Хлоропласт: органела за фотосинтеза в растения и водорасли
Хлоропласт: как хлорофилът в растения и водорасли улавя светлина за фотосинтеза, създава захар и кислород — ключът към растителната енергия.
Хлоропластите са малки органели в клетките на растенията и водораслите. Те улавят светлината, за да произвеждат захар чрез процеса фотосинтеза. Получената захар може да се използва за енергия или да се съхранява под формата на нишесте. В хлоропластите се намира молекулата хлорофил, която поглъща слънчевата енергия; освен нея хлоропластите използват въглероден диоксид (CO2) и вода (H2O) за образуване на захар и отделят кислород (O2). Хлорофил придава на зелените растения характерния зелен цвят, а хлоропластите съдържат и различни жълти и оранжеви пигменти, които подпомагат улавянето на фотони за фотосинтезата.
Структура на хлоропласта
- Двойна външна мембрана — отделя хлоропласта от цитоплазмата.
- Строма — вътрешният матрикс, където протичат т.нар. тъмночувствителни (светлинно-независими) реакции; в стромата се съдържа собствена ДНК и рибозоми.
- Тилакоиди — плоски мембранни дискове, подредени в струпвания, наречени грани; тук се намират фотосистемите и протича светлинно-зависимата част от фотосинтезата.
- Зърна нишесте и липидни капчици — форми на съхранение на продукти от фотосинтезата.
Как протича фотосинтезата (кратко)
Фотосинтезата включва две основни фази:
- Светлинно-зависими реакции (в тилакоидните мембрани) — поглъщане на светлината, отделяне на електрони, синтез на ATP и NADPH и разграждане на вода с отделяне на кислород (O2).
- Светлинно-независими реакции /Калвинов цикъл/ (в стромата) — използване на ATP и NADPH за фиксиране на CO2 и синтез на въглехидрати (захари).
Обобщено химично уравнение: 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2.
Пигменти и улавяне на светлината
Главният пигмент е хлорофил (видове хлорофил a и b), които абсорбират предимно синя и червена светлина. В допълнение, пигменти, които включват каротеноиди (жълти/оранжеви) и ксантофили, разширяват спектъра на поглъщане и защитават фотосистемите от претоварване.
Произход и вариации
Хлоропластите са резултат от ендосимбиотична връзка — предшественици на хлоропластите са били свободно живеещи цианобактерии, които преди милиони години са се установили в примитивни еукариотни клетки. В растенията и водораслите има различни видове пластида (напр. хромопласти, левкопласти), които са специализирани за пигментация или съхранение, но хлоропластите са тези, отговорни за фотосинтезата.
Значение за растенията и екосистемите
- Производство на органична материя — основен източник на енергия за почти всички хранителни вериги.
- Отделяне на кислород — поддържа аеробните организми и атмосферата.
- Влияние върху растежа и добивите в селското стопанство — ефективността на хлоропластите пряко влияе върху фотосинтезата и продуктивността на културите.
Допълнителни бележки
Брой и размер на хлоропластите варират според вида: една растителна клетка може да съдържа десетки хлоропласти с размери в порядъка на няколко микрометра. Изследванията върху хлоропластите помагат за развитие на по-устойчиви и високопродуктивни култури, както и за разбирането на ключови биогеохимични цикли на Земята.
Схема на хлоропласт
Ултраструктура на хлоропласта: 1. външна мембрана2. междумембранно пространство3. вътрешна мембрана (1+2+3: обвивка) 4. строма (течност) 5. тилакоиден лумен (вътрешността на тилакоида) 6. тилакоидна мембрана7 . грана (купчини тилакоиди) 8. тилакоид (ламела) 9. нишесте10. рибозома11. пластидна ДНК12. пластоглобула (капка липиди)
Хлоропласти, видими в клетките на Plagiomnium affine
Структура
Всеки хлоропласт е заобиколен от двустенна полупропусклива мембрана, която е известна като перистромиум. В слоестите стекове се намират плоски дисковидни тилакоиди. Те съдържат светлопоглъщащи пигменти, включително хлорофил и каротеноиди, както и протеини, които свързват пигментите. Подобно на митохондриите, хлоропластите също съдържат собствена ДНК и рибозоми.
Еволюция
Хлоропластите са един от многото различни видове органели в клетката. Смята се, че те са възникнали като ендосимбиотични цианобактерии. За първи път това е предположено от Мерешковски през 1905 г. след наблюдение на Шимпер през 1883 г., че хлоропластите много приличат на цианобактерии. Смята се, че почти всички хлоропласти произлизат пряко или косвено от едно ендосимбиотично събитие.
Митохондриите също имат подобен произход, но хлоропластите се срещат само при растенията и протистите. При зелените растения хлоропластите са заобиколени от две липидно-слойни мембрани. Смята се, че те съответстват на външната и вътрешната мембрана на прародителската цианобактерия. Хлоропластите имат собствен геном, който е много по-малък от този на свободно живеещите цианобактерии. ДНК, която е останала, показва ясни прилики с генома на цианобактериите. Пластидите могат да съдържат 60-100 гена, докато цианобактериите често съдържат повече от 1500 гена. Много от липсващите гени са кодирани в ядрения геном на гостоприемника.
При някои водорасли (като хетероконтите) хлоропластите изглежда са се развили чрез вторично събитие на ендосимбиоза, при което една еукариотна клетка поглъща втора еукариотна клетка, съдържаща хлоропласти, образувайки хлоропласти с три или четири мембранни слоя. В някои случаи такива вторични ендосимбионти може да са били погълнати от други еукариоти, като по този начин са се образували третични ендосимбионти. При водораслите Chlorella има само един хлоропласт, който е с форма на камбана.
При някои групи миксотрофни протисти, като динофлагелатите, хлоропластите се отделят от уловено водорасло или диатом и се използват временно. Тези клепто (откраднати) хлоропласти могат да имат живот само няколко дни и след това се заменят.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява хлоропластът?
О: Хлоропластът е малък органел в клетките на растенията и водораслите.
В: Как се нарича процесът, при който хлоропластите поглъщат светлината, за да произвеждат захар?
О: Процесът се нарича фотосинтеза.
В: Какво е предназначението на хлорофила в хлоропласта?
О: Хлорофилът абсорбира слънчевата светлина за фотосинтеза.
В: Какво използва хлоропластът, за да образува захар и да отделя кислород?
О: Хлоропластът използва въглероден диоксид (CO2) и вода (H2O), за да образува захар и да отделя кислород (O2).
В: Какво придава на зелените растения зеления цвят?
О: Хлорофилът придава на зелените растения зеления цвят.
В: Какви други пигменти съдържат хлоропластите освен хлорофил?
О: Хлоропластите съдържат и различни жълти и оранжеви пигменти, които подпомагат улавянето на фотони за фотосинтезата.
В: Какво може да се съхранява под формата на нишесте, след като е произведено от хлоропласт?
О: Захарта, произведена от хлоропластите, може да се съхранява под формата на нишесте.
обискирам