Пластиды: виды, строение и функции. Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты
Пластиды — органоиды, специфичные для клеток растений (они имеются в клетках всех растений, за исключением большинства бактерий, грибов и некоторых водорослей).
В клетках высших растений находится обычно от 10 до 200 пластид размером 3-10мкм, чаще всего имеющих форму двояковыпуклой линзы. У водорослей зеленые пластиды, называемые хроматофорами, очень разнообразны по форме и величине. Они могут иметь звездчатую, лентовидную, сетчатую и другие формы.
- Бесцветные пластиды — лейкопласты;
- окрашенные — хлоропласты (зеленого цвета);
- окрашенные — хромопласты (желтого, красного и других цветов).
Эти виды пластид до известной степени способны превращаться друг в друга — лейкопласты при накоплении хлорофилла переходят в хлоропласты, а последние при появлении красных, бурых и других пигментов — в хромопласты.
Строение и функции хлоропластов
Хлоропласты — зеленые пластиды, содержащие зеленый пигмент — хлорофилл.
Основная функция хлоропласт — фотосинтез.
В хлоропластах есть свои рибосомы, ДНК, РНК, включения жира, зерна крахмала. Снаружи хлоропласта покрыты двумя белково-липидными мембранами, а в их полужидкую строму (основное вещество) погружены мелкие тельца — граны и мембранные каналы.
Граны (размером около 1мкм) — пакеты круглых плоских мешочков (тилакоидов), сложенных подобно столбику монет. Располагаются они перпендикулярно поверхности хлоропласта. Тилакоиды соседних гран соединены между собой мембранными каналами, образуя единую систему. Число гран в хлоропластах различно. Например, в клетках шпината каждый хлоропласт содержит 40-60 гран.
Хлоропласты внутри клетки могут двигаться пассивно, увлекаемые током цитоплазмы, либо активно перемещаться с места на место.
- Если свет очень интенсивен, они поворачиваются ребром к ярким лучам солнца и выстраиваются вдоль стенок, параллельных свету.
- При слабом освещении, хлоропласты перемещаются на стенки клетки, обращенные к свету, и поворачиваются к нему своей большой поверхностью.
- При средней освещенности они занимают среднее положение.
Этим достигаются наиболее благоприятные для процесса фотосинтеза условия освещения.
Хлорофилл
В гранах пластид растительной клетки содержится хлорофилл, упакованный с белковыми и фосфолипидными молекулами так, чтобы обеспечить способность улавливать световую энергию.
Молекула хлорофилла очень сходна с молекулой гемоглобина и отличается главным образом тем, что расположенный в центре молекулы гемоглобина атом железа заменен в хлорофилле на атом магния.
В природе встречается четыре типа хлорофилла: a, b, c, d.
Хлорофиллы a и b содержат высшие растения и зеленые водоросли, диатомовые водоросли содержат a и c, красные — a и d.
Лучше других изучены хлорофиллы a и b (их впервые разделил русский ученый М.С.Цвет в начале XXв.). Кроме них существуют четыре вида бактериохлорофиллов — зеленых пигментов пурпурных и зеленых бактерий: a, b, c, d.
Большинство фотосинтезирующих бактерий содержат бактериохлорофилл a, некоторые — бактериохлорофилл b, зеленые бактерии — c и d.
Хлорофилл обладает способностью очень эффективно поглощать солнечную энергию и передавать ее другим молекулам, что является его главной функцией. Благодаря этой способности хлорофилл — единственная структура на Земле, которая обеспечивает процесс фотосинтеза.
Главная функция хлорофилла в растениях — поглощение энергии света и передача ее другим клеткам.
Пластидам, так же, как и митохондриям, свойственна до некоторой степени автономность внутри клетки. Они размножаются путем деления.
Наряду с фотосинтезом, в пластидах происходит процесс биосинтеза белка. Благодаря содержанию ДНК пластиды играют определенную роль в передаче признаков по наследству (цитоплазматическая наследственность).
Строение и функции хромопластов
Хромопласты относятся к одному из трех видов пластид высших растений. Это небольших размеров, внутриклеточные органеллы.
