за что отвечает хлоропласт
Хлоропласты: определение, строение, функции
Хлоропласты – это уникальные структуры, обнаруженные в растительных клетках, которые специализируются на преобразовании солнечного света в энергию, которую растения могут использовать. Этот процесс называется фотосинтезом.
Хлоропласты считаются органеллами в клетках растений. Органеллы – это специальные структуры в клетках, которые выполняют конкретные функции. Основная функция хлоропласта – фотосинтез. Другие функции хлоропластов включают борьбу с болезнями, накопление энергии для клетки и изготовление аминокислот. А подробнее о фотосинтезе читайте в учебнике по биологии за 9 класс В.И. Соболя.
Большинство хлоропластов овальной формы, но они могут быть и в форме звезды, чашки и ленты. Некоторые хлоропласты небольшие по сравнению с клеткой, тогда как другие могут занять большинство пространства внутри клетки.
Структура хлоропластов достаточно сложная. Внешняя часть хлоропласта защищена гладкой внешней мембраной, которая имеет избирательную проницаемость. Непосредственно во внешней мембране находится внутренняя мембрана, которая контролирует, какие молекулы могут проходить в хлоропласт и наружу. Внешняя мембрана, внутренняя мембрана и жидкость между ними составляют оболочку хлоропласта.
Тело хлоропласта состоит из гидрофильной белковой массы – стромы или матрикса. Это жидкость внутри хлоропласта, где плавают другие структуры, такие как тилакоиды. Строма пронизана системой двохмембранних пластин – ламелей, которые располагаются параллельными рядами. Парные ламели сливаются концами и образуют замкнутое кольцо – мешочек, который называется диском.
Пигменты придают хлоропласту и растению свою окраску. Самый распространенный пигмент – хлорофилл, который придает растениям зеленый цвет. Хлорофилл помогает поглощать энергию от солнечного света. Хлоропласты также имеют собственную ДНК и рибосомы для изготовления белков с РНК.
Хлоропласты используют фотосинтез для преобразования солнечного света в пищу. Хлорофилл захватывает энергию от света и накапливает ее в специальной молекуле под названием АТФ (аденозинтрифосфат). Позже АТФ сочетается с углекислым газом и водой для получения сахаров, таких как глюкоза, которую растение может использовать как пищу.
Интересные факты о хлоропластах:
В простых клетках, как у водорослей, может быть только один-два хлоропласты. Однако сложные растительные клетки могут содержать сотни.
Хлоропласты иногда могут передвигаться внутри клетки, чтобы расположиться там, где они лучше могут поглощать солнечный свет.
«Хлоро» в хлоропласте произошло от греческого слова chloros (означает зеленый).
Наиболее обильным белком в хлоропластах является белок Рубиско. Рубиско, пожалуй, самый распространенный белок в мире.
Клетки человека и животных не нуждаются в хлоропластах, поскольку мы получаем свою энергию от пищи и ее переваривания, а не через фотосинтез.
Ученые подсчитали, что в одном квадратном миллиметре листа есть около 500 000 хлоропластов.
На самом деле есть разные цвета хлорофилла. Хлорофилл А – зеленый, это самый распространенный тип. Хлорофилл С – золотистого или коричневого цвета.
Нужно выполнить домашнее задание по биологии? Ищите все готово в разделе «ГДЗ и решебники по биологии за 9 класс».
Хлоропласты: строение и функции
Содержание:
Хлоропласты – двухмембранные органоиды растительных клеток, именно они играют ключевую роль в одном из самых важных биологических процессов в природе – фотосинтезе. В частности именно хлоропласты в процессе фотосинтеза выделяют зеленый пигмент хлорофилл, благодаря которому листья деревьев приобретают зеленый цвет (впрочем, не только листья, но и многие другие представители растительного мира, например водоросли). Какое строение хлоропластов, какие функции и процессы они осуществляются в жизнедеятельности клетки, об этом читайте далее.
Количество хлоропластов в растительной клетке может быть разным, у некоторых водорослей в клетке содержится лишь один большой хлоропласт, часто причудливой формы, в то время как в клетках некоторых высших растений находится множество хлоропластов. Особенно их много в так званных мезофильных тканях листьев, там одна клетка может иметь в себе до сотни хлоропластов.
