Bunlara kloroplast denir. Kloroplastlar. ATP'nin enerjik rolü
Fotosentez sürecinin tamamı yeşil plastidlerde - kloroplastlarda gerçekleşir. Üç tür plastid vardır: lökoplastlar - renksiz, kromoplastlar - turuncu, kloroplastlar - yeşil. Yeşil pigment klorofilin yoğunlaştığı yer kloroplastlardır. Mantarlar gibi yeşil olmayan bitkilerde plastidler bulunmaz. Bu bitkilerin fotosentez yapma yeteneği yoktur. Evrim sürecinde plastid farklılaşması çok erken gerçekleşti. Doğru, fotosentetik bakteriler ve mavi-yeşil alglerin henüz plastidleri yoktur, rolleri protoplazmanın kabuğa bitişik renkli kısmı tarafından oynanır. Bu, fotosentetik aparatın en ilkel organizasyonudur. Bununla birlikte, algler zaten pigmentlerin yoğunlaştığı özel oluşumlara (kromatoforlar) sahiptir; şekilleri çeşitlidir (spiral, şerit, plaka veya yıldız şeklinde). Daha yüksek bitkiler, disk veya bikonveks mercek şeklinde tamamen oluşturulmuş bir plastid türü ile karakterize edilir. Bir disk şeklini alan kloroplastlar evrensel bir fotosentetik aparat haline gelir.
Kloroplastların kimyasal bileşimi oldukça karmaşıktır ve yüksek (%75) su içeriği ile karakterize edilir. Toplam kuru madde miktarının yaklaşık %75-80'i çeşitli organik bileşiklerden, %20-25'i ise mineral maddelerden gelir. Kloroplastların yapısal temeli, içeriği kuru ağırlığın% 50-55'ine ulaşan, yaklaşık yarısı suda çözünür olan proteinlerdir. Bu kadar yüksek protein içeriği, kloroplastlardaki farklı işlevlerle açıklanmaktadır. Bunlar, membranların temeli olan yapısal proteinler, enzim proteinleri, sitozolden farklı belirli bir iyonik bileşimi koruyan taşıma proteinleri, kloroplastların motor aktivitesini sağlayan kas aktomiyozine benzer kasılma proteinleridir. Proteinler ayrıca iç ve dış ortamın değişen koşulları altında fotosentez yoğunluğunun düzenlenmesinde rol alarak bir reseptör işlevi de gerçekleştirir.
Kloroplastların en önemli bileşeni, içeriği kuru ağırlığın %30 ila %40'ı arasında değişen lipitlerdir. Kloroplast lipitleri üç bileşik grubuyla temsil edilir.
Karbonhidratlar kloroplastın yapısal maddeleri değildir. Çok küçük miktarlarda şekerlerin fosfor esterleri karbon indirgeme döngüsüne katılır; bunlar esas olarak fotosentez ürünleridir. Bu nedenle kloroplastlardaki karbonhidrat içeriği önemli ölçüde değişir (%5 ila %50). Aktif olarak çalışan kloroplastlarda karbonhidratlar genellikle birikmez, hızlı bir şekilde dışarı akışı meydana gelir. Fotosentetik ürünlere olan ihtiyacın azalmasıyla birlikte kloroplastlarda büyük nişasta taneleri oluşur. Bu durumda nişasta içeriği kuru ağırlığın %50'sine kadar artabilir ve kloroplastların aktivitesi azalacaktır.
Kloroplastlar yüksek mineral içeriğine sahiptir. Kloroplastların kendisi yaprak kütlesinin% 25-30'unu oluşturur, ancak yaprak dokularında bulunan% 80'e kadar demir,% 70-72'ye kadar magnezyum ve çinko, yaklaşık% 50 bakır,% 60'a kadar kalsiyum içerirler. Bu veriler, kloroplastların yüksek ve çeşitli enzimatik aktivitesiyle iyi bir uyum içindedir. Mineral elementler prostetik gruplar ve enzim aktivitesi için kofaktörler olarak görev yapar. Magnezyum klorofilin bir parçasıdır. Kalsiyumun önemli rolü kloroplastların membran yapılarını stabilize etmektir.
Elektron mikroskobu kullanılarak gözlemlenen kloroplastın yapısı oldukça karmaşıktır. Çekirdek ve mitokondri gibi kloroplastın etrafı da kabuk, iki lipoprotein membranından oluşur. İç ortam nispeten homojen bir maddeyle temsil edilir - matris, veya stroma, zarların nüfuz ettiği - ince tabakalar. Birbirine bağlanan lameller kabarcıklar oluşturur - tilakoidler. Tilakoidler birbirine sıkı sıkıya bitişik olarak oluşur taneler,ışık mikroskobu altında bile ayırt edilebilen bir şey. Buna karşılık, bir veya daha fazla yerdeki taneler, taneler arası şeritler kullanılarak birbirleriyle birleştirilir - stromal tilakoidler. Işık enerjisinin yakalanmasında rol oynayan kloroplast pigmentlerinin yanı sıra fotosentezin ışık fazı için gerekli olan enzimler tilakoid membranlara gömülüdür.
