bg‑green

Występowanie, liczba i kształt chloroplastów

ChloroplastychloroplastChloroplasty to rodzaj barwnych zielonych plastydów, zwanych ciałkami zieleni, które nazwę zawdzięczają obecności zielonego barwnika – chlorofiluchlorofilchlorofilu. Powstają w obecności światła z proplastydów lub z przekształconych leukoplastów, etioplastów bądź chromoplastów. Występują w komórkach samożywnych roślin eukariotycznych (głównie w liściach, ale również w innych zielonych częściach roślin) oraz protistów roślinopodobnych. Plastydy występujące u roślinopodobnych protistów i bakterii nazywane są chromatoforamichromatoforchromatoforami.

REBnT52f6DbIO
Zbliżenie na powierzchnię liścia topoli amerykańskiej ( Populus deltoides ). Chloroplasty występują w zielonych częściach roślin, najczęściej w liściach. Oprócz komórek miękiszowych obecne są również w komórkach szparkowych.
Źródło: Oak Ridge National Laboratory, Flickr, licencja: CC BY 2.0.
bg‑green

Ruch chloroplastów

Organelle te nie mają stałej lokalizacji w komórce. Są zdolne do przemieszczania się wzdłuż szlaków wyznaczonych przez aktynowe włókna białkowe cytoszkieletu komórki. Ich rozmieszczenie zależy od zmian oświetlenia. Przy słabym świetle chloroplasty układają się większą powierzchnią wzdłuż górnej ściany komórki, prostopadle do światła, co umożliwia lepsze wykorzystanie promieni słonecznych. Przy intensywnym oświetleniu, „uciekając” od światła, ustawiają się mniejszą powierzchnią wzdłuż bocznej ściany komórki, chroniąc się przed nadmiernym oświetleniem.

1
bg‑green

Liczba chloroplastów

Liczba chloroplastów w komórkach jest różna i waha się od 1 do 200. W komórkach roślin występuje średnio od 20 do 40 chloroplastów (w komórkach zielenic – roślin pierwotnie wodnych występują 1 lub 2 chloroplasty).

Rf28hT7p0HzYs1
Zdjęcie spod mikroskopu konfokalnego z powiększeniem 1000× przedstawiające wnętrze komórek liścia rzodkiewnika pospolitego ( Arabidopsis thaliana ). Komórki mezofilowe (niebieskie, owalne) zawierające chloroplasty (czerwone) widoczne są pod warstwą komórek epidermalnych (jasnoniebieskie kontury).
Źródło: Fernán Federici, Wellcome Collection, licencja: CC BY 4.0.
bg‑green

Kształt chloroplastów

R6iB2oyR5gdoH1
Pierwsza ilustracja przedstawia chloroplast o kształcie dwuwypukłej soczewki w komórce liścia fasoli, widziany pod mikroskopem elektronowym. Na zdjęciu łatwo wyróżnić cienką błonę komórkową, oraz zwartą strukturę tylakoidów gran. Druga ilustracja przedstawia taśmowate, spiralnie skręcone chloroplasty skrętnicy, obserwowane w czterdziestokrotnym powiększeniu mikroskopu świetlnego. Zielone chloroplasty ułożone są w sposób przypominający podwójną helisę wzdłuż wydłużonych ścian komórek rośliny.
Źródło: Kevin Mackenzie, University of Aberdeen, wellcomecollection.org, wikimedia.org, licencja: CC BY 4.0.
bg‑green

Budowa chloroplastów

1

Chloroplast roślin otoczony jest od zewnątrz przezroczystą osłonką (otoczką) utworzoną z dwóch selektywnie przepuszczalnych błon białkowo‑lipidowych. Plastydy u protistów roślinopodobnych otoczone są przez trzy lub cztery błony. Błona zewnętrzna chloroplastu jest gładka. Składa się w ok. 50% z białek i ok. 50% z tłuszczów.

