Что находится в строме хлоропласта

Хлоропласт

Что такое хлоропласт

Хлоропласты (греч. «хлоро» – зеленый, «пластос» – вылепленный) – это пластиды, которые содержатся в растительных клетках. Пластидами называют мембранные органоиды растительных клеток, в которых осуществляется синтез различных веществ. Под органоидами, или органеллами подразумевают маленькие клеточные структуры.

Выделяют три вида пластид: лейкопласты, хромопласты и хлоропласты. Лейкопласты содержатся в семенах и клубнях растений и не имеют окраса, хромопласты – в клетках цветов, плодов и листьев, придают им яркую окраску, привлекающую насекомых-опылителей. Хлоропласты содержатся в зеленых органах растений. Хлоропласты, хромопласты и лейкопласты способны переходить друг в друга. В конце вегетации растения разрушается хлорофилл и хлоропласты утрачивают свой зеленый цвет, затем переходят в хромопласты. При позеленении клубней картофеля лейкопласты переходят в хлоропласты.

С помощью хлоропластов солнечный свет преобразуется в энергию. Этот процесс называют фотосинтезом. При фотосинтезе хлоропласты растительных клеток с помощью солнечного света из воды и углекислого газа синтезируют глюкозу.

Хлоропласты являются органеллами в клетках растений и представляют собой особые структуры в клетках с определенным набором функций. Так, главная функция хлоропластов – важнейший биологический процесс фотосинтез.

Клетки животных и человека не нуждаются в хлоропластах, так как эти организмы получают энергию от употребляемой пищи, а не от солнечного света.

Характеристика хлоропластов

Для хлоропластов характерна овальная форма, реже – форма лент, чаши даже звезд. Также они отличаются и размерами. Некоторые хлоропласты занимают большую часть клетки, в то время как другие ничтожно малы по сравнению с размерами самой клетки. В основном этот показатель составляет 20-30 %.

Доказано, что в 1 кв. мм листа сосредоточено около полумиллиона хлоропластов.

Цвет хлоропластам и растениям придают пигменты. В частности, такой пигмент как хлорофилл придает зеленый цвет растениям. В процессе фотосинтеза именно хлоропласты выделяют хлорофилл, благодаря которому листья и стебли растений, а также водоросли имеют зеленый цвет.

Хлорофилл, упакованный белковыми и фосфолипидными молекулами, обладает способностью эффективно поглощать солнечную энергию, а затем передавать ее другим молекулам. Крое хлорофилла не существует других структур, способных обеспечивать протекание фотосинтеза.

Хлоропластам присущи собственная ДНК и рибосомы для изготовления белков с РНК.

Помимо хлорофилла хлоропласты содержат еще и каратиноиды. Чаще всего хлоропласты имеют форму выпуклой двухсторонней линзы диаметром 4-5 мкм и толщину 2-4 мкм. Длина хлоропластов достигает 10 мкм. Примечательно, что у некоторых видов зеленых водорослей длина хлоропластов составляет 50 мкм.

Особенности хлоропластов

Численность хлоропластов в клетках живых организмов различна. Например, в клетках водорослей может содержаться всего 1-2 крупных хлоропласта, а клетках сложных растений – до нескольких сотен. Среднее количество хлоропластов в клетке составляет 30-60 шт.

Хлоропласты способны передвигаться внутри клетки, выбирая наиболее удобное положение для максимального поглощения солнечного света. Другими словами, хлоропласты в клетке всегда тянутся к свету.

Хлоропластам собственно воспроизведение независимо от остальной части клетки.

Днем хлоропласты выстраиваются вдоль стенок, а ночью перемещаются к низу клетки.

В хлоропластах содержатся различные пигменты хлорофилла. В зависимости от растений выделяют:

Строение хлоропласта

Строение хлоропласта довольно-таки сложное. Оно одинаково для всех зрелых хлоропластов высших растений. В зависимости от нагрузки клеток, возраста хлоропластов, их физиологического состояния различна их структурированность.