Şekil 1. Kloroplast yapısı
1 - dış zar; 2 - iç zar; 3 - nişasta tanesi; 4 - DNA; 5 - stromal tilakoidler (perdeler); 6 - tilakoid grana; 7 - matris (stroma)
Olgun kloroplastların yapısı tüm yüksek bitkilerde ve aynı bitkinin farklı organlarındaki hücrelerde (yapraklar, yeşil kökler, ağaç kabuğu, meyveler) aynıdır. Hücrelerin fonksiyonel yüküne, kloroplastların fizyolojik durumuna ve yaşlarına bağlı olarak iç yapılarının derecesi ayırt edilir: büyüklük, tane sayısı, aralarındaki bağlantı. Bu nedenle stomaların koruyucu hücrelerinde kloroplastların ana işlevi stoma hareketlerinin fotoregülasyonudur. Bu işlem, yüksek düzeyde yapılandırılmış mitokondri tarafından enerji ile sağlanır. Kloroplastlar büyük nişasta taneleri, şişmiş tilakoidler ve lipofilik kürecikler içerir, bu da onların düşük enerji yükünü gösterir.
Yaşla birlikte kloroplastların yapısı önemli ölçüde değişir. Genç kloroplastlar katmanlı bir yapıyla karakterize edilir; bu durumda kloroplastlar bölünerek çoğalabilirler. Olgun kloroplastlarda gran sistemi iyi ifade edilir. Yaşlanan kloroplastlarda stromal tilakoidler yırtılır, granalar arasındaki bağlantı azalır ve ardından klorofilin parçalanması ve grananın tahrip olması gözlenir. Sonbahar yapraklarında kloroplastların bozulması, karotenoidlerin plastoglobüllerde yoğunlaştığı kromoplastların oluşumuna yol açar.
Kloroplastların fizyolojik özellikleri
Kloroplastların önemli bir özelliği hareket edebilmeleridir. Kloroplastlar sitoplazma ile birlikte hareket etmelerinin yanı sıra hücre içindeki konumlarını da kendiliğinden değiştirme yeteneğine sahiptirler. Klorolastların hareket hızı yaklaşık 0,12 µm/s'dir. Kloroplastlar hücre boyunca eşit olarak dağılabilirler, ancak daha sıklıkla çekirdeğin yakınında ve hücre duvarlarının yakınında birikirler. Kloroplastların hücre içindeki konumu açısından aydınlatmanın yönü ve şiddeti büyük önem taşımaktadır. Düşük ışık yoğunluğunda, kloroplastlar gelen ışınlara dik hale gelir, bu da onları daha iyi yakalamak için bir adaptasyondur. Yüksek aydınlatma altında kloroplastlar yan duvarlara doğru hareket eder ve gelen ışınlara doğru uçtan uca dönerler. Aydınlatmaya bağlı olarak kloroplastların şekli de değişebilir. Daha yüksek ışık yoğunluğunda şekilleri küresele yaklaşır.
Kloroplastların ana işlevi fotosentez işlemidir. 1955 yılında D. Arnon, fotosentez işleminin tamamının izole edilmiş kloron plastlarda gerçekleştirilebileceğini gösterdi. Kloroplastların yalnızca yaprak hücrelerinde bulunmadığını belirtmek önemlidir. Fotosentez konusunda uzmanlaşmamış organ hücrelerinde bulunurlar: kulakların saplarında, kavuzlarında ve kılçıklarında, köklerde, patates yumrularında vb. Bazı durumlarda yeşil plastidler, bitkilerin dış, ışıklı kısımlarında bulunmayan dokularda bulunur. ancak ışıktan uzak katmanlar halinde, gövdenin merkezi silindirinin dokularında, zambak soğanının orta kısmında ve ayrıca birçok kapalı tohumluların tohumlarının embriyonik hücrelerinde. İkinci fenomen (klorofil taşıyan embriyo) bitki taksonomistlerinin dikkatini çekmektedir. Tüm anjiyospermleri iki büyük gruba ayırma önerileri vardır: kloroombriofitler ve lökoembriyofitler, yani. embriyoda kloroplast içeren ve içermeyenler (Yakovlev). Çalışmalar, diğer bitki organlarında bulunan kloroplastların yapısının ve pigmentlerin bileşiminin yaprak kloroplastlarına benzer olduğunu göstermiştir. Bu onların fotosentez yapabildiklerini göstermektedir.
