Przeczytaj
Plastydy
PlastydyPlastydy są organellami komórkowymi otoczonymi dwiema błonami, występującymi w komórkach roślinnych oraz w komórkach niektórych protistów roślinopodobnych. Ich funkcje są różnorodne i obejmują udział w procesach fotosyntezy, magazynowanie węglowodanów, tłuszczów i białek oraz nadawanie barwy niektórym organom roślin.
Plastydami, w których zachodzi proces fotosyntezy, są chloroplasty. Ich liczba w komórkach jest zmienna i zależy od różnych czynników (np. natężenia światła w środowisku, w którym żyje roślina). Także ułożenie chloroplastów w komórce u wielu roślin dostosowane jest do panujących warunków świetlnych. Słabe światło powoduje skupianie się chloroplastów tuż przy ścianie komórkowej po tej stronie komórki, na którą ono pada. Chloroplasty ustawiają się wtedy prostopadle do kierunku światła, aby zaabsorbować jak największą jego ilość. Z kolei ekspozycja komórki na silne światło powoduje, że chloroplasty układają się wzdłuż ścian komórkowych, równolegle do kierunku padania światła, dzięki czemu unikają nadmiernego oświetlenia.
Chloroplasty, tak jak inne plastydy, powstają z form młodocianych, tzw. proplastydów, ale mogą także powstać z przekształcenia innych plastydów: chromoplastów, leukoplastów, a także tworzących się przy braku dostępu światła etioplastówetioplastów, które zawierają protochlorofilid. Po ekspozycji na światło związek ten przekształca się w chlorofil, a z etioplastów powstają chloroplasty.
Budowa chloroplastów komórek roślinnych
Płynne wnętrze chloroplastów, tzw. stromę, otaczają dwie błony – błona zewnętrzna i błona wewnętrzna. Znajduje się w nim układ połączonych ze sobą błon i pęcherzyków, czyli tylakoidówtylakoidów, formujących system lammellarnysystem lammellarny. Tylakoidy mogą tworzyć w niektórych miejscach ułożone w stosy woreczki zwane tylakoidami grantylakoidami gran lub w postaci wydłużonych tylakoidów stromy łączyć ze sobą tylakoidy gran. Chloroplasty zawierają zielony barwnik – chlorofil. U większości roślin stanowi on około 95% wszystkich barwników zawartych w chloroplastach. Pozostałe barwniki występujące w tych organellach należą do grupy karotenoidów – nadają one roślinom żółtą, pomarańczową lub czerwoną barwę.
Chlorofil
Chlorofil zawarty w tylakoidach gran chloroplastów jest głównym barwnikiem fotosyntetycznym. Dzięki niemu większość autotrofów ma zdolność absorbowania promieniowania świetlnego obejmującego czerwony i niebieski zakres fal. Chlorofil odbija natomiast światło zielone, stąd właśnie tak charakterystyczna barwa liści i łodyg roślin. Chlorofil zbudowany jest z pierścienia porfirynowego połączonego z długołańcuchowym alkoholem, fitolem. W centrum układu porfirynowego znajduje się atom magnezu, który połączony jest wiązaniami koordynacyjnymi z atomami azotu porfiryny. Hydrofobowy ogon fitolu zakotwicza cząsteczkę chlorofilu w błonach tylakoidów gran.
Istnieje kilka rodzajów chlorofilu oznaczanych pierwszymi literami alfabetu - chlorofil a, chlorofil b, chlorofil c i chlorofil d. U wszystkich organizmów fotosyntetyzujących, w których produktem ubocznym jest tlen – zarówno prokariotycznych, jak i eukariotycznych – występuje chlorofil a, w którym do pierścienia porfirynowego dołączona jest grupa metylowa (-CHIndeks dolny 33). Natomiast u zielenic – roślin pierwotnie wodnych, a także u wszystkich roślin wyższych występuje także chlorofil b zawierający grupę aldehydową (-CHO).
Chlorofil a i b absorbują nieco inne długości fal, co przejawia się w widocznych barwach tych rodzajów chlorofilu: chlorofil a ma barwę niebieskozieloną, a chlorofil b zielonożółtą.
Barwnikami pomocniczymi rozszerzającymi spektrum barw absorbowanego światła są karotenoidy. Energia wzbudzenia karotenoidów zostaje przekazana na cząsteczkę chlorofilu a, napędzając proces fotosyntezy. Występowanie karotenoidów najlepiej staje się widoczne jesienią. Wtedy w niskich temperaturach chlorofil ulega rozkładowi, odsłaniając żółte, pomarańczowe i czerwone barwy karotenoidów znajdujących się w liściach i łodygach.
Chlorofil wykorzystuje się do barwienia na zielono produktów spożywczych i kosmetycznych. Oznaczany jest kodem E‑140 lub E‑141. Pozyskuje się go przede wszystkim z pokrzywy i lucerny. Jest stosowany także jako suplement diety bogaty w magnez, przyspieszający metabolizm.
Chloroplasty w procesie fotosytezy
W chloroplastach zachodzi fotosynteza – proces, podczas którego ze związków nieorganicznych (HIndeks dolny 22O, COIndeks dolny 22) wytwarzane są związki organiczne (glukoza), a produktem ubocznym jest tlen. Fotosynteza przebiega w dwóch etapach określanych jako faza jasna (faza zależna od światła) i faza ciemna (faza niezależna od światła).
