O'simlik dunyosi sayyoramizning asosiy boyliklaridan biridir. Erdagi flora tufayli biz hammamiz nafas olayotgan kislorod bor, barcha tirik mavjudotlar bog'liq bo'lgan ulkan oziq-ovqat bazasi mavjud. O‘simliklar noorganik kimyoviy birikmalarni organik moddalarga aylantira olishi bilan noyobdir.
Ular buni fotosintez orqali amalga oshiradilar. Bu eng muhim jarayon o'simlikning o'ziga xos organellalarida, xloroplastlarda sodir bo'ladi. Bu eng kichik element aslida sayyoradagi barcha hayot mavjudligini ta'minlaydi. Aytgancha, xloroplast nima?
Asosiy ta'rif
Bu fotosintez jarayonlari sodir boʻladigan, karbonat angidridni bogʻlash va maʼlum uglevodlar hosil boʻlishiga qaratilgan oʻziga xos tuzilmalarning nomi. Qo'shimcha mahsulot kisloroddir. Bular cho'zilgan organellalar bo'lib, kengligi 2-4 mikronga etadi, ularning uzunligi 5-10 mikronga etadi. Yashil suv o'tlarining ayrim turlarida ba'zan uzunligi 50 mikron bo'lgan ulkan xloroplastlar mavjud!
Bir xil suv o'tlari bo'lishi mumkinyana bir xususiyat: butun hujayra uchun ular ushbu turdagi faqat bitta organellaga ega. Yuqori o'simliklarning hujayralarida ko'pincha 10-30 xloroplastlar mavjud. Biroq, ularning holatlarida ajoyib istisnolar bo'lishi mumkin. Shunday qilib, oddiy shag'alning palizad to'qimalarida har bir hujayrada 1000 ta xloroplast mavjud. Bu xloroplastlar nima uchun? Fotosintez ularning asosiy, ammo yagona rolidan uzoqdir. Ularning o'simlik hayotidagi ahamiyatini aniq tushunish uchun ularning kelib chiqishi va rivojlanishining ko'p jihatlarini bilish muhimdir. Bularning barchasi maqolaning qolgan qismida tasvirlangan.
Xloroplastning kelib chiqishi
Xloroplast nima ekanligini bilib oldik. Bu organellalar qayerdan kelgan? Qanday qilib o'simliklar karbonat angidrid va suvni murakkab organik birikmalarga aylantiradigan noyob qurilmani ishlab chiqdi?
Hozirgi vaqtda olimlar orasida ushbu organoidlarning endosimbiotik kelib chiqishi nuqtai nazari ustunlik qiladi, chunki ularning o'simlik hujayralarida mustaqil ravishda paydo bo'lishi juda shubhali. Ma'lumki, liken suv o'tlari va qo'ziqorinlarning simbiozidir. Bir hujayrali suv o'tlari qo'ziqorin hujayrasida yashaydi. Hozir olimlarning fikriga ko'ra, qadim zamonlarda fotosintetik siyanobakteriyalar o'simlik hujayralariga kirib, keyin qisman "mustaqilligini" yo'qotib, genomning katta qismini yadroga o'tkazgan.
Lekin yangi organoid o'zining asosiy xususiyatini to'liq saqlab qoldi. Bu faqat fotosintez jarayoni haqida. Biroq, bu jarayonni amalga oshirish uchun zarur bo'lgan apparatning o'zi ostida shakllanadihujayra yadrosini ham, xloroplastni ham nazorat qiladi. Shunday qilib, bu organellalarning bo'linishi va genetik ma'lumotni DNKga amalga oshirish bilan bog'liq boshqa jarayonlar yadro tomonidan boshqariladi.
Dalillar
Nisbatan yaqinda bu elementlarning prokaryotik kelib chiqishi haqidagi gipoteza ilmiy hamjamiyatda unchalik mashhur boʻlmagan, koʻpchilik buni “havaskorlar ixtirosi” deb hisoblashgan. Ammo xloroplastlarning DNKsidagi nukleotidlar ketma-ketligini chuqur tahlil qilgandan so'ng, bu taxmin ajoyib tarzda tasdiqlandi. Ma'lum bo'lishicha, bu tuzilmalar bakteriya hujayralarining DNKsiga juda o'xshash, hatto bog'liqdir. Shunday qilib, xuddi shunday ketma-ketlik erkin yashovchi siyanobakteriyalarda topilgan. Xususan, ATP sintez qiluvchi kompleks genlari, shuningdek, transkripsiya va tarjima “mashinalari”da nihoyatda oʻxshash boʻlib chiqdi.
