Ena od glavnih razlik med rastlinskimi in živalskimi celicami je prisotnost v citoplazmi prvih organelov, kot so plastidi. V tem članku bomo obravnavali zgradbo, značilnosti njihovih vitalnih procesov, pa tudi pomen kloroplastov, kromoplastov in levkoplastov.
struktura kloroplasta
Zeleni plastidi, katerih zgradbo bomo zdaj preučili, spadajo med obvezne organele celic višjih tros in semenskih rastlin. So celične organele z dvojno membrano in imajo ovalno obliko. Njihovo število v citoplazmi je lahko različno. Na primer, celice stebričnega parenhima tobačne listne plošče vsebujejo do tisoč kloroplastov, v steblih rastlin iz družine žit od 30 do 50.
Obe membrani, ki sestavljata organoid, imata različno strukturo: zunanja je gladka, troslojna, podobna membrani same rastlinske celice. Notranji vsebuje veliko gub, imenovanih lamele. Ob njih so ravne vrečke - tilakoidi. Lamele tvorijo mrežovzporedne tubule. Med lamelami so tilakoidna telesa. Zbrani so v skladovnice – zrna, ki jih je mogoče med seboj povezati. Njihovo število v enem kloroplastu je 60–150. Celotna notranja votlina kloroplasta je napolnjena z matriksom.
Organella ima znake avtonomije: lasten dedni material - krožna DNK, zahvaljujoč kateri se lahko množijo kloroplasti. Obstaja tudi zaprta zunanja membrana, ki omejuje organele pred procesi, ki se pojavljajo v citoplazmi celice. Kloroplasti imajo lastne ribosome, i-RNA in t-RNA molekule, kar pomeni, da so sposobni sinteze beljakovin.
Tylakoid funkcije
Kot smo že omenili, plastidi rastlinskih celic - kloroplasti - vsebujejo posebne sploščene vrečke, imenovane tilakoidi. V njih so našli pigmente - klorofile (sodelujejo pri fotosintezi) in karotenoide (izvajajo podporne in trofične funkcije). Obstaja tudi encimski sistem, ki zagotavlja reakcije svetle in temne faze fotosinteze. Tilakoidi delujejo kot antene: fokusirajo svetlobne kvante in jih usmerjajo v molekule klorofila.
Fotosinteza je glavni proces kloroplastov
Autotrofne celice so sposobne samostojno sintetizirati organske snovi, zlasti glukozo, z uporabo ogljikovega dioksida in svetlobne energije. Zeleni plastidi, katerih funkcije trenutno preučujemo, so sestavni del fototrofov - večceličnih organizmov, kot so:
- višje trosne rastline (mahovi, preslice, mahovi,praproti);
- semena (golosemenke - ginga, iglavci, efedre in kritosemenke ali cvetoče rastline).
Fotosinteza je sistem redoks reakcij, ki temeljijo na procesu prenosa elektronov z donorskih snovi na spojine, ki jih "sprejemajo", tako imenovane akceptorje.
Te reakcije vodijo do sinteze organskih snovi, zlasti glukoze, in sproščanja molekularnega kisika. Svetlobna faza fotosinteze se pojavi na tilakoidnih membranah pod delovanjem svetlobne energije. Absorbirani svetlobni kvanti vzbujajo elektrone atomov magnezija, ki sestavljajo zeleni pigment - klorofil.
Energija elektronov se uporablja za sintezo energijsko intenzivnih snovi: ATP in NADP-H2. Celica jih cepi za reakcije temne faze, ki se pojavljajo v matriksu kloroplasta. Kombinacija teh sintetičnih reakcij vodi do tvorbe molekul glukoze, aminokislin, glicerola in maščobnih kislin, ki služijo kot gradbeni in trofični material celice.
Plastidne vrste
Zeleni plastidi, katerih strukturo in funkcije smo obravnavali prej, najdemo v listih, zelenih steblih in niso edina vrsta. Torej, v koži plodov, v cvetnih listih cvetočih rastlin, v zunanjih pokrovih podzemnih poganjkov - gomoljev in čebulic, so drugi plastidi. Imenujejo se kromoplasti ali levkoplasti.
