Внутренние мембранные структуры хлоропластов: Внутренние мембранные структуры хлоропластов называются, тилакоиды гран

строение и функции в процессе фотосинтеза — Природа Мира

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

Схема строения хлоропласт

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:

• Мембрана – содержит внутренние и внешние липидные двухслойные оболочки, которые выступают в качестве защитных покрытий и сохраняют замкнутые структуры хлоропластов. Внутренняя мембрана отделяет строму от межмембранного пространства и регулирует прохождение молекул в/из хлоропласта.
• Межмембранное пространство – пространство между внешней и внутренней мембранами.
• Тилакоидная система – внутренняя система мембран, состоящая из сплющенных мешкообразных мембранных структур, называемых тилакоидами, которые служат местами преобразования энергии света в химическую энергию.
• Тилакоид с просветом (люменом) – отсек в каждом тилакоиде.
• Грана – плотные слоистые стопки тилакоидных мешков (10-20), которые служат местами преобразования энергии света в химическую энергию.
• Строма – плотная жидкость внутри хлоропласта, содержащая внутри оболочки, но вне тилакоидной мембраны. Здесь происходит конверсия углекислого газа в углеводы (сахара).
• Хлорофилл – зеленый фотосинтетический пигмент в хлоропласт-гране, поглощающий световую энергию.

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.

Гугломаг

Спрашивай! Не стесняйся!

Задать вопрос

Не все нашли? Используйте поиск по сайту

Search for:

Урок на тему «Метаболизм клетки.

Пластический обмен в клетке»

Задачи:

I. Образовательные:

• обобщить знание учащихся о строении, химическом составе клетки, закрепить знание и умение по решению задач по молекулярной биологии;
• продолжить формирование понятия о метаболизме клетки;
• систематизировать, обобщить знание о биосинтезе белка и фотосинтезе в клетке как о наиболее важных процессах в метаболизме клетки;
• расширить знания о значении этих процессов.

II. Воспитательные:

• воспитывать бережное отношение к природе, осознать роль зеленых растений в жизни на Земле;
• воспитывать сознательное отношение к здоровому образу жизни, вникнуть в самую сущность жизни человека.

III. Развивающие:

• развитие познавательного интереса к теме;
• развитие интеллектуальных способностей обучаемых;
• развитие предметных и общеучебных умений и навыков;
• развитие навыков самообразования.

Оборудование: Таблицы, мультимедиа динамическое пособие “Биосинтез белка”, раздаточный материал – задачи.

Ход урока

I. Объявление темы урока учителем.

II. Целевая установка учителя.

III. Повторение строения клетки. (устное выполнение теста № 1).

Тест № 1. Исходя из определений впишите соответствующие термины.

1. Синтез белков происходит на …
2. Система мембран, разделяющих клетку на отдельные отсеки, в которых протекают реакции обмена веществ, называется…
3. Внутренние мембранные структуры хлоропластов называются …
4. Структуры, обеспечивающие движение клеток…
5. Стопки мембранных цилиндров, пузырьков, в которые упаковываются синтезированные в клетке вещества…
6. Клеточная структура, содержащая генетический материал в форме ДНК, — …
7. Регуляция поступления веществ в клетку осуществляется с помощью…
8. Двумембранные органеллы клетки, в которых идет запасание энергии в виде молекул АТФ, — …
9. Одномембранные структуры с продуктами обмена, характерные для растительных клеток…
10. Органеллы клетки, в которых осуществляется синтез сахара, — …
11. Пористая структура из целлюлозы, придающая клетке прочность и постоянную форму — …
12. Одномембранные структуры с гидролитическими ферментами, осуществляющими автолиз, — …
13. Складки мембраны метахондрий, увеличивающие общую площадь поверхности, — …
14. Основное вещество клетки, в котором находятся все органеллы, — …
15. Полые цилиндры, состоящие из микротрубочек и участвующие в делении клетки, — …

Учитель задает дополнительные вопросы.

IV. Повторение химического состава клетки (устное выполнение теста № 2, разбор отдельных вопросов с комментарием).

Тест № 2. Химический состав клетки.

Выберите правильные ответы на каждую предложенную информацию.

