Ulimwengu wa mimea ni mojawapo ya utajiri mkuu wa sayari yetu. Ni shukrani kwa mimea duniani kwamba kuna oksijeni ambayo sisi sote tunapumua, kuna msingi mkubwa wa chakula ambao viumbe vyote vilivyo hai hutegemea. Mimea ni ya kipekee kwa kuwa inaweza kubadilisha misombo ya kemikali isokaboni kuwa vitu vya kikaboni.
Wanafanya hivi kupitia usanisinuru. Utaratibu huu muhimu zaidi unafanyika katika organelles maalum ya mimea, kloroplasts. Kipengele hiki kidogo zaidi huhakikisha kuwepo kwa maisha yote kwenye sayari. Kwa njia, kloroplast ni nini?
Ufafanuzi wa kimsingi
Hili ni jina la miundo mahususi ambamo michakato ya usanisinuru hufanyika, ambayo inalenga kuunganisha kaboni dioksidi na uundaji wa kabohaidreti fulani. Bidhaa ya ziada ni oksijeni. Hizi ni organelles vidogo, kufikia upana wa microns 2-4, urefu wao hufikia microns 5-10. Baadhi ya spishi za mwani wa kijani wakati mwingine huwa na kloroplasti kubwa zenye urefu wa mikroni 50!
Mwani sawa unaweza kuwa naokipengele kingine: kwa seli nzima wana organelle moja tu ya aina hii. Katika seli za mimea ya juu, mara nyingi kuna ndani ya kloroplast 10-30. Walakini, katika kesi yao, kunaweza kuwa na tofauti za kushangaza. Kwa hivyo, katika tishu za palisade ya shag ya kawaida kuna kloroplast 1000 kwa kila seli. Kloroplast hizi ni za nini? Photosynthesis ni yao kuu, lakini mbali na jukumu pekee. Ili kuelewa wazi umuhimu wao katika maisha ya mimea, ni muhimu kujua mambo mengi ya asili na maendeleo yao. Haya yote yameelezwa katika sehemu nyingine ya makala.
Asili ya kloroplast
Kwa hivyo, kloroplast ni nini, tulijifunza. Je! organelles hizi zilitoka wapi? Ilifanyikaje kwamba mimea ikatengeneza kifaa cha kipekee hivyo ambacho hugeuza kaboni dioksidi na maji kuwa michanganyiko ya kikaboni?
Kwa sasa, kati ya wanasayansi, mtazamo wa asili ya endosymbiotic ya organelles hizi unatawala, kwa kuwa utokeaji wao wa kujitegemea katika seli za mimea ni wa shaka. Inajulikana kuwa lichen ni symbiosis ya mwani na Kuvu. Mwani unicellular huishi ndani ya seli ya uyoga. Sasa wanasayansi wanapendekeza kwamba katika nyakati za zamani, cyanobacteria ya photosynthetic ilipenya ndani ya seli za mimea, na kisha ikapoteza "uhuru" wao kwa kiasi, na kuhamisha sehemu kubwa ya genome kwenye kiini.
Lakini organoid mpya ilibakisha kipengele chake kikuu kikamilifu. Ni kuhusu mchakato wa photosynthesis. Walakini, kifaa yenyewe, muhimu kutekeleza mchakato huu, huundwa chiniudhibiti wa kiini cha seli na kloroplast yenyewe. Kwa hivyo, mgawanyiko wa organelles hizi na michakato mingine inayohusishwa na utekelezaji wa habari za kijeni kwenye DNA hudhibitiwa na kiini.
Ushahidi
Hivi majuzi, dhahania ya asili ya prokaryotic ya vipengele hivi haikuwa maarufu sana katika jumuiya ya kisayansi, wengi waliiona "uvumbuzi wa amateurs." Lakini baada ya uchambuzi wa kina wa mfuatano wa nyukleotidi katika DNA ya kloroplasti, dhana hii ilithibitishwa kwa ustadi. Ilibadilika kuwa miundo hii ni sawa sana, hata kuhusiana, na DNA ya seli za bakteria. Kwa hiyo, mlolongo sawa ulipatikana katika cyanobacteria hai ya bure. Hasa, jeni za muundo wa ATP-synthesizing, na vile vile katika "mashine" za unukuzi na tafsiri, zilifanana sana.