Rl2hBuY5YmcJp1
Ilustracja przedstawia schemat budowy tylakoidów. Grana, czyli zwarte stosy spłaszczonych tylakoidów połączone są ze sobą przy pomocy tylakoidów stromy o kształcie podłużnych, płaskich cystern.
Błona wewnętrzna chloroplastu zawiera więcej białek niż błona zewnętrzna, a do wnętrza chloroplastu tworzy liczne wpuklenia błonowe zwane tylakoidami. Część tylakoidów występuje w postaci okrągłych, spłaszczonych pęcherzyków poukładanych jeden nad drugim z utworzeniem stosów zwanych granami (l .poj.: granum). Jedno granum może być zbudowane z 2 do 25 tylakoidów gran, a w jednym chloroplaście może być od kilkudziesięciu do kilkuset gran. Tylakoidy gran łączą się ze sobą za pośrednictwem błon, które mają postać płaskich cystern lub rozgałęzionych kanalików. Są to tylakoidy stromy. Tylakoidy gran oraz tylakoidy stromy tworzą układ przestrzenny tylakoidów zwany systemem lamelarnym.
Źródło: Englishsquare Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

U protistów roślinopodobnych tylakoidy nie tworzą gran. Między błoną zewnętrzną i wewnętrzną znajduje się wolna przestrzeń międzybłonowa (peryplastydowa).

Wnętrze chloroplastu ograniczone błoną wewnętrzną wypełnia macierz chloroplastowa zwana stromąstromastromą. Jest ona układem koloidalnym o konsystencji żelu i odczynie lekko zasadowym, bogatym w białko. W stromie chloroplastu obecne są rybosomy oraz od 200 do 300 cząsteczek DNA. Rybosomy podobne są do tych, które występują u prokariotów. Zawierają od 40 do 45% RNA i 50 do 60% białek i mają wielkość 70 S (mała podjednostka – 30 S, duża – 50 S). DNA chloroplastowe występuje w postaci koliście zamkniętej cząsteczki kwasu deoksyrybonukleinowego. Zawiera niewielką liczbę genów, głównie kodujących białka związane z fotosynteząfotosyntezafotosyntezą. Dlatego chloroplasty korzystają z informacji zapisanej w DNA jądrowym i większość białek potrzebnych chloroplastom powstaje na rybosomach cytoplazmatycznych, skąd transportowana jest do chloroplastów. Stroma chloroplastu zawiera liczne enzymy regulujące reakcje biochemiczne fotosyntezy, uczestniczące w syntezie kwasów tłuszczowych i procesach związanych z powielaniem materiału genetycznego (replikacją DNA) oraz odpowiedzialne za syntezę białek zakodowanych w DNA chloroplastowym.

R1FtVPo0IMTgK1
Ilustracja przedstawia schemat budowy chloroplastu. Chloroplast zbudowany jest z następujących organelli. 1. Skrobia asymilacyjna to polimer o kulistym kształcie złożony z cząsteczek glukozy połączonych wiązaniami α-glikozydowymi; gromadzi się w chloroplastach podczas fotosyntezy., 2. Cząsteczka DNA w chloroplastach u roślin ma formę kolistą. Zawiera ok. 100 genów. Poznanie sekwencji nukleotydów chloroplastowego DNA oraz porównanie jej z sekwencją DNA sinic wykazało liczne podobieństwa, co stało się ważnym dowodem wspierającym teorię endosymbiozy., 3. Błona wewnętrzna jest słabo przepuszczalna. Wytwarza liczne wpuklenia do stromy z których powstają tylakoidy., 4. Błona zewnętrzna jest przepuszczalna dla licznych substancji chemicznych., 5. Krople lipidów, inaczej plastoglobule; występują we wszystkich plastydach, w stromie w postaci kulistych, nieobłonionych, osmofilnych ciał., 6. Rybosomy typu prokariotycznego 70 S zbudowane z rRNA i białek. Ich funkcją jest produkowanie białek na potrzeby procesów metabolicznych zachodzących w chloroplaście., 7. Przestrzeń międzybłonowa występuje pomiędzy błoną wewnętrzną i błoną zewnętrzną., 8. Tylakoidy gran mają formę okrągłych, spłaszczonych pęcherzyków poukładanych jeden nad drugim z utworzeniem stosów zwanych granami. Zawierają chlorofil oraz białka enzymatyczne; są miejscem zachodzenia fazy jasnej fotosyntezy., 9. Stroma to substancja koloidalna wypełniająca wnętrze chloroplastu; zawiera białka enzymatyczne procesów fazy ciemnej fotosyntezy (cyklu Calvina)., 10. Tylakoid stromy to błony, które mają postać płaskich cystern lub rozgałęzionych kanalików.
Budowa chloroplastu.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

stromiestromastromie obecne są również krople lipidowe w postaci kulistych nieobłonionych ciał – plastoglobuli oraz ziarna skrobi asymilacyjnej, które powstają wtedy, gdy fotosynteza zachodzi intensywnie i komórka nie nadąża z odbieraniem syntetyzowanych w tym procesie cukrów.

