня мембрана має невелику кількість ламелл і незначне число тилакоидов. Хромопласты містять різні пігменти: ксантофіли, каротин, каротиноїди, що є допоміжними фотосинтезирующими речовинами. Саме ці пластиды забезпечують забарвлення коренеплодів буряка, моркви, плодів фруктових дерев і ягід.

Як виникають і взаємно перетворюються пластиды

Лейкопласти, хромопласты, хлоропласти – пластиды (будова та функції яких ми вивчаємо), мають єдине походження. Вони є похідними меристематичних (освітніх) тканин, з яких формуються протопластиды – двухмембранные мішкоподібні органели величиною до 1 мкм. На світлі вони ускладнюють свою будову: формується внутрішня мембрана, що містить ламеллы, і синтезується зелений пігмент хлорофіл. Протопластиды стають хлоропластами. Лейкопласти можуть перетворюватися під дією світлової енергії в зелені пластиды, а потім в хромопласты. Видозміни пластид – це широко розповсюджене явище у світі рослин.

Хроматофоры як попередники хлоропластів

Прокариотические фототрофные організми – зелені й пурпурові бактерії, здійснюють процес фотосинтезу за допомогою бактериохлорофилла А, молекули якого розташовані на внутрішніх виростах цитоплазматичної мембрани. Мікробіологи вважають хроматофоры бактерій попередниками пластид. Це підтверджується їх схожим з хлоропластами будовою, а саме наявністю реакційних центрів і светоулавливающих систем, а також загальними результатами фотосинтезу, що призводять до утворення органічних з'єднань. Потрібно відзначити, що нижчі рослини – зелені водорості, як і прокаріоти, які не мають пластид. Це пояснюється тим, що хлорофиллосодержащие освіти – хроматофоры, взяли на себе їхню функцію – фотосинтез.

Як виникли хлоропласти

Серед безлічі гіпотез походження пластид зупинимося на симбиогенезе. Згідно його уявленням, пластиды - клітини (хлоропласти), які виникли в архейську еру внаслідок проникнення в первинну гетеротрофную клітку фототрофних бактерій. Саме вони в подальшому привели до утворення зелених пластид. У даній статті ми вивчили будову і функції двухмембранных органел рослинної клітини: лейкопластов, хлоропластів і хромопластов. А також з'ясували їх значення в клітинної життєдіяльності.