Хромопласты имеют различный окрас: желтый, красный, коричневый. Они придают характерный цвет созревшим плодам, цветкам, осенней листве. Это необходимо для привлечения насекомых-опылителей и животных, которые питаются плодами и разносят семена на дальние расстояния.
Структура хромопласта похожа на другие пластиды. Их двух оболочек внутренняя развита слабо, иногда вовсе отсутствует. В ограниченном пространстве расположена белковая строма, ДНК и пигментные вещества (каротиноиды).
Каротиноиды – это жирорастворимые пигменты, которые накапливаются в виде кристаллов.
Форма хромопластов очень разнообразна: овальная, многоугольная, игольчатая, серповидная.
Роль хромопластов в жизни растительной клетки до конца не выяснена. Исследователи предполагают, что пигментные вещества играют важную роль в окислительно-восстановительных процессах, необходимы для размножения и физиологичного развития клетки.
Строение и функции лейкопластов
Лейкопласты — это органоиды клетки, в которых накапливаются питательные вещества. Органеллы имеют две оболочки: гладкую наружную и внутреннюю с несколькими выступами.
Лейкопласты на свету превращаются в хлоропласты (к примеру зеленые клубни картофеля), в обычном состоянии они бесцветны.
Форма лейкопластов шаровидная, правильная. Они находятся в запасающей ткани растений, которая заполняет мягкие части: сердцевину стебля, корня, луковиц, листьев.
Функции лейкопластов зависят от их вида (в зависимости от накапливаемого питательного вещества).
- Амилопласты накапливают крахмал, встречаются во всех растениях, так как углеводы основной продукт питания растительной клетки. Некоторые лейкопласты полностью наполнены крахмалом, их называют крахмальными зернами.
- Элайопласты продуцируют и запасают жиры.
- Протеинопласты содержат белковые вещества.
Лейкопласты также служат ферментной субстанцией. Под действием ферментов быстрее протекают химические реакции. А в неблагоприятный жизненный период, когда процессы фотосинтеза не осуществляются, они расщепляют полисахариды до простых углеводов, которые необходимы растениям для выживания.
В лейкопластах не может происходить фотосинтез, потому что они не содержат гран и пигментов.
Луковицы растений, в которых содержится много лейкопластов, могут переносить длительные периоды засухи, низкую температуру, жару. Это связано с большими запасами воды и питательных веществ в органеллах.
Предшественниками всех пластид является пропластиды, небольшие органоиды. Допускают, что лейко — и хлоропласты способны трансформироваться в другие виды. В конечном итоге после выполнения своих функций хлоропласты и лейкопласты становятся хромопластами — это последняя стадия развития пластид.
Важно знать! Одновременно в клетке растения может находиться только один вид пластид.
Сводная таблица строения и функций пластид
| Свойства | Хлоропласты | Хромопласты | Лейкопласты |
|---|---|---|---|
| Строение | Двухмембранная органелла, с гранами и мембранными канальцами | Органелла с не развитой внутренней мембранной системой | Мелкие органеллы, находятся в частях растения, скрытых от света |
| Окрас | Зеленые | Разноцветные | Бесцветные |
| Пигмент | Хлорофилл | Каротиноид | Отсутствует |
| Форма | Округлая | Многоугольная | Шаровидная |
| Функции | Фотосинтез | Привлечение потенциальных распространителей растений | Запас питательных веществ |
| Заменимость | Переходят в хромопласты | Не изменяются, это последняя стадия развития пластид | Превращаются в хлоропласты и хромопласты |
Источник
Единицы живого
(от греч. «хромо» – цвет, краска) – пластиды с желтой, оранжевой и красной окраской. Находятся они в плодах, лепестках, в корнеплодах (к примеру, у моркови), придавая им соответствующий цвет. Хромопласты наиболее характерны для клеток околоцветников и плодов многих растений. Яркая окраска цветков привлекает насекомых – опылителей, а плодов – животных и птиц, способствующих распространению семян. Все они обладают цветовым зрением и хорошо видят яркие цвета. Хромопласты – это конечный этап развития пластид; в них могут превращаться лейкопласты и хлоропласты, тогда как сами хромопласты в другие виды пластид не превращаются.
