Jedným z hlavných rozdielov medzi rastlinnými a živočíšnymi bunkami je prítomnosť prvých organel, ako sú plastidy, v cytoplazme. Štruktúra, vlastnosti ich životne dôležitých procesov, ako aj význam chloroplastov, chromoplastov a leukoplastov budú diskutované v tomto článku.
Štruktúra chloroplastu
Zelené plastidy, ktorých štruktúru teraz budeme študovať, patria k povinným organelám buniek vyšších spórových a semenných rastlín. Sú to dvojmembránové bunkové organely a majú oválny tvar. Ich počet v cytoplazme môže byť odlišný. Napríklad bunky stĺpcového parenchýmu listovej čepele tabaku obsahujú až tisíc chloroplastov, v stonkách rastlín z čeľade obilnín od 30 do 50.
Obe membrány, ktoré tvoria organoid, majú odlišnú štruktúru: vonkajšia je hladká, trojvrstvová, podobná membráne samotnej rastlinnej bunky. Vnútorná obsahuje veľa záhybov nazývaných lamely. K nim priliehajú ploché vaky – tylakoidy. Lamely tvoria sieť zparalelné tubuly. Medzi lamelami sú tylakoidné telieska. Zhromažďujú sa v stohoch - zrnách, ktoré sa dajú navzájom spájať. Ich počet v jednom chloroplaste je 60–150. Celá vnútorná dutina chloroplastu je vyplnená matricou.
Organella má znaky autonómie: vlastný dedičný materiál – kruhovú DNA, vďaka ktorej sa môžu chloroplasty množiť. Existuje tiež uzavretá vonkajšia membrána, ktorá obmedzuje organelu pred procesmi vyskytujúcimi sa v cytoplazme bunky. Chloroplasty majú svoje vlastné ribozómy, molekuly i-RNA a t-RNA, čo znamená, že sú schopné syntézy bielkovín.
Funkcie tylakoidu
Ako už bolo spomenuté, plastidy rastlinných buniek – chloroplasty – obsahujú špeciálne sploštené vaky nazývané tylakoidy. Našli sa v nich pigmenty – chlorofyly (zúčastňujúce sa fotosyntézy) a karotenoidy (plniace podporné a trofické funkcie). Existuje aj enzymatický systém, ktorý zabezpečuje reakcie svetlých a tmavých fáz fotosyntézy. Tylakoidy fungujú ako antény: sústreďujú svetelné kvantá a smerujú ich na molekuly chlorofylu.
Fotosyntéza je hlavným procesom chloroplastov
Autotrofné bunky sú schopné nezávisle syntetizovať organické látky, najmä glukózu, pomocou oxidu uhličitého a svetelnej energie. Zelené plastidy, ktorých funkcie v súčasnosti študujeme, sú neoddeliteľnou súčasťou fototrofov - mnohobunkových organizmov, ako sú:
- rastliny s vyššími výtrusmi (machy, prasličky, machy,paprade);
- semená (nahosemenné rastliny – ginga, ihličnany, ephedra a krytosemenné rastliny alebo kvitnúce rastliny).
Fotosyntéza je systém redoxných reakcií, ktoré sú založené na procese prenosu elektrónov z donorových látok na zlúčeniny, ktoré ich „prijímajú“, takzvané akceptory.
Tieto reakcie vedú k syntéze organických látok, najmä glukózy, ak uvoľneniu molekulárneho kyslíka. Svetelná fáza fotosyntézy prebieha na tylakoidných membránach pôsobením svetelnej energie. Absorbované svetelné kvantá excitujú elektróny atómov horčíka, ktoré tvoria zelený pigment - chlorofyl.
Energia elektrónov sa využíva na syntézu energeticky náročných látok: ATP a NADP-H2. Bunka ich štiepi na reakcie v tmavej fáze vyskytujúce sa v matrici chloroplastov. Kombinácia týchto syntetických reakcií vedie k tvorbe molekúl glukózy, aminokyselín, glycerolu a mastných kyselín, ktoré slúžia ako stavebný a trofický materiál bunky.
Plastidové typy
Zelené plastidy, o štruktúre a funkciách, o ktorých sme hovorili skôr, sa nachádzajú v listoch, zelených stonkách a nie sú jediným druhom. Takže v šupke ovocia, v okvetných lístkoch kvitnúcich rastlín, vo vonkajších krytoch podzemných výhonkov - hľúz a cibúľ, sú ďalšie plastidy. Nazývajú sa chromoplasty alebo leukoplasty.
