Өсімдік пен жануар жасушаларының негізгі айырмашылығының бірі цитоплазмада пластидтер сияқты алғашқы органеллалардың болуы. Бұл мақалада хлоропласттардың, хромопластардың және лейкопластардың құрылымы, олардың өмірлік процестерінің ерекшеліктері, сондай-ақ маңызы талқыланады.
Хлоропласт құрылымы
Құрылымын біз енді зерттейтін жасыл пластидтер жоғары споралы және тұқымдық өсімдіктер жасушаларының міндетті органеллаларына жатады. Олар қос мембраналы жасушалық органоидтар және сопақ пішінді. Олардың цитоплазмадағы саны әртүрлі болуы мүмкін. Мысалы, темекінің жапырақ тақтасының бағаналы паренхимасының жасушаларында мыңға дейін хлоропластар, дәнді дақылдар тұқымдасының өсімдіктерінің сабақтарында 30-дан 50-ге дейін болады.
Органоидты құрайтын екі мембрананың да құрылымы әртүрлі: сыртқысы тегіс, үш қабатты, өсімдік жасушасының өз қабығына ұқсас. Ішкі бөлігінде ламелла деп аталатын көптеген қатпарлар бар. Оларға іргелес жалпақ қапшықтар – тилакоидтар орналасқан. Ламельдер тор түзедіпараллель түтікшелер. Ламелалардың арасында тилакоидты денелер орналасқан. Олар бір-бірімен қосылуға болатын түйіршіктерде жиналады. Олардың бір хлоропласттағы саны 60-150. Хлоропласттың бүкіл ішкі қуысы матрицамен толтырылған.
Органеллада автономия белгілері бар: өзінің тұқым қуалайтын материалы – дөңгелек ДНҚ, соның арқасында хлоропластар көбейе алады. Сондай-ақ жасуша цитоплазмасында болатын процестерден органоидты шектейтін жабық сыртқы мембрана бар. Хлоропласттардың өз рибосомалары, i-РНҚ және т-РНҚ молекулалары болады, яғни олар ақуыз синтезіне қабілетті.
Тилакоидтық функциялар
Бұрын айтылғандай, өсімдік жасушасының пластидтерінде – хлоропласттарда тилакоидтар деп аталатын арнайы жалпақ қапшықтар болады. Оларда пигменттер табылды - хлорофиллдер (фотосинтезге қатысатын) және каротиноидтар (тірек және трофикалық функцияларды орындайды). Фотосинтездің жарық және қараңғы фазаларының реакцияларын қамтамасыз ететін ферменттік жүйе де бар. Тилакоидтар антенна ретінде әрекет етеді: олар жарық кванттарын фокустайды және оларды хлорофилл молекулаларына бағыттайды.
Фотосинтез хлоропласттардың негізгі процесі
Автотрофты жасушалар көмірқышқыл газы мен жарық энергиясын пайдалана отырып, органикалық заттарды, атап айтқанда глюкозаны дербес синтездеуге қабілетті. Жасыл пластидтер, қазір біз олардың функцияларын зерттеп жатырмыз, фототрофтардың құрамдас бөлігі - көп жасушалы организмдер, мысалы:
- жоғары споралы өсімдіктер (мүк, қырықбуын, шоқ мүк,папоротник);
- тұқымдар (гимноспермдер - гинга, қылқан жапырақтылар, эфедра және ангиоспермділер немесе гүлді өсімдіктер).
Фотосинтез – тотығу-тотықсыздану реакцияларының жүйесі, олардың негізінде донорлық заттардан оларды «қабылдайтын» қосылыстарға, яғни акцепторлар деп аталатын электрондарға ауысу процесі жатыр.
Бұл реакциялар органикалық заттардың, атап айтқанда глюкозаның синтезіне және молекулалық оттегінің бөлінуіне әкеледі. Фотосинтездің жеңіл фазасы жарық энергиясының әсерінен тилакоидты мембраналарда жүреді. Жұтылған жарық кванттары жасыл пигментті – хлорофиллді құрайтын магний атомдарының электрондарын қоздырады.
Электрондардың энергиясы энергияны көп қажет ететін заттардың: АТФ және НАДФ-Н2 синтезіне жұмсалады. Олар хлоропласт матрицасында болатын қараңғы фазалық реакциялар үшін жасуша арқылы бөлінеді. Осы синтетикалық реакциялардың қосындысы глюкоза, амин қышқылдары, глицерин және май қышқылдары молекулаларының түзілуіне әкеледі, олар жасушаның құрылыс және трофикалық материалы қызметін атқарады.
Пластид түрлері
Жасыл пластидтер, олардың құрылымы мен қызметтерін біз жоғарыда қарастырдық, жапырақтарда, жасыл сабақтарда кездеседі және жалғыз түр емес. Сонымен, жемістердің қабығында, гүлді өсімдіктердің жапырақшаларында, жер асты өркендерінің - түйнектер мен пиязшықтардың сыртқы жамылғыларында басқа пластидтер болады. Олар хромопластар немесе лейкопластар деп аталады.