Внешняя часть хлоропласта покрыта защитной гладкой внешней мембраной. Во внешней мембране располагается внутренняя мембрана, которая осуществляет контроль над молекулами, проходящими в хлоропласт и наружу. Мембраны играют роль защитного барьера в клетках от воздействия неблагоприятных факторов. Внешняя и внутренняя мембраны с жидкостью между ними представляют собой оболочку хлоропласта.

Тело хлоропласта состоит из стромы, или матрикса – белковой гидрофильной полужидкой массы, в которой плавают различные структуры, например, тилакоиды, ламеллы, граны, люмел. При слиянии парных ламелей образуется диск в виде круглого мешочка – тилакоида. Тилакоиды объединяются в граны. Через строму проходят параллельными рядами особые двухмембранные пластины – ламеллы, или длинные тилакоиды. Хлорофилл содержится в тилакоидах. Ламелла стромы напоминает полый плоский мешок или сеть разветвленных каналов. Именно в строме, или матриксе хлоропласта, заполняющей собой его внутреннее пространство, находятся такие важные молекулы, как ДНК и РНК (рибосомальная молекула), и рибосомы, а также зерна крахмала. Зерна крахмала являются временным хранилищем продуктов фотосинтеза.

Хлорофилл представляет собой длинный углеводный хвост и порфириновую головку. Солнечный свет поглощается именно головкой хлорофилла. При его поступлении к головке происходит возбуждение электронов и их отделение от хлорофиллов.

Оболочка хлоропласта

Наружная мембрана хлоропласта гладкая, в то время как внутренняя мембрана имеет складчатую структуру с гранами внутри. Мембранами названы липопротеиновые структуры, состоящие из липидов и белков. Мембраны отделяют содержимое клетки от внешней среды и регулируют обмен веществ между окружающей средой и клеткой. Пространство между мембранами заполнено стромой.

Хлорофилл, пигменты и ферменты, находящиеся в мембранах, образуют мембранную систему. Она состоит из множества мешочков, названных тилакоидами.

Функции и роль хлоропластов

Бесспорно, что самая важная и первоочередная функция хлоропластов – это осуществление фотосинтеза. Фотосинтез возможен только при наличии хлоропласта в клетках и тканях растения.

Процесс синтезирования глюкозы из воды и углекислого газа сопровождается выделением жизненно необходимого кислорода. Хлоропласты способный усваивать углекислоту. Немаловажно, что в процессе фотосинтеза кислород выступает его побочным продуктом.

Кроме хлорофилла в мембранах тилакоидов содержатся ферменты и переносчики электронов.

Хлоропласты одновременно с фотосинтезом участвуют и в других важных процессах. Один из них – сбор и накопление нужных веществ для производства необходимой растениям энергии. Так, в хлоропластах в виде капель откладываются жиры.

Очень важно, что хлоропласты имеют собственную ДНК.

Кроме того, хлоропласты связаны с производством веществ, которые устраняют патогенны, попадающие в растение.

Cодержимое хлоропласта

Внутри хлоропласта содержатся молекулы ДНК, граны и рибосомы. Гранами названы складчатые образования, которые состоят из тилакоидов. Внешне они похожи на моменты, сложенные в стопку толщиной 0,5 мкм. Граны располагаются в шахматном порядке и соединены друг с другом мостиками. Они увеличивают площадь внутренней мембраны для того, чтобы расположить на ней максимальное количество ферментов фотосинтеза.

В мембранах тилакоидов между слоями молекул липидов и белков находится важный зеленый пигмент – хлорофилл. Мембранные тилакоиды напоминают по форме плоские замкнутые мешки в форме диска. Число тилакоидов на одну грану неодинаковое. Тилакоиды в гране тесно сближены друг с другом. Полости камер тилакоидов всегда замкнуты и не переходят в камеры межмембранного пространства ламелл стромы.

Рибосомы ответственны за биосинтез белка из аминокислот. Это микроскопические круглые органеллы, в состав которых входят две субчастицы, не имеющие мембранного строения. Рибосомы содержатся как в клетках растений, так и в клетках животных.

