Bota bimore është një nga pasuritë kryesore të planetit tonë. Falë florës në Tokë ka oksigjen që të gjithë ne thithim, ekziston një bazë e madhe ushqimore nga e cila varen të gjitha gjallesat. Bimët janë unike në atë që mund të shndërrojnë përbërjet kimike inorganike në substanca organike.
Ata e bëjnë këtë nëpërmjet fotosintezës. Ky proces më i rëndësishëm ndodh në organele specifike të bimëve, kloroplastet. Ky element më i vogël në fakt siguron ekzistencën e gjithë jetës në planet. Nga rruga, çfarë është një kloroplast?
Përkufizimi bazë
Kështu quhen strukturat specifike në të cilat zhvillohen proceset e fotosintezës, të cilat synojnë lidhjen e dioksidit të karbonit dhe formimin e karbohidrateve të caktuara. Nënprodukti është oksigjeni. Këto janë organele të zgjatura, që arrijnë një gjerësi prej 2-4 mikron, gjatësia e tyre arrin 5-10 mikronë. Disa lloje të algave jeshile ndonjëherë kanë kloroplaste gjigante që janë të gjata 50 mikron!
Të njëjtat alga mund të kenënjë veçori tjetër: për të gjithë qelizën kanë vetëm një organelë të kësaj specie. Në qelizat e bimëve më të larta, më shpesh ka brenda 10-30 kloroplaste. Megjithatë, në rastin e tyre, mund të ketë përjashtime të habitshme. Pra, në indin e rrethuar të shag të zakonshëm ka 1000 kloroplaste për qelizë. Për çfarë shërbejnë këto kloroplaste? Fotosinteza është roli i tyre kryesor, por larg nga i vetmi. Për të kuptuar qartë rëndësinë e tyre në jetën e bimëve, është e rëndësishme të njihen shumë aspekte të origjinës dhe zhvillimit të tyre. E gjithë kjo përshkruhet në pjesën tjetër të artikullit.
Origjina e kloroplastit
Pra, çfarë është një kloroplast, mësuam. Nga erdhën këto organele? Si ndodhi që bimët zhvilluan një aparat kaq unik që konverton dioksidin e karbonit dhe ujin në komponime organike komplekse?
Aktualisht, midis shkencëtarëve, mbizotëron pikëpamja e origjinës endosimbiotike të këtyre organeleve, pasi shfaqja e tyre e pavarur në qelizat bimore është mjaft e dyshimtë. Dihet mirë se likeni është një simbiozë e algave dhe kërpudhave. Algat njëqelizore jetojnë brenda qelizës së kërpudhave. Tani shkencëtarët sugjerojnë se në kohët e lashta, cianobakteret fotosintetike depërtuan në qelizat bimore dhe më pas humbën pjesërisht "pavarësinë" e tyre, duke transferuar pjesën më të madhe të gjenomit në bërthamë.
Por organoidi i ri ruajti plotësisht tiparin e tij kryesor. Bëhet fjalë vetëm për procesin e fotosintezës. Sidoqoftë, vetë aparati, i nevojshëm për të kryer këtë proces, është formuar nënkontrollin e bërthamës qelizore dhe vetë kloroplastit. Kështu, ndarja e këtyre organeleve dhe proceset e tjera që lidhen me zbatimin e informacionit gjenetik në ADN kontrollohen nga bërthama.
Dëshmi
Relativisht kohët e fundit, hipoteza e origjinës prokariote të këtyre elementeve nuk ishte shumë e njohur në komunitetin shkencor, shumë e konsideruan atë "shpikje të amatorëve". Por pas një analize të thellë të sekuencave nukleotide në ADN-në e kloroplasteve, ky supozim u konfirmua shkëlqyeshëm. Doli se këto struktura janë jashtëzakonisht të ngjashme, madje të lidhura, me ADN-në e qelizave bakteriale. Pra, një sekuencë e ngjashme u gjet në cianobakteret me jetë të lirë. Në veçanti, gjenet e kompleksit të sintetizimit të ATP, si dhe në "makinat" e transkriptimit dhe përkthimit, rezultuan të jenë jashtëzakonisht të ngjashëm.
