Μία από τις κύριες διαφορές μεταξύ φυτικών και ζωικών κυττάρων είναι η παρουσία στο κυτταρόπλασμα των πρώτων οργανιδίων όπως τα πλαστίδια. Η δομή, τα χαρακτηριστικά των ζωτικών διαδικασιών τους, καθώς και η σημασία των χλωροπλαστών, των χρωμοπλαστών και των λευκοπλαστών θα συζητηθούν σε αυτό το άρθρο.
Δομή χλωροπλάστη
Τα πράσινα πλαστίδια, τη δομή των οποίων θα μελετήσουμε τώρα, ανήκουν στα υποχρεωτικά οργανίδια κυττάρων ανώτερων σπορίων και φυτών σπόρων. Είναι κυτταρικά οργανίδια διπλής μεμβράνης και έχουν ωοειδές σχήμα. Ο αριθμός τους στο κυτταρόπλασμα μπορεί να είναι διαφορετικός. Για παράδειγμα, τα κύτταρα του κιονοειδούς παρεγχύματος μιας λεπίδας φύλλου καπνού περιέχουν έως και χίλιους χλωροπλάστες, στους μίσχους των φυτών της οικογένειας των δημητριακών από 30 έως 50.
Και οι δύο μεμβράνες που αποτελούν το οργανοειδές έχουν διαφορετική δομή: η εξωτερική είναι λεία, τριών στρωμάτων, παρόμοια με τη μεμβράνη του ίδιου του φυτικού κυττάρου. Το εσωτερικό περιέχει πολλές πτυχές που ονομάζονται ελάσματα. Δίπλα τους βρίσκονται επίπεδοι σάκοι - θυλακοειδή. Τα ελάσματα σχηματίζουν ένα δίκτυο απόπαράλληλοι σωλήνες. Μεταξύ των ελασμάτων υπάρχουν θυλακοειδή σώματα. Συλλέγονται σε στοίβες - κόκκους που μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους. Ο αριθμός τους σε έναν χλωροπλάστη είναι 60–150. Ολόκληρη η εσωτερική κοιλότητα του χλωροπλάστη είναι γεμάτη με μήτρα.
Οργανέλα έχει σημάδια αυτονομίας: το δικό της κληρονομικό υλικό - κυκλικό DNA, χάρη στο οποίο οι χλωροπλάστες μπορούν να πολλαπλασιαστούν. Υπάρχει επίσης μια κλειστή εξωτερική μεμβράνη που περιορίζει το οργανίδιο από τις διεργασίες που συμβαίνουν στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Οι χλωροπλάστες έχουν τα δικά τους ριβοσώματα, μόρια i-RNA και t-RNA, που σημαίνει ότι είναι ικανοί για σύνθεση πρωτεϊνών.
Θυλακοειδείς λειτουργίες
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα πλαστίδια των φυτικών κυττάρων - οι χλωροπλάστες - περιέχουν ειδικούς πεπλατυσμένους σάκους που ονομάζονται θυλακοειδή. Σε αυτά βρέθηκαν χρωστικές ουσίες - χλωροφύλλες (που συμμετέχουν στη φωτοσύνθεση) και καροτενοειδή (που εκτελούν υποστηρικτικές και τροφικές λειτουργίες). Υπάρχει επίσης ένα ενζυματικό σύστημα που παρέχει τις αντιδράσεις της φωτεινής και σκοτεινής φάσης της φωτοσύνθεσης. Τα θυλακοειδή λειτουργούν ως κεραίες: εστιάζουν τα κβάντα φωτός και τα κατευθύνουν στα μόρια της χλωροφύλλης.
Η φωτοσύνθεση είναι η κύρια διαδικασία των χλωροπλαστών
Τα αυτότροφα κύτταρα είναι ικανά να συνθέτουν ανεξάρτητα οργανικές ουσίες, ιδιαίτερα γλυκόζη, χρησιμοποιώντας διοξείδιο του άνθρακα και φωτεινή ενέργεια. Τα πράσινα πλαστίδια, των οποίων οι λειτουργίες μελετάμε αυτήν τη στιγμή, αποτελούν αναπόσπαστο μέρος των φωτοτροφών - πολυκύτταρων οργανισμών όπως:
- φυτά με υψηλότερα σπόρους (βρύα, αλογοουρές, βρύα κοπαδιών,φτέρες);
- σπόροι (γυμνόσπερμα - τζίντζα, κωνοφόρα, εφέδρα και αγγειόσπερμα ή ανθοφόρα φυτά).