Işığa maruz kaldıklarında fotosentezin gerçekten gerçekleştiği görülüyor. Böylece, kulak kılçıklarında bulunan kloroplastların fotosentezi, bitkinin toplam fotosentezinin yaklaşık %30'unu oluşturabilir. Işıkta yeşile dönen kökler fotosentez yapabilir. Meyvenin kabuğunda, gelişiminin belirli bir aşamasına kadar bulunan kloroplastlarda da fotosentez gerçekleşebilmektedir. A.L. Kursanov'un varsayımına göre, iletken yolların yakınında bulunan ve oksijeni serbest bırakan kloroplastlar, elek tüplerinin metabolizma yoğunluğunun artmasına katkıda bulunur. Ancak kloroplastların rolü fotosentez yapma yetenekleriyle sınırlı değildir. Bazı durumlarda besin kaynağı olarak hizmet edebilirler (E.R. Gübbenet). Kloroplastlar daha fazla vitamin, enzim ve hatta fitohormonlar (özellikle gibberellin) içerir. Asimilasyonun dışlandığı koşullar altında yeşil plastidler metabolik süreçlerde aktif rol oynayabilir.
/. Kloroplastlar
2. Tilakoidler
3. Tilakoid membranlar
4. Protein kompleksleri
5. Kloroplastların stromasında biyokimyasal sentez
1. Embriyonik hücreler şunları içerir: renksiz proplastidler. Kumaşın türüne bağlı olarak gelişiyorlar: yeşil kloroplastlara;
diğer plastid formları - kloroplast türevleri (filogenetik olarak daha sonra):
Sarı veya kırmızı kromoplastlar;
Renksiz lökoplastlar.
Yapı ve kompozisyon kloroplastlar. İÇİNDE Bazı algler gibi yüksek bitkilerin hücreleri, yalnızca 3-10 mikron büyüklüğünde yaklaşık 10-200 merceksi kloroplasta sahiptir.
Kloroplastlar- yüksek bitkilerin organ hücrelerinin plastidleri, gibi ışığa maruz kalan:
Odunlaşmamış gövde (dış dokular);
Genç meyveler;
Daha az yaygın olarak çiçeğin epidermisinde ve korollasında.
İki zardan oluşan kloroplast kabuğu, birçok düz kapalı zar cebinin (sarnıçların) - tilakoidler, yeşil renkli - nüfuz ettiği renksiz bir stromayı çevreler. Kloroplastlı hücrelerin yeşil olmasının nedeni budur.
Bazen yeşil renk, diğer kloroplast pigmentleri (kırmızı ve kahverengi alglerde) veya hücre özsuyu (kayın ağacında) tarafından maskelenir. Alg hücreleri bir veya daha fazla farklı kloroplast formu içerir.
Kloroplastlar şunları içerir: farklı pigmentleri takip etmek(bitki türüne bağlı olarak):
Klorofil:
Klorofil A (mavi-yeşil) - %70 (yüksek bitkilerde ve
yeşil alg); . klorofil B (sarı-yeşil) - %30 (aynı eser);
Klorofil C, D ve E diğer alg gruplarında daha az yaygındır;
Karotenoidler:
Turuncu-kırmızı karotenler (hidrokarbonlar);
Sarı (daha az sıklıkla kırmızı) ksantofiller (oksitlenmiş karotenler). Ksantofil fikoksantin sayesinde kahverengi alglerin kloroplastları (feoplastlar) kahverengi renktedir;
Rodoplastlarda (kırmızı ve mavi-yeşil alglerin kloroplastları) bulunan fikobiliproteinler:
Mavi fikosiyanin;
Kırmızı fikoeritrin.
Kloroplastların işlevi: kloroplast pigmenti ışığı emer uygulamaya fotosentez - ışık enerjisini organik maddelerin kimyasal enerjisine dönüştürme süreci,öncelikle kloroplastlarda enerji açısından fakir maddelerden (CO2 ve H2O) sentezlenen karbonhidratlar
2. Prokaryotlar Kloroplastları yok ama var çok sayıda var tilakoidler,plazma zarı ile sınırlanmıştır:
Fotosentetik bakterilerde:
Boru şeklinde veya plaka;
İster kabarcıklar, ister loblar şeklinde;
Mavi-yeşil alglerde tilakoidler düzleştirilmiş tanklardır:
Küresel bir sistem oluşturmak;
Veya birbirine paralel;
Veya rastgele düzenlenmiş.
Ökaryotik bitkilerde Tilakoid hücreler, kloroplastın iç zarının kıvrımlarından oluşur. Kloroplastlar kenardan kenara uzun süre nüfuz eder. stromal tilakoidler, etrafı yoğun ve kısa olan tilakoid büyükanne. Bu tür grana tilakoid yığınları, ışık mikroskobunda 0,3-0,5 µm boyutunda yeşil grana olarak görülebilir.