Яркие цвета пластидам придают каротиноиды. Ученые открыли уже более десятка различных хлорофиллов и несколько сот пигментов, основная функция которых – использование электромагнитных волн солнечного спектра для синтеза органического вещества. Зачем растениям так много различных «уловителей» солнечного спектра?
Чтобы ответить на этот вопрос, давайте для начала установим, что из себя представляет солнечный луч. Его строение и свойства описаны в школьном учебнике физики. Однако мы все же попытаемся описать это, ведь как говорили мудрецы «повторение – мать учения».
Наш глаз так устроен, что мы видим предметы в цвете: одни из них выглядят зеленые, другие красные, синие, а третьи – черные или белые. Если вещество полностью отражает свет, – оно кажется белым, если же тело поглощает все лучи – оно черное. Обычно все предметы поглощают отдельные лучи, поэтому представляются нам цветными. Ньютон впервые показал, что белый свет разлагается призмой на свои составляющие: на экране возникает радуга из семи основных цветов. Их названия зашифрованы в известной фразе: «Каждый (красный) охотник (оранжевый) желает (желтый) знать (зеленый), где (голубой) сидит (синий) фазан (фиолетовый)». Если предметы кажутся нам красные, они поглощают все лучи, кроме красных (т.е. отражают красные лучи). Хлорофилл, наоборот, отражает зеленые лучи, а другие поглощает.
Когда на лист падает солнечный свет, его энергия улавливается хлорофиллом и другими пигментами. Хлорофилл отражает зеленую часть спектра солнечного света и улавливает синюю и красную, при участии которых и протекает фотосинтез. Поглощая энергию, он запускает сложную цепь химических реакций, во время которых молекула воды расщепляется на атомы водорода и кислорода. Водород соединяется с углекислым газом, образуя глюкозу, а кислород выделяется как ненужный растению продукт. Таким образом, клетка с помощью хлорофилла улавливает солнечный свет и «готовит» себе (а также и другим организмам) пищу – органическое вещество. Пигменты, так же как и хлорофилл, участвуют в фотосинтезе, однако они улавливают ту часть солнечного спектра, которая осталась вне поля зрения хлорофилла. Кроме того, они выполняют роль светофильтров, защищающих чувствительные к свету ферменты от разрушения.
Полученную в процессе фотосинтеза глюкозу хранить достаточно сложно, она легко выходит из клетки. Поэтому растения хранят ее в виде крахмала. Крахмал представляет собой вещество, состоящее из большого числа молекул глюкозы. Они, как бусинки, нанизаны на нитку. В таком виде они из клетки растения не «вывалятся». «Нанизать» глюкозу на нитку можно разными способами, при этом получатся разные вещества, однако у всех них основу будут составлять глюкоза. Как уже отмечалось, запасные вещества хранятся в лейкопластах.
Зеленый цвет необязателен для каждого фотосинтезирующего организма. Водоросли, к примеру, бывают желтые, оливковые, красные, синие, бурые. Даже некоторые высшие растения летом имеют желтые или красные листья. Этим пользуются дизайнеры, создавая своеобразные ландшафтные композиции. Однако, как бы то ни было, доминирующую роль в них играют зеленый пигмент – хлорофилл.
Говоря о хлорофилле, уместно привести высказывание замечательного российского ученого К.А.Тимирязева, который всю свою жизнь посвятил изучению фотосинтеза растений. «Растение – это посредник между небом и землей. Оно истинный Прометей, похитивший огонь с неба. Похищенный им луч горит и в мерцающей лучине, и в ослепительной искре электричества. Луч солнца приводит в движение и чудовищный маховик гигантской паровой машины, и кисть художника, и перо поэта».
Прекрасно и красиво сказано, не правда? Лучше вряд ли можно сказать о роли растений и маленького хлорофильного зернышка в глобальных процессах Земли.
Что же касается угля, торфа, нефти, так это энергия солнца, запасенная древними растениями. Сжигая в печке эти полезные ископаемые, мы пользуемся плодами трудов растений, которые жили в глубокой древности, и чувствуем тепло солнечных лучей, падавших на Землю без малого треть миллиарда лет назад.
Источник