Bezfarebné organely (leukoplasty) majú odlišný tvar a líšia sa od chloroplastov tým, ževnútorná dutina nemá tenké dosky - lamely a počet tylakoidov ponorených do matrice je malý. Samotná matrica obsahuje deoxyribonukleovú kyselinu, bielkoviny syntetizujúce organely - ribozómy a proteolytické enzýmy, ktoré štiepia bielkoviny a sacharidy.
Leukoplasty majú aj enzýmy – syntetázy, ktoré sa podieľajú na tvorbe molekúl škrobu z glukózy. Výsledkom je, že bezfarebné plastidy rastlinných buniek akumulujú rezervné živiny: proteínové granule a škrobové zrná. Tieto plastidy, ktorých funkciou je akumulovať organické látky, sa môžu zmeniť na chromoplasty napríklad pri dozrievaní paradajok, ktoré sú v štádiu mliečnej zrelosti.
Pod skenovacím mikroskopom s vysokým rozlíšením sú jasne viditeľné rozdiely v štruktúre všetkých troch typov plastidov. Týka sa to predovšetkým chloroplastov, ktoré majú najkomplexnejšiu štruktúru spojenú s funkciou fotosyntézy.
Chromoplasty – farebné plastidy
Popri zelených a bezfarebných rastlinných bunkách existuje aj tretí typ organel nazývaný chromoplasty. Majú rôzne farby: žltá, fialová, červená. Ich štruktúra je podobná leukoplastom: vnútorná membrána má malý počet lamiel a malý počet tylakoidov. Chromoplasty obsahujú rôzne pigmenty: xantofyly, karotény, karotenoidy, čo sú pomocné fotosyntetické látky. Práve tieto plastidy zabezpečujú farbu koreňov repy, mrkvy, plodov ovocných stromov a bobúľ.
Ako vznikajúa vzájomne premieňajú plastidy
Leukoplasty, chromoplasty, chloroplasty sú plastidy (ktorých štruktúru a funkcie študujeme), ktoré majú spoločný pôvod. Sú to deriváty meristematických (výchovných) tkanív, z ktorých vznikajú protoplastidy - dvojmembránové vakovité organely do veľkosti 1 mikrónu. Na svetle komplikujú ich štruktúru: vytvára sa vnútorná membrána obsahujúca lamely a syntetizuje sa zelený pigment chlorofyl. Protoplastidy sa stávajú chloroplastmi. Leukoplasty môžu byť tiež transformované svetelnou energiou na zelené plastidy a potom na chromoplasty. Modifikácia plastidov je vo svete rastlín rozšíreným fenoménom.
Chromatofory ako prekurzory chloroplastov
Prokaryotické fototrofné organizmy - zelené a fialové baktérie, uskutočňujú proces fotosyntézy pomocou bakteriochlorofylu A, ktorého molekuly sa nachádzajú na vnútorných výrastkoch cytoplazmatickej membrány. Mikrobiológovia považujú bakteriálne chromatofóry za prekurzory plastidov.
Potvrdzuje to ich štruktúra podobná chloroplastom, konkrétne prítomnosť reakčných centier a systémov zachytávajúcich svetlo, ako aj všeobecné výsledky fotosyntézy vedúcej k tvorbe organických zlúčenín. Treba poznamenať, že nižšie rastliny - zelené riasy, ako prokaryoty, nemajú plastidy. Je to spôsobené tým, že ich funkciu - fotosyntézu prevzali útvary obsahujúce chlorofyl - chromatofóry.
Ako vznikli chloroplasty
Medzi mnohými hypotézamipôvod plastidov, zastavme sa pri symbiogenéze. Podľa jeho predstáv sú plastidy bunky (chloroplasty), ktoré vznikli v archejskej ére v dôsledku prieniku fototrofných baktérií do primárnej heterotrofnej bunky. Boli to oni, ktorí neskôr viedli k vytvoreniu zelených plastidov.
V tomto článku sme študovali štruktúru a funkcie dvojmembránových organel rastlinnej bunky: leukoplasty, chloroplasty a chromoplasty. A tiež zistil ich význam v bunkovom živote.