Строение
Устройство хлоропласта включает в себя внутреннюю и внешнюю мембрану, (как и в клетке, они играют роль защитного барьера), межмембранное пространство, строму, тилакоиды, граны, ламеллы, люмен.
Вот так строение хлоропласта выглядит на картинке.
Как видим с картинки внутри хлоропласта имеется полужидкое пространство, именуемое стромой и приплюснутые диски – это тилакоиды. Последние объединены в стопки, названные гранамы, и сами граны соединены друг с другом при помощи длинных тилакоид, которые называют ламеллами. Именно в тилакоидах находится важный зеленый пигмент – хлорофилл.
В полужидкой строме хлоропласта находятся его молекулы ДНК и РНК, а также рибосомы, обеспечивающие этому важному органоиду некую автономность внутри клетки. Помимо этого в строме хлоропласта есть зерна крахмала, которые образуются при избытке углеводов, образованных при фотосинтетической активности.
Функции
Самая важная функция хлоропласта – это, конечно же, осуществление фотосинтеза. Об этом удивительном процессе на нашем сайте есть отдельная большая статья. Тем не менее, напомним, что при фотосинтезе хлоропластами растительных клеток при помощи солнечного света осуществляется синтез глюкозы из углекислого газа и воды. При этом в качестве важного «побочного продукта» выделяется кислород.
Основным фотосинтезирующим пигментом в этом процессе является хлорофилл, локализированный в мембранах тилакоидов, именно здесь проходят световые реакции фотосинтеза. Кроме хлорофилла тут же присутствуют ферменты и переносчики электронов.
Интересный факт: хлоропласты стараются расположиться в клетке таким образом, чтобы их тилакоидные мембраны находились под прямым углом к солнечному свету. Или говоря простым языком, хлоропласты в клетке всегда тянутся на свет.
Строение хлорофилла
Что же касается строения самого хлорофилла, то он состоит из длинного углеводного хвоста и порфириновой головки. Хвост его гидрофобен, то есть боится влаги, поэтому погружен в тилакоид, головка наоборот любит влагу и находится в жидкой субстанции хлоропласта – строме. Поглощение солнечного света осуществляется именно головкой хлорофилла.
К слову биологами различается несколько разных видов хлорофилла: хлорофилл a, хлорофилл b, хлорофилл c1, хлорофилл c2 и так далее, все они обладают разным спектром поглощения солнечного света. Но больше всего в растениях именно хлорофилла а.
Рекомендованная литература и полезные ссылки
Видео
И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.
Хлоропласты: роль в процессе фотосинтеза и структура
Фотосинтез происходит в эукариотических клеточных структурах, называемых хлоропластами. Хлоропласт – это тип органеллы растительных клеток, известный как зеленые пластиды. Пластиды помогают хранить и собирать необходимые вещества для производства энергии. Хлоропласт содержит зеленый пигмент, называемый хлорофиллом, который поглощает световую энергию для процесса фотосинтеза. Следовательно, название хлоропласт указывает на то, что эти органеллы представляют собой хлорофиллсодержащие пластиды.
Подобно митохондриям, хлоропласты имеют свою собственную ДНК, ответственны за производство энергии и воспроизводятся независимо от остальной части клетки посредством процесса деления, подобного бактериальному бинарному делению. Они также ответственны за производство аминокислот и липидных компонентов, необходимых для производства хлоропластов. Хлоропласты также встречаются в клетках других фотосинтезирующих организмах, таких как водоросли.
Хлоропласт: структура
Хлоропласты обычно встречаются в охранных клетках, расположенных в листьях растений. Охранные клетки окружают крошечные поры, называемые устьицами, открывая и закрывая их, чтобы обеспечить необходимый для фотосинтеза газообмен. Хлоропласты и другие пластиды развиваются из клеток, называемых пропластидами, которые являются незрелыми, недифференцированными клетками, развивающимися в разные типы пластид. Пропластид, развивающийся в хлоропласт, осуществляет этот процесс только при свете. Хлоропласты содержат несколько различных структур, каждая из которых имеет специализированные функции. Основные структуры хлоропласта включают:
Хлоропласт: фотосинтез
При фотосинтезе энергия солнечного света преобразуется в химическую энергию. Химическая энергия хранится в виде глюкозы (сахара). Двуокись углерода, вода и солнечный свет используются для производства глюкозы, кислорода и воды. Фотосинтез происходит в два этапа: световая фаза и темновая фаза.