Признаки хлоропластов

Образование хлоропластов

Хлоропласты образуются из пропластид – маленьких бесцветных частиц в виде небольших пузырьков, отделенных от ядра. Пропластиды окружены двойной мембраной и молекулой ДНК.У пропластид отсутствует внутренняя мембранная система. Они способны делиться и передаваться от клетки к клетке.

В процессе образования хлоропласта из пропластиды внутренняя мембрана ее оболочки врастает внутрь пластиды. Начинают развиваться мембраны тилакоидов, которые, в свою очередь, создают граны и ламеллы стромы.

Так в темноте формируется этиопласт со структурой в виде кристаллической решетки. Под воздействие света она разрушается и формируется структура, состоящая из ламелл стромы и тилакоидов гран.

При формировании зеленого листа пропластиды путем деления преобразуются в хлоропласты.

Фотосинтез в хлоропластах

Фотосинтез – один из важнейших биологических процессов, лежащий в основе всей жизни нашей планеты. Именно благодаря этому процессу все живые организмы могут получать кислород, а значит – могут и дышать. Растения способны самостоятельно создавать полезные органически вещества, которые необходимы им для осуществления жизнедеятельности. Бесспорно, органические вещества, которые создают растения, это единственный источник жизни растений и животных, которые перерабатывают готовые органические вещества. Благодаря кислороду, который выделяется в процессе фотосинтеза, дышат все живые организмы на Земле.

Процесс фотосинтеза состоит из световой и темновой фаз.

С помощью фотосинтеза клетки, содержащие хлорофилл, под воздействием солнечной энергии образуют из неорганических веществ органические. Хлорофилл накапливает солнечную энергию в специальной молекуле аденозинтрифосфате, или АТФ. Именно АТФ аккумулирует энергию, необходимую для различных нужд клетки. Световая фаза может протекать только на мембранах тилакоидов и только на свету. В результате фоторазложения воды выделяется кислород.

Затем АТФ в сочетании с углекислым газом и водой вырабатывает глюкозу, необходимую для пищи растений. Темновая фаза протекает в строме хлоропластов, причем как на свету, так и в темноте. Поглощенный углерод восстанавливается, что сопровождается образованием углеводов и прочих органических соединений.

Интенсивность фотосинтеза прямо пропорциональна поглощению света хлорофиллом.

Таким образом, биологическая роль фотосинтеза заключается в преобразовании солнечной энергии в химическую энергию, присущую органическим соединениям.

Благодаря фотосинтезу из производимого кислорода образуется озоновый слой. Он защищает все живое на нашей планете от ультрафиолетовой радиации. Кислород поддерживает состав атмосферы и предотвращает рост объема углекислого газа. Доказано, что без фотосинтеза запасы кислорода на Земле хватило бы примерно на 3000 лет.

Источник

Хлоропласты: роль в процессе фотосинтеза и структура

Фотосинтез происходит в эукариотических клеточных структурах, называемых хлоропластами. Хлоропласт – это тип органеллы растительных клеток, известный как зеленые пластиды. Пластиды помогают хранить и собирать необходимые вещества для производства энергии. Хлоропласт содержит зеленый пигмент, называемый хлорофиллом, который поглощает световую энергию для процесса фотосинтеза. Следовательно, название хлоропласт указывает на то, что эти органеллы представляют собой хлорофиллсодержащие пластиды.

Подобно митохондриям, хлоропласты имеют свою собственную ДНК, ответственны за производство энергии и воспроизводятся независимо от остальной части клетки посредством процесса деления, подобного бактериальному бинарному делению. Они также ответственны за производство аминокислот и липидных компонентов, необходимых для производства хлоропластов. Хлоропласты также встречаются в клетках других фотосинтезирующих организмах, таких как водоросли.

