Բուսական և կենդանական բջիջների հիմնական տարբերություններից մեկը առաջին օրգանելների ցիտոպլազմում առկայությունն է, ինչպիսիք են պլաստիդները: Կառուցվածքը, դրանց կենսական գործընթացների առանձնահատկությունները, ինչպես նաև քլորոպլաստների, քրոմոպլաստների և լեյկոպլաստների նշանակությունը կքննարկվեն այս հոդվածում։
Քլորոպլաստի կառուցվածք
Կանաչ պլաստիդները, որոնց կառուցվածքը մենք այժմ կուսումնասիրենք, պատկանում են բարձրագույն սպորային և սերմացու բույսերի բջիջների պարտադիր օրգանելներին։ Դրանք երկթաղանթով բջջային օրգանելներ են և ունեն օվալաձև տեսք։ Նրանց թիվը ցիտոպլազմայում կարող է տարբեր լինել։ Օրինակ՝ ծխախոտի տերևի սյունաձև պարենխիմայի բջիջները պարունակում են մինչև հազար քլորոպլաստներ, հացահատիկային ընտանիքի բույսերի ցողուններում՝ 30-ից մինչև 50։
։
Օրգանոիդը կազմող երկու թաղանթներն էլ ունեն տարբեր կառուցվածք. արտաքինը հարթ է, եռաշերտ, նման է բուն բույսի բջջի թաղանթին։ Ներքինը պարունակում է բազմաթիվ ծալքեր, որոնք կոչվում են lamellae: Նրանց կից են հարթ պարկերը՝ թիլաոիդներ։ Շերտերը կազմում են ցանցզուգահեռ խողովակներ. Շերտերի միջև կան թիլաոիդ մարմիններ: Նրանք հավաքվում են կույտերի մեջ `հատիկներ, որոնք կարող են կապված լինել միմյանց հետ: Նրանց թիվը մեկ քլորոպլաստում 60–150 է։ Քլորոպլաստի ամբողջ ներքին խոռոչը լցված է մատրիցով։
Օրգանելան ունի ինքնավարության նշաններ՝ իր սեփական ժառանգական նյութը՝ շրջանաձև ԴՆԹ, որի շնորհիվ քլորոպլաստները կարող են բազմանալ։ Կա նաև փակ արտաքին թաղանթ, որը սահմանափակում է օրգանելին բջջի ցիտոպլազմայում տեղի ունեցող գործընթացներից: Քլորոպլաստներն ունեն իրենց սեփական ռիբոսոմները՝ i-RNA և t-RNA մոլեկուլները, ինչը նշանակում է, որ նրանք ունակ են սինթեզելու սպիտակուցներ։
Thylakoid ֆունկցիաներ
Ինչպես արդեն նշվեց, բուսական բջիջների պլաստիդները՝ քլորոպլաստները, պարունակում են հատուկ հարթեցված պարկեր, որոնք կոչվում են թիլաոիդներ: Դրանցում հայտնաբերվել են պիգմենտներ՝ քլորոֆիլներ (ֆոտոսինթեզին մասնակցող) և կարոտինոիդներ (ապահովող և տրոֆիկ ֆունկցիաներ կատարող)։ Գոյություն ունի նաև ֆերմենտային համակարգ, որն ապահովում է ֆոտոսինթեզի լուսային և մութ փուլերի ռեակցիաները։ Թիլաոիդները գործում են որպես ալեհավաքներ. նրանք կենտրոնացնում են լույսի քվանտաները և ուղղում դրանք դեպի քլորոֆիլի մոլեկուլները:
Ֆոտոսինթեզը քլորոպլաստների հիմնական գործընթացն է
Ավտոտրոֆ բջիջներն ունակ են ինքնուրույն սինթեզել օրգանական նյութեր, մասնավորապես գլյուկոզա՝ օգտագործելով ածխաթթու գազ և լույսի էներգիա։ Կանաչ պլաստիդները, որոնց գործառույթները մենք ներկայումս ուսումնասիրում ենք, ֆոտոտրոֆների անբաժանելի մասն են կազմում՝ բազմաբջիջ օրգանիզմներ, ինչպիսիք են՝
- ավելի բարձր սպորային բույսեր (մամուռներ, ձիապոչեր, մամուռներ,պտեր);
