Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
bg‑green

Plastydy

PlastydyplastydyPlastydy 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.

R15qEoX5ck0uZ1
Chloroplasty zmieniają swoje położenie w zależności od natężenia światła. Przy niskiej intensywności światła przesuwają się w kierunku ścian prostopadłych do promieni świetlnych i ustawiają dłuższym bokiem do światła, aby móc wyłapać jak najwięcej porcji energii świetlnej. Przy zbyt intensywnym świetle „uciekają” w głąb komórki, ustawiają się krótszym bokiem do kierunku padania promieni słonecznych wzdłuż ścian równoległych do padania promieni świetlnych.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

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 etioplastówetioplastyetioplastów, które zawierają protochlorofilid. Po ekspozycji na światło związek ten przekształca się w chlorofil, a z etioplastów powstają chloroplasty.

R13cl9CsFIICI1
Ilustracja zawiera ponumerowane schematy plastydów różnicujące się w obrębie określonych typów: 1. Chloroplast – zachodzi w nim proces fotosyntezy, jego składnikiem jest chlorofil. Na ilustracji ukazany jako zielony owalny kształt z podłużnymi elementami w środku. 2. Amyloplast – syntetyzuje i magazynuje skrobię w ramach zapasów. Zobrazowany jako bezbarwny, owalny kształt w środku z mniejszymi obiektami o nieregularnych konturach,. 3. Chromoplast - ma w swoim składzie barwniki kwiatów i owoców, upodabniające je do zwierząt zapylających je oraz rozsiewających nasiona. Na rysunku owalny czerwony kształt z mniejszymi okrągłymi i podłużnymi elementami w środku. 4. Proplastyd – mogą z niego powstawać inne plastydy, inaczej plastyd prekursorowy. Na rysunku żółty, okrągły element z nieregularnymi kształtami wewnątrz. 5. Etioplast – kształtuje się w ciemności w organach roślin mogących potencjalnie się zazielenić. Zilustrowany jako okrągłym jasnożółty twór z niewielkimi i okrągłymi elementami wewnątrz. 6. Elajoplast – bezbarwny leukoplast magazynujący wewnątrz tłuszcz. Na ilustracji owalny szary kształt z mniejszymi, okrągłymi elementami wewnątrz.
W zależności od czynników zewnętrznych (głównie obecności światła) plastydy mogą różnicować się w obrębie określonych typów.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑green

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 tylakoidówtylakoidytylakoidów, formujących system lammellarnysystem lamellarnysystem lammellarny. Tylakoidy mogą tworzyć w niektórych miejscach ułożone w stosy woreczki zwane tylakoidami grantylakoidy 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.

RQHwgFdTXDlwC1
Ilustracja zawiera schemat budowy chloroplastu z podpisanymi elementami: 1. Skrobia asymilacyjna – polimer gromadzący się w chloroplastach podczas fotosyntezy. Zbudowany z glukozy w cząsteczkach, połączonej wiązaniami α-glikozydowymi. 2. Cząsteczka DNA – w roślinnych chloroplastach posiada formę kolistą i zawiera ok. 100 genów. 3. Błona wewnętrzna – wytwarza wypustki od stromy, z nich powstają tylakoidy. Jest słabo przepuszczalna. 4. Błona zewnętrzna – dobrze przepuszcza liczne substancje chemiczne. 5. Plastoglobule czyli krople lipidów – można je napotkać we wszystkich plastydach w stromie w postaci kulistych, osmofilnych, nieobłonionych ciał. 6. Rybosomy typu prokariotycznego – składają się z rRNA i białek. Produkują aminokwasy potrzebne w procesach metabolicznych zachodzących w chloroplaście. 7. Przestrzeń międzybłonowa – znajduje się między błoną zewnętrzną i wewnętrzną. 8. Tylakoidy gran – mają w swoim składzie białka enzymatyczne oraz chlorofil. W nich następuje faza jasna fotosyntezy. 9. Stroma - substancja koloidalna, wypełnia wnętrze chloroplastu. W składzie posiada białka enzymatyczne potrzebne do cyklu Calvina, czyli fazy ciemnej fotosyntezy. 10. Tylakoid stromy
Budowa chloroplastu.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑green

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 3). Natomiast u zielenic – roślin pierwotnie wodnych, a także u wszystkich roślin wyższych występuje także chlorofil b zawierający grupę aldehydową (-CHO).