Световая фаза фотосинтеза протекает только при наличии света и происходит внутри хлоропластовой граны. Первичным пигментом, используемым для преобразования световой энергии в химическую, является хлорофилл а. Другие пигменты, участвующие в поглощении света, включают хлорофилл b, ксантофилл и каротин. Во время световой фазы, солнечный свет преобразуется в химическую энергию в виде АТФ (молекулы, содержащей свободную энергию) и НАДФ (молекула, несущая электроны высокой энергии).
И АТФ, и НАДФ используются во время темновой фазы для получения сахара. Темновая фаза фотосинтеза, также известная как этап фиксации углерода или цикл Кальвина. Реакции на этой стадии возникают в строме. Строма содержит ферменты, которые облегчают серию реакций, использующих АТФ, НАДФ и углекислый газ для получения сахара. Сахар может храниться в виде крахмала, используемого во время дыхания или при производстве целлюлозы.
Что такое хлоропласты?
Из статьи вы узнаете о том, что представляют собой хлоропласты как вид органоидов растительных клеток, познакомитесь с особенностями их строения, теорией появления и эволюции, ролью в процессе фотосинтеза, роста и развития растений.
Понятие хлоропластов
Хлоропласты (от греч. chlorós — зеленый, plastós — вылепленный) – это вид органеллы растительных клеток, содержащий пигмент зеленого цвета – хлорофилл. В состав пластида входят вода – до 70%, белки – до 50%, липиды – до 35%, пигмент – до 7% и жидкое вещество строма, содержащее нуклеиновые кислоты.
Размер хлоропластов колеблется от 4 до 10 мкм, а форма напоминает двояковыпуклую округлую линзу. Основное предназначение пластид – сбор и хранение энергии для обеспечения фотосинтеза, благодаря их наличию растения имеют характерную зеленую окраску.
Под микроскопом можно увидеть, как распределен пигмент по клетке.Рассматриваемые органеллы находятся во всех зеленых органах растений, они отделены от цитоплазмы двойной липидно-белковой оболочкой толщиной около 20 нм.
Количество и форма органоидов в клетках варьируется: от одного крупного хлоропласта у водорослей до сотни в клетке высших растений.
Максимальная концентрация наблюдается в охранных клетках, формирующих ассимиляционные ткани листьев и зеленых плодов. Вокруг них расположены устьица – микроскопические поры, предназначенные для газообмена внутри растения.
Наряду с другими пластидами (лейкопластами и хромопластами), хлоропласты формируются под действием света из пропластид – недифференцированных клеточных образований.
Особенности строения хлоропластов
В составе хлоропластов принято выделять несколько структур, каждая из которых выполняет собственные функции и обладает отличительными особенностями.
Каждый элемент клетки выполняет свою функцию.
Оболочка состоит из внешней гладкой и внутренней складчатой мембран, защищает органеллу от внешнего воздействия, сохраняет её структуру и контролирует процесс прохождения молекул внутрь хлоропласта и наружу.
Тилакоиды — это мешкообразные мембранные образования сплющенной округлой формы, расположенные в межмембранном пространстве. Основная их функция — преобразование световой энергии в химическую. Стопки из 10-20 тилакоидов называют гранами, а соединения между ними — ламеллами.
Строма — это жидкость, обеспечивающая частичную автономность пластида и преобразовывающая углекислый газ в сахара. В ней находятся молекулы РНК и ДНК, что позволяет органоиду синтезировать собственные белки.
Эта особенность строения в биологии считается признаком симбиотического происхождения пластид: в ходе эволюции произошло соединение прокариотов (вероятнее всего, цианобактерий) с эукариотами, которые приобрели способность фотосинтезировать.
Современные исследования доказывают правомерность этой теории. Так изолированные клетки животных имеют способность поглощать свободные хлоропласты, выделяемые растениями, при этом сохраняя их свойства в последующих циклах деления.
