Vienas iš pagrindinių augalų ir gyvūnų ląstelių skirtumų yra tai, kad citoplazmoje yra pirmųjų organelių, pvz., plastidžių. Šiame straipsnyje bus aptarta jų struktūra, gyvybinių procesų ypatumai, taip pat chloroplastų, chromoplastų ir leukoplastų reikšmė.
Chloroplasto struktūra
Žaliosios plastidės, kurių struktūrą dabar tirsime, priklauso aukštesnių sporinių ir sėklinių augalų ląstelių privalomoms organelėms. Jie yra dvigubos membranos ląstelių organelės ir turi ovalo formą. Jų skaičius citoplazmoje gali būti skirtingas. Pavyzdžiui, tabako lapų stulpelio parenchimo ląstelėse yra iki tūkstančio chloroplastų, javų šeimos augalų stiebuose nuo 30 iki 50.
Abi membranos, sudarančios organoidą, turi skirtingą struktūrą: išorinė yra lygi, trijų sluoksnių, panaši į pačios augalo ląstelės membraną. Vidinėje yra daug raukšlių, vadinamų lamelėmis. Greta jų yra plokšti maišeliai – tilakoidai. Lamelės sudaro tinkląlygiagrečiai kanalėliai. Tarp lamelių yra tilakoidiniai kūnai. Jie renkami rietuvėmis – grūdeliais, kuriuos galima sujungti vienas su kitu. Jų skaičius viename chloroplaste yra 60–150. Visa vidinė chloroplasto ertmė užpildyta matrica.
Organelės turi autonomijos požymių: savo paveldimą medžiagą – žiedinę DNR, kurios dėka gali daugintis chloroplastai. Taip pat yra uždara išorinė membrana, kuri riboja organelę nuo procesų, vykstančių ląstelės citoplazmoje. Chloroplastai turi savo ribosomas, i-RNR ir t-RNR molekules, o tai reiškia, kad jie gali sintezuoti b altymus.
Thylakoid funkcijos
Kaip minėta anksčiau, augalų ląstelių plastiduose – chloroplastuose – yra specialių suplotų maišelių, vadinamų tilakoidais. Juose rasta pigmentų – chlorofilų (dalyvaujančių fotosintezėje) ir karotinoidų (atliekančių pagalbinę ir trofinę funkciją). Taip pat yra fermentinė sistema, kuri užtikrina šviesiosios ir tamsiosios fotosintezės fazių reakcijas. Tilakoidai veikia kaip antenos: sufokusuoja šviesos kvantus ir nukreipia juos į chlorofilo molekules.
Fotosintezė yra pagrindinis chloroplastų procesas
Autotrofinės ląstelės gali savarankiškai sintetinti organines medžiagas, ypač gliukozę, naudodamos anglies dioksidą ir šviesos energiją. Žaliosios plastidės, kurių funkcijas šiuo metu tiriame, yra neatskiriama fototrofų – daugialąsčių organizmų, tokių kaip:
dalis.
- aukštesni sporiniai augalai (samanos, asiūkliai, sporinės samanos,paparčiai);
- sėklos (gimnosėkliai – ginga, spygliuočiai, efedra ir gaubtasėkliai arba žydintys augalai).
Fotosintezė yra redokso reakcijų sistema, pagrįsta elektronų perdavimo procesu iš donorinių medžiagų į juos „priimančius“junginius, vadinamuosius akceptorius.
Šios reakcijos sukelia organinių medžiagų, ypač gliukozės, sintezę ir molekulinio deguonies išsiskyrimą. Šviesos fotosintezės fazė vyksta ant tilaoidinių membranų, veikiant šviesos energijai. Sugerti šviesos kvantai sužadina magnio atomų, sudarančių žaliąjį pigmentą – chlorofilą, elektronus.
Elektronų energija naudojama daug energijos naudojančių medžiagų: ATP ir NADP-H2 sintezei. Jas skaido ląstelė tamsiosios fazės reakcijoms, vykstančioms chloroplastų matricoje. Šių sintetinių reakcijų derinys lemia gliukozės, aminorūgščių, glicerolio ir riebalų rūgščių molekulių susidarymą, kurios yra ląstelės statybinė ir trofinė medžiaga.
Plastidiniai tipai
Žaliosios plastidės, kurių struktūrą ir funkcijas aptarėme anksčiau, randamos lapuose, žaliuose stiebuose ir nėra vienintelės rūšys. Taigi vaisių odoje, žydinčių augalų žiedlapiuose, požeminių ūglių – gumbų ir svogūnėlių – išoriniuose gaubtuose yra kitų plastidžių. Jie vadinami chromoplastais arba leukoplastais.