RE7dT85BItlSI1
Ilustracja zawiera wzór strukturalny chlorofilu: 1. Wzór strukturalny chlorofilu a z zaznaczoną grupą metylową, C H indeks dolny 3. Cząsteczka chlorofilu a ma w swej strukturze centralnie związany koordynacyjnie jon magnezu z czterema pierścieniami pirolowymi, połączonymi z sobą mostkami metinowymi (=CH−), tworzącymi układ porfiryny. W cząsteczce chlorofilu a występują dwie grupy kwasowe. Są one zestryfikowane odpowiednio metanolem i fitolem (C 20 H 39 O H), który stanowi długi hydrofobowy ogon kotwiczący cząsteczkę chlorofilu a w dwuwarstwie lipidowej błon biologicznych. 2. Wzór strukturalny chlorofilu b z zaznaczoną grupą aldehydową, C O H. Cząsteczka chlorofilu a ma w swej strukturze centralnie związany koordynacyjnie jon magnezu z czterema pierścieniami pirolowymi, połączonymi z sobą mostkami metinowymi (=CH−), tworzącymi układ porfiryny. W cząsteczce chlorofilu a występują dwie grupy kwasowe. Są one zestryfikowane odpowiednio metanolem i fitolem (C 20 H 39 O H).
Budowa chlorofilu ab.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

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.

Ciekawostka

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.

bg‑green

Chloroplasty w procesie fotosytezy

W chloroplastach zachodzi fotosynteza – proces, podczas którego ze związków nieorganicznych (HIndeks dolny 2O, COIndeks dolny 2) 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).

R7Ng0RNGky8kc
Fotosynteza przebiega w dwóch fazach, jasnej i ciemniej. W fazie jasnej powstają NADPH+H+, ATP oraz tlen. W fazie ciemnej, zwanej cyklem Calvina, CO2 jest redukowany z wytworzeniem cukru – glukozy.
Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna.

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 2, czyli rybulozo‑1,5‑bisfosforanu. Reakcje fazy ciemnej zachodzą w stromie chloroplastów, gdzie znajdują się enzymy katalizujące asymilację COIndeks dolny 2.

bg‑green

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.

R1HrUmri5d9ig1
Ilustracja pokazuje schemat powstania chloroplastów otoczonych dwiema błonami. Powstały one na drodze endosymbiozy pierwotnej w wyniku sfagocytowania prokariotycznej fotosyntetyzującej komórki sinic (cyjanobakterii) przez cudzożywną komórkę eukariotyczną. Błona wewnętrzna chloroplastu jest błoną sinicy (cyjanobakterii), zaś błona zewnętrzna to błona komórki gospodarza. Na rysunku oznaczone są następujące elementy schematu: 1. Sinica (cyjanobakteria) czyli prokariotyczny jednokomórkowiec przeprowadzający fotosyntezę, wnika do komórki eukariotycznej. Ma podłużny kształt i niewielki rozmiar w stosunku do kulistej formy komórki, do której wnika. 2. Błona komórki eukariotycznej, która ją otacza. 3. Komórka praeukariotyczna, o kulistym kształcie. W jej wnętrzu widoczna jest wnikająca sinicą i mniejsza, kulista forma jądro komórkowe. 4. Jądro komórkowe, znajdujące się w centralnej części. 5. Błona fagosomalna, czyli fragment błony komórkowej komórki gospodarza, który otacza organizm pobrany na drodze fagocytozy. Sinicą przesuwa się w głąb komórki eukariotycznej. 6. Chloroplast, podłużna zielona komórka, która przybiera kształt wrzecionowaty. Otoczony jest dwiema błonami – inaczej endosymbiont pierwotny. 7. Błona komórkowa sinicy. 8. Ściana peptydoglikanowa, która otacza błonę komórkową sinicy.
Chloroplasty, które są otoczone dwiema błonami, powstały na drodze endosymbiozy pierwotnej w wyniku sfagocytowania prokariotycznej fotosyntetyzującej komórki sinic (cyjanobakterii) przez cudzożywną komórkę eukariotyczną. Błona wewnętrzna chloroplastu jest błoną sinicy (cyjanobakterii), zaś błona zewnętrzna to błona komórki gospodarza.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑green