1. К макроэлементам биогенам относятся:

а) C, H, O, S, Cl, Mg
б) H, O, C, N, S, P
в) H, O, C, Fe, K, I

2. Вода обладает способностью растворять вещества, потому что:

а) ее молекулы полярны
б) атомы в ее молекуле соединены ионной связью
в) между ее молекулами образуются водородные связи

3. Ионы К⁺ поступают через мембрану внутрь клетки:

а) диффузией
б) осмосом
в) активным транспортом

4. Фосфор входит в состав:

а) липидов
б) белков
в) углеводов

5. Мономерами нуклеиновых кислот являются:

а) азотистые основания
б) рибоза или дезоксирибоза
в) нуклеотид

6. Вторичная структура белка поддерживается:

а) пептидными связями
б) водородными связями
в) дисульфидными ковалентными связями

7. Из аминокислотных остатков построены молекулы:

а) углеводов
б) белков
в) липидов

8. Наиболее энергоемкими являются:

а) жиры
б) нуклеиновые кислоты
в) белки

9. Для ДНК характерны следующие азотистые основания:

а) аденин, гуанин, цитозин, урацил
б) аденин, цитозин, тимин, урацил
в) аденин, гуанин, цитозин, тимин

10. К полимерам относятся:

а) крахмал, белок, целлюлоза
б) белок, гликоген, жир

в) целлюлоза, сахароза, крахмал

11. Гормональную функцию могут выполнять:

а) только белки
б) белки и липиды
в) белки, липиды и углеводы

12. Состав ДНК от РНК отличается содержанием:

а) сахара
б) азотистых оснований
в) сахара и азотистых оснований

13. Аминокислоты в молекуле белка соединены посредством:

а) ионной связи
б) пептидной связи
в) водородной связи

14. Клеточная мембрана построена из:

а) фосфолипидов и белков
б) жиров и белков
в) углеводов и липидов

15. Ферменты – это биокатализаторы, состоящие из:

а) белков
б) липидов
в) нуклеотидов.

V. Повторение механизма матричного биосинтеза белка (устный ответ у доски, заполнение таблицы № 1).

Таблица № 1. Вещества и структуры клетки, участвующие в синтезе белковой молекулы.

Вещества и структуры	Функции
1. ДНК	Содержат информацию о структуре белка. Служит матрицей для синтеза и — РНК.
2. и — РНК	Переносит информацию о последовательности аминокислот в белке с ДНК к месту синтеза белка. Служит матрицей для синтеза молекул белка.
3. т — РНК	Доставляет аминокислоты в функциональный центр рибосомы.
4. Рибосома	Осуществляет сборку белковой молекулы.
5. Ферменты	Катализируют процессы построения молекулы и – РНК по матрице ДНК, сборки полипептидной цепочки из аминокислот
6. Аминокислоты	Служат строительным материалом при построении белковой молекулы.
7. АТФ	Обеспечивают биосинтезбелка необходимой энергией.

VI. Обобщение учителя: “Мы все наследники ДНК”, напомнить обучаемым о доктрине ЗОЖ в республике Саха (Якутия).

VII. Повторение механизма фотосинтеза используя и демонстрируя медиакадры по следующему плану:

1. Условия фотосинтеза
2. Механизм световой фазы
3. Механизм темновой фазы
4. Значение фотосинтеза (запись в тетради обучаемых):

1. Создаваемые растением органические вещества и кислород в целом обеспечивают существование всего живого на Земле.
2. Фотосинтез препятствует увеличению концентрации CO₂ в атмосфере, предотвращая перегрев Земли (парниковый эффект).
3. Созданное им атмосфера (озоновый слой) защищает живое от губительного УФ – излучения (кислородно-озоновый экран атмосферы).
4. Растения вовлекают в кругооборот миллиарды тонн азота, фосфора, серы, магния, кальция, калия.

VIII. Решение задач по молекулярной биологии для закрепления знаний.

Задача 1.

Смысловая нить ДНК соответствующая гену вазопрессина (гормона гипофиза, повышающего кровяное давление), содержит следующую последовательность нуклеотидов: АЦААТААААЦТТЦТААЦАГГАГЦАЦЦА

Определите:

1. Последовательность нуклеотидов во второй нити ДНК;

2. Последовательность нуклеотидов в и-РНК, соответствующей гену вазопрессина

3. число аминокислот, входящих в состав вазопрессина.