- սերմեր (մարմնաբջիջներ՝ գինգա, փշատերևներ, էֆեդրա և անգիոսպերմներ կամ ծաղկող բույսեր):
Ֆոտոսինթեզը ռեդոքսային ռեակցիաների համակարգ է, որը հիմնված է դոնոր նյութերից էլեկտրոնների փոխանցման գործընթացի վրա դրանք «ընդունող» միացություններ, այսպես կոչված, ընդունողներ։
Այս ռեակցիաները հանգեցնում են օրգանական նյութերի, մասնավորապես գլյուկոզայի սինթեզին և մոլեկուլային թթվածնի արտազատմանը։ Ֆոտոսինթեզի լուսային փուլը տեղի է ունենում թիլաոիդ թաղանթների վրա՝ լույսի էներգիայի ազդեցության տակ։ Կլանված լույսի քվանտները գրգռում են մագնեզիումի ատոմների էլեկտրոնները, որոնք կազմում են կանաչ պիգմենտը` քլորոֆիլը:
Էլեկտրոնների էներգիան օգտագործվում է էներգատար նյութերի՝ ATP և NADP-H2 սինթեզի համար։ Դրանք խզվում են բջջի կողմից՝ քլորոպլաստային մատրիցայում տեղի ունեցող մութ փուլային ռեակցիաների համար: Այս սինթետիկ ռեակցիաների համակցությունը հանգեցնում է գլյուկոզայի, ամինաթթուների, գլիցերինի և ճարպաթթուների մոլեկուլների ձևավորմանը, որոնք ծառայում են որպես բջջի շինանյութ և տրոֆիկ նյութ։
Պլաստիդի տեսակներ
Կանաչ պլաստիդները, որոնց կառուցվածքն ու գործառույթները մենք ավելի վաղ քննարկեցինք, հանդիպում են տերևներում, կանաչ ցողուններում և միակ տեսակը չէ: Այսպիսով, մրգերի կեղևում, ծաղկող բույսերի ծաղկաթերթերում, ստորգետնյա ընձյուղների արտաքին ծածկոցներում՝ պալարների և լամպերի, կան այլ պլաստիդներ։ Դրանք կոչվում են քրոմոպլաստներ կամ լեյկոպլաստներ։
Անգույն օրգանելները (լեյկոպլաստները) ունեն տարբեր ձև և տարբերվում են քլորոպլաստներից նրանով, որ նրանքներքին խոռոչը չունի բարակ թիթեղներ՝ լամելաներ, իսկ մատրիցով ընկղմված թիլաոիդների թիվը փոքր է։ Մատրիցն ինքնին պարունակում է դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու, սպիտակուցը սինթեզող օրգանելներ՝ ռիբոսոմներ և պրոտեոլիտիկ ֆերմենտներ, որոնք քայքայում են սպիտակուցներն ու ածխաջրերը։
Լեյկոպլաստներն ունեն նաև ֆերմենտներ՝ սինթետազներ, որոնք մասնակցում են գլյուկոզայից օսլայի մոլեկուլների ձևավորմանը: Արդյունքում, անգույն բուսական բջիջների պլաստիդները կուտակում են պահուստային սննդանյութեր՝ սպիտակուցային հատիկներ և օսլայի հատիկներ։ Այս պլաստիդները, որոնց ֆունկցիան օրգանական նյութեր կուտակելն է, կարող են վերածվել քրոմոպլաստների, օրինակ՝ կաթնագույն հասունության փուլում գտնվող լոլիկի հասունացման ժամանակ։
Բարձր լուծաչափով սկանավորող մանրադիտակի տակ հստակ տեսանելի են բոլոր երեք տեսակի պլաստիդների կառուցվածքի տարբերությունները: Խոսքը, առաջին հերթին, վերաբերում է քլորոպլաստներին, որոնք ունեն ամենաբարդ կառուցվածքը՝ կապված ֆոտոսինթեզի ֆունկցիայի հետ։
Քրոմոպլաստներ՝ գունավոր պլաստիդներ