DNKdan genetik ma'lumotni o'qish boshlanishini belgilovchi promotorlar, shuningdek, uning tugashi uchun mas'ul bo'lgan terminal nukleotidlar ketma-ketligi ham bakteriallarning tasviri va o'xshashligida tashkil etilgan. Albatta, milliardlab yillik evolyutsion o'zgarishlar xloroplastda ko'plab o'zgarishlarni amalga oshirishi mumkin edi, ammo xloroplast genlaridagi ketma-ketliklar mutlaqo bir xil bo'lib qoldi. Va bu xloroplastlarning bir vaqtlar prokaryotik ajdodlari bo'lganligining inkor etilmaydigan to'liq dalilidir. Bu zamonaviy siyanobakteriyalar ham paydo bo'lgan organizm bo'lishi mumkin.
Proplastidlardan xloroplast rivojlanishi
"Kattalar" organoidi proplastidlardan rivojlanadi. Bu kichik, butunlay rangsizbir necha mikron bo'lgan organella. U xloroplastga xos dumaloq DNKni o'z ichiga olgan zich ikki qavatli membrana bilan o'ralgan. Organoidlarning bu "ajdodlari" ichki membrana tizimiga ega emas. Hajmi juda kichik bo'lgani uchun ularni o'rganish juda qiyin va shuning uchun ularning rivojlanishi haqida juda kam ma'lumotlar mavjud.
Ma'lumki, bu protoplastidlarning bir nechtasi hayvonlar va o'simliklarning har bir tuxum hujayrasi yadrosida mavjud. Embrionning rivojlanishi jarayonida ular bo'linadi va boshqa hujayralarga o'tkaziladi. Buni tekshirish oson: plastidlar bilan qandaydir bog‘liq bo‘lgan genetik belgilar faqat onalik orqali uzatiladi.
Protoplastidning ichki membranasi rivojlanish jarayonida organoidga chiqib turadi. Ushbu tuzilmalardan organoid stromasining granulalari va lamellari shakllanishi uchun mas'ul bo'lgan tilakoid membranalar o'sadi. To'liq zulmatda protopastid xloroplastning (etioplast) kashshofiga aylana boshlaydi. Ushbu birlamchi organoid uning ichida ancha murakkab kristalli strukturaning joylashganligi bilan ajralib turadi. O'simlikning bargiga yorug'lik tushishi bilan u butunlay yo'q qilinadi. Shundan so'ng, xloroplastning "an'anaviy" ichki tuzilishi hosil bo'ladi, u faqat tilakoidlar va lamellar tomonidan hosil bo'ladi.
Kraxmal saqlash korxonalaridagi farqlar
Har bir meristema xujayrasi ushbu proplastidlarning bir nechtasini o'z ichiga oladi (ularning soni o'simlik turiga va boshqa omillarga qarab o'zgaradi). Ushbu birlamchi to'qima bargga aylana boshlaganda, oldingi organellalar xloroplastlarga aylanadi. Shunday qilib,o'sishini tugatgan yosh bug'doy barglari 100-150 dona miqdorida xloroplastlarga ega. Kraxmal to'plash qobiliyatiga ega o'simliklar uchun vaziyat biroz murakkabroq.
Ular bu uglevodni amiloplastlar deb ataladigan plastidlarda saqlaydi. Ammo bu organellalarning bizning maqolamiz mavzusiga qanday aloqasi bor? Axir, kartoshka ildizlari fotosintezda ishtirok etmaydi! Keling, bu masalani batafsilroq oydinlashtirib beraman.
Biz xloroplast nima ekanligini bilib oldik, bu organoidning prokaryotik organizmlar tuzilmalari bilan aloqasini ochib berdik. Bu erda ham vaziyat o'xshash: olimlar uzoq vaqtdan beri amiloplastlar, xuddi xloroplastlar kabi, aynan bir xil DNKni o'z ichiga oladi va aynan bir xil protoplastidlardan hosil bo'ladi. Shuning uchun ularni bir xil nuqtai nazardan ko'rib chiqish kerak. Aslida, amiloplastlar xloroplastning maxsus turi sifatida ko'rib chiqilishi kerak.
Amiloplastlar qanday hosil boʻladi?