Түссіз органеллалар (лейкопластар) пішіні басқаша және хлоропласттардан айырмашылығы оларішкі қуыста жұқа пластиналар – ламеллалар болмайды, ал матрицаға батырылған тилакоидтардың саны аз. Матрицаның өзінде дезоксирибонуклеин қышқылы, ақуызды синтездейтін органеллалар – рибосомалар мен ақуыздар мен көмірсуларды ыдырататын протеолитикалық ферменттер бар.
Лейкопласттарда глюкозадан крахмал молекулаларының түзілуіне қатысатын ферменттер – синтетазалар да болады. Осының нәтижесінде түссіз өсімдік жасушасының пластидтерінде қор қоректік заттар: ақуыз түйіршіктері мен крахмал дәндері жинақталады. Функциясы органикалық заттарды жинақтау болып табылатын бұл пластидтер, мысалы, сүтті пісу кезеңінде тұрған қызанақтардың пісуі кезінде хромопластарға айналуы мүмкін.
Ажыратымдылығы жоғары сканерлеуші микроскопта пластидтердің барлық үш түрінің құрылымындағы айырмашылықтар анық көрінеді. Бұл, ең алдымен, фотосинтез қызметімен байланысты ең күрделі құрылымға ие хлоропласттарға қатысты.
Хромопластар - түсті пластидтер
Жасыл және түссіз өсімдік жасушаларымен бірге хромопластар деп аталатын органоидтардың үшінші түрі бар. Олардың әртүрлі түстері бар: сары, күлгін, қызыл. Олардың құрылысы лейкопласттарға ұқсас: ішкі қабығында ламеллалардың саны аз, тилакоидтардың саны аз. Хромопластарда әртүрлі пигменттер болады: ксантофилдер, каротиндер, каротиноидтар, олар көмекші фотосинтездеуші заттар. Дәл осы пластидтер қызылшаның, сәбіздің, жеміс ағаштарының жемістері мен жидектердің тамырларының түсін қамтамасыз етеді.
Олар қалай пайда боладыжәне пластидтерді өзара түрлендіру
Лейкопласттар, хромопласттар, хлоропласттар – ортақ шығу тегі бар пластидтер (құрылысы мен қызметтерін біз зерттеп жатырмыз). Олар меристемалық (тәрбиелеуші) ұлпалардың туындылары, олардан протопласидтер – көлемі 1 мкм-ге дейінгі екі мембраналы қап тәрізді органоидтар түзіледі. Жарықта олар құрылымын қиындатады: ламеллалары бар ішкі мембрана түзіліп, жасыл пигмент хлорофилл синтезделеді. Протопласидтер хлоропласттарға айналады. Лейкопласттар да жарық энергиясы арқылы жасыл пластидтерге, содан кейін хромопластарға айналуы мүмкін. Пластидті модификациялау өсімдіктер әлемінде кең таралған құбылыс.
Хроматофорлар хлоропласттардың прекурсорлары ретінде
Прокариоттық фототрофты организмдер – жасыл және күлгін бактериялар, молекулалары цитоплазмалық мембрананың ішкі өсінділерінде орналасқан бактериохлорофилл А көмегімен фотосинтез процесін жүзеге асырады. Микробиологтар бактериялық хроматофорларды пластидтердің прекурсорлары деп санайды.
Бұл олардың хлоропласттарға ұқсас құрылымымен, атап айтқанда реакция орталықтарының және жарық ұстайтын жүйелердің болуымен, сондай-ақ органикалық қосылыстардың түзілуіне әкелетін фотосинтездің жалпы нәтижелерімен расталады. Айта кету керек, төменгі сатыдағы өсімдіктер - жасыл балдырлар, прокариоттар сияқты, пластидтер болмайды. Бұл құрамында хлорофилл бар түзілістердің – хроматофорлардың өз қызметі – фотосинтезді өз мойнына алуына байланысты.
Хлоропластар қалай пайда болды
Көп гипотезалардың ішіндепластидтердің шығу тегі, симбиогенезге тоқталайық. Оның идеялары бойынша пластидтер – архей дәуірінде фототрофты бактериялардың бастапқы гетеротрофты жасушаға енуі нәтижесінде пайда болған жасушалар (хлоропласттар). Дәл солар кейін жасыл пластидтердің пайда болуына әкелді.
Бұл мақалада біз өсімдік жасушасының екі мембраналы органеллаларының: лейкопластардың, хлоропласттардың және хромопласттардың құрылымы мен қызметтерін зерттедік. Сондай-ақ олардың жасушалық өмірдегі маңызын анықтады.
