მცენარისა და ცხოველის უჯრედებს შორის ერთ-ერთი მთავარი განსხვავებაა ციტოპლაზმაში პირველი ორგანელების არსებობა, როგორიცაა პლასტიდები. ამ სტატიაში განხილული იქნება მათი სასიცოცხლო პროცესების სტრუქტურა, მახასიათებლები, აგრეთვე ქლოროპლასტების, ქრომოპლასტების და ლეიკოპლასტების მნიშვნელობა.
ქლოროპლასტის სტრუქტურა
მწვანე პლასტიდები, რომელთა აგებულებას ახლა შევისწავლით, მიეკუთვნება უმაღლესი სპორის და თესლოვანი მცენარეების უჯრედების სავალდებულო ორგანელებს. ისინი ორმემბრანიანი უჯრედული ორგანელებია და აქვთ ოვალური ფორმა. მათი რაოდენობა ციტოპლაზმაში შეიძლება განსხვავებული იყოს. მაგალითად, თამბაქოს ფოთლის ფოთლის სვეტისებრი პარენქიმის უჯრედები შეიცავს ათასამდე ქლოროპლასტს, მარცვლეულის ოჯახის მცენარეების ღეროებში 30-დან 50-მდე.
ორგანოიდის შემადგენელი ორივე მემბრანა განსხვავებული სტრუქტურაა: გარეთა გლუვია, სამშრიანი, თავად მცენარეული უჯრედის მემბრანის მსგავსი. შიდა ნაწილი შეიცავს ბევრ ნაკეცს, რომელსაც ლამელას უწოდებენ. მათ გვერდით არის ბრტყელი ტომრები - თილაკოიდები. ლამელები ქმნიან ქსელსპარალელური მილები. ლამელებს შორის არის თილაკოიდური სხეულები. ისინი გროვდება შტატებში - მარცვლები, რომლებიც შეიძლება ერთმანეთთან იყოს დაკავშირებული. მათი რაოდენობა ერთ ქლოროპლასტში 60-150-ია. ქლოროპლასტის მთელი შიდა ღრუ ივსება მატრიცით.
ორგანელას აქვს ავტონომიის ნიშნები: საკუთარი მემკვიდრეობითი მასალა - წრიული დნმ, რომლის წყალობითაც ქლოროპლასტები გამრავლდებიან. ასევე არსებობს დახურული გარე მემბრანა, რომელიც ზღუდავს ორგანელას უჯრედის ციტოპლაზმაში მიმდინარე პროცესებისგან. ქლოროპლასტებს აქვთ საკუთარი რიბოსომები, i-RNA და t-RNA მოლეკულები, რაც ნიშნავს, რომ მათ შეუძლიათ ცილის სინთეზი.
თილაკოიდური ფუნქციები
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, მცენარეული უჯრედის პლასტიდები - ქლოროპლასტები - შეიცავს სპეციალურ გაბრტყელ ტომრებს, რომლებსაც თილაკოიდებს უწოდებენ. მათში აღმოჩენილია პიგმენტები - ქლოროფილები (მონაწილეობენ ფოტოსინთეზში) და კაროტინოიდები (ასრულებენ დამხმარე და ტროფიკულ ფუნქციებს). ასევე არსებობს ფერმენტული სისტემა, რომელიც უზრუნველყოფს ფოტოსინთეზის მსუბუქი და ბნელი ფაზის რეაქციებს. თილაკოიდები მოქმედებენ როგორც ანტენები: ისინი ფოკუსირებენ სინათლის კვანტებს და მიმართავენ მათ ქლოროფილის მოლეკულებისკენ.
ფოტოსინთეზი არის ქლოროპლასტების მთავარი პროცესი
ავტოტროფულ უჯრედებს შეუძლიათ დამოუკიდებლად ასინთეზონ ორგანული ნივთიერებები, კერძოდ გლუკოზა, ნახშირორჟანგის და სინათლის ენერგიის გამოყენებით. მწვანე პლასტიდები, რომელთა ფუნქციებს ამჟამად ვსწავლობთ, წარმოადგენს ფოტოტროფების - მრავალუჯრედოვანი ორგანიზმების განუყოფელ ნაწილს, როგორიცაა:
- მაღალი სპორული მცენარეები (ხავსები, ცხენის კუდები, კლუბის ხავსები,გვიმრები);
- თესლი (გიმნოსპერმი - გინგა, წიწვოვანი, ეფედრა და ანგიოსპერმი ან აყვავებული მცენარეები).