Promotorët që përcaktojnë fillimin e leximit të informacionit gjenetik nga ADN-ja, si dhe sekuencat nukleotide terminale që janë përgjegjëse për përfundimin e tij, janë gjithashtu të organizuar në imazhin dhe ngjashmërinë e atyre bakteriale. Sigurisht, miliarda vjet transformime evolucionare mund të bënin shumë ndryshime në kloroplast, por sekuencat në gjenet e kloroplastit mbetën absolutisht të njëjta. Dhe kjo është provë e pakundërshtueshme, e plotë se kloroplastet me të vërtetë dikur kishin një paraardhës prokariotik. Mund të ketë qenë organizmi nga i cili kanë evoluar edhe cianobakteret moderne.
Zhvillimi i kloroplastit nga proplastidet
Organoidi "i rritur" zhvillohet nga proplastidet. Ky është një i vogël, plotësisht i pangjyrënjë organelë që është vetëm disa mikronë e gjerë. Ai është i rrethuar nga një membranë e dendur dyshtresore që përmban ADN rrethore specifike për kloroplastin. Këta "paraardhës" të organeleve nuk kanë një sistem të brendshëm membranor. Për shkak të madhësisë së tyre jashtëzakonisht të vogël, studimi i tyre është jashtëzakonisht i vështirë dhe për këtë arsye ka jashtëzakonisht pak të dhëna për zhvillimin e tyre.
Dihet se disa nga këto protoplastide janë të pranishme në bërthamën e çdo qelize vezë të kafshëve dhe bimëve. Gjatë zhvillimit të embrionit, ato ndahen dhe transferohen në qeliza të tjera. Kjo është e lehtë për t'u verifikuar: tiparet gjenetike që lidhen disi me plastidet transmetohen vetëm përmes linjës amtare.
Membrana e brendshme e protoplastidit del jashtë në organoid gjatë zhvillimit. Nga këto struktura rriten membranat tilakoidale, të cilat janë përgjegjëse për formimin e granulave dhe lamelave të stromës së organoidit. Në errësirë të plotë, protopastidi fillon të shndërrohet në pararendësin e kloroplastit (etioplast). Ky organoid primar karakterizohet nga fakti se brenda tij ndodhet një strukturë kristalore mjaft komplekse. Sapo drita bie në gjethen e bimës, ajo shkatërrohet plotësisht. Pas kësaj, ndodh formimi i strukturës së brendshme "tradicionale" të kloroplastit, e cila formohet vetëm nga tilakoidet dhe lamela.
Dallimet në impiantet e ruajtjes së niseshtës
Çdo qelizë meristem përmban disa nga këto proplastide (numri i tyre ndryshon në varësi të llojit të bimës dhe faktorëve të tjerë). Sapo ky ind parësor fillon të shndërrohet në një gjethe, organelet pararendëse kthehen në kloroplaste. Kështu që,Gjethet e reja të grurit që kanë përfunduar rritjen kanë kloroplaste në masën 100-150 copë. Gjërat janë pak më të komplikuara për ato bimë që janë të afta të grumbullojnë niseshte.
Ata e ruajnë këtë karbohidrat në plastide të quajtura amiloplaste. Por çfarë lidhje kanë këto organele me temën e artikullit tonë? Në fund të fundit, zhardhokët e patates nuk janë të përfshirë në fotosintezë! Më lejoni ta sqaroj këtë çështje në mënyrë më të detajuar.
Ne zbuluam se çfarë është një kloroplast, duke zbuluar gjatë rrugës lidhjen e këtij organoidi me strukturat e organizmave prokariotikë. Këtu situata është e ngjashme: shkencëtarët kanë zbuluar prej kohësh se amiloplastet, si kloroplastet, përmbajnë saktësisht të njëjtën ADN dhe janë formuar nga të njëjtat protoplastide. Prandaj, ato duhet të konsiderohen në të njëjtin aspekt. Në fakt, amiloplastet duhet të konsiderohen si një lloj i veçantë kloroplasti.
Si formohen amiloplastet?
Dikush mund të nxjerrë një analogji midis protoplastideve dhe qelizave staminale. E thënë thjesht, amiloplastet nga një moment fillojnë të zhvillohen përgjatë një rruge paksa të ndryshme. Shkencëtarët, megjithatë, mësuan diçka kurioze: ata arritën të arrinin transformimin e ndërsjellë të kloroplasteve nga gjethet e patates në amiloplaste (dhe anasjelltas). Shembulli kanonik, i njohur për çdo nxënës, është se zhardhokët e patates bëhen të gjelbër në dritë.