Решение: кДНК: АЦА-АТА-ААА-ЦТТ-ЦТА-АЦА-ГГА-ГЦА-ЦЦА

нк ДНК: ТГТ- ТАТ-ТТТ- ГАА-ГАТ-ТГТ- ЦЦТ- ЦГТ-ГГТ

и РНК: УГУ- УАУ-УУУ-ГАА-ГАУ-УГУ-ЦЦУ-ЦГУ-ГГУ

пептид: цис – тир – фен – глу – АСП – цис – про – арг – гли

Задача № 2.

Укажите изменения в строении пептида, если в кодирующей цепи ДНК (ГТА-ГЦТ-ААА-ГГГ) гуанин из положения 1 перешел в 8 положение.

Решение: к ДНК:ГТА-ГЦТ-ААА-ГГГ, после мутации к- ДНК имеет вид:

ТАГ-ЦТА-АГА-ГГГ

и-РНК: ЦАУ-ЦГА-УУУ-ЦЦЦ

пептид I: гис – арг – фен — про

и-РНК: АУЦ-ГАУ-УЦУ-ЦЦЦ

пептид II: еле – асп –сер –про

Ответ: вместо гис – иле, арг – асп, фен — сер

IX. Домашнее задание. Подготовиться к зачету по темам: “Биосинтез белка” и “Фотосинтез”.

Х. Комментарий оценок

Хлоропласты и другие пластиды — Клетка

Хлоропласты, органеллы, ответственные за фотосинтез, во многом похожи на митохондрии. И хлоропласты, и митохондрии функционируют для выработки метаболической энергии, вырабатываемой эндосимбиозом, содержат свои собственные генетические системы и воспроизводятся путем деления. Однако хлоропласты крупнее и сложнее, чем митохондрии, и помимо образования АТФ они выполняют несколько важных задач. Самое главное, хлоропласты ответственны за фотосинтетическую конверсию CO ₂ к углеводам. Кроме того, хлоропласты синтезируют аминокислоты, жирные кислоты и липидные компоненты собственных мембран. Восстановление нитрита (NO ₂ ^— ) до аммиака (NH ₃ ), важная стадия включения азота в органические соединения, также происходит в хлоропластах. Более того, хлоропласты являются лишь одним из нескольких типов родственных органелл (пластид), играющих разнообразные роли в растительных клетках.

Структура и функция хлоропластов

Хлоропласты растений представляют собой крупные органеллы (длиной от 5 до 10 мкм), которые, как и митохондрии, ограничены двойной мембраной, называемой оболочкой хлоропласта (). В дополнение к внутренней и внешней мембранам оболочки хлоропласты имеют третью внутреннюю мембранную систему, называемую тилакоидной мембраной. Мембрана тилакоидов образует сеть уплощенных дисков, называемых тилакоидами, которые часто располагаются стопками, называемыми гранами.

Из-за этой трехмембранной структуры внутренняя организация хлоропластов более сложна, чем у митохондрий. В частности, их три мембраны делят хлоропласты на три различных внутренних компартмента: (1) межмембранное пространство между двумя мембранами оболочки хлоропласта; (2) строма , которая лежит внутри оболочки, но снаружи тилакоидной мембраны; и (3) просвет тилакоидов.

Рисунок 10.13

Строение хлоропласта. В дополнение к внутренней и внешней мембранам оболочки хлоропласты содержат третью внутреннюю мембранную систему: тилакоидную мембрану. Эти мембраны делят хлоропласты на три внутренних отсека. (Электронная микрофотография (подробнее…)

Несмотря на эту большую сложность, мембраны хлоропластов имеют явное функциональное сходство с мембранами митохондрий — как и ожидалось, учитывая роль обеих органелл в хемиосмотическом образовании АТФ. оболочка хлоропластов, как и оболочка митохондрий, содержит порины и поэтому свободно проницаема для небольших молекул, в то время как внутренняя мембрана непроницаема для ионов и метаболитов, поэтому они могут проникать в хлоропласты только через специфические мембранные транспортеры. и наружные мембраны оболочки хлоропласта сходны с внутренней и наружной мембранами митохондрий: в обоих случаях внутренняя мембрана ограничивает прохождение молекул между цитозолем и внутренней частью органеллы Строма хлоропласта также по функциям эквивалентна митохондриальной матрикс: Он содержит генетическую систему хлоропластов и множество метаболических ферментов, в том числе ответственных за критическое превращение CO ₂ к углеводам при фотосинтезе.

