Хлоропласты — особенности строения и структура, основные функции

Функциональные особенности

Строение хлоропласта изучают школьники 6 класса на уроках биологии. К особенностям клеток можно отнести наличие в строме рибосом, ДНК, РНК. Мембрана содержит вещество, способное придавать растениям соответствующий цвет. Хлорофилл имеет зеленый оттенок и каротиноид:

• красный;
• желтый;
• апельсин.

Важность хлорофилла для растений заключается в возможности осуществления процесса фотосинтеза. Принимая во внимание строение, биологи выделяют 4 типа хлорофилла: а, б, в, г. Первые два содержатся в наземных растениях и зеленых водорослях. Типы а и с считаются растительными компонентами диатомовых водорослей, деа — красными водорослями.

Для хлорофилла характерно поглощение солнечной энергии с последующей передачей другим молекулам. Разрушение зеленого вещества наблюдается в конце жизненного цикла органоида из-за резкого изменения дневных и температурных значений. Некоторые хлоропласты превращаются в хромопласты. Это приводит к изменению внутренней информации, пожелтению и опаданию листьев.

Тилакоиды

Тилакоиды представляют собой мембранные структуры в виде плоских мешочков или дисков, свернутых в «кошениль» (множественное число этой структуры — granum). Эти диски имеют диаметр от 300 до 600 нм. Внутренняя часть тилакоида называется просветом.

Архитектура стека тилакоидов до сих пор обсуждается. Предлагаются две модели: первая представляет собой спиральную модель, в которой тилакоиды намотаны между зернами по спирали.

Напротив, другая модель предполагает бифуркацию. Эта гипотеза предполагает, что граны образуются в результате разветвления стромы.

Принципы классификации

Пластиды делятся на три типа: лейкопласты (бесцветные), хлоропласты (окрашены в зеленый цвет), хромопласты (имеют разные оттенки). В течение жизни клетки способны превращаться друг в друга. Лейкопласты имеют тенденцию переходить в хлоропласты, а последние из-за появления коричневых и других пигментов — в хромопласты, пластоглобулы.

Внешне зеленые вещества покрыты липидной и белковой оболочками. Полужидкая строма с тилакоидами (отсеками, ограниченными мембраной) считается основным веществом, в которое входят зерна с каналами. Первые компоненты представлены в виде плоских круглых мешочков, расположенных перпендикулярно поверхности двухмембранных органелл (ДО).

Уникальность их строения заключается в сохранении зеленого пигмента (хлорофилла). Основная функция хлоропластов связана с участием в феномене фотосинтеза. В их состав входят жиры, злаки (митохондрии, пропластиды), крахмал.

Липиды составляют до 30%. Они представлены тремя группами:

1. Структурный. В состав входят амфипатические вещества.
2. Гидрофобный. В эту группу входят каротиноиды, защищающие зеленые вещества от фотоокисления. В то же время они несут водород.
3. Жирорастворимый. В группу входят витамины К и Е.

Другие компоненты, входящие в состав хлоропласта, включают углеводы. Они представлены как продукты фотосинтеза. Полезные ископаемые составляют до 25%. Ферменты могут выполнять двойную функцию: катализировать различные реакции, обеспечивать биосинтез белка.

Внутреннее строение хлоропластов зависит от функциональных нагрузок, от физиологического состояния. Молодые клетки размножаются делением, тогда как зрелые клетки имеют ярко выраженную крупную систему. С возрастом тилакоиды и хлорофилл разрушаются. Осенью деградация приводит к появлению хромопластов.

Основная роль хлоропластов в фотосинтезе обеспечивается их способностью пассивно перемещаться в клетках, переносимых током цитоплазмы. Вещество имеет свойство собирать свет и активно перемещаться с одного места на другое. При ярком свете он поворачивается боком к яркому солнцу, выстраиваясь вдоль стен, параллельно лучам.

При слабом освещении картина движения хлоропластов следующая: они движутся к стенам, обращенным к солнцу, поворачиваясь своей наибольшей поверхностью. При среднем освещении клетки располагаются соответствующим образом. Условия освещения определяют, какие пигменты хлоропластов появятся.

Полуавтономная степень характерна для пластид и митохондрий. Помимо фотосинтеза, в первых компонентах происходит биосинтез белка. Поскольку они содержат ДНК, следовательно, они принимают активное участие в наследственном комплексе: передаче признаков, цитоплазматических свойствах.

Описание хромопластов

Пластиды высших растений включают хромопласты. Они небольшие по размеру. Для внутриклеточных органелл характерно несколько цветов: красный, желтый, коричневый. Придает осенью соответствующий цвет плодам и цветам, что необходимо для привлечения опылителей и животных, разносящих семена на большие расстояния.