Informacione të tjera për mënyrat e diferencimit të këtyre organeleve
Ne e dimë se në procesin e pjekjes së frutave të domateve, mollëve dhe disa bimëve të tjera (dhe në gjethet e pemëve, barishteve dhe shkurreve në vjeshtë)"degradimi", kur kloroplastet në një qelizë bimore kthehen në kromoplaste. Këto organele përmbajnë pigmente ngjyrosëse, karotenoidë.
Ky transformim është për faktin se në kushte të caktuara, tilakoidet shkatërrohen plotësisht, pas së cilës organeli fiton një organizim të brendshëm të ndryshëm. Këtu i kthehemi përsëri çështjes që filluam të diskutojmë që në fillim të artikullit: ndikimi i bërthamës në zhvillimin e kloroplasteve. Është pikërisht ajo që, nëpërmjet proteinave të veçanta që sintetizohen në citoplazmën e qelizave, fillon procesin e ristrukturimit të organoidit.
Struktura e kloroplastit
Pasi kemi folur për origjinën dhe zhvillimin e kloroplasteve, duhet të ndalemi në strukturën e tyre më në detaje. Për më tepër, është shumë interesante dhe meriton një diskutim më vete.
Struktura bazë e kloroplasteve përbëhet nga dy membrana lipoproteinike, të brendshme dhe të jashtme. Trashësia e secilit është rreth 7 nm, distanca midis tyre është 20-30 nm. Ashtu si në rastin e plastideve të tjera, shtresa e brendshme formon struktura të veçanta që dalin në organoid. Në kloroplastet e pjekur, ekzistojnë dy lloje të membranave të tilla "të përdredhura" njëherësh. Të parat formojnë lamela stromale, të dytat formojnë membrana tilakoide.
Lamella dhe tilakoidet
Duhet theksuar se ka një lidhje të qartë që membrana e kloroplastit ka me formacione të ngjashme të vendosura brenda organoidit. Fakti është se disa nga palosjet e tij mund të shtrihen nga një mur në tjetrin (si në mitokondri). Pra, lamelat mund të formojnë ose një lloj "qese" ose një degëzimrrjeti. Megjithatë, më shpesh këto struktura janë të vendosura paralele me njëra-tjetrën dhe nuk janë të lidhura në asnjë mënyrë.
Mos harroni se brenda kloroplastit ka edhe tilakoide membranore. Këto janë "çanta" të mbyllura që janë të rregulluara në një pirg. Si në rastin e mëparshëm, ekziston një distancë prej 20-30 nm midis dy mureve të zgavrës. Kolonat e këtyre "çantës" quhen kokrra. Çdo kolonë mund të përmbajë deri në 50 tilakoide, dhe në disa raste ka edhe më shumë. Meqenëse "dimensionet" e përgjithshme të pirgjeve të tilla mund të arrijnë 0,5 mikron, ato ndonjëherë mund të zbulohen duke përdorur një mikroskop të zakonshëm drite.
Numri i përgjithshëm i kokrrave që përmbahen në kloroplastet e bimëve më të larta mund të arrijë në 40-60. Çdo tilakoid ngjitet aq fort me tjetrin sa membranat e tyre të jashtme formojnë një plan të vetëm. Trashësia e shtresës në kryqëzim mund të jetë deri në 2 nm. Vini re se struktura të tilla, të cilat formohen nga tilakoidet dhe lamelat ngjitur, nuk janë të rralla.
Në vendet e kontaktit të tyre ka gjithashtu një shtresë, ndonjëherë duke arritur të njëjtat 2 nm. Kështu, kloroplastet (struktura dhe funksionet e të cilave janë shumë komplekse) nuk janë një strukturë e vetme monolit, por një lloj "gjendje brenda një shteti". Në disa aspekte, struktura e këtyre organeleve nuk është më pak komplekse se e gjithë struktura qelizore!