Хлоропласт: структура

Хлоропласты обычно встречаются в охранных клетках, расположенных в листьях растений. Охранные клетки окружают крошечные поры, называемые устьицами, открывая и закрывая их, чтобы обеспечить необходимый для фотосинтеза газообмен. Хлоропласты и другие пластиды развиваются из клеток, называемых пропластидами, которые являются незрелыми, недифференцированными клетками, развивающимися в разные типы пластид. Пропластид, развивающийся в хлоропласт, осуществляет этот процесс только при свете. Хлоропласты содержат несколько различных структур, каждая из которых имеет специализированные функции. Основные структуры хлоропласта включают:

Хлоропласт: фотосинтез

При фотосинтезе энергия солнечного света преобразуется в химическую энергию. Химическая энергия хранится в виде глюкозы (сахара). Двуокись углерода, вода и солнечный свет используются для производства глюкозы, кислорода и воды. Фотосинтез происходит в два этапа: световая фаза и темновая фаза.

Световая фаза фотосинтеза протекает только при наличии света и происходит внутри хлоропластовой граны. Первичным пигментом, используемым для преобразования световой энергии в химическую, является хлорофилл а. Другие пигменты, участвующие в поглощении света, включают хлорофилл b, ксантофилл и каротин. Во время световой фазы, солнечный свет преобразуется в химическую энергию в виде АТФ (молекулы, содержащей свободную энергию) и НАДФ (молекула, несущая электроны высокой энергии).

И АТФ, и НАДФ используются во время темновой фазы для получения сахара. Темновая фаза фотосинтеза, также известная как этап фиксации углерода или цикл Кальвина. Реакции на этой стадии возникают в строме. Строма содержит ферменты, которые облегчают серию реакций, использующих АТФ, НАДФ и углекислый газ для получения сахара. Сахар может храниться в виде крахмала, используемого во время дыхания или при производстве целлюлозы.

Источник

Хлоропласты

Хлоропласты являются одним из видов пластид. Хлоропласты имеют зеленый цвет за счет преобладающего в них пигмента хлорофилла. Основная их функция — фотосинтез.

Количество данных органоидов в клетке варьирует. У некоторых водорослей в клетках содержится одни большой хлоропласт, часто причудливой формы. У высших растений их множество, особенно в мезофильной ткани листьев, где количество может достигать сотни штук на клетку.

У высших растений размер органоида около 5 мкм, форма округлая слегка вытянутая в одном направлении.

Хлоропласты в клетках развиваются из пропластид или путем деления надвое ранее существующих.

Строение хлоропласта

В строении хлоропластов выделяют внешнюю и внутреннюю мембраны, межмембранное пространство, строму, тилакоиды, граны, ламеллы, люмен.

Тилакоид представляет собой ограниченное мембраной пространство в форме приплюснутого диска. Тилакоиды в хлоропластах объединяются в стопки, которые называют гранами. Граны связаны между собой удлиненными тилакоидами — ламеллами.

Полужидкое содержимое хлоропласта называется стромой. В ней находятся его ДНК и РНК, рибосомы, обеспечивающие полуавтономность органоида (см. Симбиогенез).

Также в строме находятся зерна крахмала. Они образуются при избытке углеводов, образовавшихся при фотосинтетической активности. Жировые капли обычно формируются из мембран разрушающихся тилакоидов.

Функции хлоропластов

Основная функция хлоропластов — это фотосинтез — синтез глюкозы из углекислого газа и воды за счет солнечной энергии, которая улавливается хлорофиллом. В качестве побочного продукта фотосинтеза выделяется кислород. Однако процесс этот сложный и многоступенчатый, при котором синтезируются и побочные продукты, использующиеся как в самом хлоропласте, так и в остальных частях клетки.

Основным фотосинтетическим пигментом является хлорофилл. Он существует в нескольких разных формах. Кроме хлорофилла в фотосинтезе принимают участие пигменты каротиноиды.

Пигменты локализованы в мембранах тилакоидов, здесь протекают световые реакции фотосинтеза. Кроме пигментов здесь присутствуют ферменты и переносчики электронов. Хлоропласты стараются расположиться в клетке так, чтобы их тилакоидные мембраны находились под прямым углом к солнечному свету.

Хлорофилл состоит из длинного углеводного кольца и порфириновой головки. Хвост гидрофобен и погружен в липидный слой мембран тилакоидов. Головка гидрофильна и обращена к строме. Энергия света поглощается именно головкой, что приводит к возбуждению электронов.