Другая особенность рассматриваемых органелл — способность к движению, в том числе и произвольному. Распределение пластид происходит неравномерно и напрямую зависит от интенсивности освещения и его направления.
Кроме того, хлоропласты содержат сложный комплекс ферментов, находящихся в связанном состоянии внутри пластида.
Функции хлоропластов
Ключевой функцией хлоропластов является фотосинтез – процесс преобразования углекислого газа и воды в глюкозу под действием солнечного света. В нем участвуют пигменты, содержащиеся в оболочках тилакоидов – хлорофилл, фикобилины, флавоноиды и каротиноиды.
Фотосинтез помогает перерабатывать углекислый газ в кислород.
Локализация пигментов происходит в тилакоидных оболочках наряду с ферментами — трансляторами электронов. Хлорофилл, состоящий из удлиненного углеводного кольца и порфириновой головки, располагается в клетках листьев таким образом, чтобы хвост оказался погруженным в жировой слой тилакоидной мембраны, а головка повернута к строме.
За счет получаемой энергии света происходит возбуждение и последующее отделение электрона от хлорофилла и его передача ферментами другим веществам.
Растительные клетки содержат хлорофилл нескольких видов, отличающихся спектром поглощения света. В составе хлоропластов высших растений и зеленых водорослей доминирует хлорофилл а и b, бурых водорослей — хлорофиллы группы a и c, а красных — хлорофиллы a и d.
Помимо фотосинтеза содержащиеся в хлоропластах пигменты участвуют в процессах воспроизведения, прорастания семян и дальнейшего роста высших растений, фототаксиса и фотопериодизма — изменением режима растений в зависимости от продолжительности светового дня.
Хлоропласты: характеристика, функции и строение
Содержание:
В хлоропласты Они представляют собой тип клеточных органелл, ограниченных сложной системой мембран, характерных для растений и водорослей. В этой пластиде находится хлорофилл, пигмент, отвечающий за процессы фотосинтеза, зеленый цвет растений и обеспечивающий автотрофную жизнь этих линий.
Эта фотосинтетическая органелла имеет собственный кольцевой геном (ДНК), и предполагается, что, как и митохондрии, они произошли в результате процесса симбиоза между хозяином и предковой фотосинтезирующей бактерией.
Происхождение
По оценкам, первый эукариотический организм, способный к фотосинтезу, возник около 1 миллиарда лет назад. Свидетельства указывают на то, что этот крупный эволюционный скачок был вызван приобретением цианобактерии эукариотическим хозяином. Этот процесс дал начало различным линиям красных и зеленых водорослей и растений.
Таким же образом возникают вторичные и третичные события симбиоза, в которых линия эукариот устанавливает симбиотические отношения с другим свободноживущим фотосинтетическим эукариотом.
В ходе эволюции геном предполагаемой бактерии был укорочен, а некоторые из ее генов были перенесены и интегрированы в геном ядра.
Организация нынешнего генома хлоропластов напоминает структуру прокариот, но также имеет признаки генетического материала эукариот.
Эндосимбиотическая теория
Эндосимбиотическая теория была предложена Линн Маргулис в серии книг, опубликованных между 60-ми и 80-ми годами. Однако это была идея, предложенная Мерешковским уже с 1900-х годов.
Эта теория объясняет происхождение хлоропластов, митохондрий и базальных тел жгутиков. Согласно этой гипотезе, эти структуры когда-то были свободными прокариотическими организмами.
Существует не так много доказательств, подтверждающих эндосимбиотическое происхождение базальных тел от подвижных прокариот.
Напротив, есть важные доказательства, подтверждающие эндосимбиотическое происхождение митохондрий от α-протеобактерий и хлоропластов от цианобактерий. Самым ясным и убедительным доказательством является сходство между двумя геномами.
Общая характеристика хлоропластов
Хлоропласты являются наиболее заметным типом пластид в растительных клетках. Это овальные структуры, окруженные мембранами, внутри которых происходит самый известный процесс автотрофных эукариот: фотосинтез. Они являются динамическими структурами и имеют собственный генетический материал.
Обычно они располагаются на листьях растений. Типичная растительная клетка может иметь от 10 до 100 хлоропластов, хотя их количество может быть весьма различным.
