За что отвечает хлоропласт растительной клетки
Хлоропласты: определение, строение, функции
Хлоропласты – это уникальные структуры, обнаруженные в растительных клетках, которые специализируются на преобразовании солнечного света в энергию, которую растения могут использовать. Этот процесс называется фотосинтезом.
Хлоропласты считаются органеллами в клетках растений. Органеллы – это специальные структуры в клетках, которые выполняют конкретные функции. Основная функция хлоропласта – фотосинтез. Другие функции хлоропластов включают борьбу с болезнями, накопление энергии для клетки и изготовление аминокислот. А подробнее о фотосинтезе читайте в учебнике по биологии за 9 класс В.И. Соболя.
Большинство хлоропластов овальной формы, но они могут быть и в форме звезды, чашки и ленты. Некоторые хлоропласты небольшие по сравнению с клеткой, тогда как другие могут занять большинство пространства внутри клетки.
Структура хлоропластов достаточно сложная. Внешняя часть хлоропласта защищена гладкой внешней мембраной, которая имеет избирательную проницаемость. Непосредственно во внешней мембране находится внутренняя мембрана, которая контролирует, какие молекулы могут проходить в хлоропласт и наружу. Внешняя мембрана, внутренняя мембрана и жидкость между ними составляют оболочку хлоропласта.
Тело хлоропласта состоит из гидрофильной белковой массы – стромы или матрикса. Это жидкость внутри хлоропласта, где плавают другие структуры, такие как тилакоиды. Строма пронизана системой двохмембранних пластин – ламелей, которые располагаются параллельными рядами. Парные ламели сливаются концами и образуют замкнутое кольцо – мешочек, который называется диском.
Пигменты придают хлоропласту и растению свою окраску. Самый распространенный пигмент – хлорофилл, который придает растениям зеленый цвет. Хлорофилл помогает поглощать энергию от солнечного света. Хлоропласты также имеют собственную ДНК и рибосомы для изготовления белков с РНК.
Хлоропласты используют фотосинтез для преобразования солнечного света в пищу. Хлорофилл захватывает энергию от света и накапливает ее в специальной молекуле под названием АТФ (аденозинтрифосфат). Позже АТФ сочетается с углекислым газом и водой для получения сахаров, таких как глюкоза, которую растение может использовать как пищу.
Интересные факты о хлоропластах:
В простых клетках, как у водорослей, может быть только один-два хлоропласты. Однако сложные растительные клетки могут содержать сотни.
Хлоропласты иногда могут передвигаться внутри клетки, чтобы расположиться там, где они лучше могут поглощать солнечный свет.
«Хлоро» в хлоропласте произошло от греческого слова chloros (означает зеленый).
Наиболее обильным белком в хлоропластах является белок Рубиско. Рубиско, пожалуй, самый распространенный белок в мире.
Клетки человека и животных не нуждаются в хлоропластах, поскольку мы получаем свою энергию от пищи и ее переваривания, а не через фотосинтез.
Ученые подсчитали, что в одном квадратном миллиметре листа есть около 500 000 хлоропластов.
На самом деле есть разные цвета хлорофилла. Хлорофилл А – зеленый, это самый распространенный тип. Хлорофилл С – золотистого или коричневого цвета.
Нужно выполнить домашнее задание по биологии? Ищите все готово в разделе «ГДЗ и решебники по биологии за 9 класс».
Хлоропласты: строение и функции
Содержание:
Хлоропласты – двухмембранные органоиды растительных клеток, именно они играют ключевую роль в одном из самых важных биологических процессов в природе – фотосинтезе. В частности именно хлоропласты в процессе фотосинтеза выделяют зеленый пигмент хлорофилл, благодаря которому листья деревьев приобретают зеленый цвет (впрочем, не только листья, но и многие другие представители растительного мира, например водоросли). Какое строение хлоропластов, какие функции и процессы они осуществляются в жизнедеятельности клетки, об этом читайте далее.
Количество хлоропластов в растительной клетке может быть разным, у некоторых водорослей в клетке содержится лишь один большой хлоропласт, часто причудливой формы, в то время как в клетках некоторых высших растений находится множество хлоропластов. Особенно их много в так званных мезофильных тканях листьев, там одна клетка может иметь в себе до сотни хлоропластов.
Строение
Устройство хлоропласта включает в себя внутреннюю и внешнюю мембрану, (как и в клетке, они играют роль защитного барьера), межмембранное пространство, строму, тилакоиды, граны, ламеллы, люмен.
Вот так строение хлоропласта выглядит на картинке.
Как видим с картинки внутри хлоропласта имеется полужидкое пространство, именуемое стромой и приплюснутые диски – это тилакоиды. Последние объединены в стопки, названные гранамы, и сами граны соединены друг с другом при помощи длинных тилакоид, которые называют ламеллами. Именно в тилакоидах находится важный зеленый пигмент – хлорофилл.
В полужидкой строме хлоропласта находятся его молекулы ДНК и РНК, а также рибосомы, обеспечивающие этому важному органоиду некую автономность внутри клетки. Помимо этого в строме хлоропласта есть зерна крахмала, которые образуются при избытке углеводов, образованных при фотосинтетической активности.
Функции
Самая важная функция хлоропласта – это, конечно же, осуществление фотосинтеза. Об этом удивительном процессе на нашем сайте есть отдельная большая статья. Тем не менее, напомним, что при фотосинтезе хлоропластами растительных клеток при помощи солнечного света осуществляется синтез глюкозы из углекислого газа и воды. При этом в качестве важного «побочного продукта» выделяется кислород.