3. Grana arasında tilakoid stroma ağ şeklinde iç içe geçmiştir. Grana tilakoidler, stromal tilakoidlerin üst üste binen süreçlerinden oluşur. Aynı zamanda dahili (intrasisternal) tilakoidlerin çoğunun veya tamamının boşlukları birbirine bağlı kalır.
tilakoid membranlar 7-12 nm kalınlığında, protein açısından çok zengin (protein içeriği - yaklaşık %50, toplamda 40'tan fazla farklı protein).
Thilacodd'ların zarlarında, fotosentez reaksiyonlarının enerji dönüşümüyle ilişkili olan kısmı - ışık reaksiyonları adı verilen - gerçekleştirilir. Bu işlemler, bir elektron taşıma zinciriyle birbirine bağlanan iki klorofil içeren fotosistem I ve II'yi ve ATP üreten membran ATPazı'nı içerir. Yöntemi kullanma donma-yontma, Tilakoid membranları, iki lipit tabakası arasından geçen sınır boyunca iki tabakaya ayırmak mümkündür. Bu durumda elektron mikroskobu kullanarak görebilirsiniz. dört yüzey:
Stroma tarafındaki membran;
Tilakoidin iç boşluğunun yanındaki zar;
Bitişikteki lipit tek katmanının iç tarafı İle stroma;
Tek tabakanın iç kısmı iç boşluğa bitişiktir.
Dört vakanın hepsinde, normalde zardan nüfuz eden yoğun bir protein parçacıkları paketi görülebilir, ancak zar tabakalaştığında bir veya başka bir lipit tabakasından ayrılırlar.
4. İle deterjanlar(örn.digitonin) tilakoid membranlardan izole edilebilir altı farklı protein kompleksi:
Hidrofobik bir integral membran proteini olan büyük FSN-SSK parçacıkları. FSN-SSK kompleksi esas olarak zarların bitişik tilakoid ile temas halinde olduğu yerlerde bulunur. Bölünebilir:
FSP parçacığı başına;
Ve birkaç özdeş klorofil açısından zengin CCK parçacığı. Bu, ışık kuantumunu “toplayan” ve enerjilerini FSP parçacığına aktaran bir parçacıklar kompleksidir;
PS1 parçacıkları, hidrofobik integral membran proteinleri;
Optik olarak PS1'den ayırt edilemeyen, elektron taşıma zincirinin bileşenlerini (sitokromlar) içeren parçacıklar. Hidrofobik integral membran proteinleri;
CF0 - 2-8 nm boyutunda membrana sabitlenmiş membran ATPazının bir kısmı; hidrofobik bir integral membran proteinidir;
CF1, membran ATPazının periferik ve kolayca ayrılabilen hidrofilik bir "başıdır". CF0-CF1 kompleksi, mitokondrideki F0-F1 ile aynı şekilde hareket eder. CF0-CF1 kompleksi esas olarak zarların temas etmediği yerlerde bulunur;
Çevresel, hidrofilik, işlevsel olarak stromaya ait olan çok gevşek bağlı bir enzim ribuloz bifosfat karboksilaz.
Klorofil molekülleri PS1, FSP ve SSC parçacıklarında bulunur. Amfipatiktirler ve içermek:
Membranın yüzeyinde (stromada, tilakoidin iç boşluğunda veya her iki tarafta) yer alan hidrofilik disk şeklinde bir porfirin halkası;
Hidrofobik fitol kalıntısı. Fitol kalıntıları hidrofobik protein parçacıklarında bulunur.
5. Kloroplastların stromasında gerçekleştirilirler süreçler biyokimyasal sentez(fotosentez), bunun sonucunda ertelendiler:
Nişasta taneleri (fotosentez ürünü);
Lipitlerden (çoğunlukla glikolipitler) oluşan ve kinonları biriktiren plastoglobüller:
Plastokinon;
Filokinon (K1 vitamini);
Tokoferilkinon (E vitamini);
Demir içeren protein fitoferritinin kristalleri (demir birikimi).
Plastidler bitki hücrelerine özgü organellerdir (çoğu bakteri, mantar ve bazı algler hariç tüm bitkilerin hücrelerinde bulunurlar).
Daha yüksek bitkilerin hücreleri genellikle 3-10 µm boyutunda 10 ila 200 plastid içerir ve çoğunlukla bikonveks mercek şeklindedir. Alglerde kromatofor adı verilen yeşil plastidlerin şekli ve boyutu çok çeşitlidir. Yıldız şeklinde, şerit şeklinde, ağ şeklinde ve diğer şekillere sahip olabilirler.
3 tip plastid vardır:
- Renksiz plastidler - lökoplastlar;
- boyalı - kloroplastlar(Yeşil renk);
- boyalı - kromoplastlar(sarı, kırmızı ve diğer renkler).
Bu tür plastidler bir dereceye kadar birbirlerine dönüşme yeteneğine sahiptir - lökoplastlar, klorofil birikmesiyle kloroplastlara, ikincisi ise kırmızı, kahverengi ve diğer pigmentlerin ortaya çıkmasıyla kromoplastlara dönüşür.
