Bitki dünyası, gezegenimizin ana zenginliklerinden biridir. Yeryüzündeki flora sayesinde hepimizin soluduğu oksijen, tüm canlıların bağlı olduğu büyük bir besin temeli vardır. Bitkiler, inorganik kimyasal bileşikleri organik maddelere dönüştürebilmeleri bakımından benzersizdir.
Bunu fotosentez yoluyla yaparlar. Bu en önemli süreç, belirli bitki organellerinde, kloroplastlarda gerçekleşir. Bu en küçük element aslında gezegendeki tüm yaşamın varlığını garanti eder. Bu arada, kloroplast nedir?
Temel tanım
Karbondioksitin bağlanmasına ve belirli karbonhidratların oluşumuna yönelik fotosentez işlemlerinin gerçekleştiği spesifik yapıların adıdır. Yan ürün oksijendir. Bunlar 2-4 mikron genişliğe ulaşan uzun organellerdir, uzunlukları 5-10 mikrona ulaşır. Bazı yeşil alg türleri bazen 50 mikron uzunluğunda dev kloroplastlara sahiptir!
Aynı algler olabilirdiğer bir özellik: tüm hücre için bu türden sadece bir organelleri vardır. Daha yüksek bitkilerin hücrelerinde, çoğu zaman 10-30 kloroplast bulunur. Ancak, onların durumunda, çarpıcı istisnalar olabilir. Yani, sıradan bir tüyün çit dokusunda hücre başına 1000 kloroplast vardır. Bu kloroplastlar ne için? Fotosentez onların ana rolüdür, ancak tek rolden uzaktır. Bitki yaşamındaki önemini açıkça anlamak için kökenlerinin ve gelişimlerinin birçok yönünü bilmek önemlidir. Bütün bunlar makalenin geri kalanında anlatılıyor.
Kloroplastın kökeni
Peki, kloroplast nedir, öğrendik. Bu organeller nereden geldi? Bitkiler nasıl oldu da karbondioksit ve suyu karmaşık organik bileşiklere dönüştüren böylesine eşsiz bir aparat geliştirdiler?
Şu anda, bilim adamları arasında, bitki hücrelerinde bağımsız oluşumları oldukça şüpheli olduğundan, bu organellerin endosimbiyotik kökenine ilişkin bakış açısı hakimdir. Likenlerin alg ve mantarın bir simbiyozu olduğu iyi bilinmektedir. Tek hücreli algler mantar hücresinin içinde yaşar. Şimdi bilim adamları, eski zamanlarda fotosentetik siyanobakterilerin bitki hücrelerine nüfuz ettiğini ve daha sonra genomun çoğunu çekirdeğe aktararak "bağımsızlıklarını" kısmen kaybettiğini öne sürüyorlar.
Ancak yeni organoid ana özelliğini tam olarak korudu. Bu sadece fotosentez süreciyle ilgili. Bununla birlikte, bu işlemi gerçekleştirmek için gerekli olan aparatın kendisi, altında oluşturulur.hem hücre çekirdeğinin hem de kloroplastın kendisinin kontrolü. Böylece, bu organellerin bölünmesi ve genetik bilginin DNA'ya uygulanmasıyla ilgili diğer süreçler çekirdek tarafından kontrol edilir.
Kanıt
Nispeten yakın zamanda, bu elementlerin prokaryotik kökeni hipotezi bilim camiasında pek popüler değildi, çoğu kişi bunu "amatörlerin icatları" olarak değerlendirdi. Ancak kloroplastların DNA'sındaki nükleotid dizilerinin derinlemesine bir analizinden sonra, bu varsayım parlak bir şekilde doğrulandı. Bu yapıların bakteri hücrelerinin DNA'sına son derece benzer, hatta akraba olduğu ortaya çıktı. Böylece, serbest yaşayan siyanobakterilerde benzer bir dizilim bulundu. Özellikle, ATP sentezleme kompleksinin genlerinin yanı sıra transkripsiyon ve çeviri "makinelerinde" son derece benzer olduğu ortaya çıktı.