Watangazaji ambao hubainisha mwanzo wa kusoma taarifa za kijeni kutoka kwa DNA, pamoja na mfuatano wa nyukleotidi wa mwisho ambao huwajibika kwa ukomeshaji wake, pia hupangwa kwa sura na mfano wa zile za bakteria. Bila shaka, mabilioni ya miaka ya mabadiliko ya mageuzi yanaweza kufanya mabadiliko mengi kwa kloroplast, lakini mlolongo katika jeni za kloroplast ulibakia sawa kabisa. Na hii ni uthibitisho usiopingika, dhibitisho kamili kwamba kloroplasts kweli mara moja walikuwa na babu wa prokaryotic. Huenda ikawa ni kiumbe ambacho cyanobacteria ya kisasa pia ilitokana nayo.
Utengenezaji wa kloroplast kutoka kwa proplastids
Oganoid ya "Watu wazima" hukua kutoka kwa proplastidi. Hii ni ndogo, isiyo na rangi kabisaorganelle ambayo ni maikroni chache tu kote. Imezungukwa na utando mnene wa bilayer ambao una DNA ya duara ya kloroplast mahususi. "Mababu" hawa wa organelles hawana mfumo wa utando wa ndani. Kwa sababu ya udogo wao, utafiti wao ni mgumu sana, na kwa hivyo kuna data ndogo sana kuhusu maendeleo yao.
Inajulikana kuwa baadhi ya protoplastidi hizi zipo kwenye kiini cha kila seli ya yai la wanyama na mimea. Wakati wa ukuaji wa kiinitete, hugawanyika na kuhamishiwa kwa seli zingine. Hii ni rahisi kuthibitisha: sifa za kijeni ambazo kwa namna fulani zinahusishwa na plastidi hupitishwa kupitia njia ya uzazi pekee.
Tando la ndani la protoplastidi huchomoza hadi kwenye aganoid wakati wa ukuzaji. Kutoka kwa miundo hii, utando wa thylakoid hukua, ambao unawajibika kwa malezi ya granules na lamellae ya stroma ya organoid. Katika giza kamili, protopastidi huanza kubadilika kuwa mtangulizi wa kloroplast (etioplast). Organoid hii ya msingi ina sifa ya ukweli kwamba muundo wa fuwele ngumu zaidi iko ndani yake. Mara tu mwanga unapopiga jani la mmea, huharibiwa kabisa. Baada ya hayo, uundaji wa muundo wa ndani wa "jadi" wa kloroplast hutokea, ambayo hutengenezwa tu na thylakoids na lamellae.
Tofauti za mimea ya kuhifadhi wanga
Kila seli ya meristem ina baadhi ya proplastidi hizi (idadi yake inatofautiana kulingana na aina ya mmea na mambo mengine). Mara tu tishu hii ya msingi inapoanza kubadilika kuwa jani, organelles ya mtangulizi hubadilika kuwa kloroplast. Kwa hiyo,majani ya ngano ya vijana ambayo yamekamilisha ukuaji wao yana kloroplast kwa kiasi cha vipande 100-150. Mambo ni magumu zaidi kwa mimea hiyo yenye uwezo wa kukusanya wanga.
Huhifadhi kabohaidreti hii kwenye plastidi zinazoitwa amyloplasts. Lakini organelles hizi zina uhusiano gani na mada ya nakala yetu? Baada ya yote, mizizi ya viazi haishiriki katika photosynthesis! Hebu nifafanue suala hili kwa undani zaidi.
Tuligundua kloroplast ni nini, huku tukifichua uhusiano wa oganoid hii na miundo ya viumbe vya prokaryotic. Hapa hali ni sawa: wanasayansi wamegundua kwa muda mrefu kuwa amyloplasts, kama kloroplast, zina DNA sawa na huundwa kutoka kwa protoplastids sawa. Kwa hiyo, wanapaswa kuzingatiwa katika kipengele sawa. Kwa kweli, amiloplasti inapaswa kuzingatiwa kama aina maalum ya kloroplast.
Amyloplasts hutengenezwaje?