Основным фотосинтезирующим пигментом в этом процессе является хлорофилл, локализированный в мембранах тилакоидов, именно здесь проходят световые реакции фотосинтеза. Кроме хлорофилла тут же присутствуют ферменты и переносчики электронов.
Интересный факт: хлоропласты стараются расположиться в клетке таким образом, чтобы их тилакоидные мембраны находились под прямым углом к солнечному свету. Или говоря простым языком, хлоропласты в клетке всегда тянутся на свет.
Строение хлорофилла
Что же касается строения самого хлорофилла, то он состоит из длинного углеводного хвоста и порфириновой головки. Хвост его гидрофобен, то есть боится влаги, поэтому погружен в тилакоид, головка наоборот любит влагу и находится в жидкой субстанции хлоропласта – строме. Поглощение солнечного света осуществляется именно головкой хлорофилла.
К слову биологами различается несколько разных видов хлорофилла: хлорофилл a, хлорофилл b, хлорофилл c1, хлорофилл c2 и так далее, все они обладают разным спектром поглощения солнечного света. Но больше всего в растениях именно хлорофилла а.
Рекомендованная литература и полезные ссылки
Видео
И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.
Что такое хлоропласты?
Из статьи вы узнаете о том, что представляют собой хлоропласты как вид органоидов растительных клеток, познакомитесь с особенностями их строения, теорией появления и эволюции, ролью в процессе фотосинтеза, роста и развития растений.
Понятие хлоропластов
Хлоропласты (от греч. chlorós — зеленый, plastós — вылепленный) – это вид органеллы растительных клеток, содержащий пигмент зеленого цвета – хлорофилл. В состав пластида входят вода – до 70%, белки – до 50%, липиды – до 35%, пигмент – до 7% и жидкое вещество строма, содержащее нуклеиновые кислоты.
Размер хлоропластов колеблется от 4 до 10 мкм, а форма напоминает двояковыпуклую округлую линзу. Основное предназначение пластид – сбор и хранение энергии для обеспечения фотосинтеза, благодаря их наличию растения имеют характерную зеленую окраску.
Под микроскопом можно увидеть, как распределен пигмент по клетке.Рассматриваемые органеллы находятся во всех зеленых органах растений, они отделены от цитоплазмы двойной липидно-белковой оболочкой толщиной около 20 нм.
Количество и форма органоидов в клетках варьируется: от одного крупного хлоропласта у водорослей до сотни в клетке высших растений.
Максимальная концентрация наблюдается в охранных клетках, формирующих ассимиляционные ткани листьев и зеленых плодов. Вокруг них расположены устьица – микроскопические поры, предназначенные для газообмена внутри растения.
Наряду с другими пластидами (лейкопластами и хромопластами), хлоропласты формируются под действием света из пропластид – недифференцированных клеточных образований.
Особенности строения хлоропластов
В составе хлоропластов принято выделять несколько структур, каждая из которых выполняет собственные функции и обладает отличительными особенностями.
Каждый элемент клетки выполняет свою функцию.
Оболочка состоит из внешней гладкой и внутренней складчатой мембран, защищает органеллу от внешнего воздействия, сохраняет её структуру и контролирует процесс прохождения молекул внутрь хлоропласта и наружу.
Тилакоиды — это мешкообразные мембранные образования сплющенной округлой формы, расположенные в межмембранном пространстве. Основная их функция — преобразование световой энергии в химическую. Стопки из 10-20 тилакоидов называют гранами, а соединения между ними — ламеллами.
Строма — это жидкость, обеспечивающая частичную автономность пластида и преобразовывающая углекислый газ в сахара. В ней находятся молекулы РНК и ДНК, что позволяет органоиду синтезировать собственные белки.
Эта особенность строения в биологии считается признаком симбиотического происхождения пластид: в ходе эволюции произошло соединение прокариотов (вероятнее всего, цианобактерий) с эукариотами, которые приобрели способность фотосинтезировать.
Современные исследования доказывают правомерность этой теории. Так изолированные клетки животных имеют способность поглощать свободные хлоропласты, выделяемые растениями, при этом сохраняя их свойства в последующих циклах деления.
Другая особенность рассматриваемых органелл — способность к движению, в том числе и произвольному. Распределение пластид происходит неравномерно и напрямую зависит от интенсивности освещения и его направления.
Кроме того, хлоропласты содержат сложный комплекс ферментов, находящихся в связанном состоянии внутри пластида.
Функции хлоропластов
Ключевой функцией хлоропластов является фотосинтез – процесс преобразования углекислого газа и воды в глюкозу под действием солнечного света. В нем участвуют пигменты, содержащиеся в оболочках тилакоидов – хлорофилл, фикобилины, флавоноиды и каротиноиды.
Фотосинтез помогает перерабатывать углекислый газ в кислород.
Локализация пигментов происходит в тилакоидных оболочках наряду с ферментами — трансляторами электронов. Хлорофилл, состоящий из удлиненного углеводного кольца и порфириновой головки, располагается в клетках листьев таким образом, чтобы хвост оказался погруженным в жировой слой тилакоидной мембраны, а головка повернута к строме.
За счет получаемой энергии света происходит возбуждение и последующее отделение электрона от хлорофилла и его передача ферментами другим веществам.
Растительные клетки содержат хлорофилл нескольких видов, отличающихся спектром поглощения света. В составе хлоропластов высших растений и зеленых водорослей доминирует хлорофилл а и b, бурых водорослей — хлорофиллы группы a и c, а красных — хлорофиллы a и d.
Помимо фотосинтеза содержащиеся в хлоропластах пигменты участвуют в процессах воспроизведения, прорастания семян и дальнейшего роста высших растений, фототаксиса и фотопериодизма — изменением режима растений в зависимости от продолжительности светового дня.
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.
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.