Viena no galvenajām atšķirībām starp augu un dzīvnieku šūnām ir pirmo organellu, piemēram, plastidu, klātbūtne citoplazmā. Par hloroplastu, hromoplastu un leikoplastu uzbūvi, to dzīvības procesu īpatnībām, kā arī par to nozīmi tiks runāts šajā rakstā.
Hloroplasta struktūra
Zaļās plastidas, kuru uzbūvi tagad pētīsim, pieder augstāko sporu un sēklu augu obligātajām šūnu organellām. Tās ir šūnu organellas ar dubultu membrānu un tām ir ovāla forma. To skaits citoplazmā var būt atšķirīgs. Piemēram, tabakas lapu lāpstiņas kolonnveida parenhīmas šūnās ir līdz tūkstotim hloroplastu, graudaugu dzimtas augu kātos no 30 līdz 50.
Abām membrānām, kas veido organoīdu, ir atšķirīga struktūra: ārējā ir gluda, trīsslāņaina, līdzīga pašas auga šūnas membrānai. Iekšējā ir daudz kroku, ko sauc par lamelēm. Blakus tiem ir plakanie maisiņi - tilakoīdi. Lameles veido tīkluparalēli kanāliņi. Starp lamelēm atrodas tilakoīdu ķermeņi. Tos savāc kaudzēm – graudos, kurus var savienot savā starpā. To skaits vienā hloroplastā ir 60–150. Viss hloroplasta iekšējais dobums ir piepildīts ar matricu.
Organellām ir autonomijas pazīmes: savs iedzimtais materiāls – apļveida DNS, pateicoties kam hloroplasti var vairoties. Ir arī slēgta ārējā membrāna, kas ierobežo organellu no procesiem, kas notiek šūnas citoplazmā. Hloroplastiem ir savas ribosomas, i-RNS un t-RNS molekulas, kas nozīmē, ka tie spēj proteīnu sintēzi.
Thylakoid funkcijas
Kā minēts iepriekš, augu šūnu plastidi - hloroplasti - satur īpašus saplacinātus maisiņus, ko sauc par tilakoīdiem. Tajos tika atrasti pigmenti - hlorofili (piedalās fotosintēzē) un karotinoīdi (pilda atbalsta un trofiskās funkcijas). Ir arī fermentatīvā sistēma, kas nodrošina fotosintēzes gaismas un tumšās fāzes reakcijas. Tilakoīdi darbojas kā antenas: tie fokusē gaismas kvantus un novirza tos uz hlorofila molekulām.
Fotosintēze ir galvenais hloroplastu process
Autotrofiskās šūnas spēj neatkarīgi sintezēt organiskās vielas, jo īpaši glikozi, izmantojot oglekļa dioksīdu un gaismas enerģiju. Zaļie plastidi, kuru funkcijas mēs šobrīd pētām, ir neatņemama fototrofu - daudzšūnu organismu sastāvdaļa, piemēram:
- augstāki sporu augi (sūnas, kosas, klubsūnas,papardes);
- sēklas (ģimnosēklas - ginga, skujkoki, efedra un segsēkļi vai ziedaugi).
Fotosintēze ir redoksreakciju sistēma, kuras pamatā ir elektronu pārneses process no donorvielām uz savienojumiem, kas tos “uztver”, tā sauktajiem akceptoriem.
Šīs reakcijas izraisa organisko vielu, jo īpaši glikozes, sintēzi un molekulārā skābekļa izdalīšanos. Fotosintēzes gaismas fāze notiek uz tilakoīdu membrānām gaismas enerģijas ietekmē. Absorbētie gaismas kvanti ierosina magnija atomu elektronus, kas veido zaļo pigmentu - hlorofilu.
Elektronu enerģija tiek izmantota energoietilpīgu vielu sintēzei: ATP un NADP-H2. Šūna tos šķeļ tumšās fāzes reakcijām, kas notiek hloroplasta matricā. Šo sintētisko reakciju kombinācija noved pie glikozes, aminoskābju, glicerīna un taukskābju molekulu veidošanās, kas kalpo kā šūnas celtniecības un trofiskais materiāls.
Plastmasas veidi
Zaļās plastīdas, kuru uzbūvi un funkcijas apspriedām iepriekš, ir sastopamas lapās, zaļos kātos un nav vienīgās sugas. Tātad augļu ādā, ziedošu augu ziedlapiņās, pazemes dzinumu - bumbuļu un sīpolpuķu - ārējos vākos ir arī citi plastidi. Tos sauc par hromoplastiem vai leikoplastiem.