Կանաչ և անգույն բույսերի բջիջների հետ մեկտեղ կա օրգանելների երրորդ տեսակը, որը կոչվում է քրոմոպլաստ: Նրանք ունեն գույների բազմազանություն՝ դեղին, մանուշակագույն, կարմիր։ Նրանց կառուցվածքը նման է լեյկոպլաստներին՝ ներքին թաղանթն ունի փոքր քանակությամբ լամելաներ և փոքր քանակությամբ թիլաոիդներ։ Քրոմոպլաստները պարունակում են տարբեր գունանյութեր՝ քսանթոֆիլներ, կարոտիններ, կարոտինոիդներ, որոնք օժանդակ ֆոտոսինթետիկ նյութեր են։ Հենց այս պլաստիդներն են ապահովում ճակնդեղի, գազարի, պտղատու ծառերի և հատապտուղների արմատների գույնը։
Ինչպես են դրանք առաջանումև փոխադարձաբար փոխակերպում են պլաստիդները
Լեյկոպլաստները, քրոմոպլաստները, քլորոպլաստները պլաստիդներ են (որոնց կառուցվածքն ու գործառույթները մենք ուսումնասիրում ենք), որոնք ունեն ընդհանուր ծագում։ Մերիստեմատիկ (դաստիարակչական) հյուսվածքների ածանցյալներ են, որոնցից առաջանում են պրոտոպլաստիդներ՝ մինչև 1 միկրոն չափի երկթաղանթ պարկաձեւ օրգանելներ։ Լույսի ներքո դրանք բարդացնում են իրենց կառուցվածքը՝ առաջանում է լամելա պարունակող ներքին թաղանթ, և սինթեզվում է կանաչ պիգմենտը քլորոֆիլը։ Պրոտոպլաստները դառնում են քլորոպլաստներ։ Լեյկոպլաստները կարող են նաև լուսային էներգիայի միջոցով վերածվել կանաչ պլաստիդների, այնուհետև՝ քրոմոպլաստների։ Պլաստիդի ձևափոխումը տարածված երևույթ է բույսերի աշխարհում։
Քրոմատոֆորները որպես քլորոպլաստների պրեկուրսորներ
Պրոկարիոտ ֆոտոտրոֆ օրգանիզմներ՝ կանաչ և մանուշակագույն բակտերիաներ, ֆոտոսինթեզի գործընթացն իրականացնում են բակտերիոքլորոֆիլ A-ի օգնությամբ, որի մոլեկուլները տեղակայված են ցիտոպլազմային թաղանթի ներքին ելքերի վրա։ Մանրէաբանները բակտերիալ քրոմատոֆորները համարում են պլաստիդների պրեկուրսորներ։
Դա հաստատվում է քլորոպլաստներին դրանց նման կառուցվածքով, այն է՝ ռեակցիայի կենտրոնների և լույսը փակող համակարգերի առկայությունը, ինչպես նաև ֆոտոսինթեզի ընդհանուր արդյունքները, որոնք հանգեցնում են օրգանական միացությունների առաջացմանը: Պետք է նշել, որ ստորին բույսերը՝ կանաչ ջրիմուռները, ինչպես պրոկարիոտները, չունեն պլաստիդներ։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ քլորոֆիլ պարունակող գոյացությունները՝ քրոմատոֆորները, ստանձնել են իրենց ֆունկցիան՝ ֆոտոսինթեզը։
Ինչպես են առաջացել քլորոպլաստները
Բազմաթիվ վարկածների շարքումպլաստիդների ծագումը, անդրադառնանք սիմբիոգենեզին: Նրա պատկերացումների համաձայն՝ պլաստիդները բջիջներ են (քլորոպլաստներ), որոնք առաջացել են արխեյան դարաշրջանում՝ ֆոտոտրոֆ բակտերիաների առաջնային հետերոտրոֆ բջիջ ներթափանցելու արդյունքում։ Հենց նրանք էլ հետագայում հանգեցրին կանաչ պլաստիդների առաջացմանը։
Այս հոդվածում մենք ուսումնասիրեցինք բույսի բջջի երկթաղանթային օրգանելների՝ լեյկոպլաստների, քլորոպլաստների և քրոմոպլաստների կառուցվածքն ու գործառույթները: Եվ նաև պարզել են դրանց նշանակությունը բջջային կյանքում։