Protoplastidlar va ildiz hujayralari oʻrtasida oʻxshashlik keltirish mumkin. Oddiy qilib aytganda, amiloplastlar bir nuqtadan biroz boshqacha yo'l bo'ylab rivojlana boshlaydi. Biroq, olimlar qiziq bir narsani bilib oldilar: ular kartoshka barglaridan xloroplastlarning amiloplastlarga (va aksincha) o'zaro o'zgarishiga erishdilar. Har bir maktab o'quvchisiga ma'lum bo'lgan kanonik misol shundaki, kartoshka ildizlari yorug'likda yashil rangga aylanadi.
Ushbu organellalarni differensiatsiya qilish usullari haqida boshqa ma'lumotlar
Biz bilamizki, pomidor, olma va boshqa ba'zi o'simliklarning mevalari pishishi jarayonida (kuzda esa daraxtlar, o'tlar va butalar barglarida)"degradatsiya", o'simlik hujayrasidagi xloroplastlar xromoplastlarga aylanganda. Bu organellalarda rang beruvchi pigmentlar, karotinoidlar mavjud.
Bu transformatsiya ma'lum sharoitlarda tilakoidlarning to'liq nobud bo'lishi, shundan so'ng organella boshqa ichki tashkilotga ega bo'lishi bilan bog'liq. Bu erda biz yana maqolaning boshida muhokama qila boshlagan masalaga qaytamiz: yadroning xloroplastlarning rivojlanishiga ta'siri. Aynan hujayralar sitoplazmasida sintezlanadigan maxsus oqsillar orqali organoidni qayta qurish jarayoni boshlanadi.
Xloroplast tuzilishi
Xloroplastlarning kelib chiqishi va rivojlanishi haqida gapirar ekanmiz, ularning tuzilishi haqida batafsilroq toʻxtalamiz. Bundan tashqari, u juda qiziqarli va alohida muhokamaga loyiq.
Xloroplastlarning asosiy tuzilishi ichki va tashqi ikkita lipoprotein membranadan iborat. Har birining qalinligi taxminan 7 nm, ular orasidagi masofa 20-30 nm. Boshqa plastidlarda bo'lgani kabi, ichki qatlam organoidga chiqadigan maxsus tuzilmalarni hosil qiladi. Yetuk xloroplastlarda bir vaqtning o'zida ikkita turdagi bunday "burma" membranalar mavjud. Birinchisi stromal lamellarni, ikkinchisi tilakoid membranalarni hosil qiladi.
Lamella va tilakoidlar
Shuni ta'kidlash kerakki, xloroplast membranasi organoid ichida joylashgan shunga o'xshash shakllanishlar bilan aniq bog'liqlik bor. Gap shundaki, uning ba'zi burmalari bir devordan ikkinchisiga cho'zilishi mumkin (mitoxondriyadagi kabi). Shunday qilib, lamellar bir xil "sumka" yoki tarvaqaylab qolishi mumkintarmoq. Biroq, ko'pincha bu tuzilmalar bir-biriga parallel joylashgan va hech qanday tarzda bog'lanmagan.
Xloroplast ichida membrana tilakoidlari ham borligini unutmang. Bular stekga joylashtirilgan yopiq "sumkalar". Oldingi holatda bo'lgani kabi, bo'shliqning ikki devori o'rtasida 20-30 nm masofa mavjud. Ushbu "sumkalar" ning ustunlari donalar deb ataladi. Har bir ustunda 50 tagacha tilakoid bo'lishi mumkin, ba'zi hollarda esa undan ham ko'proq. Bunday steklarning umumiy "o'lchamlari" 0,5 mikronga yetishi mumkinligi sababli ularni ba'zan oddiy yorug'lik mikroskopi yordamida aniqlash mumkin.
Yuksak o’simliklarning xloroplastlari tarkibidagi donalarning umumiy soni 40-60 tagacha yetishi mumkin. Har bir tilakoid bir-biriga shunchalik qattiq yopishadiki, ularning tashqi membranalari bitta tekislikni hosil qiladi. Birlashmadagi qatlam qalinligi 2 nm gacha bo'lishi mumkin. E'tibor bering, qo'shni tilakoidlar va lamellar tomonidan hosil bo'lgan bunday tuzilmalar kamdan-kam uchraydi.
Ularning aloqa qilish joylarida ham qatlam mavjud bo'lib, ba'zan bir xil 2 nm ga etadi. Shunday qilib, xloroplastlar (ularning tuzilishi va funktsiyalari juda murakkab) yagona monolit tuzilma emas, balki o'ziga xos "davlat ichidagi holat" dir. Ba'zi jihatlarga ko'ra, bu organellalarning tuzilishi butun hujayra tuzilishidan kam emas!