Kloroplastların yapısı ve fonksiyonları
Kloroplastlar, yeşil bir pigment olan klorofil içeren yeşil plastitlerdir.
Kloroplastın ana işlevi fotosentezdir.
Kloroplastların kendi ribozomları, DNA'ları, RNA'ları, yağ kalıntıları ve nişasta taneleri vardır. Kloroplastın dışı iki protein-lipid membranla kaplıdır ve küçük gövdeler - grana ve membran kanalları - yarı sıvı stromalarına (temel madde) daldırılır.
büyükanne(yaklaşık 1 µm boyutunda) - bir madeni para sütunu gibi katlanmış yuvarlak yassı keseler (tilakoidler) paketleri. Kloroplastın yüzeyine dik olarak yerleştirilirler. Komşu grananın tilakoidleri membran kanallarıyla birbirine bağlanarak tek bir sistem oluşturur. Kloroplastlardaki grana sayısı değişiklik gösterir. Örneğin ıspanak hücrelerinde her bir kloroplast 40-60 adet tane içerir.
Hücre içindeki kloroplastlar pasif olarak hareket edebilir, sitoplazmanın akımına kapılabilir veya aktif olarak bir yerden bir yere hareket edebilir.
- Işık çok yoğunsa, güneşin parlak ışınlarına doğru yan dönerler ve ışığa paralel duvarlar boyunca sıralanırlar.
- Düşük ışıkta kloroplastlar ışığa bakan hücre duvarlarına doğru hareket ederek geniş yüzeyini ona doğru çevirir.
- Ortalama aydınlatmada ortalama bir konum işgal ederler.
Bu, fotosentez işlemi için en uygun aydınlatma koşullarını sağlar.
Klorofil
Bitki hücresi plastidlerinin granası, ışık enerjisini yakalama yeteneği sağlayan protein ve fosfolipid molekülleriyle paketlenmiş klorofil içerir.
Klorofil molekülü, hemoglobin molekülüne çok benzer ve temel olarak, hemoglobin molekülünün merkezinde bulunan demir atomunun, klorofilde bir magnezyum atomu ile değiştirilmesiyle farklılık gösterir.
Doğada dört tip klorofil bulunur: a, b, c, d.
Klorofil a ve b, yüksek bitkileri ve yeşil algleri, diatomlar a ve c'yi, kırmızı algler ise a ve d'yi içerir.
Klorofil a ve b diğerlerinden daha iyi incelenmiştir (bunlar ilk olarak 20. yüzyılın başında Rus bilim adamı M.S. Tsvet tarafından ayrılmıştır). Bunlara ek olarak dört tür bakteriyoklorofil vardır - mor ve yeşil bakterilerin yeşil pigmentleri: a, b, c, d.
Fotosentetik bakterilerin çoğu bakteriyoklorofil a içerir, bazıları bakteriyoklorofil b içerir ve yeşil bakteriler c ve d içerir.
Klorofil, güneş enerjisini çok verimli bir şekilde absorbe etme ve ana işlevi olan diğer moleküllere aktarma yeteneğine sahiptir. Bu yeteneği sayesinde klorofil, Dünya üzerinde fotosentez işlemini sağlayan tek yapıdır.
Bitkilerdeki klorofilin temel işlevi ışık enerjisini absorbe etmek ve onu diğer hücrelere aktarmaktır.
Mitokondri gibi plastidler de bir dereceye kadar hücre içindeki özerklikle karakterize edilir. Bölünme yoluyla çoğalırlar.
Fotosentezle birlikte protein biyosentezi süreci de plastidlerde meydana gelir. Plastidler, DNA içerikleri nedeniyle özelliklerin kalıtım yoluyla (sitoplazmik kalıtım) aktarımında rol oynarlar.
Kromoplastların yapısı ve fonksiyonları
Kromoplastlar, yüksek bitkilerin üç tip plastidinden birine aittir. Bunlar küçük, hücre içi organellerdir.
Kromoplastların farklı renkleri vardır: sarı, kırmızı, kahverengi. Olgun meyvelere, çiçeklere ve sonbahar yapraklarına karakteristik bir renk verirler. Bu, meyvelerle beslenen ve tohumları uzun mesafelere dağıtan, polen yayan böcekleri ve hayvanları çekmek için gereklidir.
Kromoplastın yapısı diğer plastidlere benzer. İkisinin iç kabukları az gelişmiştir, bazen tamamen yoktur. Protein stroması, DNA ve pigment maddeleri (karotenoidler) sınırlı bir alanda bulunur.
Karotenoidler, kristal şeklinde biriken, yağda çözünen pigmentlerdir.
Kromoplastların şekli çok çeşitlidir: oval, çokgen, iğne şeklinde, hilal şeklinde.