Granat janë të ndërlidhura pikërisht me ndihmën e lamelave. Por zgavrat e tilakoideve, të cilat formojnë pirgje, janë gjithmonë të mbyllura dhe nuk komunikojnë në asnjë mënyrë me membranën.hapësirë. Siç mund ta shihni, struktura e kloroplasteve është mjaft komplekse.
Çfarë pigmentesh mund të gjenden në kloroplaste?
Çfarë mund të përmbajë stroma e çdo kloroplasti? Ka molekula individuale të ADN-së dhe shumë ribozome. Në amiloplastet, është në stromë që kokrrat e niseshtës depozitohen. Prandaj, kromoplastet kanë pigmente ngjyrosëse atje. Sigurisht, ka pigmente të ndryshme kloroplasti, por më i zakonshmi është klorofili. Ndahet në disa lloje njëherësh:
- Grupi A (blu-jeshile). Ndodh në 70% të rasteve, përmbahet në kloroplastet e të gjitha bimëve të larta dhe algave.
- Grupi B (verdhe-jeshile). Pjesa e mbetur prej 30% gjendet gjithashtu në speciet më të larta të bimëve dhe algave.
- Grupet C, D dhe E janë shumë më të rralla. Gjendet në kloroplastet e disa llojeve të algave dhe bimëve të ulëta.
Nuk është e pazakontë që algat e kuqe dhe kafe të kenë lloje krejtësisht të ndryshme të ngjyrave organike në kloroplastet e tyre. Disa alga në përgjithësi përmbajnë pothuajse të gjitha pigmentet ekzistuese kloroplast.
Funksionet e kloroplastit
Sigurisht, funksioni i tyre kryesor është shndërrimi i energjisë së dritës në përbërës organikë. Vetë fotosinteza ndodh në kokrra me pjesëmarrjen e drejtpërdrejtë të klorofilit. Ai thith energjinë e dritës së diellit, duke e kthyer atë në energjinë e elektroneve të ngacmuara. Kjo e fundit, duke pasur furnizim të tepërt, lëshon energji të tepërt, e cila përdoret për dekompozimin e ujit dhe sintezën e ATP. Kur uji shpërbëhet, krijohen oksigjen dhe hidrogjen. E para, siç shkruam më lart, është një nënprodukt dhe lëshohet në hapësirën përreth, dhe hidrogjeni lidhet me një proteinë të veçantë, feredoksinë.
Oksidohet përsëri, duke transferuar hidrogjenin në një agjent reduktues, i cili në biokimi shkurtohet si NADP. Prandaj, forma e tij e reduktuar është NADP-H2. E thënë thjesht, fotosinteza prodhon substancat e mëposhtme: ATP, NADP-H2 dhe një nënprodukt në formën e oksigjenit.
Roli energjetik i ATP
ATP e formuar është jashtëzakonisht e rëndësishme, pasi është "akumuluesi" kryesor i energjisë që shkon për nevojat e ndryshme të qelizës. NADP-H2 përmban një agjent reduktues, hidrogjen, dhe ky përbërës është në gjendje ta japë lehtësisht nëse është e nevojshme. E thënë thjesht, është një agjent efektiv reduktues kimik: në procesin e fotosintezës, ndodhin shumë reaksione që thjesht nuk mund të vazhdojnë pa të.
Më pas, enzimat e kloroplastit hyjnë në lojë, të cilat veprojnë në errësirë dhe jashtë granit: hidrogjeni nga agjenti reduktues dhe energjia e ATP përdoren nga kloroplasti për të filluar sintezën e një sërë substancash organike.. Duke qenë se fotosinteza ndodh në kushte të ndriçimit të mirë, përbërësit e grumbulluar përdoren për nevojat e vetë bimëve gjatë kohës së errët të ditës.
Me të drejtë mund të vëreni se ky proces është në mënyrë të dyshimtë i ngjashëm me frymëmarrjen në disa aspekte. Si ndryshon fotosinteza nga ajo? Tabela do t'ju ndihmojë të kuptoni këtë çështje.
| Artikuj krahasimi | Fotosintezë | Frymëmarrje |
| Kur të ndodhë | Vetëm gjatë ditës, në rrezet e diellit | Në çdo kohë |
| Aty ku rrjedh | Qeliza që përmbajnë klorofil | Të gjitha qelizat e gjalla |
| Oksigjen | Theksim | Absorbimi |
| CO2 | Absorbimi | Theksim |
| Lëndë organike | Sintezë, ndarje e pjesshme | Vetëm ndarje |
| Energji | Po gëlltitet | Shquhet |
Kjo është se si fotosinteza ndryshon nga frymëmarrja. Tabela tregon qartë dallimet e tyre kryesore.