Как и митохондрии, наследование хлоропластов от родителей к детям происходит одним из родителей, а не обоими. Фактически, эти органеллы во многом похожи на митохондрии, хотя и более сложны.
Структура (части)
Хлоропласты представляют собой крупные органеллы длиной от 5 до 10 мкм.Характеристики этой структуры можно визуализировать под традиционным световым микроскопом.
Они окружены двойной липидной мембраной. Кроме того, у них есть третья система внутренних мембран, называемая тилакоидными мембранами.
Эта последняя мембранная система образует набор дискообразных структур, известных как тилакоиды. Место соединения тилакоидов в кучках называется «грана», и они связаны друг с другом.
Благодаря этой тройной системе мембран внутренняя структура хлоропласта сложна и разделена на три пространства: межмембранное пространство (между двумя внешними мембранами), строму (находящуюся в хлоропласте и вне тилакоидной мембраны) и последний просвет тилакоида.
Наружная и внутренняя мембраны
Мембранная система связана с генерацией АТФ. Подобно мембранам митохондрий, именно внутренняя мембрана определяет прохождение молекул в органеллы. Фосфедитилхолин и фосфатидитилглицерин являются наиболее распространенными липидами в мембранах хлоропластов.
Наружная мембрана содержит ряд пор. Небольшие молекулы могут свободно проникать в эти каналы. Внутренняя мембрана, в свою очередь, не допускает свободного прохождения этого типа молекул с малым весом. Чтобы молекулы проникли внутрь, они должны сделать это с помощью специальных транспортеров, прикрепленных к мембране.
В некоторых случаях имеется структура, называемая периферическим ретикулумом, образованная сетью мембран, происходящих именно из внутренней мембраны хлоропласта. Некоторые авторы считают их уникальными среди растений с метаболизмом C4, хотя они были обнаружены у растений C3.
Функция этих канальцев и пузырьков еще не ясна. Предполагается, что они могут способствовать быстрому переносу метаболитов и белков в хлоропласт или увеличивать поверхность внутренней мембраны.
Тилакоидная мембрана
В этой мембранной системе происходит электронная транспортная цепь, участвующая в процессах фотосинтеза. Протоны перекачиваются через эту мембрану из стромы в тилакоиды.
Этот градиент приводит к синтезу АТФ, когда протоны направляются обратно в строму. Этот процесс эквивалентен тому, что происходит во внутренней мембране митохондрий.
Тилакоидная мембрана состоит из четырех типов липидов: моногалактозилдиацилглицерина, дигалактозилдиацилглицерина, сульфохиновозилдиацилглицерина и фосфатидилглицерина. Каждый тип выполняет особую функцию в липидном бислое этой секции.
Тилакоиды
Тилакоиды представляют собой мембранные структуры в виде мешочков или плоских дисков, которые сложены в «кошениль»(Множественное число этой структуры гранум). Эти диски имеют диаметр от 300 до 600 нм. Внутреннее пространство тилакоида называется просветом.
Напротив, другая модель предлагает бифуркацию. Эта гипотеза предполагает, что граны образуются за счет разветвления стромы.
Строма
В этой области находятся молекулы ДНК и большое количество белков и ферментов. В частности, это ферменты, которые участвуют в цикле Кальвина для фиксации углекислого газа в процессе фотосинтеза. Также можно найти гранулы крахмала
Рибосомы хлоропластов находятся в строме, так как эти структуры синтезируют собственные белки.
Геном
Генетический материал хлоропластов состоит из кольцевых молекул ДНК. Каждая органелла имеет несколько копий этой кольцевой молекулы размером от 12 до 16 тыс. Пар оснований. Они организованы в структуры, называемые нуклеоидами, и состоят из 10-20 копий пластидного генома, а также белков и молекул РНК.
ДНК хлоропластов кодирует приблизительно от 120 до 130 генов. В результате образуются белки и РНК, связанные с фотосинтетическими процессами, такие как компоненты фотосистем I и II, АТФ-синтаза и одна из субъединиц Рубиско.
Рубиско (рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилаза / оксигеназа) является важным ферментным комплексом в цикле Кальвина. Фактически, он считается самым распространенным белком на планете Земля.