Faza jasna (świetlna) zależna jest od dostępu światła. Zachodzi w tylakoidach gran i polega na przekształceniu energii świetlnej w energię chemiczną zmagazynowaną w postaci ATP (adenozynotrifosforanu) i NADPH+HIndeks górny ++ (zredukowanego dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego). Elektrony z chlorofilu ulegają wybiciu, a następnie przetransportowaniu do NADPIndeks górny ++. W procesie tym biorą udział dwa fotoukłady (fotosystemy): fotoukład I (PS I) i fotoukład II (PS II). Fotoukład to kompleks białkowy z chlorofilem znajdującym się w centrum reakcji. W fotosystemie I znajduje się chlorofil a – najbardziej wydajnie absorbujący światło o długości 700 nm (stąd ten fotosystem określa się jako P700), natomiast fotosystem II zawiera chlorofil a o maksimum absorpcji 680 nm (określany jako P680).
Energia świetlna przekształcona w energię chemiczną i zmagazynowana w postaci ATP i NADPH + HIndeks górny ++ jest niezbędna do przeprowadzania reakcji fazy ciemnej, określanych jako cykl Calvina. Cykl ten przebiega w trzech etapach: karboksylacja, redukcja i regeneracja, kończąc się powstaniem akceptora COIndeks dolny 22, czyli rybulozo‑1,5‑bisfosforanu. Reakcje fazy ciemnej zachodzą w stromie chloroplastów, gdzie znajdują się enzymy katalizujące asymilację COIndeks dolny 22.
Pochodzenie i ewolucja chloroplastów
Chloroplasty, podobnie jak mitochondria, najprawdopodobniej mają pochodzenie endosymbiotyczne. Zgodnie z teorią endosymbiozy uważa się, że niektóre organelle powstały w wyniku symbiozy dwóch komórek. Komórka prokariotyczna dostała się do wnętrza komórki będącej przodkiem komórki eukariotycznej i nie została strawiona, a zaczęła współegzystować z komórką gospodarza (stąd nazwa „endosymbioza”). Ostatecznie endosymbiont utracił niezależność, stając się strukturą komórkową komórki gospodarza. Zakłada się, że chloroplasty to pochłonięte bakterie fotosyntetyzujące, a mitochondria to bakterie tlenowe.
Inne plastydy fotosyntetycznie czynne
U protistów roślinopodobnych – brunatnic, aktywnymi fotosyntetycznie plastydami są feoplastyfeoplasty. Oprócz chlorofilu a zawierają one chlorofil c oraz karotenoidy. Z powodu dużej ilości karotenoidów, m.in. fukoksantyny, brunatnice charakteryzują się brązową barwą. Dzięki obecności tego barwnika organizmy te mogą wykorzystywać światło żółto‑zielone i żółto‑niebieskie, co pozwala im żyć w wodach na większych głębokościach.
U roślin pierwotnie wodnych, takich jak zielenice, występują plastydy fotosyntetycznie czynne z chlorofilem a i b, które przypominają strukturą chloroplasty roślin lądowych. Otoczone są dwiema błonami. Mogą zawierać kompleks białkowy załamujący światło, nazywany pirenoidem. Wokół pirenoidu skupiają się ziarna polisacharydu o budowie podobnej do skrobi.
Inne pierwotnie wodne rośliny – krasnorosty mają aktywne fotosyntetycznie plastydy nazywane rodoplastamirodoplastami. Organelle te, oprócz chlorofilu a i d, zawierają także barwniki towarzyszące – czerwoną fikoerytrynę i niebieską fikocyjaninę. Ich obecność powoduje czerwony odcień rośliny. Fikoerytryna i fikocyjanina absorbują najsilniej barwy zielone i niebieskie, co umożliwia krasnorostom życie na dużych głębokościach mórz i oceanów.
Słownik
rodzaj plastydów powstających z proplastydów u roślin rosnących w ciemności (etiolowanych); zawierają protochlorofilid
rodzaj aktywnych fotostyntetycznie plastydów występujących u brunatnic; nadają komórkom brązową barwę oraz umożliwiają wykorzystywanie światła w zakresie od żółto‑zielonego do żółto‑niebieskiego widma
organelle otoczone dwiema błonami występujące u wszystkich roślin lądowych oraz niektórych roślin pierwotnie wodnych i protistów roślinopodobnych
rodzaj aktywnych fotosyntetycznie plastydów występujących u krasnorostów; nadają komórkom czerwoną barwę oraz umożliwiają absorpcję światła w zakresie niebiesko‑zielonego widma
system błon znajdujący się w stromie chloroplastów
cienkie błoniaste struktury przypominające woreczki; wewnątrz komórek prokariotów fotosyntetyzujących są wypełnione barwnikiem fotosyntetycznie czynnym, a wewnątrz chloroplastów komórek eukariotycznych są zróżnicowane: część z nich jest mała i ułożona w sposób przypominający stosy monet – są to tylakoidy gran zawierające chlorofil, część zaś jest wydłużona, łączy ze sobą tylakoidy gran i określana jest mianem tylakoidów międzygranowych (tylakoidów stromy)
zwarte stosy spłaszczonych tylakoidów zawierające chlorofil oraz białka enzymatyczne; miejsce zachodzenia fazy jasnej fotosyntezy