Disa "paradokse"
Shumica e reaksioneve të mëtejshme ndodhin pikërisht aty, në stromën e kloroplastit. Rruga e mëtejshme e substancave të sintetizuara është e ndryshme. Pra, sheqernat e thjeshta shkojnë menjëherë përtej organoidit, duke u grumbulluar në pjesë të tjera të qelizës në formën e polisaharideve, kryesisht niseshtesë. Në kloroplastet ndodh si depozitimi i yndyrave ashtu edhe akumulimi paraprak i prekursorëve të tyre, të cilët më pas ekskretohen në zona të tjera të qelizës.
Duhet të kuptohet qartë se të gjitha reaksionet e shkrirjes kërkojnë një sasi të madhe energjie. Burimi i tij i vetëm është e njëjta fotosintezë. Ky është një proces që shpesh kërkon aq shumë energji sa duhet të merret,duke shkatërruar substancat e formuara si rezultat i sintezës së mëparshme! Kështu, pjesa më e madhe e energjisë që përftohet gjatë rrjedhës së saj shpenzohet për kryerjen e shumë reaksioneve kimike brenda vetë qelizës bimore.
Vetëm një pjesë e tij përdoret për të marrë drejtpërdrejt ato substanca organike që bima merr për rritjen dhe zhvillimin e saj ose depoziton në formën e yndyrave ose karbohidrateve.
A janë kloroplastet statike?
Pranohet përgjithësisht se organelet qelizore, duke përfshirë kloroplastet (strukturën dhe funksionet e të cilave kemi përshkruar në detaje), janë të vendosura rreptësisht në një vend. Kjo nuk eshte e vertete. Kloroplastet mund të lëvizin rreth qelizës. Pra, në dritë të ulët, ata priren të marrin një pozicion pranë anës më të ndriçuar të qelizës, në kushtet e dritës së mesme dhe të ulët, ata mund të zgjedhin disa pozicione të ndërmjetme në të cilat arrijnë të "kapin" sa më shumë rrezet e diellit. Ky fenomen quhet "fototaksia".
Ashtu si mitokondritë, kloroplastet janë organele mjaft autonome. Ata kanë ribozomet e tyre, ata sintetizojnë një numër proteinash shumë specifike që përdoren vetëm prej tyre. Madje ekzistojnë komplekse enzimatike specifike, gjatë punës së të cilave prodhohen lipide të veçanta, të cilat kërkohen për ndërtimin e guaskës së lamellës. Ne kemi folur tashmë për origjinën prokariotike të këtyre organeleve, por duhet shtuar se disa shkencëtarë i konsiderojnë kloroplastet si pasardhës të lashtë të disa organizmave parazitarë që fillimisht u bënë simbionë, dhe më pas plotësisht.janë bërë pjesë përbërëse e qelizës.
Rëndësia e kloroplasteve
Për bimët, është e qartë - kjo është sinteza e energjisë dhe substancave që përdoren nga qelizat bimore. Por fotosinteza është një proces që siguron akumulimin e vazhdueshëm të lëndës organike në një shkallë planetare. Nga dioksidi i karbonit, uji dhe rrezet e diellit, kloroplastet mund të sintetizojnë një numër të madh të komponimeve komplekse me molekulare të lartë. Kjo aftësi është karakteristike vetëm për ta dhe një person është ende larg përsëritjes së këtij procesi në kushte artificiale.
E gjithë biomasa në sipërfaqen e planetit tonë i detyrohet ekzistencës së saj këtyre organeleve më të vogla, të cilat ndodhen në thellësi të qelizave bimore. Pa to, pa procesin e fotosintezës të kryer prej tyre, nuk do të kishte jetë në Tokë në manifestimet e saj moderne.
Shpresojmë të keni mësuar nga ky artikull se çfarë është kloroplasti dhe cili është roli i tij në një organizëm bimor.