По строению ткань похожа на другие пластиды. Внутренняя оболочка менее развита, чем внешняя. У некоторых представителей этого может не быть. Кристаллы накапливаются в каротиноидах (жирорастворимых пигментах). Чтобы определить точные функции вещества, изучается таблица с формами хромопластов:

• многоугольная;
• овальный;
• серп;
• как игла.

Их роль в жизни растений до конца не изучена. Ученые предполагают, что пигменты участвуют в окислительных и восстановительных процессах, необходимых для размножения клеток и физиологического развития.

Строение лейкопластов

Органоиды этого типа накапливают пищевые компоненты. Лейкопласты имеют 2 оболочки: внутреннюю и внешнюю. На свету они имеют свойство превращаться в хлоропласты, но в нормальном состоянии органеллы бесцветны. Их основная форма — сферическая. Они содержатся в мягких частях растений:

• корень;
• корень;
• лампочка;
• листва.

С учетом накопленного вещества лейкопласты подразделяются на следующие типы: амилопласты, гелиопласты, протеинопласты. В первую группу входят крахмалистые органеллы, обнаруженные в каждом растении. Если лейкопласт полностью заполнен крахмалом, его называют крахмальной гранулой. Производство и хранение жиров характерно для гелиопластов, а накопление белковых веществ характерно для протеинопластов.

Лейкопласты содержат ферментативное вещество, которое способствует ускоренному протеканию химических реакций. При отрицательной продолжительности жизни, когда фотосинтез не происходит, они расщепляют полисахариды на простые углеводы. Поскольку луковицы содержат много органелл, они обычно переносят продолжительную засуху, жару и низкие температуры. Выполнив свои функции, они становятся хромопластами.

Защита от патогенов

У растений нет развитой иммунной системы, как у животных. Следовательно, клеточные структуры должны продуцировать антимикробные агенты, чтобы защитить себя от повреждающих агентов. Для этого 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.

Геном

Одна из важнейших характеристик хлоропластов — то, что у них есть собственная генетическая система.

Генетический материал хлоропласта состоит из кольцевых молекул ДНК. Каждая органелла имеет несколько копий этой кольцевой молекулы размером от 12 до 16 тысяч 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 примерно 120–130 генов. В результате образуются белки и РНК, связанные с процессами фотосинтеза, такие как компоненты фотосистем I и II, АТФ-синтаза и одна из субъединиц Rubisco.

Рубискус (рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилаза / оксигеназа) является важным ферментным комплексом цикла Кальвина. Фактически, он считается самым распространенным белком на планете Земля.

Рибосомные и транспортные РНК используются для трансляции сигнальных РНК, которые кодируются в геноме хлоропластов. Он включает рибосомную РНК 23S, 16S, 5S и 4.5S и РНК-носитель. Он также кодирует 20 рибосомных белков и некоторые субъединицы РНК-полимеразы.

Однако некоторые элементы, необходимые для функционирования хлоропласта, закодированы в ядерном геноме растительной клетки.

Синтез биомолекул

Кроме того, хлоропласты выполняют другие специализированные функции, которые поддерживают развитие и рост растений.

В этой органелле ассимилируются нитраты и сульфаты, содержащие ферменты, необходимые для синтеза аминокислот, фитогормонов, витаминов, жирных кислот, хлорофилла и каротиноидов.

Некоторые исследования выявили значительное количество аминокислот, синтезируемых этой органеллой. Кирк и его коллеги изучали производство аминокислот в Vicia faba L.

Эти авторы обнаружили, что наиболее часто синтезируемыми аминокислотами были глутамат, аспартат и треонин. Другие типы, такие как аланин, серин и глицин, также были синтезированы, но в меньших количествах. Также были обнаружены остальные тринадцать аминокислот.

Идентифицированы различные гены, участвующие в синтезе липидов. Хлоропласты обладают необходимыми путями для синтеза изопреноидных липидов, необходимых для производства хлорофилла и других пигментов.

Симбиотическая теория

Для выяснения механизма появления пластид, митохондрий и других органелл рассматривается теория эндосимбиоза. Его суть заключается в совместной и взаимовыгодной жизни органеллы с клеткой. Теория была впервые предложена Шимпером в 1883 году. В 1867 году ученые работали над двойственной природой лишайников.

Биолог Фамицын, принимая во внимание теорию Шимпера, предположил, что хлоропласты, как и лишайники и водоросли, принадлежат к симбионтам. Ученые показали, что митохондрии — это аэробные бактерии, которые не размножаются вне клеток. Общие свойства, характерные для митохондрий и пластид:

• наличие двух закрытых перепонок;
• воспроизведение двойным делением;
• ДНК не связана с гистонами;
• наличие собственного аппарата синтеза белка.