Η Φωτοσύνθεση είναι ένα σύστημα αντιδράσεων οξειδοαναγωγής, οι οποίες βασίζονται στη διαδικασία μεταφοράς ηλεκτρονίων από ουσίες δότες σε ενώσεις που τις «λαμβάνουν», τους λεγόμενους αποδέκτες.
Αυτές οι αντιδράσεις οδηγούν στη σύνθεση οργανικών ουσιών, ιδιαίτερα της γλυκόζης, και στην απελευθέρωση μοριακού οξυγόνου. Η φωτεινή φάση της φωτοσύνθεσης εμφανίζεται στις θυλακοειδή μεμβράνες υπό τη δράση της φωτεινής ενέργειας. Τα κβάντα φωτός που απορροφάται διεγείρουν τα ηλεκτρόνια των ατόμων μαγνησίου που αποτελούν την πράσινη χρωστική ουσία - χλωροφύλλη.
Η ενέργεια των ηλεκτρονίων χρησιμοποιείται για τη σύνθεση ενεργοβόρων ουσιών: ATP και NADP-H2. Διασπώνται από το κύτταρο για αντιδράσεις σκοτεινής φάσης που συμβαίνουν στη μήτρα του χλωροπλάστη. Ο συνδυασμός αυτών των συνθετικών αντιδράσεων οδηγεί στον σχηματισμό μορίων γλυκόζης, αμινοξέων, γλυκερίνης και λιπαρών οξέων, τα οποία χρησιμεύουν ως το δομικό και τροφικό υλικό του κυττάρου.
Τύποι πλαστικών
Πράσινα πλαστίδια, τη δομή και τις λειτουργίες των οποίων συζητήσαμε νωρίτερα, βρίσκονται σε φύλλα, πράσινους μίσχους και δεν είναι το μόνο είδος. Έτσι, στη φλούδα των καρπών, στα πέταλα των ανθοφόρων φυτών, στα εξωτερικά καλύμματα των υπόγειων βλαστών - κονδύλων και βολβών, υπάρχουν άλλα πλαστίδια. Ονομάζονται χρωμοπλάστες ή λευκοπλάστες.
Τα άχρωμα οργανίδια (λευοπλάστες) έχουν διαφορετικό σχήμα και διαφέρουν από τους χλωροπλάστες στο ότιη εσωτερική κοιλότητα δεν έχει λεπτές πλάκες - ελάσματα και ο αριθμός των θυλακοειδών που βυθίζονται στη μήτρα είναι μικρός. Η ίδια η μήτρα περιέχει δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ, οργανίδια που συνθέτουν πρωτεΐνες - ριβοσώματα και πρωτεολυτικά ένζυμα που διασπούν πρωτεΐνες και υδατάνθρακες.
Οι λευκοπλάστες έχουν επίσης ένζυμα - συνθετάσες που εμπλέκονται στο σχηματισμό μορίων αμύλου από τη γλυκόζη. Ως αποτέλεσμα, τα άχρωμα πλαστίδια φυτικών κυττάρων συσσωρεύουν αποθεματικά θρεπτικά συστατικά: κόκκους πρωτεΐνης και κόκκους αμύλου. Αυτά τα πλαστίδια, των οποίων η λειτουργία είναι η συσσώρευση οργανικών ουσιών, μπορούν να μετατραπούν σε χρωμοπλάστες, για παράδειγμα, κατά την ωρίμανση τομάτας που βρίσκονται στο στάδιο της γαλακτώδους ωρίμανσης.
Κάτω από ένα μικροσκόπιο σάρωσης υψηλής ανάλυσης, οι διαφορές στη δομή και των τριών τύπων πλαστιδίων είναι ξεκάθαρα ορατές. Αυτό, πρώτα απ 'όλα, αφορά τους χλωροπλάστες, οι οποίοι έχουν την πιο περίπλοκη δομή που σχετίζεται με τη λειτουργία της φωτοσύνθεσης.