ფოტოსინთეზი არის რედოქს რეაქციების სისტემა, რომელიც ეფუძნება ელექტრონების გადაცემის პროცესს დონორი ნივთიერებებიდან მათ „მიმღებ“ნაერთებზე, ეგრეთ წოდებულ მიმღებებში.
ეს რეაქციები იწვევს ორგანული ნივთიერებების, კერძოდ გლუკოზის სინთეზს და მოლეკულური ჟანგბადის გამოყოფას. ფოტოსინთეზის მსუბუქი ფაზა ხდება თილაკოიდურ გარსებზე სინათლის ენერგიის მოქმედებით. შთანთქმის სინათლის კვანტები აღაგზნებს მაგნიუმის ატომების ელექტრონებს, რომლებიც ქმნიან მწვანე პიგმენტს - ქლოროფილს.
ელექტრონების ენერგია გამოიყენება ენერგო ინტენსიური ნივთიერებების სინთეზისთვის: ATP და NADP-H2. ისინი იშლება უჯრედის მიერ ბნელი ფაზის რეაქციებისთვის, რომლებიც ხდება ქლოროპლასტის მატრიცაში. ამ სინთეზური რეაქციების ერთობლიობა იწვევს გლუკოზის, ამინომჟავების, გლიცეროლის და ცხიმოვანი მჟავების მოლეკულების წარმოქმნას, რომლებიც ემსახურებიან როგორც უჯრედის სამშენებლო და ტროფიკულ მასალას.
პლასტიდის ტიპები
მწვანე პლასტიდები, რომელთა სტრუქტურა და ფუნქციები ადრე განვიხილეთ, გვხვდება ფოთლებში, მწვანე ღეროებში და არ არის ერთადერთი სახეობა. ასე რომ, ხილის კანში, აყვავებული მცენარეების ფურცლებში, მიწისქვეშა ყლორტების გარე საფარებში - ტუბერები და ბოლქვები, არის სხვა პლასტიდები. მათ უწოდებენ ქრომოპლასტს ან ლეიკოპლასტს.
უფერო ორგანელებს (ლეიკოპლასტები) აქვთ განსხვავებული ფორმა და განსხვავდებიან ქლოროპლასტებისგან იმით, რომ ისინიშიდა ღრუს არ აქვს თხელი ფირფიტები - ლამელები, ხოლო მატრიცაში ჩაძირული თილაკოიდების რაოდენობა მცირეა. თავად მატრიცა შეიცავს დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავას, ცილის სინთეზირებელ ორგანელებს - რიბოზომებს და პროტეოლიზურ ფერმენტებს, რომლებიც ანადგურებენ ცილებს და ნახშირწყლებს.
ლეიკოპლასტები ასევე შეიცავს ფერმენტებს - სინთეზაზებს, რომლებიც მონაწილეობენ გლუკოზისგან სახამებლის მოლეკულების წარმოქმნაში. შედეგად, უფერო მცენარეული უჯრედის პლასტიდები აგროვებენ სარეზერვო საკვებ ნივთიერებებს: ცილოვან გრანულებს და სახამებლის მარცვლებს. ეს პლასტიდები, რომელთა ფუნქციაა ორგანული ნივთიერებების დაგროვება, შეიძლება გადაიქცეს ქრომოპლასტებად, მაგალითად, რძიანი სიმწიფის სტადიაზე მყოფი პომიდვრის სიმწიფის დროს.
მაღალი გარჩევადობის სკანირების მიკროსკოპის ქვეშ, სამივე ტიპის პლასტიდის სტრუქტურაში აშკარად ჩანს განსხვავებები. ეს, უპირველეს ყოვლისა, ეხება ქლოროპლასტებს, რომლებსაც აქვთ ყველაზე რთული სტრუქტურა, რომლებიც დაკავშირებულია ფოტოსინთეზის ფუნქციასთან.