В ДНК пластид и митохондрий, в отличие от аналогичных структур у прокариот, интронов нет. А в ДНК хлоропластов закодирована информация о некоторых белках, остальные данные находятся в ядре клетки. В результате эволюции часть генетического материала генома перешла в ядро, поэтому хлоропласты и митохондрии не могут воспроизводиться независимо.

Археи и бактерии не подвержены фагоцитозу. Они питаются только осмотрофически. Многочисленные биологические и химические исследования указывают на химерную природу бактерий. Ученые не поняли, как сливаются организмы из разных доменов. В современных условиях организмы, содержащие другие клетки, были идентифицированы как эндосимбионты. Они отличаются от первичных эукариот тем, что не интегрируются в единое целое, у них нет собственной индивидуальности.

Mixotricha paradoxa считается интересным организмом. Для передвижения он использует 250 000 бактерий, которые закрепляются на его поверхности. Митохондрии в этом организме теряются вторично. Внутри находятся сферические аэробные микроорганизмы, заменяющие органеллы.

Структура (части)

Хлоропласты представляют собой большие органеллы длиной от 5 до 10 мкм, и 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 система мембран образует ансамбль дискообразных структур, известных как тилакоиды. Место соединения тилакоидов в кластерах называется «грана», и они связаны друг с другом.

Благодаря этой тройной мембранной системе внутренняя структура хлоропласта сложна и разделена на три пространства: межмембранное пространство (между двумя внешними мембранами), строму (расположенную в хлоропласте и за пределами тилакоидной мембраны) и последний просвет тилакоид.

Строма

Строма представляет собой студенистую жидкость, которая окружает тилакоиды и находится во внутренней области хлоропласта. Эта область соответствует цитозолю предполагаемой бактерии, продуцирующей этот тип пластиды.

Эта область содержит молекулы ДНК и большое количество белков и ферментов. В частности, это ферменты, которые вмешиваются в цикл Кальвина для фиксации углекислого газа во время фотосинтеза. Также можно найти гранулы крахмала

Рибосомы хлоропластов находятся в строме, поскольку эти структуры синтезируют свои собственные белки.

Наружная и внутренняя мембраны

Мембранная система связана с генерацией АТФ. Как и митохондриальные мембраны, именно внутренняя мембрана определяет переход молекул в органеллы. Фосфатидилхолин и фосфатидилглицерин — самые распространенные липиды в мембранах хлоропластов.

Наружная мембрана содержит ряд пор. Небольшие молекулы могут свободно проникать в эти каналы. Внутренняя мембрана, в свою очередь, не позволяет свободно проходить этому типу 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, берущих начало от внутренней мембраны хлоропласта. Некоторые авторы считают их уникальными среди растений C4, хотя они были обнаружены у растений C3.

Функция этих канальцев и пузырьков до сих пор не ясна. Предполагается, что они могут способствовать быстрому переносу метаболитов и белков в хлоропласт или увеличивать поверхность внутренней мембраны.

Общая характеристика хлоропластов

Хлоропласты — важнейший тип 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 встречаются на листьях растений. Типичная растительная клетка может иметь от 10 до 100 хлоропластов, хотя их количество может сильно варьироваться.

Как и митохондрии, хлоропласты передаются от одного родителя к ребенку, а не от обоих. Действительно, эти органеллы очень похожи на митохондрии, хотя и более сложны.

Где сконцентрирован пигмент хлорофилл?

Задание теста по цитологии и гистологии, факультет естественной психологии, 010940 экология и природопользование, рус., Основная, группа 21, Педагоги, ответственные за разработку тестов — Бородулина О.В.,

Султанова А.К.

Какое основное вещество цитоплазмы?

В) гиалоплазма

Что такое галоплазма в физико-химическом отношении?

А) эмульсия

Б) коллоидный раствор

В) реальное решение

Г) солнце

Е) гель

Какова функция рибосомы в клетке?

А) синтез белых

Каковы функции аппарата Гольджи?

Г) синтез автолиза

Как называют разрастания внутренней митохондриальной мембраны?

В) христос

Что образуют внутренние мембраны хлоропластов?

А) тилакоиды

Какое основное вещество митохондрии?

Б) матрица

восемь.

Двухмембранная оболочка характерна для:

А) митохондрии

9. В этих пластидах фотосинтез осуществляется:

Б) в хлоропластах

10.

Двухмембранная оболочка характерна для:

В) хлоропласты

Где проводится локальный автолиз?

А) лизосомы

12. Первичный крахмал синтезируется:

В) хлоропласты

13. Митохондрии выполняют:

А) синтез АТФ

14.

Синтез липофильных веществ осуществляется:

А) агранулярная и г

15. Основное содержание ядра:

А) гиалоплазма

В) нуклеоплазма

В) строма

D) матрица

Е) нуклеиновые кислоты

Какой клеточный компонент регулирует обмен веществ и хранит информацию?