Inne plastydy fotosyntetycznie czynne

U protistów roślinopodobnych – brunatnic, aktywnymi fotosyntetycznie plastydami są feoplastyfeoplastyfeoplasty. 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.

Morszczyn pęcherzykowaty
R165SkV9M85Wl
Morszczyn pęcherzykowaty (Fucus vesiculosus) występuje w wodach przybrzeżnych północnego Atlantyku i Oceanu Arktycznego oraz ich mórz, między innymi w Bałtyku.
Źródło: Stemonitis, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 2.0.
Wielkomorszcz gruszkonośny
RYwNDgBB3q7ug
Brunatnice z rzędu Laminariales mają pęcherze powietrzne ułatwiające im utrzymywanie się blisko powierzchni wody. Niektóre gatunki dorastają do kilkudziesięciu metrów w tempie nawet kilkudziesięciu centymetrów na dobę. Wykorzystywane są jako pasza dla zwierząt lub nawóz.
Źródło: Stef Maruch, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 2.0.

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 rodoplastamirodoplastyrodoplastami. 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.

Laurencia
R1SvOaClUvfjG
Krasnorosty (Rhodophyta) to rośliny żyjące na dużych głębokościach. Oprócz chlorofilu ad rodoplasty krasnorostów zawierają także inne barwniki – czerwoną fikoerytrynę i niebieską fikocyjaninę, które nadają roślinie czerwony odcień.
Źródło: Eric Guinther, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.
Hildenbrandia
RG4GOXigghEPB
Krasnorosty z rodzaju Hildenbrandia odkryto podczas wykopalisk w pobliżu Stonehenge (południowa Anglia). Odnaleziono krzemienie o różowej barwie pochodzącej właśnie z porastających je glonów. Uważa się, że ze względu na nietypową barwę starożytni łowcy-zbieracze przypisywali im właściwości magiczne.
Źródło: Smith609, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

etioplasty
etioplasty

rodzaj plastydów powstających z proplastydów u roślin rosnących w ciemności (etiolowanych); zawierają protochlorofilid

feoplasty
feoplasty

rodzaj aktywnych fotostyntetycznie plastydów występujących u brunatnic; nadają komórkom brązową barwę oraz umożliwiają wykorzystywanie światła w zakresie od żółto‑zielonego do żółto‑niebieskiego widma

plastydy
plastydy

organelle otoczone dwiema błonami występujące u wszystkich roślin lądowych oraz niektórych roślin pierwotnie wodnych i protistów roślinopodobnych

rodoplasty
rodoplasty

rodzaj aktywnych fotosyntetycznie plastydów występujących u krasnorostów; nadają komórkom czerwoną barwę oraz umożliwiają absorpcję światła w zakresie niebiesko‑zielonego widma

system lamellarny
system lamellarny

system błon znajdujący się w stromie chloroplastów

tylakoidy
tylakoidy

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)

tylakoidy gran
tylakoidy gran

zwarte stosy spłaszczonych tylakoidów zawierające chlorofil oraz białka enzymatyczne; miejsce zachodzenia fazy jasnej fotosyntezy