ქრომოპლასტები - ფერადი პლასტიდები
მცენარის მწვანე და უფერო უჯრედებთან ერთად, არსებობს მესამე ტიპის ორგანელა, რომელსაც ქრომოპლასტები ეწოდება. მათ აქვთ მრავალფეროვანი ფერები: ყვითელი, მეწამული, წითელი. მათი აგებულება ლეიკოპლასტების მსგავსია: შიდა გარსს აქვს მცირე რაოდენობის ლამელები და მცირე რაოდენობით თილაკოიდები. ქრომოპლასტები შეიცავს სხვადასხვა პიგმენტებს: ქსანტოფილებს, კაროტინებს, კაროტინოიდებს, რომლებიც დამხმარე ფოტოსინთეზური ნივთიერებებია. სწორედ ეს პლასტიდები იძლევა ჭარხლის, სტაფილოს, ხეხილის და კენკრის ფესვების ფერს.
როგორ წარმოიქმნება ისინიდა პლასტიდების ურთიერთ გარდაქმნა
ლეიკოპლასტები, ქრომოპლასტები, ქლოროპლასტები არის პლასტიდები (რომელთა სტრუქტურასა და ფუნქციებს ჩვენ ვსწავლობთ), რომლებსაც აქვთ საერთო წარმოშობა. ისინი წარმოადგენენ მერისტემატური (საგანმანათლებლო) ქსოვილების წარმოებულებს, საიდანაც წარმოიქმნება პროტოპლასტიდები - ორმემბრანიანი ტომრის მსგავსი ორგანელები 1 მიკრონი ზომით. შუქზე ისინი ართულებენ მათ სტრუქტურას: წარმოიქმნება ლამელების შემცველი შიდა გარსი და სინთეზირებულია მწვანე პიგმენტი ქლოროფილი. პროტოპლასტიდები ქლოროპლასტები ხდებიან. ლეიკოპლასტები ასევე შეიძლება გარდაიქმნას სინათლის ენერგიით მწვანე პლასტიდებად და შემდეგ ქრომოპლასტებად. პლასტიდის მოდიფიკაცია ფართოდ გავრცელებული მოვლენაა მცენარეთა სამყაროში.
ქრომატოფორები, როგორც ქლოროპლასტების წინამორბედები
პროკარიოტული ფოტოტროფული ორგანიზმები - მწვანე და იასამნისფერი ბაქტერიები, ახორციელებენ ფოტოსინთეზის პროცესს ბაქტერიოქლოროფილ A-ს დახმარებით, რომლის მოლეკულები განლაგებულია ციტოპლაზმური გარსის შიდა გამონაზარდებზე. მიკრობიოლოგები ბაქტერიულ ქრომატოფორებს პლასტიდების წინამორბედებად თვლიან.
ამას ადასტურებს ქლოროპლასტების მსგავსი სტრუქტურა, კერძოდ, რეაქციის ცენტრებისა და სინათლის დამჭერი სისტემების არსებობა, ასევე ფოტოსინთეზის ზოგადი შედეგები, რაც იწვევს ორგანული ნაერთების წარმოქმნას. უნდა აღინიშნოს, რომ ქვედა მცენარეებს - მწვანე წყალმცენარეებს, პროკარიოტების მსგავსად, პლასტიდები არ აქვთ. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ქლოროფილის შემცველმა წარმონაქმნებმა - ქრომატოფორებმა თავიანთი ფუნქცია - ფოტოსინთეზი აითვისეს.
როგორ წარმოიშვა ქლოროპლასტები
ბევრ ჰიპოთეზას შორისპლასტიდების წარმოშობა, მოდით ვისაუბროთ სიმბიოგენეზზე. მისი იდეების მიხედვით, პლასტიდები არის უჯრედები (ქლოროპლასტები), რომლებიც წარმოიქმნება არქეის ეპოქაში პირველად ჰეტეროტროფულ უჯრედში ფოტოტროფული ბაქტერიების შეღწევის შედეგად. მოგვიანებით სწორედ მათ განაპირობა მწვანე პლასტიდების წარმოქმნა.
ამ სტატიაში შევისწავლეთ მცენარეული უჯრედის ორმემბრანული ორგანელების სტრუქტურა და ფუნქციები: ლეიკოპლასტები, ქლოროპლასტები და ქრომოპლასტები. და ასევე გაარკვია მათი მნიშვნელობა უჯრედულ ცხოვრებაში.