Как ад

Б) тонопласт

В) лизосома

D) сердечник

Е) хлоропласты

Что синтезирует гладкая эндоплазматическая сеть?

А) жиры

Б) белки

В) аминокислоты

Г) миозин

E) актиномиозин

Из чего образуется гликокаликс?

А) углеводы

В) ДНК

В) ИНС

D) АТФ

E) ADP

Кто авторы клеточной теории?

AA.

Левенгук; Р. Гук

В) Т. Шванн; М. Шлейден

В) А. Левенгук; М. Шлейден

Г) Т. Шванн; Р. Гук

E) А. Мальпиги; Р. Гук

Какие немембранные компоненты?

А) рибосомы

В) митохондрии

C) сердечник

Г) пластиды

Е) ядрышко

Кто открыл лизосомы?

А) Де Дуве

В) р.

Гук

В) М. Шлейден

Г) Т. Шванн

Д) А. Левенгук

Где присутствуют белки — тубулины?

А) рибосома

Б) микротрубочки

В) лизосома

Г) Аппарат Гольджи

Е) эндоплазматическая сеть

23. Прижизненное исследование клетки обозначается термином:

Жизненно важный

В) авторадиография

В) микрогия

Г) цитофотометрия

E) цитохимический

Какой органоид относится к немембранному компоненту?

А) микротрубочки

В) Аппарат Гольджи

В) пластиды

Г) ядрышко

Е) эндоплазматическая сеть

Какие углеводы входят в гликокаликс?

А) глюкоза

C) fuchy

В) мальтоза (олигосахарид)

Г) сахароза (олигосахарид)

E) фруктоза

Кто сформулировал позицию «Omnis cellula e cellula»

А) К.

Баер

В) р.

Коричневый

В) Р. Вирхов

Г) А. Левенгук

E) Дж. Либих

Почему митохондрии называют электростанциями клетки?

А) синтезирует белки

В) синтезирует АТФ

В) синтезирует жиры

Г) синтезирует углеводы

E) синтезирует нуклеиновые кислоты

Каков химический состав хроматина?

А) ДНК, гистон, РНК

В) ДНК, жиры

В) ДНК, углеводы

Г) РНК, углеводы

E) РНК, жиры

Каков состав ядрышка?

А) углеводы, белки

В) жиры, белки

В) РНК, белки

Г) фосфопротеины

E) негистоновые белки

Кто открыл эндоплазматический ретикулум?

А) К.

Портье

В) А. Гольджи

В) Де Дуве

D) М. Шлейден

E) Т. Шванн

Как называются сами хромосомные руки?

А) метацентрический

В) полицентрический

В) акроцентрический

Г) субакроцентрический

E) субметацентрический

Как называются хромосомы с неравными плечами?

А) метацентрический

В) полицентрический

В) акроцентрический

Г) субакроцентрический

E) субметацентрический

Кто открыл микротрабекулярную решетку в гиалоплазме клетки?

Я.

Schleiden

В) К. Портер

В) Т. Шванн

Г) К. Гольджи

E) Де Дуве

Чем богата плазматическая мембрана мембран, в отличие от внутренних мембран клетки?

А) холестерин

В) жиры

В) белки

Г) углеводы

Е) нуклеиновые кислоты

Какой краситель используется для обнаружения РНК в клетке?

А) галлоцианин

В) родамина флуорохром

В) ацетокармин

D) декстран

E) гемотоксилин

Кто первым употребил термин «ядро»?

AA.

Левенгук

В) Р. Браун

В) Т. Шванн

D) М. Шлейден

E) Р. Гук

В каком клеточном компоненте накапливается крахмал?

А) агранулярная и г

В) гранулированный и г

В) амилопласт+

Г) лейкопласт

E) вакуоль

В каком клеточном компоненте происходит транспорт и синтез липофильных веществ?

А) агранулярная и г

В) гранулированный и г

В) лейкопласты

Г) амилопласты

Е) вакуоли

В каком клеточном компоненте происходит транспорт и синтез белков?

А) агранулярная и г

В) гранулированный и г

В) лейкопласты

Г) амилопласты

Е) вакуоли

Какой из следующих компонентов клетки регулирует поступление веществ из внешней среды?

А) плазмалемма

В) Аппарат Гольджи

В) гранулированный и г

Г) ядрышко

Д) агранулярный и г

Какой клеточный компонент участвует в биосинтезе белков?

А) рибосомы

Б) ядрышко

В) ядерная оболочка

Г) ядерное время

Д) перинуклеарное пространство

Где сконцентрирован пигмент хлорофилл?

А) оболочка из хлоропласта

Б) зерна

В) строма

Г) хромопласты

Е) лейкопласты