Brezbarvne organele (levkoplasti) imajo drugačno obliko in se od kloroplastov razlikujejo po tem, danotranja votlina nima tankih plošč - lamel, število tilakoidov, potopljenih v matriks, pa je majhno. Sam matriks vsebuje deoksiribonukleinsko kislino, organele, ki sintetizirajo beljakovine - ribosome in proteolitske encime, ki razgrajujejo beljakovine in ogljikove hidrate.
Leukoplasti imajo tudi encime – sintetaze, ki sodelujejo pri tvorbi škrobnih molekul iz glukoze. Posledično se v plastidih brezbarvnih rastlinskih celic kopičijo rezervna hranila: beljakovinska zrnca in škrobna zrna. Ti plastidi, katerih funkcija je kopičenje organskih snovi, se lahko spremenijo v kromoplaste, na primer med zorenjem paradižnika, ki je v fazi mlečne zrelosti.
Pod skenirnim mikroskopom visoke ločljivosti so jasno vidne razlike v strukturi vseh treh vrst plastidov. To najprej zadeva kloroplaste, ki imajo najbolj zapleteno strukturo, povezano s funkcijo fotosinteze.
Kromaplasti - barvni plastidi
Poleg zelenih in brezbarvnih rastlinskih celic obstaja še tretja vrsta organelov, imenovana kromoplasti. Imajo različne barve: rumena, vijolična, rdeča. Njihova struktura je podobna levkoplastom: notranja membrana ima majhno število lamel in majhno število tilakoidov. Kromoplasti vsebujejo različne pigmente: ksantofile, karotene, karotenoide, ki so pomožne fotosintetske snovi. Prav ti plastidi zagotavljajo barvo korenin pese, korenja, plodov sadnega drevja in jagodičja.
Kako nastanejoin medsebojno preoblikujejo plastide
Leukoplasti, kromoplasti, kloroplasti so plastidi (katere zgradba in funkcije preučujemo), ki imajo skupen izvor. So derivati meristematskih (izobraževalnih) tkiv, iz katerih nastanejo protoplastidi - dvomembranske vrečaste organele velikosti do 1 mikrona. Na svetlobi zapletejo svojo strukturo: nastane notranja membrana, ki vsebuje lamele, in sintetizira se zeleni pigment klorofil. Protoplastidi postanejo kloroplasti. Leukoplaste lahko s svetlobno energijo spremenimo tudi v zelene plastide in nato v kromoplaste. Plastidna modifikacija je v rastlinskem svetu zelo razširjen pojav.
Kromatofori kot predhodniki kloroplastov
Prokariontski fototrofni organizmi - zelene in vijolične bakterije, izvajajo proces fotosinteze s pomočjo bakterioklorofila A, katerega molekule se nahajajo na notranjih izrastkih citoplazemske membrane. Mikrobiologi menijo, da so bakterijske kromatofore predhodniki plastidov.
To potrjuje njihova podobna struktura kot kloroplasti, in sicer prisotnost reakcijskih centrov in sistemov za lovljenje svetlobe, pa tudi splošni rezultati fotosinteze, ki vodijo v tvorbo organskih spojin. Treba je opozoriti, da nižje rastline - zelene alge, tako kot prokarioti, nimajo plastidov. To je posledica dejstva, da so tvorbe, ki vsebujejo klorofil - kromatofore, prevzele svojo funkcijo - fotosintezo.
Kako so nastali kloroplasti
Med številnimi hipotezamiizvora plastidov, se osredotočimo na simbiogenezo. Po njegovih zamislih so plastidi celice (kloroplasti), ki so nastale v arhejski dobi kot posledica prodiranja fototrofnih bakterij v primarno heterotrofno celico. Prav oni so kasneje privedli do nastanka zelenih plastidov.
V tem članku smo preučevali strukturo in funkcije dvomembranskih organelov rastlinske celice: levkoplastov, kloroplastov in kromoplastov. In tudi ugotovil njihov pomen v celičnem življenju.