Granalar lamellar yordamida aniq bir-biriga bog'langan. Ammo steklarni hosil qiluvchi tilakoidlarning bo'shliqlari doimo yopiq bo'lib, intermembran bilan hech qanday aloqa qilmaydi.bo'sh joy. Ko'rib turganingizdek, xloroplastlarning tuzilishi ancha murakkab.
Xloroplastlarda qanday pigmentlarni topish mumkin?
Har bir xloroplast stromasida nimalar bo'lishi mumkin? Alohida DNK molekulalari va ko'plab ribosomalar mavjud. Amiloplastlarda kraxmal donalari aynan stromada to'planadi. Shunga ko'ra, xromoplastlarda rang beruvchi pigmentlar mavjud. Albatta, turli xil xloroplast pigmentlari mavjud, ammo eng keng tarqalgani xlorofilldir. U bir vaqtning o'zida bir nechta turlarga bo'linadi:
- A guruhi (koʻk-yashil). U 70% hollarda uchraydi, barcha yuqori o'simliklar va suv o'tlarining xloroplastlarida mavjud.
- B guruhi (sariq-yashil). Qolgan 30% oʻsimliklar va suvoʻtlarning yuqori turlarida ham uchraydi.
- C, D va E guruhlari juda kam uchraydi. Quyi suv oʻtlari va oʻsimliklarning ayrim turlarining xloroplastlarida uchraydi.
Qizil va jigarrang dengiz oʻtlarining xloroplastlarida mutlaqo boshqa turdagi organik boʻyoqlar boʻlishi odatiy hol emas. Ba'zi suv o'tlari odatda deyarli barcha mavjud xloroplast pigmentlarini o'z ichiga oladi.
Xloroplast funktsiyalari
Albatta, ularning asosiy vazifasi yorug'lik energiyasini organik komponentlarga aylantirishdir. Fotosintezning o'zi xlorofillning bevosita ishtirokida donalarda sodir bo'ladi. U quyosh nuri energiyasini o'zlashtiradi va uni qo'zg'atilgan elektronlar energiyasiga aylantiradi. Ikkinchisi o'zining ortiqcha ta'minotiga ega bo'lib, suvning parchalanishi va ATP sintezi uchun ishlatiladigan ortiqcha energiyani chiqaradi. Suv parchalanganda kislorod va vodorod hosil bo'ladi. Birinchisi, yuqorida yozganimizdek, qo'shimcha mahsulot bo'lib, atrofdagi kosmosga chiqariladi va vodorod maxsus oqsil - ferredoksin bilan bog'lanadi.
U yana oksidlanib, vodorodni qaytaruvchi moddaga oʻtkazadi, biokimyoda u NADP deb qisqartiriladi. Shunga ko'ra, uning qisqartirilgan shakli NADP-H2 dir. Oddiy qilib aytganda, fotosintez natijasida quyidagi moddalar hosil bo'ladi: ATP, NADP-H2 va kislorod ko'rinishidagi qo'shimcha mahsulot.
ATPning energiya roli
Hosil boʻlgan ATP juda muhim, chunki u hujayraning turli ehtiyojlari uchun ketadigan energiyaning asosiy "akkumulyatori" hisoblanadi. NADP-H2 tarkibida qaytaruvchi vosita - vodorod mavjud bo'lib, bu birikma kerak bo'lganda uni osonlikcha berishi mumkin. Oddiy qilib aytganda, u samarali kimyoviy qaytaruvchi vositadir: fotosintez jarayonida ko'plab reaktsiyalar sodir bo'ladi, ularsiz oddiygina davom eta olmaydi.
Keyin, xloroplast fermentlari zulmatda va grandan tashqarida harakat qiladi: qaytaruvchi vodorod va ATP energiyasi bir qator organik moddalar sintezini boshlash uchun xloroplast tomonidan ishlatiladi.. Fotosintez yaxshi yorug'lik sharoitida sodir bo'lganligi sababli, to'plangan birikmalar kunning qorong'u vaqtida o'simliklarning ehtiyojlari uchun ishlatiladi.
Toʻgʻri sezishingiz mumkinki, bu jarayon baʼzi jihatlari bilan nafas olishga shubhali oʻxshaydi. Fotosintez undan qanday farq qiladi? Jadval bu muammoni tushunishingizga yordam beradi.
| Taqqoslash elementlari | Fotosintez | Nafas olish |
| Bu sodir boʻlganda | Faqat kunduzi, quyosh nurida | Istalgan vaqtda |
| Qayerdan oqadi | Xlorofilli hujayralar | Barcha tirik hujayralar |
| Kislorod | Ajratish | Soʻrilish |
| CO2 | Soʻrilish | Ajratish |
| Organik moddalar | Sintez, qisman boʻlinish | Faqat ajratilgan |
| Energiya | Yutish | Ajoyib |
Fotosintez nafas olishdan shunday farq qiladi. Jadvalda ularning asosiy farqlari aniq ko'rsatilgan.