Kromoplastların bir bitki hücresinin yaşamındaki rolü tam olarak anlaşılmamıştır. Araştırmacılar, pigment maddelerinin redoks süreçlerinde önemli bir rol oynadığını ve hücrelerin üremesi ve fizyolojik gelişimi için gerekli olduğunu öne sürüyorlar.
Lökoplastların yapısı ve fonksiyonları
Lökoplastlar besinlerin biriktiği hücre organelleridir. Organellerin iki kabuğu vardır: pürüzsüz bir dış kabuk ve birkaç çıkıntıya sahip bir iç kabuk.
Lökoplastlar ışıkta kloroplastlara dönüşürler (örneğin yeşil patates yumruları), normal hallerinde renksizdirler.
Lökoplastların şekli küresel ve düzenlidir. Bitkilerin yumuşak kısımlarını dolduran depo dokularında bulunurlar: gövdenin çekirdeği, kök, soğanlar, yapraklar.
Lökoplastların işlevleri türlerine bağlıdır (birikmiş besine bağlı olarak).
Lökoplast türleri:
- Amiloplastlar nişasta biriktirir ve tüm bitkilerde bulunur, çünkü karbonhidratlar bitki hücresinin ana besin ürünüdür. Bazı lökoplastlar tamamen nişasta ile doludur; bunlara nişasta taneleri denir.
- Elaioplastlar yağ üretir ve depolar.
- Proteinoplastlar proteinler içerir.
Lökoplastlar ayrıca enzimatik bir madde olarak da görev yapar. Enzimlerin etkisi altında kimyasal reaksiyonlar daha hızlı ilerler. Ve olumsuz bir yaşam döneminde, fotosentez işlemleri yapılmadığında polisakkaritleri, bitkilerin hayatta kalması için ihtiyaç duyduğu basit karbonhidratlara parçalarlar.
Lökoplastlarda tane veya pigment bulunmadığından fotosentez gerçekleşemez.
Birçok lökoplast içeren bitki soğanları uzun süreli kuraklığa, düşük sıcaklıklara ve sıcağa tolerans gösterebilir. Bunun nedeni organellerdeki büyük su ve besin rezervleridir.
Tüm plastidlerin öncüleri proplastidler, yani küçük organellerdir. Löko ve kloroplastların diğer türlere dönüşebilme yeteneğine sahip olduğu varsayılmaktadır. Nihayetinde kloroplast ve lökoplastlar görevlerini yerine getirdikten sonra kromoplastlara dönüşürler; bu, plastid gelişiminin son aşamasıdır.
Bilmek önemlidir! Bir bitki hücresinde aynı anda yalnızca bir tür plastid bulunabilir.
Plastidlerin yapısı ve fonksiyonlarının özet tablosu
| Özellikler | Kloroplastlar | Kromoplastlar | Lökoplastlar |
|---|---|---|---|
| Yapı | Grana ve membranöz tübüllerden oluşan çift membranlı organel | Gelişmemiş bir iç zar sistemine sahip organel | Bitkinin ışıktan gizlenen kısımlarında bulunan küçük organeller |
| Renk | Yeşillik | Çok renkli | Renksiz |
| Pigment | Klorofil | karotenoid | Mevcut olmayan |
| Biçim | Yuvarlak | Çokgen | Küresel |
| Fonksiyonlar | Fotosentez | Potansiyel tesis distribütörlerinin ilgisini çekmek | Besin kaynağı |
| Değiştirilebilirlik | Kromoplastlara dönüşür | Değişmeyin, bu plastid gelişiminin son aşamasıdır | Kloroplast ve kromoplastlara dönüşür |
Bitki hücreleri yeşil plastidler olarak bilinir. Plastidler enerji üretimi için gerekli maddelerin depolanmasına ve bir araya getirilmesine yardımcı olur. Kloroplast, fotosentez işlemi için ışık enerjisini emen, klorofil adı verilen yeşil bir pigment içerir. Dolayısıyla kloroplast ismi bu organellerin klorofil içeren plastidler olduğunu gösterir.
Kloroplastların da kendi DNA'ları vardır, enerji üretiminden sorumludurlar ve bakteriyel ikili fisyona benzer bir bölünme süreciyle diğerlerinden bağımsız olarak çoğalırlar. Ayrıca kloroplast üretimi için gerekli olan amino asitlerin ve lipit bileşenlerinin üretiminden de sorumludurlar. Kloroplastlar ayrıca algler gibi diğer fotosentetik organizmaların hücrelerinde de bulunur.