Электрон отделяется от молекулы хлорофилла, который после этого становится электроположительным, т. е. оказывается в окисленной форме. Электрон принимается переносчиком, которые передает его на другое вещество.

Разные виды хлорофилла отличаются между собой несколько различным спектром поглощения солнечного света. Больше всего в растениях хлорофилла А.

В строме хлоропласта происходят темновые реакции фотосинтеза. Здесь находятся ферменты цикла Кальвина и другие.

Источник

Строма – определение и функция

Определение стромы

Строма обычно относится к заполненному жидкостью внутреннему пространству хлоропластов, окружающих тилакоиды и граны. Первоначально считалось, что строма просто обеспечивает поддержку пигментированных тилакоидов. Однако теперь известно, что строма содержит крахмал, хлоропласт ДНК и рибосомы, а также все ферменты, необходимые для светозависимых реакций фотосинтез также известный как Цикл Кальвина.

Происходя от греческого слова для слоя или покрытия кровати, строма может также относиться к другим поддерживающим структурам, таким как соединительные ткани в органах или грибке ткань это несет споры.

Строение хлоропласта строма

Микроскопическое исследование хлоропласта выявляет некоторые очевидные особенности. Он состоит из внешней мембраны и сложной сети внутренних мембран, образующих стопки дискообразных структур, называемых гранами. Различные граны связаны друг с другом через мембранные отростки.

Хлоропласты произошли от свободно живущих прокариот, которые сформировали эндосимбиотические отношения с некоторыми эукариотическими клетками. Следовательно, строма продолжает содержать ДНК и рибосомы для осуществления синтеза белка. Эти белки включают те, которые важны в светозависимых реакциях фотосинтеза, а также в реакциях, которые фиксируют неорганические минералы, такие как нитраты, в органических молекулах.

Функция Хлоропласт Строма

Функция в фотосинтезе

Строма сначала начинает играть роль в фотосинтезе, когда энергия света, захваченная молекулами пигмента, преобразуется в химическую энергию через цепь переноса электронов.

Наиболее важным ферментом в реакциях, не зависящих от света, или цикла Кальвина, является RuBisCO или рибулозо-1,5-бисфосфат (RuBP) карбоксилаза. Этот фермент катализирует первую стадию светозависимых реакций, включающих фиксацию углерода. RuBisCO улавливает двуокись углерода в атмосфере, которая диффундирует в строму хлоропласта, и фиксирует ее в форме органического вещества. молекула, Каждая молекула СО2 объединяется с одной молекулой RuBP, содержащей пять атомов углерода, в результате чего образуются две молекулы фосфоглицерата, которые являются трехуглеродными молекулами.

Цикл Кальвина имеет еще две ступени, которые происходят в строме – восстановление фосфоглицерата и регенерация RuBP. Эти шаги включают использование ATP и NADPH. В целом, свето-независимые реакции используют две молекулы НАДФН и три молекулы АТФ, чтобы зафиксировать одну молекулу атмосферного CO2.

Функция в внутриорганной сигнализации

Хлоропласты являются полуавтономными, поскольку они содержат свой собственный геном, но также импортируют ряд белков и небольших молекул из цитоплазма клетки. Хотя изначально они были свободноживущими автотрофами, с течением времени некоторые их гены были перенесены в ядро ​​хозяина. Эти гены слегка модифицированы, так что белки нацелены на хлоропласт и, по-видимому, находятся под комбинированной регуляцией как ядра, так и хлоропласта. Передача сигналов от ядра к пластиде называется антероградной передачей сигналов, а сигналы, идущие к ядру, называются ретроградными сигналами. Оба этих сигнала, по-видимому, опосредованы через стромулы, которые также играют роль в коммуникации между двумя пластидами.

Calvin Cycle: свет-независимые реакции

Строма является местом для трех этапов цикла Кальвина – фиксации, восстановления и регенерации углерода.

Фиксация углерода начинается с реакции между одной молекулой CO2 и одной молекулой RuBP. Эти шесть атомов углерода и две фосфатные группы собираются вместе, образуя две молекулы фосфоглицерата, трехуглеродную молекулу, содержащую один фосфатная группа, Эту реакцию повторяют трижды, чтобы получить шесть молекул фосфоглицерата.