Основное различие между хлоропластами и митохондриями с точки зрения как структуры, так и функции заключается в тилакоидной мембране. Эта мембрана имеет центральное значение в хлоропластах, где она выполняет роль внутренней митохондриальной мембраны в транспорте электронов и хемиосмотическом образовании АТФ (10). Внутренняя мембрана оболочки хлоропластов (не свернутая в кристы) не участвует в фотосинтезе. Вместо этого хлоропластная система переноса электронов расположена в мембране тилакоидов, и протоны перекачиваются через эту мембрану из стромы в просвет тилакоидов. Результирующий электрохимический градиент затем запускает синтез АТФ по мере того, как протоны возвращаются в строму. Таким образом, по своей роли в генерации метаболической энергии тилакоидная мембрана хлоропластов эквивалентна внутренней мембране митохондрий.

Рисунок 10.14

Хемиосмотическое образование АТФ в хлоропластах и ​​митохондриях. В митохондриях транспорт электронов создает протонный градиент через внутреннюю мембрану, который затем используется для запуска синтеза АТФ в матриксе. В хлоропластах градиент протонов составляет (подробнее…)

Геном хлоропластов

Подобно митохондриям, хлоропласты содержат собственную генетическую систему, отражающую их эволюционное происхождение от фотосинтезирующих бактерий. Геномы хлоропластов сходны с геномами митохондрий тем, что они состоят из кольцевых молекул ДНК, присутствующих во множестве копий на органеллу. Однако геномы хлоропластов крупнее и сложнее, чем геномы митохондрий, размером от 120 до 160 т. п.н. и содержат примерно 120 генов.

Геномы хлоропластов нескольких растений были полностью секвенированы, что привело к идентификации многих генов, содержащихся в ДНК органелл. Эти хлоропластные гены кодируют как РНК, так и белки, участвующие в экспрессии генов, а также различные белки, участвующие в фотосинтезе. Как рибосомные, так и транспортные РНК, используемые для трансляции мРНК хлоропластов, кодируются геномом органеллы. К ним относятся четыре рРНК (23S, 16S, 5S и 4,5S) и 30 видов тРНК. В отличие от меньшего числа тРНК, кодируемых митохондриальным геномом, хлоропластных тРНК достаточно для трансляции всех кодонов мРНК в соответствии с универсальным генетическим кодом. Помимо этих РНК-компонентов системы трансляции, геном хлоропластов кодирует около 20 рибосомных белков, которые составляют примерно треть белков рибосом хлоропластов. Некоторые субъединицы РНК-полимеразы также кодируются хлоропластами, хотя дополнительные субъединицы РНК-полимеразы и другие факторы, необходимые для экспрессии генов хлоропластов, кодируются в ядре.

Таблица 10.2

Гены, кодируемые хлоропластной ДНК.

Геном хлоропластов также кодирует около 30 белков, участвующих в фотосинтезе, в том числе компоненты фотосистем I и II, комплекса цитохрома bf и АТФ-синтазы. Кроме того, одна из субъединиц рибулозобисфосфаткарбоксилазы (rubisco) кодируется хлоропластной ДНК. Рубиско является критическим ферментом, который катализирует присоединение CO ₂ к рибулозо-1,5-бисфосфату во время цикла Кальвина (см. ). Он не только является основным белковым компонентом стромы хлоропластов, но и считается самым распространенным белком на Земле, поэтому примечательно, что одна из его субъединиц кодируется хлоропластным геномом.

Импорт и сортировка белков хлоропластов

Хотя хлоропласты кодируют больше собственных белков, чем митохондрии, около 90% белков хлоропластов по-прежнему кодируются ядерными генами. Как и в случае с митохондриями, эти белки синтезируются на цитозольных рибосомах, а затем импортируются в хлоропласты в виде завершенных полипептидных цепей. Затем они должны быть отсортированы по соответствующему месту внутри хлоропластов — задача даже более сложная, чем сортировка белков в митохондриях, поскольку хлоропласты содержат три отдельные мембраны, которые делят их на три отдельных внутренних компартмента.