Ba'zi "paradokslar"
Keyingi reaktsiyalarning aksariyati aynan shu yerda, xloroplast stromasida sodir bo'ladi. Sintezlangan moddalarning keyingi yo'li boshqacha. Shunday qilib, oddiy shakar darhol organoiddan tashqariga chiqib, hujayraning boshqa qismlarida polisaxaridlar, birinchi navbatda kraxmal shaklida to'planadi. Xloroplastlarda yog'larning cho'kishi va ularning prekursorlarining dastlabki to'planishi sodir bo'ladi, keyin ular hujayraning boshqa joylariga chiqariladi.
Barcha termoyadroviy reaksiyalar juda katta energiya talab qilishini aniq tushunish kerak. Uning yagona manbai bir xil fotosintezdir. Bu juda ko'p energiya talab qiladigan jarayon bo'lib, uni olish kerak,oldingi sintez natijasida hosil bo'lgan moddalarni yo'q qilish! Shunday qilib, uning jarayonida olingan energiyaning katta qismi o'simlik hujayrasining o'zida ko'plab kimyoviy reaktsiyalarni amalga oshirishga sarflanadi.
Uning faqat bir qismi oʻsimlik oʻzining oʻsishi va rivojlanishi uchun oladigan yoki yogʻlar yoki uglevodlar shaklida toʻplangan organik moddalarni bevosita olish uchun ishlatiladi.
Xloroplastlar statikmi?
Hujayra organellalari, shu jumladan xloroplastlar (ularning tuzilishi va funktsiyalarini biz batafsil bayon qilganmiz) qat'iy bir joyda joylashganligi odatda qabul qilinadi. Bu unday emas. Xloroplastlar hujayra atrofida harakatlanishi mumkin. Shunday qilib, kam yorug'likda ular hujayraning eng yoritilgan tomoniga yaqin joyni egallashga moyildirlar, o'rta va past yorug'lik sharoitida ular eng ko'p quyosh nurini "tutib olish" uchun ba'zi oraliq pozitsiyalarni tanlashlari mumkin. Bu hodisa "fototaksis" deb ataladi.
Mitoxondriyalar singari, xloroplastlar ham avtonom organellalardir. Ularning o'z ribosomalari bor, ular faqat o'zlari foydalanadigan bir qator juda o'ziga xos oqsillarni sintez qiladilar. Hatto o'ziga xos ferment komplekslari mavjud bo'lib, ularning ishi davomida lamel qobiqlarini qurish uchun zarur bo'lgan maxsus lipidlar ishlab chiqariladi. Biz allaqachon bu organellalarning prokaryotik kelib chiqishi haqida gapirgan edik, ammo shuni qo'shimcha qilish kerakki, ba'zi olimlar xloroplastlarni dastlab simbiontlarga aylangan, keyin esa butunlay parazit organizmlarning qadimgi avlodlari deb bilishadi.hujayraning ajralmas qismiga aylandi.
Xloroplastlarning ahamiyati
O'simliklar uchun bu aniq - bu o'simlik hujayralari tomonidan ishlatiladigan energiya va moddalarning sintezi. Ammo fotosintez organik moddalarning sayyoralar miqyosida doimiy to'planishini ta'minlaydigan jarayondir. Karbonat angidrid, suv va quyosh nurlaridan xloroplastlar juda ko'p miqdordagi murakkab yuqori molekulyar birikmalarni sintez qilishlari mumkin. Bu qobiliyat faqat ularga xosdir va inson hali ham sun'iy sharoitda bu jarayonni takrorlashdan yiroq.
Sayyoramiz yuzasidagi barcha biomassa o'zining mavjudligi uchun o'simlik hujayralarining chuqurligida joylashgan ushbu eng kichik organellalarga qarzdor. Ularsiz, ular tomonidan amalga oshirilgan fotosintez jarayonisiz, Yerda uning zamonaviy ko'rinishlarida hayot bo'lmaydi.
Umid qilamizki, siz ushbu maqoladan xloroplast nima ekanligini va uning o'simlik organizmidagi rolini bilib oldingiz.