Czasami w plastydach protistów obserwuje się miejsca pozbawione chlorofilu, w których obecne są pirenoidypirenoidpirenoidy. Są to ogniska skrobiotwórcze zbudowane z kryształków białka, wokół których odkładają się ziarna skrobi.

bg‑green

Namnażanie się chloroplastów

R1DaHvkZZOldY1
Mając własny materiał genetyczny oraz rybosomy, chloroplasty mogą się namnażać niezależnie od podziału komórki. Chloroplasty powstają z podziału już istniejących. Przebieg tego procesu jest podobny do podziału komórek prokariotów. Najpierw tworzy się przewężenie, a dopiero później następuje podział chloroplastu na dwa chloroplasty potomne.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑green

Funkcje chloroplastów

Chloroplasty odpowiadają za samożywność komórek. Przezroczyste błony otoczki pozwalają falom świetlnym dotrzeć do błon tylakoidów. Tu bowiem są wbudowane barwniki fotosyntetyczne: zielony chlorofil oraz karotenoidykarotenoidykarotenoidy: pomarańczowoczerwone karoteny i żółte lub brunatne ksantofile. Do ksantofilów należy brązowa fukoksantynafukoksantynafukoksantyna występująca u brunatnic. Oprócz chlorofilu i karotenoidów istnieją jeszcze inne barwniki aktywne w procesie fotosyntezy i wyłapujące światło o innych długościach fal. Maskują one obecność chlorofilu i nadają organizmom inne zabarwienie. Przykładem są fikobiliny: czerwona fikoerytryna i niebieska fikocyjanina (u krasnorostów).

Słownik

chlorofil
chlorofil

zielony barwnik obecny w chloroplastach roślin oraz chromatoforach protistów roślinopodonych

chloroplast
chloroplast

organella samożywnych komórek roślinnych, w którym z dwutlenku węgla i wody przy udziale barwników fotosyntetycznych i energii słonecznej powstają związki organiczne

chromatofor
chromatofor

barwny plastyd występujący u roślinopodnych protistów i bakterii, zawierający barwniki uczestniczące w fotosyntezie

fotosynteza
fotosynteza

proces wytwarzania związków organicznych z dwutlenku węgla i wody przy udziale światła i chlorofilu, zachodzący w chloroplastach

fukoksantyna
fukoksantyna

brązowy barwnik fotosyntetyczny występujący u niektórych protistów roślinopodonych, np. u brunatnic

granum
granum

obecny w chloroplastach stos błon – tylakoidów, ułożonych jeden na drugim

karotenoidy
karotenoidy

barwniki czerwonopomarańczowe i żółte występujące w chloroplastach i absorbujące fale świetlne, których nie może pobrać chlorofil; obecne w chromoplastach; nadają barwę owocom i liściom

mikroskop konfokalny
mikroskop konfokalny

odmiana mikroskopu świetlnego charakteryzująca się powiększonym kontrastem i rozdzielczością; używana do uzyskania wysokiej jakości obrazów w trzech wymiarach

pirenoid
pirenoid

ciałko białkowe stanowiące ośrodek tworzenia skrobi w chloroplastach protistów roślinopodonych

stroma
stroma

macierz chloroplastowa, półpłynny żel wypełniający wnętrze chloroplastu; zawiera DNA, rybosomy oraz liczne enzymy uczestniczące w reakcjach zachodzących wewnątrz chloroplastów

tylakoidy
tylakoidy

błony będące uwypukleniem błony wewnętrznej chloroplastu

tylakoidy stromy
tylakoidy stromy

pojedyncze tylakoidy łączące ze sobą grana i tworzące zwarty system błon w stromie chloroplastu