На следующем этапе фосфоглицерат принимает электроны с образованием глицеральдегид-3-фосфата (G3P). Движущей силой этой реакции восстановления является преобразование NADPH в NADP + и ATP в ADP. Таким образом, ADP и NADP + регенерируются для использования в светозависимых реакциях.

Это оставляет один последний шаг – регенерация RuBP. Из шести молекул G3P, полученных на предыдущем этапе, пять используются в реформировании RuBP, а шестая экспортируется из хлоропласта для получения глюкозы.

Примеры животных Строма

В то время как строма в каждой ткани или органе выполняет некоторые общие функции, такие как транспортировка топлива и метаболитов, а также структурная поддержка, в некоторых органах они выполняют специфические функции. Строма в эндокринные железы поддерживают образование гормонов в фолликулах и долях органа. В тимусе строма влияет на дифференцировку Т-клеток посредством положительного или отрицательного отбора. Органы, которые должны быстро реагировать на меняющиеся требования организм, такие как костный мозг или радужная оболочка глаза, также нужна специализированная строма.

Строма костного мозга

Строма костного мозга не участвует напрямую в кроветворение, но создает микросреду, которая усиливает активность клеток, участвующих в формировании кровь, Строма продуцирует факторы роста, содержит клетки, участвующие в метаболизме костей, содержит жировые клетки, а также макрофаги. Макрофаги особенно важны, потому что они участвуют в обмене эритроцитов и обеспечивают железо, необходимое для производства гемоглобина.

Строма ириса

Человеческая радужка начинает формироваться в первом триместре беременности и является одним из немногих внутренних органов тела, которые можно легко наблюдать. Радужная оболочка состоит из пигментированного эпителия вместе с мышцами, необходимыми для сжатия или расширения зрачка. Эти клетки выполняют основную функцию радужной оболочки и поддерживаются сосудистой стромой с высоким содержанием сосудов, рыхлым и прерывистым слоем соединительной ткани, содержащим связки и пигментообразующие клетки. Наличие пигмента экранирует падающий на глаз свет и позволяет лишь некоторым из них проходить через зрачок, образуя изображение на сетчатке. Эта пигментация определяется плотностью и наличием меланина глубоко в строме с коричневым глаза возникающие в результате сильной пигментации, и люди, имеющие синие ирисы, производят очень мало пигмента.

викторина

1. Из чего сделаны граны в хлоропластах?A. Внешние мембраносвязанные белкиB. Стеки внутренних мембранных структурC. хлорофиллD. Все вышеперечисленное

Ответ на вопрос № 1

В верно. Грана состоит из стеков тилакоидов, которые образуются при инвагинациях внутренней мембраны в хлоропластах. В то время как хлорофилл существует как часть фотосистем, использующих световую энергию, грана – это больше, чем просто совокупность пигментов.

2. Что из этого НЕ является функцией стромы хлоропласта?A. Реакция на стрессB. Внутриклеточная сигнализацияC. Высвобождение электронов высоких энергий при взаимодействии с фотонамиD. Все вышеперечисленное

Ответ на вопрос № 2

С верно. Выделение электронов высоких энергий является чисто функцией реакционных центров в тилакоидах. Хотя строма участвует в обеспечении протонов во время цепи переноса электронов, они не участвуют напрямую в высвобождении электронов высокой энергии. Строма была вовлечена как в реакцию на стресс, так и во внутриклеточную передачу сигналов посредством образования пальцевидных выпячиваний.

3. Что из этого НЕ является функцией стромы в тканях животных?A. Структурная поддержкаB. Кислородный транспортC. Секреция факторов ростаD. Ни один из вышеперечисленных

Ответ на вопрос № 3

D верно. Строма в тканях животных поддерживает орган различными способами, включая обеспечение структурной поддержки, транспортировку кислорода через кровеносные сосуды и удаление продуктов метаболизма. Часто они также выделяют цитокины и другие факторы роста. Следовательно, все три варианта являются функциями стромы в тканях животных.

Источник