Импорт белка в хлоропласты обычно напоминает импорт митохондриального белка (). Белки предназначены для импорта в хлоропласты с помощью N-концевых последовательностей от 30 до 100 аминокислот, называемых транзитными пептидами , которые направляют транслокацию белка через две мембраны оболочки хлоропласта и затем удаляются протеолитическим расщеплением. Транзитные пептиды распознаются транслокационным комплексом внешнего члена хлоропласта (Toc-комплекс), и белки транспортируются через этот комплекс через мембрану. Затем они переносятся в транслокационный комплекс внутренней мембраны (комплекс Tic) и транспортируются через внутреннюю мембрану в строму. Как и в митохондриях, молекулярные шапероны как на цитозольной, так и на стромальной сторонах оболочки необходимы для импорта белка, что требует энергии в виде АТФ. Однако, в отличие от предварительных последовательностей митохондриального импорта, транзитные пептиды не заряжены положительно, и транслокация полипептидных цепей в хлоропласты не требует наличия электрического потенциала через мембрану.

Рисунок 10.15

Импорт белка в строму хлоропласта. Белки предназначены для импорта в хлоропласты с помощью транзитного пептида на их амино-конце. Транзитный пептид направляет транслокацию полипептида через комплекс Toc в наружной мембране хлоропласта (подробнее…)

Белки, включенные в просвет тилакоидов, транспортируются к месту назначения в два этапа (). Сначала они импортируются в строму, как уже описано, а затем становятся мишенями для транслокации через тилакоидную мембрану с помощью второй гидрофобной сигнальной последовательности, которая экспонируется после расщепления транзитного пептида. Гидрофобная сигнальная последовательность направляет транслокацию полипептида через тилакоидную мембрану и, наконец, удаляется вторым протеолитическим расщеплением внутри просвета.

Рисунок 10.16

Импорт белков в просвет тилакоидов. Белки импортируются в просвет тилакоидов в два этапа. Первым шагом является импорт в строму хлоропласта, как показано на рис. 10.15. Затем расщепление транзитного пептида обнажает второй гидрофобный (подробнее…)

Пути сортировки белков в другие четыре компартмента хлоропластов — внутреннюю и внешнюю мембраны, тилакоидную мембрану и межмембранное пространство — изучены менее четко. Как и в случае с митохондриями, белки, по-видимому, встроены непосредственно во внешнюю мембрану оболочки хлоропласта. Напротив, белки, предназначенные либо для тилакоидной мембраны, либо для внутренней мембраны оболочки хлоропласта, изначально становятся мишенями для импорта в строму с помощью N-концевых транзитных пептидов. После расщепления транзитных пептидов эти белки становятся мишенями для встраивания в соответствующую мембрану с помощью других последовательностей, которые еще недостаточно охарактеризованы. Наконец, не были идентифицированы ни последовательности, которые направляют белки в межмембранное пространство, ни пути, по которым они перемещаются к этому месту назначения.

Другие пластиды

Хлоропласты являются лишь одним, хотя и наиболее заметным, членом большого семейства растительных органелл, называемых пластидами. Все пластиды содержат тот же геном, что и хлоропласты, но различаются как по структуре, так и по функциям. Хлоропласты специализируются на фотосинтезе и уникальны тем, что содержат внутреннюю тилакоидную мембранную систему. Другие пластиды, участвующие в различных аспектах метаболизма растительных клеток, ограничены двумя мембранами пластидной оболочки, но лишены как тилакоидных мембран, так и других компонентов фотосинтетического аппарата.

Различные типы пластид часто классифицируют по типам содержащихся в них пигментов. Хлоропласты названы так потому, что содержат хлорофилл. Хромопласты () лишены хлорофилла, но содержат каротиноиды; они отвечают за желтый, оранжевый и красный цвета некоторых цветов и фруктов, хотя их точная роль в клеточном метаболизме не ясна. Лейкопласты представляют собой непигментированные пластиды, которые хранят различные источники энергии в нефотосинтезирующих тканях. Амилопласты () и элайопласты являются примерами лейкопластов, которые запасают крахмал и липиды соответственно.

Рисунок 10.17

Электронные микрофотографии хромопластов и амилопластов. (A) Хромопласты содержат липидные капли, в которых хранятся каротиноиды. (B) Амилопласты содержат крупные гранулы крахмала. (A, Biophoto Associates/Photo Researchers, Inc.; B, Dr. Jeremy Burgess/Photo (подробнее…)

Все пластиды, включая хлоропласты, развиваются из пропластид , мелкие (от 0,5 до 1 мкм в диаметре) недифференцированные органеллы, присутствующие в быстро делящихся клетках корней и побегов растений. Затем пропластиды развиваются в различные типы зрелых пластид в соответствии с потребностями дифференцированных клеток. Кроме того, зрелые пластиды способны переходить из одного типа в другой. Хромопласты развиваются из хлоропластов, например, при созревании плодов (например, томатов). В ходе этого процесса хлорофилл и мембраны тилакоидов разрушаются, а синтезируются новые типы каротиноидов.