Χρωμοπλάστες - έγχρωμα πλαστίδια
Μαζί με τα πράσινα και άχρωμα φυτικά κύτταρα, υπάρχει και ένας τρίτος τύπος οργανιδίων που ονομάζονται χρωμοπλάστες. Έχουν μια ποικιλία χρωμάτων: κίτρινο, μοβ, κόκκινο. Η δομή τους είναι παρόμοια με τους λευκοπλάστες: η εσωτερική μεμβράνη έχει μικρό αριθμό ελασμάτων και μικρό αριθμό θυλακοειδών. Οι χρωμοπλάστες περιέχουν διάφορες χρωστικές: ξανθοφύλλες, καροτίνες, καροτενοειδή, που είναι βοηθητικές φωτοσυνθετικές ουσίες. Αυτά τα πλαστίδια είναι που δίνουν το χρώμα στις ρίζες των τεύτλων, των καρότων, των καρπών των οπωροφόρων δέντρων και των μούρων.
Πώς προκύπτουνκαι μετασχηματίζουν αμοιβαία πλαστίδια
Οι λευκοπλάστες, οι χρωμοπλάστες, οι χλωροπλάστες είναι πλαστίδια (τη δομή και τις λειτουργίες των οποίων μελετάμε) που έχουν κοινή προέλευση. Είναι παράγωγα μεριστωματικών (εκπαιδευτικών) ιστών, από τους οποίους σχηματίζονται πρωτοπλαστίδια - οργανίδια δύο μεμβρανών που μοιάζουν με σάκο μεγέθους έως 1 μm. Στο φως, περιπλέκουν τη δομή τους: σχηματίζεται μια εσωτερική μεμβράνη που περιέχει ελάσματα και συντίθεται η πράσινη χρωστική ουσία χλωροφύλλη. Τα πρωτοπλαστίδια γίνονται χλωροπλάστες. Οι λευκοπλάστες μπορούν επίσης να μετατραπούν με φωτεινή ενέργεια σε πράσινα πλαστίδια και στη συνέχεια σε χρωμοπλάστες. Η τροποποίηση πλαστιδίων είναι ένα ευρέως διαδεδομένο φαινόμενο στον φυτικό κόσμο.
Χρωματοφόρα ως πρόδρομοι χλωροπλάστες
Προκαρυωτικοί φωτοτροφικοί οργανισμοί - πράσινα και μοβ βακτήρια, πραγματοποιούν τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης με τη βοήθεια της βακτηριοχλωροφύλλης Α, τα μόρια της οποίας βρίσκονται στις εσωτερικές εκβολές της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Οι μικροβιολόγοι θεωρούν τα βακτηριακά χρωματοφόρα ως πρόδρομες ουσίες των πλαστιδίων.
Αυτό επιβεβαιώνεται από την παρόμοια δομή τους με τους χλωροπλάστες, δηλαδή την παρουσία κέντρων αντίδρασης και συστημάτων παγίδευσης φωτός, καθώς και τα γενικά αποτελέσματα της φωτοσύνθεσης, που οδηγούν στο σχηματισμό οργανικών ενώσεων. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα κατώτερα φυτά - τα πράσινα φύκια, όπως τα προκαρυωτικά, δεν έχουν πλαστίδια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι σχηματισμοί που περιέχουν χλωροφύλλη - τα χρωματοφόρα, έχουν αναλάβει τη λειτουργία τους - τη φωτοσύνθεση.
Πώς προέκυψαν οι χλωροπλάστες
Μεταξύ πολλών υποθέσεωνπροέλευση των πλαστιδίων, ας σταθούμε στη συμβιογένεση. Σύμφωνα με τις ιδέες του, τα πλαστίδια είναι κύτταρα (χλωροπλάστες) που προέκυψαν στην αρχαϊκή εποχή ως αποτέλεσμα της διείσδυσης φωτοτροφικών βακτηρίων στο πρωτογενές ετερότροφο κύτταρο. Ήταν αυτοί που αργότερα οδήγησαν στο σχηματισμό πράσινων πλαστιδίων.
Σε αυτό το άρθρο, μελετήσαμε τη δομή και τις λειτουργίες των οργανιδίων δύο μεμβρανών ενός φυτικού κυττάρου: λευκοπλάστες, χλωροπλάστες και χρωμοπλάστες. Και ανακάλυψε επίσης τη σημασία τους στην κυτταρική ζωή.