Bespalvės organelės (leukoplastai) turi skirtingą formą ir skiriasi nuo chloroplastų tuo, kadvidinėje ertmėje nėra plonų plokštelių - lamelių, o į matricą panardintų tilakoidų skaičius yra mažas. Pačioje matricoje yra dezoksiribonukleino rūgšties, b altymus sintezuojančių organelių – ribosomų ir proteolitinių fermentų, kurie skaido b altymus ir angliavandenius.
Leukoplastai taip pat turi fermentų – sintetazių, dalyvaujančių formuojant krakmolo molekules iš gliukozės. Dėl to bespalviai augalų ląstelių plastidai kaupia rezervines maisto medžiagas: b altymų granules ir krakmolo grūdelius. Šios plastidės, kurių funkcija yra kaupti organines medžiagas, gali virsti chromoplastais, pavyzdžiui, brendant pomidorams, kurie yra pieninės brandos stadijoje.
Esant didelės raiškos skenuojančiam mikroskopui, aiškiai matomi visų trijų tipų plastidų struktūros skirtumai. Tai visų pirma taikoma chloroplastams, kurių struktūra yra sudėtingiausia, susijusi su fotosintezės funkcija.
Chromoplastai – spalvoti plastidai
Kartu su žaliomis ir bespalvėmis augalų ląstelėmis yra ir trečiojo tipo organelės, vadinamos chromoplastais. Jų yra įvairių spalvų: geltonos, violetinės, raudonos. Jų struktūra panaši į leukoplastų: vidinėje membranoje yra nedaug lamelių ir nedaug tilakoidų. Chromoplastuose yra įvairių pigmentų: ksantofilų, karotinų, karotinoidų, kurie yra pagalbinės fotosintezės medžiagos. Būtent šios plastidės suteikia burokėlių, morkų, vaismedžių vaisių ir uogų šaknų spalvą.
Kaip jie atsirandair tarpusavyje transformuoti plastides
Leukoplastai, chromoplastai, chloroplastai yra plastidai (kurių struktūrą ir funkcijas tiriame), kurių kilmė yra bendra. Tai meristematinių (lavinamųjų) audinių dariniai, iš kurių susidaro protoplastidai – iki 1 mikrono dydžio dviejų membranų maišelį primenančios organelės. Šviesoje jie apsunkina savo struktūrą: susidaro vidinė membrana, kurioje yra lamelių, sintetinamas žalias pigmentas chlorofilas. Protoplastidai tampa chloroplastais. Šviesos energija leukoplastus taip pat galima paversti žaliais plastidžiais, o vėliau – chromoplastais. Plastidinė modifikacija yra plačiai paplitęs reiškinys augalų pasaulyje.
Chromatoforai kaip chloroplastų pirmtakai
Prokariotiniai fototrofiniai organizmai – žalios ir violetinės spalvos bakterijos, fotosintezės procesą vykdo su bakteriochlorofilo A pagalba, kurio molekulės išsidėsčiusios ant vidinių citoplazminės membranos ataugų. Mikrobiologai mano, kad bakterijų chromatoforai yra plastidų pirmtakai.
Tai patvirtina jų struktūra, panaši į chloroplastų, ty reakcijos centrų ir šviesos gaudymo sistemų buvimas, taip pat bendri fotosintezės rezultatai, dėl kurių susidaro organiniai junginiai. Reikia pastebėti, kad žemesni augalai – žalieji dumbliai, kaip ir prokariotai, neturi plastidžių. Taip yra dėl to, kad chlorofilo turintys dariniai – chromatoforai, perėmė savo funkciją – fotosintezę.
Kaip atsirado chloroplastai
Tarp daugelio hipoteziųplastidų kilmę, apsistokime ties simbiogeneze. Remiantis jo idėjomis, plastidai yra ląstelės (chloroplastai), kurios atsirado Archeano eroje dėl fototrofinių bakterijų įsiskverbimo į pirminę heterotrofinę ląstelę. Būtent jie vėliau paskatino žaliųjų plastidžių susidarymą.
Šiame straipsnyje nagrinėjome augalų ląstelės dviejų membranų organelių: leukoplastų, chloroplastų ir chromoplastų struktūrą ir funkcijas. Taip pat išsiaiškino jų reikšmę ląstelių gyvenime.