Интересной особенностью пластид является то, что их развитие контролируется как сигналами окружающей среды, так и внутренними программами дифференцировки клеток. В фотосинтезирующих клетках листьев, например, пропластиды развиваются в хлоропласты (). В ходе этого процесса тилакоидная мембрана формируется везикулами, отпочковывающимися от внутренней мембраны пластидной оболочки, и синтезируются и собираются различные компоненты фотосинтетического аппарата. Однако хлоропласты развиваются только в присутствии света. Если растения содержатся в темноте, развитие пропластид в листьях останавливается на промежуточной стадии (называемой этиопластов ), в которых сформировался полукристаллический массив трубчатых внутренних мембран, но хлорофилл не синтезировался (). Если затем выращенные в темноте растения выставить на свет, этиопласты продолжают свое развитие до хлоропластов. Примечательно, что этот двойной контроль развития пластид включает скоординированную экспрессию генов как в пластидном, так и в ядерном геномах. Механизмы, ответственные за такую ​​скоординированную экспрессию генов, в значительной степени неизвестны, и их выяснение представляет собой сложную проблему в молекулярной биологии растений.

Рисунок 10.18

Развитие хлоропластов. Хлоропласты развиваются из пропластид в фотосинтезирующих клетках листьев. Пропластиды содержат только внутреннюю и внешнюю оболочечные мембраны; тилакоидная мембрана образуется путем отпочкования везикул от внутренней мембраны в процессе (подробнее…)

Рисунок 10.19

Электронная микрофотография этиопласта. (Джон Н. А. Лотт/Biological Photo Service.)

Хлоропласт | Определение, функция, структура, расположение и схема

структура хлоропластов

См. все средства массовой информации

Связанные темы:

хлорофилл строма гранум хлоропластин пластинка

Просмотреть весь связанный контент →

Популярные вопросы

Что такое хлоропласт?

Хлоропласт — это органелла в клетках растений и некоторых водорослей, в которой происходит фотосинтез — процесс, посредством которого энергия Солнца преобразуется в химическую энергию для роста. Хлоропласт — это разновидность пластиды (мешковидной органеллы с двойной мембраной), содержащей хлорофилл для поглощения световой энергии.

Где находятся хлоропласты?

Хлоропласты присутствуют в клетках всех зеленых тканей растений и водорослей. Хлоропласты также обнаруживаются в фотосинтезирующих тканях, которые не кажутся зелеными, например, в коричневых лезвиях гигантских водорослей или в красных листьях некоторых растений. У растений хлоропласты сконцентрированы, в частности, в клетках паренхимы мезофилла листа (внутренние слои клеток листа).

Почему хлоропласты зеленые?

Хлоропласты зеленые, потому что они содержат пигмент хлорофилл, необходимый для фотосинтеза. Хлорофилл встречается в нескольких различных формах. Хлорофиллы a и b являются основными пигментами, обнаруженными в высших растениях и зеленых водорослях.

Имеют ли хлоропласты ДНК?

В отличие от большинства других органелл, хлоропласты и митохондрии имеют небольшие кольцевые хромосомы, известные как внеядерная ДНК. ДНК хлоропластов содержит гены, которые связаны с аспектами фотосинтеза и другой деятельностью хлоропластов. Считается, что и хлоропласты, и митохондрии произошли от свободноживущих цианобактерий, что может объяснить, почему они обладают ДНК, отличной от остальной части клетки.

хлоропласт , структура в клетках растений и зеленых водорослей, которая является местом фотосинтеза, процесса, посредством которого световая энергия преобразуется в химическую энергию, что приводит к производству кислорода и богатых энергией органических соединений. Фотосинтезирующие цианобактерии — свободноживущие близкие родственники хлоропластов; Эндосимбиотическая теория утверждает, что хлоропласты и митохондрии (производящие энергию органеллы в эукариотических клетках) произошли от таких организмов.

