Из статьи вы узнаете о том, что представляют собой хлоропласты как вид органоидов растительных клеток, познакомитесь с особенностями их строения, теорией появления и эволюции, ролью в процессе фотосинтеза, роста и развития растений.
Понятие хлоропластов
Хлоропласты (от греч. chlorós — зеленый, plastós — вылепленный) – это вид органеллы растительных клеток, содержащий пигмент зеленого цвета – хлорофилл. В состав пластида входят вода – до 70%, белки – до 50%, липиды – до 35%, пигмент – до 7% и жидкое вещество строма, содержащее нуклеиновые кислоты.
Размер хлоропластов колеблется от 4 до 10 мкм, а форма напоминает двояковыпуклую округлую линзу. Основное предназначение пластид – сбор и хранение энергии для обеспечения фотосинтеза, благодаря их наличию растения имеют характерную зеленую окраску.
Под микроскопом можно увидеть, как распределен пигмент по клетке.Рассматриваемые органеллы находятся во всех зеленых органах растений, они отделены от цитоплазмы двойной липидно-белковой оболочкой толщиной около 20 нм.
Количество и форма органоидов в клетках варьируется: от одного крупного хлоропласта у водорослей до сотни в клетке высших растений.
Максимальная концентрация наблюдается в охранных клетках, формирующих ассимиляционные ткани листьев и зеленых плодов. Вокруг них расположены устьица – микроскопические поры, предназначенные для газообмена внутри растения.
Наряду с другими пластидами (лейкопластами и хромопластами), хлоропласты формируются под действием света из пропластид – недифференцированных клеточных образований.
Особенности строения хлоропластов
В составе хлоропластов принято выделять несколько структур, каждая из которых выполняет собственные функции и обладает отличительными особенностями.
Оболочка состоит из внешней гладкой и внутренней складчатой мембран, защищает органеллу от внешнего воздействия, сохраняет её структуру и контролирует процесс прохождения молекул внутрь хлоропласта и наружу.
Тилакоиды — это мешкообразные мембранные образования сплющенной округлой формы, расположенные в межмембранном пространстве. Основная их функция — преобразование световой энергии в химическую. Стопки из 10-20 тилакоидов называют гранами, а соединения между ними — ламеллами.
Строма — это жидкость, обеспечивающая частичную автономность пластида и преобразовывающая углекислый газ в сахара. В ней находятся молекулы РНК и ДНК, что позволяет органоиду синтезировать собственные белки.
Эта особенность строения в биологии считается признаком симбиотического происхождения пластид: в ходе эволюции произошло соединение прокариотов (вероятнее всего, цианобактерий) с эукариотами, которые приобрели способность фотосинтезировать.
Современные исследования доказывают правомерность этой теории. Так изолированные клетки животных имеют способность поглощать свободные хлоропласты, выделяемые растениями, при этом сохраняя их свойства в последующих циклах деления.
Другая особенность рассматриваемых органелл — способность к движению, в том числе и произвольному. Распределение пластид происходит неравномерно и напрямую зависит от интенсивности освещения и его направления.
Кроме того, хлоропласты содержат сложный комплекс ферментов, находящихся в связанном состоянии внутри пластида.
Функции хлоропластов
Ключевой функцией хлоропластов является фотосинтез – процесс преобразования углекислого газа и воды в глюкозу под действием солнечного света. В нем участвуют пигменты, содержащиеся в оболочках тилакоидов – хлорофилл, фикобилины, флавоноиды и каротиноиды.
Локализация пигментов происходит в тилакоидных оболочках наряду с ферментами — трансляторами электронов. Хлорофилл, состоящий из удлиненного углеводного кольца и порфириновой головки, располагается в клетках листьев таким образом, чтобы хвост оказался погруженным в жировой слой тилакоидной мембраны, а головка повернута к строме.
За счет получаемой энергии света происходит возбуждение и последующее отделение электрона от хлорофилла и его передача ферментами другим веществам.
Растительные клетки содержат хлорофилл нескольких видов, отличающихся спектром поглощения света. В составе хлоропластов высших растений и зеленых водорослей доминирует хлорофилл а и b, бурых водорослей — хлорофиллы группы a и c, а красных — хлорофиллы a и d.
Помимо фотосинтеза содержащиеся в хлоропластах пигменты участвуют в процессах воспроизведения, прорастания семян и дальнейшего роста высших растений, фототаксиса и фотопериодизма — изменением режима растений в зависимости от продолжительности светового дня.