DNA'dan genetik bilginin okunmasının başlangıcını belirleyen promotörler ve bunun sona ermesinden sorumlu olan terminal nükleotit dizileri de bakteriyel olanların görüntüsü ve benzerliğinde düzenlenir. Elbette milyarlarca yıllık evrimsel dönüşümler kloroplastta birçok değişiklik yapabilir, ancak kloroplast genlerindeki diziler kesinlikle aynı kaldı. Ve bu, kloroplastların gerçekten de bir zamanlar prokaryotik bir ataya sahip olduğunun reddedilemez, tam bir kanıtıdır. Modern siyanobakterilerin de evrimleştiği organizma olabilir.
Proplastidlerden kloroplast gelişimi
"Yetişkin" organoid proplastidlerden gelişir. Bu küçük, tamamen renksizsadece birkaç mikron çapında bir organel. Kloroplasta özgü dairesel DNA içeren yoğun bir çift katmanlı zar ile çevrilidir. Organellerin bu "atalarının" bir iç zar sistemi yoktur. Son derece küçük boyutları nedeniyle çalışmaları son derece zordur ve bu nedenle gelişimleri hakkında son derece az veri vardır.
Bu protoplastidlerin birçoğunun hayvan ve bitkilerin her yumurta hücresinin çekirdeğinde bulunduğu bilinmektedir. Embriyonun gelişimi sırasında bölünürler ve diğer hücrelere aktarılırlar. Bunu doğrulamak kolaydır: Bir şekilde plastidlerle ilişkili olan genetik özellikler, yalnızca annesel hat yoluyla iletilir.
Protoplastidin iç zarı, gelişim sırasında organoidin içine doğru çıkıntı yapar. Bu yapılardan, organoid stromasının granüllerinin ve lamellerinin oluşumundan sorumlu olan tilakoid membranlar büyür. Tamamen karanlıkta, protopastid kloroplastın (etioplast) öncüsüne dönüşmeye başlar. Bu birincil organoid, içinde oldukça karmaşık bir kristal yapının bulunmasıyla karakterize edilir. Işık bitkinin yaprağına çarptığı anda tamamen yok olur. Bundan sonra, sadece thylakoids ve lamellerden oluşan kloroplastın "geleneksel" iç yapısının oluşumu meydana gelir.
Nişasta depolama tesislerindeki farklılıklar
Her meristem hücresi bu proplastidlerden birkaçını içerir (sayıları bitkinin türüne ve diğer faktörlere bağlı olarak değişir). Bu birincil doku yaprağa dönüşmeye başlar başlamaz öncü organeller kloroplastlara dönüşür. Böyle,Büyümesini tamamlamış genç buğday yapraklarında 100-150 adet kloroplast bulunur. Nişasta biriktirebilen bitkiler için işler biraz daha karmaşıktır.
Bu karbonhidratı amiloplast adı verilen plastidlerde depolarlar. Peki bu organellerin yazımızın konusu ile ne alakası var? Sonuçta, patates yumruları fotosentezde yer almıyor! Bu konuyu daha detaylı açıklayayım.
Bu organoidin prokaryotik organizmaların yapıları ile bağlantısını ortaya çıkarırken, kloroplastın ne olduğunu öğrendik. Burada durum benzer: bilim adamları uzun zamandır kloroplastlar gibi amiloplastların tamamen aynı DNA'yı içerdiğini ve tamamen aynı protoplastidlerden oluştuğunu keşfettiler. Bu nedenle, aynı açıdan ele alınmalıdır. Aslında amiloplastlar özel bir kloroplast türü olarak düşünülmelidir.
Amiloplastlar nasıl oluşur?
Protoplastidler ve kök hücreler arasında bir benzerlik kurulabilir. Basitçe söylemek gerekirse, amiloplastlar bir noktadan itibaren biraz farklı bir yol boyunca gelişmeye başlar. Ancak bilim adamları ilginç bir şey öğrendiler: kloroplastların patates yapraklarından amiloplastlara karşılıklı dönüşümünü (ve tersi) başardılar. Her okul çocuğu tarafından bilinen kanonik örnek, patates yumrularının ışıkta yeşile dönmesidir.
