Органоиды растительной клетки. Пластиды как органоиды зеленых ратений

Органоиды (их еще называют органеллами) - постоянные составляющие элементы любой клетки, которые делают ее целостной и выполняют определенные функции. Это структуры, которые являются жизненно необходимыми для поддержания ее деятельности.

К органоидам относятся ядро, лизосомы, эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи, вакуоли и везикулы, митохондрии, рибосомы, а также клеточный центр (центросома). Сюда также относят структуры, которые образуют цитоскелет клетки (микротрубочки и микрофиламенты), меланосомы.

Классификация делит органоиды на немембранные и мембранные. Немембранные – это клеточный центр, клеточное ядро и рибосомы, а также микротрубочки и микрофиламенты. К мембранным органоидам относятся ЭПС, комплекс Гольджи и митохондрии, а также лизосомы и пластиды.

Хотелось бы подробнее остановиться на пластидах растительной клетки.

Пластиды – это  органеллы, характерные исключительно для растительных клеток. Они являются достаточно крупными клетками. Эти органоиды играют важную роль в метаболизме и отделены от цитоплазмы двойной мембраной. Кроме этого, в них может образовываться упорядоченная система внутренних мембран. Пластиды развиваются из протопластид – сферических недеффиренцированных телец, которые содержатся в растущих частях растения. Они окружены двойной мембраной и заполнены матриксом. В матриксе содержится ДНК и рибосомы прокариотического типа. Пропластиды способны делиться. Из них на свету формируются хлоропласты, в глубине стебля и в подземных органах – бесцветные лейкопласты. Из хлоропластов и иногда лейкопластов образуются хромопласты.

Хлоропласты — пластиды высших растений, в которых идет процесс фотосинтеза, т. е. использование энергии световых лучей для образования из неорганических веществ (углекислого газа и воды) органических веществ с одновременным выделением в атмосферу кислорода. Хлоропласты имеют форму двояковыпуклой линзы, размер их около 4-6 мкм. Находятся они в паренхимных клетках листьев и других зеленых частей высших растений. Число их в клетке варьирует в пределах 25-50.

Снаружи хлоропласт покрыт оболочкой, состоящей из двух липопротеиновых мембран, внешней и внутренней. Обе мембраны имеют толщину около 7нм, они отделены друг от друга межмембранным пространством около 20-30нм. Внутренняя мембрана хлоропластов, как и других пластид, образует складчатые впячивания внутрь матрикса или стромы. В зрелом хлоропласте высших растений видны два типа внутренних мембран. Это - мембраны, образующие плоские, протяженные ламеллы стромы, и мембраны тилакоидов, плоских дисковидных вакуолей или мешков.

Связь внутренней мембраны хлоропласта с мембранными структурами внутри него хорошо прослеживается на примере мембран ламелл стромы. В этом случае внутренняя мембрана хлоропласта образует узкую (шириной около 20нм.) складку, которая может простираться почти через всю пластиду. Таким образом, ламелла стромы может представлять собой плоский полый мешок или же иметь вид сети из разветвленных и связанных друг с другом каналов, располагающихся в одной плоскости. Обычно ламеллы стромы внутри хлоропласта лежат параллельно и не образуют связей между собой.

Кроме мембран стромы в хлоропластах обнаруживаются мембранные тилакоиды. Это плоские замкнутые мембранные мешки, имеющие форму диска. Величина межмембранного пространства у них также около 20-30нм. Такие тилакоиды образуют стопки наподобие столбика монет, называемые гранами. Число тилакоидов на одну грану варьирует: от нескольких штук до 50 и более. Размер таких стопок может достигать 0,5 мкм, поэтому граны видны в некоторых объектах в световом микроскопе. Количество гран в хлоропластах высших растений может достигать 40-60. Тилакоиды в гране сближены друг с другом так, что внешние слои их мембран тесно соединяются; в месте соединения мембран тилакоидов образуется плотный слой толщиной около 2нм. В состав граны кроме замкнутых камер тилакоидов обычно входят и участки ламелл, которые в местах контакта их мембран с мембранами тилакоидов тоже образуют плотные 2-нм слои. Ламеллы стромы, таким образом, как бы связывают между собой отдельные граны хлоропластов. Однако полости камер тилакоидов всегда замкнуты и не переходят в камеры межмембранного пространства ламелл стромы.