Трансферные и рибосомные РНК используются для трансляции сигнальных РНК, которые закодированы в геноме хлоропластов. Он включает рибосомные РНК 23S, 16S, 5S и 4.5S и РНК-переносчики. Он также кодирует 20 рибосомных белков и определенные субъединицы РНК-полимеразы.
Однако некоторые элементы, необходимые для функционирования хлоропласта, закодированы в ядерном геноме растительной клетки.
Характеристики
Хлоропласты можно рассматривать как важные метаболические центры в растениях, где происходят множественные биохимические реакции благодаря широкому спектру ферментов и белков, закрепленных на мембранах, содержащихся в этих органеллах.
Они выполняют важную функцию в растительных организмах: это место, где происходят фотосинтетические процессы, где солнечный свет превращается в углеводы, а кислород является вторичным продуктом.
Ряд вторичных биосинтетических функций также происходит в хлоропластах. Ниже мы подробно обсудим каждую функцию:
Фотосинтез
Фотосинтез происходит благодаря хлорофиллу. Этот пигмент находится в хлоропластах, в мембранах тилакоидов.
Он состоит из двух частей: кольца и хвоста. Кольцо содержит магний и отвечает за поглощение света. Он может поглощать синий и красный свет, отражая зеленую область светового спектра.
Фотосинтетические реакции происходят благодаря переносу электронов. Энергия, исходящая от света, передает энергию пигменту хлорофилла (говорят, что молекула «возбуждается светом»), вызывая движение этих частиц в тилакоидной мембране. Хлорофилл получает свои электроны из молекулы воды.
Этот процесс приводит к образованию электрохимического градиента, который позволяет синтезировать АТФ в строме. Эта фаза также известна как «светлая».
Вторая часть фотосинтеза (или темная фаза) происходит в строме и продолжается в цитозоле. Также известны как реакции фиксации углерода. На этом этапе продукты предыдущих реакций используются для создания углеводов из CO.2.
Синтез биомолекул
Кроме того, хлоропласты выполняют другие специализированные функции, которые обеспечивают развитие и рост растения.
В этой органелле происходит ассимиляция нитратов и сульфатов, и в них есть необходимые ферменты для синтеза аминокислот, фитогормонов, витаминов, жирных кислот, хлорофилла и каротиноидов.
Определенные исследования выявили значительное количество аминокислот, синтезируемых этой органеллой. Кирк и его коллеги изучили производство аминокислот в хлоропластах Vicia faba Л.
Эти авторы обнаружили, что наиболее распространенными синтезируемыми аминокислотами были глутамат, аспартат и треонин. Другие типы, такие как аланин, серин и глицин, также были синтезированы, но в меньших количествах. Остальные тринадцать аминокислот также были обнаружены.
Выделены различные гены, участвующие в синтезе липидов. Хлоропласты обладают необходимыми путями для синтеза изопреноидных липидов, необходимых для производства хлорофилла и других пигментов.
Защита от патогенов
У растений нет развитой иммунной системы, как у животных. Следовательно, клеточные структуры должны производить антимикробные вещества, чтобы защитить себя от повреждающих агентов. С этой целью растения могут синтезировать активные формы кислорода (АФК) или салициловую кислоту.
Хлоропласты связаны с производством этих веществ, которые устраняют возможные патогены, попадающие в растение.
Точно так же они действуют как «молекулярные сенсоры» и участвуют в механизмах оповещения, передавая информацию другим органеллам.
Другие пластиды
Хлоропласты принадлежат к семейству органелл растений, которые называются пластидами или пластидами. Хлоропласты в основном отличаются от остальных пластид наличием пигмента хлорофилла. Другие пластиды:
-Хромопласты: эти структуры содержат каротиноиды, они присутствуют в цветках и цветках. Благодаря этим пигментам структуры растений имеют желтый, оранжевый и красный цвета.
-Лейкопласты: эти пластиды не содержат пигментов и поэтому имеют белый цвет. Они служат резервом и находятся в органах, не получающих прямого света.
-Амилопласты: содержат крахмал и находятся в корнях и клубнях.
Например, хлоропласты способны давать начало хромопластам. Для этого изменения тилакоидная мембрана разрушается и синтезируются каротиноиды.