Bu organellerin farklılaşma yolları hakkında diğer bilgiler
Biliyoruz ki domates, elma ve diğer bazı bitkilerin meyvelerinin olgunlaşma sürecinde (ve sonbaharda ağaçların, otların ve çalıların yapraklarında)"bozunma", bir bitki hücresindeki kloroplastlar kromoplastlara dönüştüğünde. Bu organeller renklendirici pigmentler, karotenoidler içerir.
Bu dönüşüm, belirli koşullar altında thylakoids'in tamamen yok edilmesinden ve ardından organelin farklı bir iç organizasyon kazanmasından kaynaklanmaktadır. Burada yine makalenin en başında tartışmaya başladığımız konuya dönüyoruz: çekirdeğin kloroplastların gelişimi üzerindeki etkisi. Organoidi yeniden yapılandırma sürecini başlatan, hücrelerin sitoplazmasında sentezlenen özel proteinler aracılığıyla budur.
Kloroplast yapısı
Kloroplastların kökeni ve gelişimi hakkında konuştuktan sonra, yapıları üzerinde daha ayrıntılı durmalıyız. Üstelik çok ilginç ve ayrı bir tartışmayı hak ediyor.
Kloroplastların temel yapısı, iç ve dış olmak üzere iki lipoprotein zarından oluşur. Her birinin kalınlığı yaklaşık 7 nm, aralarındaki mesafe 20-30 nm'dir. Diğer plastidlerde olduğu gibi, iç tabaka organoidin içine doğru çıkıntı yapan özel yapılar oluşturur. Olgun kloroplastlarda, aynı anda iki tür "kıvrımlı" zar vardır. İlki stromal lameller oluşturur, ikincisi tilakoid zarları oluşturur.
Lamel ve thylakoids
Kloroplast zarının organoidin içinde yer alan benzer oluşumlarla açık bir bağlantısı olduğuna dikkat edilmelidir. Gerçek şu ki, kıvrımlarından bazıları bir duvardan diğerine uzanabilir (mitokondride olduğu gibi). Böylece lamel ya bir çeşit "torba" ya da dallanmış bir "torba" oluşturabilir.ağ. Ancak çoğu zaman bu yapılar birbirine paralel olarak konumlandırılır ve hiçbir şekilde bağlantılı değildir.
Kloroplastın içinde membran thylakoids'in de olduğunu unutmayın. Bunlar, bir yığın halinde düzenlenmiş kapalı "çantalardır". Önceki durumda olduğu gibi, boşluğun iki duvarı arasında 20-30 nm'lik bir mesafe vardır. Bu "torbaların" sütunlarına tahıl denir. Her sütun 50'ye kadar thylakoid içerebilir ve bazı durumlarda daha da fazlası vardır. Bu tür yığınların genel "boyutları" 0,5 mikrona ulaşabildiğinden, bazen sıradan bir ışık mikroskobu kullanılarak tespit edilebilirler.
Yüksek bitkilerin kloroplastlarında bulunan toplam tane sayısı 40-60'a ulaşabilir. Her thylakoid diğerine o kadar sıkı yapışır ki dış zarları tek bir düzlem oluşturur. Bağlantı noktasındaki tabaka kalınlığı 2 nm'ye kadar olabilir. Bitişik thylakoids ve lamellerden oluşan bu tür yapıların nadir olmadığını unutmayın.
Temas yerlerinde bazen aynı 2 nm'ye ulaşan bir katman da vardır. Böylece, (yapıları ve işlevleri çok karmaşık olan) kloroplastlar tek bir monolitik yapı değil, bir tür “devlet içinde devlet”tir. Bazı yönlerden, bu organellerin yapısı, tüm hücresel yapıdan daha az karmaşık değildir!