Mtu anaweza kuchora mlinganisho kati ya protoplastidi na seli shina. Kuweka tu, amyloplasts kutoka hatua fulani huanza kuendeleza kwa njia tofauti kidogo. Wanasayansi, hata hivyo, walijifunza kitu cha kushangaza: waliweza kufikia mabadiliko ya pamoja ya kloroplast kutoka kwa majani ya viazi hadi amyloplasts (na kinyume chake). Mfano wa kisheria, unaojulikana kwa kila mtoto wa shule, ni kwamba mizizi ya viazi hubadilika kuwa kijani kwenye mwanga.
Maelezo mengine kuhusu njia za utofautishaji wa viungo hivi
Tunajua kwamba katika mchakato wa kukomaa matunda ya nyanya, tufaha na baadhi ya mimea mingine (na katika majani ya miti, nyasi na vichaka katika vuli)"uharibifu", wakati kloroplasts katika seli ya mmea hugeuka kuwa chromoplasts. Oganeli hizi zina rangi za kuchorea, carotenoidi.
Mabadiliko haya yanatokana na ukweli kwamba chini ya hali fulani, thylakoids huharibiwa kabisa, baada ya hapo organelle hupata shirika tofauti la ndani. Hapa tunarudi tena kwenye suala ambalo tulianza kujadili mwanzoni mwa makala: ushawishi wa kiini juu ya maendeleo ya kloroplast. Ni kupitia protini maalum ambazo huunganishwa katika saitoplazimu ya seli, ambayo huanzisha mchakato wa urekebishaji wa organoid.
Muundo wa kloroplast
Baada ya kuzungumza juu ya asili na maendeleo ya kloroplast, tunapaswa kuzingatia muundo wao kwa undani zaidi. Zaidi ya hayo, inavutia sana na inastahili mjadala tofauti.
Muundo msingi wa kloroplasti unajumuisha utando wa lipoprotein mbili, wa ndani na wa nje. Unene wa kila mmoja ni karibu 7 nm, umbali kati yao ni 20-30 nm. Kama ilivyo kwa plastids nyingine, safu ya ndani huunda miundo maalum ambayo hutoka kwenye organoid. Katika kloroplast iliyokomaa, kuna aina mbili za utando wa "tortuous" kama huo mara moja. Umbo la awali la stromal lamellae, na la mwisho huunda utando wa thylakoid.
Lamella na thylakoids
Ikumbukwe kwamba kuna muunganisho wa wazi ambao utando wa kloroplast unao na maumbo sawa yaliyo ndani ya organoid. Ukweli ni kwamba baadhi ya mikunjo yake inaweza kuenea kutoka ukuta mmoja hadi mwingine (kama katika mitochondria). Kwa hivyo lamellae inaweza kuunda aina ya "mfuko" au matawimtandao. Hata hivyo, mara nyingi miundo hii iko sambamba na haijaunganishwa kwa njia yoyote.
Usisahau kuwa ndani ya kloroplast pia kuna membrane ya thylakoid. Hizi ni "mifuko" iliyofungwa ambayo hupangwa kwa stack. Kama katika kesi ya awali, kuna umbali wa 20-30 nm kati ya kuta mbili za cavity. Nguzo za "mifuko" hii inaitwa nafaka. Kila safu inaweza kuwa na thylakoids 50, na katika hali nyingine kuna zaidi. Kwa kuwa "vipimo" vya jumla vya rafu kama hizo vinaweza kufikia mikroni 0.5, wakati mwingine vinaweza kutambuliwa kwa kutumia darubini ya kawaida ya mwanga.
Jumla ya idadi ya nafaka zilizomo katika kloroplast ya mimea ya juu inaweza kufikia 40-60. Kila thylakoid hushikamana sana na nyingine hivi kwamba utando wao wa nje hufanyiza ndege moja. Unene wa safu kwenye makutano inaweza kuwa hadi 2 nm. Kumbuka kwamba miundo kama hii, ambayo huundwa na thylakoids iliyo karibu na lamellae, sio kawaida.
Katika maeneo ya mawasiliano yao pia kuna safu, wakati mwingine kufikia 2 nm sawa. Kwa hivyo, kloroplasts (muundo na kazi ambazo ni ngumu sana) sio muundo mmoja wa monolithic, lakini aina ya "hali ndani ya serikali". Katika baadhi ya vipengele, muundo wa oganeli hizi si changamano kidogo kuliko muundo mzima wa seli!