Bezkrāsainiem organelliem (leikoplastiem) ir atšķirīga forma un tie atšķiras no hloroplastiem ar to, kaiekšējā dobumā nav plānu plākšņu - lameļu, un matricā iegremdēto tilakoīdu skaits ir mazs. Pati matrica satur dezoksiribonukleīnskābi, proteīnus sintezējošās organellus – ribosomas un proteolītiskus enzīmus, kas sadala olb altumvielas un ogļhidrātus.
Leukoplastos ir arī fermenti – sintetāzes, kas piedalās cietes molekulu veidošanā no glikozes. Rezultātā bezkrāsainos augu šūnu plastidos uzkrājas rezerves barības vielas: proteīna granulas un cietes graudi. Šie plastidi, kuru funkcija ir uzkrāt organiskās vielas, var pārvērsties par hromoplastiem, piemēram, tomātiem, kas ir piena gatavības stadijā, nogatavošanās laikā.
Augstas izšķirtspējas skenējošā mikroskopā ir skaidri redzamas atšķirības visu trīs plastidu veidu struktūrā. Tas, pirmkārt, attiecas uz hloroplastiem, kuriem ir vissarežģītākā struktūra, kas saistīta ar fotosintēzes funkciju.
Hromoplasti - krāsaini plastidi
Līdztekus zaļajām un bezkrāsainām augu šūnām pastāv arī trešais organellu veids, ko sauc par hromoplastiem. Viņiem ir dažādas krāsas: dzeltena, violeta, sarkana. To struktūra ir līdzīga leikoplastiem: iekšējā membrānā ir neliels skaits lamelu un neliels skaits tilakoīdu. Hromoplasti satur dažādus pigmentus: ksantofilus, karotīnus, karotinoīdus, kas ir fotosintēzes palīgvielas. Tieši šie plastidi nodrošina biešu, burkānu, augļu koku augļu un ogu sakņu krāsu.
Kā tās rodasun savstarpēji pārveidot plastidus
Leikoplasti, hromoplasti, hloroplasti ir plastidi (kuru uzbūvi un funkcijas pētām), kuriem ir kopīga izcelsme. Tie ir meristemātisko (audzināšanas) audu atvasinājumi, no kuriem veidojas protoplastīdi - līdz 1 mikronam lielas divmembrānas maisveida organellas. Gaismā tie sarežģī savu struktūru: veidojas iekšējā membrāna, kas satur lameles, un tiek sintezēts zaļais pigments hlorofils. Protoplastīdi kļūst par hloroplastiem. Leikoplastus var arī pārveidot ar gaismas enerģiju zaļos plastidos un pēc tam hromoplastos. Plastīda modifikācija ir plaši izplatīta parādība augu pasaulē.
Hromatofori kā hloroplastu prekursori
Prokariotu fototrofiskie organismi - zaļās un purpursarkanās baktērijas, veic fotosintēzes procesu ar bakteriohlorofila A palīdzību, kura molekulas atrodas uz citoplazmas membrānas iekšējiem izaugumiem. Mikrobiologi baktēriju hromatoforus uzskata par plastidu prekursoriem.
To apstiprina to līdzīgā struktūra hloroplastiem, proti, reakcijas centru un gaismas uztveršanas sistēmu klātbūtne, kā arī vispārīgie fotosintēzes rezultāti, kas izraisa organisko savienojumu veidošanos. Jāpiebilst, ka zemākajos augos – zaļajām aļģēm, tāpat kā prokariotiem, plastidu nav. Tas ir saistīts ar to, ka hlorofilu saturoši veidojumi - hromatofori, ir pārņēmuši savu funkciju - fotosintēzi.
Kā radās hloroplasti
Starp daudzām hipotēzēmPlastīdu izcelsme, pakavēsimies pie simbioģenēzes. Saskaņā ar viņa idejām plastidi ir šūnas (hloroplasti), kas radās Arhejas laikmetā, fototrofo baktēriju iekļūšanas rezultātā primārajā heterotrofiskajā šūnā. Tieši viņi vēlāk izraisīja zaļo plastidu veidošanos.
Šajā rakstā mēs pētījām augu šūnas divu membrānu organellu struktūru un funkcijas: leikoplastus, hloroplastus un hromoplastus. Un arī noskaidroja to nozīmi šūnu dzīvē.