Granas, lamellerin yardımıyla tam olarak birbirine bağlanır. Ancak yığın oluşturan thylakoidlerin boşlukları her zaman kapalıdır ve zarlar arası hiçbir şekilde iletişim kurmaz. Uzay. Gördüğünüz gibi, kloroplastların yapısı oldukça karmaşıktır.
Kloroplastlarda hangi pigmentler bulunabilir?
Her kloroplastın stromasında neler bulunabilir? Bireysel DNA molekülleri ve birçok ribozom vardır. Amiloplastlarda, nişasta tanelerinin biriktiği stromadadır. Buna göre, kromoplastların orada renklendirici pigmentleri vardır. Elbette çeşitli kloroplast pigmentleri vardır, ancak en yaygın olanı klorofildir. Aynı anda birkaç türe ayrılır:
- Grup A (mavi-yeşil). Vakaların %70'inde meydana gelir, tüm yüksek bitkilerin ve alglerin kloroplastlarında bulunur.
- Grup B (sarı-yeşil). Kalan %30 ise daha yüksek bitki türlerinde ve alglerde bulunur.
- C, D ve E grupları çok daha nadirdir. Bazı düşük alg ve bitki türlerinin kloroplastlarında bulunur.
Kırmızı ve kahverengi deniz yosunlarının kloroplastlarında tamamen farklı türde organik boyalara sahip olması alışılmadık bir durum değildir. Bazı algler genellikle hemen hemen tüm mevcut kloroplast pigmentlerini içerir.
Kloroplast fonksiyonları
Elbette, ana işlevleri ışık enerjisini organik bileşenlere dönüştürmektir. Fotosentez, klorofilin doğrudan katılımıyla tahıllarda meydana gelir. Güneş ışığının enerjisini emer ve onu uyarılmış elektronların enerjisine dönüştürür. Aşırı kaynağına sahip olan ikincisi, suyun ayrışması ve ATP'nin sentezi için kullanılan fazla enerjiyi yayar. Su bozulduğunda oksijen ve hidrojen oluşur. Birincisi, yukarıda yazdığımız gibi, bir yan üründür ve çevredeki boşluğa salınır ve hidrojen, özel bir protein olan ferredoksine bağlanır.
Tekrar oksitlenir, hidrojeni biyokimyada NADP olarak kıs altılan indirgeyici bir maddeye aktarır. Buna göre indirgenmiş formu NADP-H2'dir. Basitçe söylemek gerekirse, fotosentez şu maddeleri üretir: ATP, NADP-H2 ve oksijen şeklinde bir yan ürün.
ATP'nin enerji rolü
Oluşturulan ATP, hücrenin çeşitli ihtiyaçlarına giden ana enerji "akümülatörü" olduğundan son derece önemlidir. NADP-H2 indirgeyici bir madde olan hidrojen içerir ve bu bileşik gerektiğinde onu kolayca verebilir. Basitçe söylemek gerekirse, etkili bir kimyasal indirgeyici ajandır: fotosentez sürecinde, onsuz devam edemeyecek birçok reaksiyon gerçekleşir.
Ardından, karanlıkta ve gran dışında hareket eden kloroplast enzimleri devreye girer: İndirgeyici ajandan gelen hidrojen ve ATP'nin enerjisi, bir dizi organik maddenin sentezini başlatmak için kloroplast tarafından kullanılır.. Fotosentez iyi aydınlatma koşullarında gerçekleştiğinden, biriken bileşikler günün karanlık saatlerinde bitkilerin kendi ihtiyaçları için kullanılır.
Bu sürecin bazı yönlerden şüpheli bir şekilde nefes almaya benzediğini haklı olarak fark edebilirsiniz. Fotosentez ondan nasıl farklıdır? Tablo bu sorunu anlamanıza yardımcı olacaktır.
| Karşılaştırma öğeleri | Fotosentez | Nefes |
| Ne zaman olur | Yalnızca gündüz, güneş ışığında | Herzaman |
| Sızdığı yer | Klorofil içeren hücreler | Tüm canlı hücreler |
| Oksijen | Vurgula | Emilme |
| CO2 | Emilme | Vurgula |
| Organik madde | Sentez, kısmi bölme | Yalnızca böl |
| Enerji | Yutmak | Öne çıkar |
Fotosentezin solunumdan farkı budur. Tablo, aralarındaki temel farklılıkları açıkça göstermektedir.