Granas zimeunganishwa kwa usahihi kwa usaidizi wa lamellae. Lakini cavities ya thylakoids, ambayo huunda mwingi, daima imefungwa na haiwasiliani na intermembrane kwa njia yoyote.nafasi. Kama unavyoona, muundo wa kloroplast ni changamano sana.
Ni rangi gani zinazoweza kupatikana kwenye kloroplast?
Ni nini kinachoweza kuwa katika stroma ya kila kloroplast? Kuna molekuli za DNA za mtu binafsi na ribosomes nyingi. Katika amyloplasts, ni katika stroma kwamba nafaka za wanga zimewekwa. Ipasavyo, chromoplasts zina rangi ya kuchorea hapo. Bila shaka, kuna rangi mbalimbali za kloroplast, lakini kawaida zaidi ni klorofili. Imegawanywa katika aina kadhaa mara moja:
- Kundi A (bluu-kijani). Hutokea katika asilimia 70 ya visa, huwa katika kloroplasts za mimea yote ya juu na mwani.
- Kundi B (njano-kijani). Asilimia 30 iliyobaki pia hupatikana katika aina za juu za mimea na mwani.
- Vikundi C, D na E ni adimu zaidi. Inapatikana katika kloroplast za baadhi ya spishi za mwani wa chini na mimea.
Si kawaida kwa mwani nyekundu na kahawia kuwa na aina tofauti kabisa za rangi za kikaboni kwenye kloroplasti zao. Baadhi ya mwani kwa ujumla huwa na takriban rangi zote za kloroplast zilizopo.
kazi za kloroplast
Bila shaka, kazi yao kuu ni kubadilisha nishati ya mwanga kuwa viambajengo hai. Photosynthesis yenyewe hutokea katika nafaka na ushiriki wa moja kwa moja wa klorofili. Inachukua nishati ya mwanga wa jua, kuibadilisha kuwa nishati ya elektroni zinazosisimua. Mwisho, kuwa na ugavi wake wa ziada, hutoa nishati ya ziada, ambayo hutumiwa kwa mtengano wa maji na awali ya ATP. Wakati maji yanapovunjika, oksijeni na hidrojeni huundwa. Ya kwanza, kama tulivyoandika hapo juu, ni bidhaa ya ziada na hutolewa kwenye nafasi inayozunguka, na hidrojeni hujifunga kwa protini maalum, ferredoxin.
Inaongeza oksidi tena, na kuhamisha hidrojeni hadi kwa wakala wa kupunguza, ambayo katika biokemia imefupishwa kama NADP. Ipasavyo, fomu yake iliyopunguzwa ni NADP-H2. Kwa ufupi, usanisinuru huzalisha dutu zifuatazo: ATP, NADP-H2, na bidhaa nyingine katika umbo la oksijeni.
Jukumu la nishati la ATP
ATP iliyoundwa ni muhimu sana, kwani ndiyo "kikusanyaji" kikuu cha nishati inayoenda kwa mahitaji mbalimbali ya seli. NADP-H2 ina wakala wa kupunguza, hidrojeni, na kiwanja hiki kinaweza kutoa kwa urahisi ikiwa ni lazima. Kwa ufupi, ni wakala madhubuti wa kupunguza kemikali: katika mchakato wa usanisinuru, miitikio mingi hufanyika ambayo haiwezi kuendelea bila hiyo.
Kifuatacho, vimeng'enya vya kloroplast huanza kufanya kazi, ambavyo hutenda kazi kwenye giza na nje ya gran: hidrojeni kutoka kwa kinakisishaji na nishati ya ATP hutumiwa na kloroplast ili kuanzisha usanisi wa idadi ya dutu hai.. Kwa kuwa usanisinuru hutokea katika hali ya mwangaza mzuri, misombo iliyokusanywa hutumiwa kwa mahitaji ya mimea yenyewe wakati wa giza wa mchana.
Unaweza kutambua kwa hakika kwamba mchakato huu unatiliwa shaka sawa na kupumua katika baadhi ya vipengele. Je, photosynthesis ni tofauti gani nayo? Jedwali litakusaidia kuelewa suala hili.
| Vipengee vya kulinganisha | Photosynthesis | Kupumua |
| Inapotokea | Mchana pekee, kwenye mwanga wa jua | Wakati wowote |
| Panapovuja | Chlorophyll iliyo na seli | Chembe hai zote |
| Oksijeni | Angazia | Kunyonya |
| CO2 | Kunyonya | Angazia |
| Oganic matter | Muundo, mgawanyiko kwa sehemu | Gawanya pekee |
| Nishati | Kumeza | Anajitokeza |
Hivi ndivyo usanisinuru hutofautiana na upumuaji. Jedwali linaonyesha wazi tofauti zao kuu.