Kloroplast: yapı
Kloroplast yapı diyagramı
Kloroplastlar genellikle bitki yapraklarındaki koruyucu hücrelerde bulunur. Koruyucu hücreler stoma adı verilen küçük gözenekleri çevreler ve fotosentez için gerekli gaz değişimini sağlamak üzere bunları açıp kapatırlar. Kloroplastlar ve diğer plastidler, farklı tipte plastidlere dönüşen olgunlaşmamış, farklılaşmamış hücreler olan proplastid adı verilen hücrelerden gelişir. Kloroplasta dönüşen proplastid bu işlemi ancak ışık varlığında gerçekleştirir. Kloroplastlar, her biri özel işlevlere sahip birkaç farklı yapı içerir. Bir kloroplastın ana yapıları şunları içerir:
- Membran - koruyucu kaplama görevi gören ve kloroplastların kapalı yapılarını koruyan iç ve dış lipit çift katmanlı membranlar içerir. İç kısım, stromayı zarlar arası boşluktan ayırır ve moleküllerin kloroplastın içine / dışına geçişini düzenler.
- Zarlar arası boşluk, dış ve iç zarlar arasındaki boşluktur.
- Tilakoid sistemi, ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürmek için alan görevi gören, tilakoid adı verilen düzleştirilmiş kese benzeri membran yapılarından oluşan bir iç membran sistemidir.
- Lümenli (lümen) tilakoid - her tilakoidde bir bölme.
- Grana, ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürmek için yer görevi gören tilakoid keselerin (10-20) yoğun katmanlı yığınlarıdır.
- Stroma, tilakoid zarın içinde ancak dışında zar içeren, kloroplast içindeki yoğun sıvıdır. Burası karbondioksitin karbonhidratlara (şekerlere) dönüştürüldüğü yerdir.
- Klorofil, kloroplast granülünde bulunan ve ışık enerjisini emen yeşil fotosentetik bir pigmenttir.
Kloroplast: fotosentez
Fotosentez, güneş ışığından gelen enerjiyi kimyasal enerjiye dönüştürür. Kimyasal enerji glikoz (şeker) formunda depolanır. Karbondioksit, su ve güneş ışığı glikoz, oksijen ve su üretmek için kullanılır. Fotosentez iki aşamada gerçekleşir: aydınlık faz ve karanlık faz.
Fotosentezin ışık fazı yalnızca ışık varlığında meydana gelir ve kloroplast granasının içinde meydana gelir. Işık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürmek için kullanılan birincil pigment klorofil a'dır. Işık emiliminde rol oynayan diğer pigmentler arasında klorofil b, ksantofil ve karoten bulunur. Işık fazı sırasında güneş ışığı, ATP (serbest enerji içeren bir molekül) ve NADP (yüksek enerjili elektronlar taşıyan bir molekül) formunda kimyasal enerjiye dönüştürülür.
Karanlık fazda şeker üretmek için hem ATP hem de NADP kullanılır. Fotosentezin karanlık aşaması aynı zamanda karbon sabitleme aşaması veya Calvin döngüsü olarak da bilinir. Bu aşamadaki reaksiyonlar stromada meydana gelir. Stroma, şeker üretmek için ATP, NADP ve karbondioksit kullanan bir dizi reaksiyonu kolaylaştıran enzimler içerir. Şeker, nişasta olarak depolanabilir, solunum sırasında veya kağıt hamuru üretiminde kullanılabilir.
Kloroplastlar, fotosentez sürecinin meydana geldiği, yani ışık ışınlarının enerjisinin, aynı anda oksijenin atmosfere salınmasıyla inorganik maddelerden (karbon dioksit ve su) organik maddeler oluşturmak için kullanıldığı yüksek bitkilerin plastidleridir. Kloroplastlar bikonveks mercek şeklindedir, boyutları yaklaşık 4-6 mikrondur. Yaprakların parankim hücrelerinde ve yüksek bitkilerin diğer yeşil kısımlarında bulunurlar. Bir hücredeki sayıları 25-50 arasında değişmektedir.
Elektron mikroskobu kullanılarak gözlemlenen kloroplastın yapısı oldukça karmaşıktır. Çekirdek ve mitokondri gibi kloroplast da iki lipoprotein membrandan oluşan bir kabukla çevrilidir. İç ortam, nispeten homojen bir madde - zarların nüfuz ettiği matris veya stroma - lamellerle temsil edilir. Birbirine bağlanan lameller veziküller - tilakoidler oluşturur. Birbirine çok yakın olan tilakoidler, ışık mikroskobu altında bile ayırt edilebilen granayı oluşturur. Buna karşılık, bir veya birkaç yerdeki grana, intergranal şeritler - stromal tilakoidler kullanılarak birbiriyle birleştirilir. Işık enerjisinin yakalanmasında rol oynayan kloroplast pigmentlerinin yanı sıra fotosentezin ışık fazı için gerekli olan enzimler tilakoid membranlara gömülüdür.
Kloroplastların kimyasal bileşimi: su - %75; Toplam kuru madde miktarının %75-80'i organiktir. bileşikler, %20-25 mineral.
Kloroplastların yapısal temeli proteinlerdir (kuru ağırlığın% 50-55'i), bunların yarısı suda çözünür proteinlerdir. Bu kadar yüksek protein içeriği, kloroplastlardaki farklı işlevlerle (yapısal membran proteinleri, enzim proteinleri, taşıma proteinleri, kasılma proteinleri, reseptör proteinleri) açıklanmaktadır. Kloroplastların en önemli bileşeni lipitlerdir (%30-40 kuru ağırlık).