В матриксе ( строме) хлоропластов обнаруживаются молекулы ДНК, рибосомы; там же происходит первичное отложение запасного полисахарида, крахмала, в виде крахмальных зерен.

В хлоропластах содержатся различные пигменты. В зависимости от вида растений это:

хлорофилл:

- хлорофилл А (сине-зеленый) - 70 % (у  высших растений и зеленых  водорослей);

- хлорофилл В (желто-зеленый) - 30 % (там  же);

- хлорофилл С, D и E встречается реже - у других групп водорослей;

Иногда зеленый цвет маскируется другими пигментами хлоропластов (у красных и бурых водорослей) или клеточного сока (у лесного бука). Клетки водорослей содержат одну или несколько различной форм хлоропластов.

Функцией хлоропластов является фотосинтез, т.е. улавливание и преобразование световой энергии. Именно здесь происходят световые реакции фотосинтеза — поглощение хлорофиллом световых лучей и превращение энергии света в энергию возбужденных электронов. Электроны, возбужденные светом, т. е. обладающие избыточной энергией, отдают свою энергию на разложение воды и синтез АТФ. При разложении воды образуются кислород и водород. Кислород выделяется в атмосферу, а водород связывается белком ферредоксином. Ферредоксин затем вновь окисляется, отдавая этот водород веществу-восстановителю, сокращенно обозначаемому НАДФ. НАДФ переходит в восстановленную форму — НАДФ-H2. Таким образом, итогом световых реакций фотосинтеза является образование АТФ, НАДФ-H2 и кислорода, причем потребляются вода и энергия света.

В АТФ аккумулируется много энергии — она затем используется для синтезов, а также для других нужд клетки.

 

 

Лейкопласты – это бесцветные круглые пластиды, в которых обычно накапливаются запасные питательные вещества, в основном крахмал. Размеры этих органелл относительно небольшие. Они округлой либо слегка продолговатой формы, характерны для всех живых клеток растений. В лейкопластах осуществляется синтез из простых соединений более сложных – крахмала, жиров, белков, которые сохраняются про запас в клубнях, корнях, семенах, плодах. Под электронным микроскопом заметно, что каждый лейкопласт покрыт двухслойной мембраной, в строме есть только один или небольшое число выростов мембраны, основное пространство заполнено органическими веществами. В зависимости от того, какие вещества накапливаются в строме, лейкопласты делят на амилопласты, протеинопласты и элеопласты.Все виды пластид имеют общее происхождение и способны переходить из одного вида в другой. Так, превращение лейкопластов в хлоропласты наблюдается при позеленении картофельных клубней на свету, а в осенний период в хлоропластах зеленых листьев разрушается хлорофилл, и они трансформируются в хромопласты, что проявляется пожелтением листьев.

Хромопласты – пластиды оранжево-красного и желтого цвета,  образующиеся из лейкопластов и хлоропластов в результате накопления в их строме каротиноидов. Они встречаются в клетках лепестков, зрелых плодов, редко корнеплодов, а также в осенних листьях.

Хромопласты - это конечный этап в развитии пластид.

Строение хромопласта схожее с остальными пластидами. Хромопласт имеет оболочку, которая образованна двумя мембранами. Внешняя мембрана предохраняет от слияния с цитоплазмой, внутренняя, ограничивает содержание хромопласта. Внутри оболочки хромопласт заполнен стромой (белковая основа), в которой находятся кольцевая ДНК и красящие пигменты, каротиноиды. Каротиноиды могут растворяться в липидных включениях, накапливаться в белковых фибриллах, или откладываться в виде кристаллов. Форма органелл разнообразная, зависит от характера включений.   

Главная функция хромопластов, это окрашивание лепестков цветов и зрелых плодов. Яркая окраска предназначена для привлечения насекомых, что опыляют растение и животных которые, поедая плоды, распространяют семена. 
      Физиологическая роль хромопластов еще не до конца изучена. Исследования указывают на то, что каротиноиды принимают участие в процессах окисления и восстановления, являясь чем-то вреде светофильтра для хлоропластов. А также непосредственно участвуют в процессах роста, и размножения. Хромопласт основное место локализации растительных пигментов.