Bazı "paradokslar"
İlerideki reaksiyonların çoğu tam orada, kloroplastın stromasında gerçekleşir. Sentezlenen maddelerin diğer yolu farklıdır. Böylece, basit şekerler, hücrenin diğer bölümlerinde, başta nişasta olmak üzere polisakaritler şeklinde biriken organoidin hemen ötesine geçer. Kloroplastlarda, hem yağların birikmesi hem de öncüllerinin ön birikimi meydana gelir ve bunlar daha sonra hücrenin diğer bölgelerine atılır.
Tüm füzyon reaksiyonlarının çok büyük miktarda enerji gerektirdiği açıkça anlaşılmalıdır. Tek kaynağı aynı fotosentezdir. Bu, genellikle elde edilmesi gereken çok fazla enerji gerektiren bir süreçtir,önceki sentez sonucu oluşan maddeleri yok etmek! Böylece, akışında elde edilen enerjinin çoğu, bitki hücresinin kendi içinde birçok kimyasal reaksiyonu gerçekleştirmek için harcanır.
Yalnızca bir kısmı, bitkinin kendi büyümesi ve gelişmesi için aldığı veya yağlar veya karbonhidratlar şeklinde biriktirdiği organik maddeleri doğrudan elde etmek için kullanılır.
Kloroplastlar statik midir?
Kloroplastlar (yapısını ve işlevlerini ayrıntılı olarak anlattığımız) dahil olmak üzere hücresel organellerin kesinlikle tek bir yerde bulunduğu genel olarak kabul edilir. Bu doğru değil. Kloroplastlar hücrenin etrafında hareket edebilir. Bu nedenle, düşük ışıkta, hücrenin en aydınlık tarafına yakın bir pozisyon alma eğilimindedirler, orta ve düşük ışık koşullarında, en fazla güneş ışığını "yakalamayı" başarabilecekleri bazı ara pozisyonları seçebilirler. Bu fenomene "fototaksi" denir.
Mitokondri gibi, kloroplastlar da oldukça özerk organellerdir. Kendi ribozomlarına sahiptirler, sadece kendileri tarafından kullanılan bir dizi oldukça spesifik protein sentezlerler. Lamel kabuklarının yapımı için gerekli olan, çalışmaları sırasında özel lipitlerin üretildiği spesifik enzim kompleksleri bile vardır. Bu organellerin prokaryotik kökeni hakkında zaten konuştuk, ancak bazı bilim adamlarının kloroplastları, önce ortakyaşar olan bazı parazitik organizmaların eski torunları olarak gördüklerini ve sonra tamamenhücrenin ayrılmaz bir parçası haline geldi.
Kloroplastların önemi
Bitkiler için açıktır - bu, bitki hücreleri tarafından kullanılan enerji ve maddelerin sentezidir. Ancak fotosentez, gezegen ölçeğinde sürekli organik madde birikimini sağlayan bir süreçtir. Karbondioksit, su ve güneş ışığından kloroplastlar çok sayıda karmaşık yüksek moleküler bileşik sentezleyebilir. Bu yetenek sadece onlar için karakteristiktir ve bir kişi bu işlemi yapay koşullarda tekrarlamaktan hala uzaktır.
Gezegenimizin yüzeyindeki tüm biyokütle, varlığını bitki hücrelerinin derinliklerinde bulunan bu en küçük organellere borçludur. Onlar olmadan, onlar tarafından yürütülen fotosentez süreci olmasaydı, modern tezahürlerinde Dünya'da yaşam olmazdı.
Bu makaleden kloroplastın ne olduğunu ve bitki organizmasındaki rolünün ne olduğunu öğrendiğinizi umuyoruz.