Характеристики хлоропластов

Узнайте о строении хлоропластов и их роли в фотосинтезе

Посмотреть все видео к этой статье

Хлоропласты представляют собой разновидность пластид — круглые, овальные или дискообразные тела, участвующие в синтезе и хранении пищевых продуктов. Хлоропласты отличаются от других типов пластид своим зеленым цветом, который является результатом присутствия двух пигментов: хлорофилла a и хлорофилла b . Функция этих пигментов состоит в том, чтобы поглощать световую энергию для процесса фотосинтеза. Другие пигменты, такие как каротиноиды, также присутствуют в хлоропластах и ​​служат вспомогательными пигментами, улавливая солнечную энергию и передавая ее хлорофиллу. У растений хлоропласты встречаются во всех зеленых тканях, но особенно сосредоточены в клетках паренхимы мезофилла листа.

Викторина «Британника»

Викторина «Части клетки»

Препарирование хлоропласта и идентификация его стромы, тилакоидов и наполненных хлорофиллом гран

Просмотреть все видео к этой статье

Хлоропласты имеют толщину примерно 1–2 мкм (1 мкм = 0,001 мм) и диаметр 5–7 мкм. Они заключены в хлоропластную оболочку, которая состоит из двойной мембраны с наружным и внутренним слоями, между которыми находится щель, называемая межмембранным пространством. Третья, внутренняя мембрана, сильно складчатая и характеризующаяся наличием замкнутых дисков (или тилакоидов), известна как тилакоидная мембрана. У большинства высших растений тилакоиды расположены плотными стопками, называемыми гранами (единственная грана). Граны соединены пластинками стромы, отростками, которые идут от одной граны через строму к соседней гран . Мембрана тилакоидов окружает центральную водную область, известную как просвет тилакоидов. Пространство между внутренней мембраной и тилакоидной мембраной заполнено стромой, матрицей, содержащей растворенные ферменты, гранулы крахмала и копии хлоропластного генома.

Механизм фотосинтеза

Мембрана тилакоидов содержит хлорофиллы и различные белковые комплексы, включая фотосистему I, фотосистему II и АТФ (аденозинтрифосфат) синтазу, которые специализируются на светозависимом фотосинтезе. Когда солнечный свет попадает на тилакоиды, световая энергия возбуждает пигменты хлорофилла, заставляя их отдавать электроны. Затем электроны входят в цепь переноса электронов, серию реакций, которые в конечном итоге приводят к фосфорилированию аденозиндифосфата (АДФ) до богатого энергией запасного соединения АТФ. Электронный транспорт также приводит к образованию восстанавливающего агента никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФН).

АТФ и НАДФН используются в светонезависимых реакциях (темновых реакциях) фотосинтеза, при которых углекислый газ и вода ассимилируются в органические соединения. Светонезависимые реакции фотосинтеза осуществляются в строме хлоропластов, содержащей фермент рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазу/оксигеназу (рубиско). Рубиско катализирует первую стадию фиксации углерода в цикле Кальвина (также называемом циклом Кальвина-Бенсона), основном пути транспорта углерода в растениях. Среди так называемых C ₄ растений начальная стадия фиксации углерода и цикл Кальвина пространственно разделены — фиксация углерода происходит посредством карбоксилирования фосфоенолпирувата (ФЕП) в хлоропластах, расположенных в мезофилле, тогда как малат, четырехуглеродный продукт этого процесса, транспортируется в хлоропласты в клетках обкладки пучка, где осуществляется цикл Кальвина. C ₄ фотосинтез пытается минимизировать потери углекислого газа на фотодыхание. У растений, которые используют метаболизм крассуловой кислоты (CAM), карбоксилирование PEP и цикл Кальвина временно разделены в хлоропластах, первое происходит ночью, а второе — днем. Путь САМ позволяет растениям осуществлять фотосинтез с минимальной потерей воды.

Геном хлоропластов и мембранный транспорт

Геном хлоропластов обычно имеет кольцевую форму (хотя также наблюдались линейные формы) и имеет длину примерно 120–200 тысяч оснований. Однако современный хлоропластный геном значительно уменьшился в размерах: в ходе эволюции все большее число хлоропластных генов было перенесено в геном в ядре клетки. В результате белки, кодируемые ядерной ДНК, стали необходимы для функционирования хлоропластов. Следовательно, внешняя мембрана хлоропластов, свободно проницаемая для малых молекул, также содержит трансмембранные каналы для импорта более крупных молекул, в том числе белков, кодируемых ядром.