Kloroplastlar çeşitli pigmentler içerir. Bitki türüne bağlı olarak:
klorofil:
- klorofil A (mavi-yeşil) - %70 (yüksek bitkilerde ve yeşil alglerde);
- klorofil B (sarı-yeşil) - %30 (aynı eser);
- klorofil C, D ve E daha az yaygındır - diğer alg gruplarında;
karotenoidler:
- turuncu-kırmızı karotenler (hidrokarbonlar);
- sarı (daha az sıklıkla kırmızı) ksantofiller (oksitlenmiş karotenler). Ksantofil fikoksantin sayesinde kahverengi alglerin kloroplastları (feoplastlar) kahverengi renktedir;
· rodoplastlarda (kırmızı ve mavi-yeşil alglerin kloroplastları) bulunan fikobiliproteinler:
- mavi fikosiyanin;
- kırmızı fikoeritrin.
Kloroplastın kendi DNA'sı, yani kendi genomu ve RNA ve protein sentezi yoluyla genetik bilgiyi gerçekleştirmek için kendi aparatı vardır.
Kloroplastların temel işlevi ışık enerjisini yakalamak ve dönüştürmektir.
Granayı oluşturan zarlar yeşil bir pigment olan klorofil içerir. Fotosentezin ışık reaksiyonları burada meydana gelir - ışık ışınlarının klorofil tarafından emilmesi ve ışık enerjisinin uyarılmış elektronların enerjisine dönüştürülmesi. Işıkla uyarılan, yani fazla enerjiye sahip olan elektronlar, enerjilerini suyun ayrışmasına ve ATP sentezine verirler. Su ayrıştığında oksijen ve hidrojen oluşur. Oksijen atmosfere salınır ve hidrojen, ferredoksin proteini tarafından bağlanır.
Ferredoksin daha sonra tekrar oksitlenerek bu hidrojeni NADP adı verilen bir indirgeyici maddeye verir. NADP indirgenmiş formuna (NADP-H2) dönüşür. Böylece fotosentezin ışık reaksiyonları sonucu ATP, NADP-H2 ve oksijen oluşur, su ve ışık enerjisi tüketilir.
ATP'de çok fazla enerji birikir - daha sonra sentez için ve hücrenin diğer ihtiyaçları için kullanılır. NADP-H2 bir hidrojen akümülatörüdür ve daha sonra onu kolayca serbest bırakır. Bu nedenle NADP-H2 kimyasal bir indirgeyici maddedir. Çok sayıda biyosentez tam olarak indirgeme ile ilişkilidir ve NADP-H2 bu reaksiyonlarda hidrojen tedarikçisi olarak görev yapar.
Ayrıca kloroplastların stromasında, yani grana dışında bulunan enzimlerin yardımıyla karanlık reaksiyonlar meydana gelir: hidrojen ve ATP'de bulunan enerji, atmosferik karbondioksiti (CO2) azaltmak ve onu organik maddelerin bileşimine dahil etmek için kullanılır. Fotosentez sonucu oluşan ilk organik madde, çok sayıda yeniden düzenlemeye uğrar ve bitkide sentezlenen ve vücudunu oluşturan tüm organik madde çeşitliliğinin ortaya çıkmasına neden olur. Bu dönüşümlerin bir kısmı, şekerlerin, yağların ve ayrıca protein sentezi için gerekli olan her şeyin oluşumu için enzimlerin bulunduğu kloroplastın stromasında meydana gelir. Şekerler daha sonra ya kloroplasttan diğer hücre yapılarına, oradan da diğer bitki hücrelerine geçebilir ya da taneleri sıklıkla kloroplastlarda görülen nişastayı oluşturabilir. Yağlar ayrıca damlalar halinde veya daha basit maddeler, yağların öncüleri şeklinde kloroplastlarda biriktirilir ve kloroplasttan çıkar.
Kloroplastların hücre sisteminde belirli bir özerkliği vardır. Kendi ribozomları ve bir dizi kendi kloroplast proteininin sentezini belirleyen bir dizi madde vardır. Çalışmaları lamelleri ve klorofili oluşturan lipitlerin oluşumuna yol açan enzimler de vardır. Görüldüğü gibi kloroplast da otonom enerji üretme sistemine sahiptir. Bütün bunlar sayesinde kloroplastlar bağımsız olarak kendi yapılarını inşa edebilmektedirler. Hatta kloroplastların (mitokondri gibi), bir bitki hücresine yerleşen ve önce onunla simbiyoza giren, daha sonra onun ayrılmaz bir parçası, bir organel haline gelen bazı alt organizmalardan kaynaklandığı yönünde bir görüş bile vardır.