Baadhi ya "vitendawili"
Miitikio mingi zaidi hufanyika pale pale, katika mdundo wa kloroplast. Njia zaidi ya vitu vilivyotengenezwa ni tofauti. Kwa hiyo, sukari rahisi mara moja huenda zaidi ya organoid, hujilimbikiza katika sehemu nyingine za seli kwa namna ya polysaccharides, hasa wanga. Katika kloroplasti, uwekaji wa mafuta na mrundikano wa awali wa vitangulizi vyake hutokea, ambayo hutolewa kwa maeneo mengine ya seli.
Inapaswa kueleweka wazi kuwa miitikio yote ya muunganisho inahitaji kiasi kikubwa cha nishati. Chanzo chake pekee ni photosynthesis sawa. Huu ni mchakato ambao mara nyingi unahitaji nishati nyingi ambayo lazima ipatikane,kuharibu vitu vilivyoundwa kama matokeo ya awali ya awali! Kwa hivyo, nishati nyingi inayopatikana katika mkondo wake hutumiwa kutekeleza athari nyingi za kemikali ndani ya seli yenyewe ya mmea.
Ni baadhi tu yake hutumika kupata moja kwa moja vitu hivyo vya kikaboni ambavyo mmea huchukua kwa ukuaji na ukuzaji wake wenyewe au amana katika mfumo wa mafuta au wanga.
Je, kloroplasts zimetulia?
Inakubalika kwa ujumla kuwa seli za seli, ikijumuisha kloroplast (muundo na kazi zake ambazo tumezielezea kwa kina), ziko katika sehemu moja madhubuti. Hii si kweli. Chloroplasts inaweza kuzunguka seli. Kwa hivyo, kwa mwanga mdogo, wao huwa na kuchukua nafasi karibu na upande wa mwanga zaidi wa seli, katika hali ya mwanga wa kati na wa chini, wanaweza kuchagua nafasi za kati ambazo wanaweza "kukamata" jua zaidi. Jambo hili linaitwa "phototaxis".
Kama mitochondria, kloroplast ni viungo vinavyojiendesha kwa kiasi fulani. Wana ribosomes zao wenyewe, huunganisha idadi ya protini maalum ambazo hutumiwa tu na wao. Kuna hata complexes maalum ya enzyme, wakati wa kazi ambayo lipids maalum huzalishwa, ambayo inahitajika kwa ajili ya ujenzi wa shells za lamella. Tayari tumezungumza juu ya asili ya prokaryotic ya organelles hizi, lakini inapaswa kuongezwa kuwa wanasayansi wengine wanaona kloroplasts kuwa wazao wa zamani wa viumbe vingine vya vimelea ambavyo kwanza vilikuwa symbionts, na kisha kabisa.zimekuwa sehemu muhimu ya seli.
Umuhimu wa kloroplasts
Kwa mimea, ni dhahiri - hii ni mchanganyiko wa nishati na dutu ambazo hutumiwa na seli za mimea. Lakini photosynthesis ni mchakato unaohakikisha mkusanyiko wa mara kwa mara wa vitu vya kikaboni kwenye kiwango cha sayari. Kutoka kwa dioksidi kaboni, maji na jua, kloroplast inaweza kuunganisha idadi kubwa ya misombo ya juu ya Masi. Uwezo huu ni tabia kwao tu, na mtu bado yuko mbali na kurudia mchakato huu katika hali ya bandia.
Majani yote kwenye uso wa sayari yetu yanatokana na kuwepo kwa chembechembe hizi ndogo zaidi, ambazo ziko kwenye kina kirefu cha seli za mimea. Bila wao, bila mchakato wa usanisinuru uliofanywa nao, hakungekuwa na maisha Duniani katika udhihirisho wake wa kisasa.
Tunatumai umejifunza kutokana na makala haya nini kloroplast ni nini na jukumu lake ni nini katika kiumbe cha mmea.
