ქლოროპლასტი: განმარტება, სტრუქტურა და ფუნქცია (დიაგრამით)

ქლოროპლასტები არის პატარა მცენარეული ცენტრები, რომლებიც იტაცებენ სინათლის ენერგია სახამებლისა და შაქრის წარმოება, რომლებიც მცენარის ზრდას აწვება.

ისინი შიგნით გვხვდება მცენარეული უჯრედები მცენარეთა ფოთლებში და მწვანე და წითელ წყალმცენარეებში, ასევე ციანობაქტერიებში. ქლოროპლასტები საშუალებას აძლევს მცენარეებს, აწარმოონ ცხოვრებისათვის აუცილებელი რთული ქიმიკატები მარტივი, არაორგანული ნივთიერებებისგან, როგორიცაა ნახშირორჟანგი, წყალი და მინერალები.

როგორც საკვების წარმოება ავტოტროფებიმცენარეები ქმნიან საფუძველს კვების ჯაჭვი, ყველა მაღალი დონის მომხმარებელთა მხარდაჭერა, როგორიცაა მწერები, თევზები, ფრინველები და ძუძუმწოვრები.

უჯრედისის ქლოროპლასტები ჰგავს პატარა ქარხნებს, რომლებიც აწარმოებენ საწვავს. ამ გზით, მწვანე მცენარეთა უჯრედებში არსებული ქლოროპლასტები ქმნის სიცოცხლეს დედამიწაზე.

მიუხედავად იმისა, რომ ქლოროპლასტები არის მიკროსკოპული ძირები პატარა მცენარეული უჯრედების შიგნით, მათ აქვთ რთული სტრუქტურა, რაც მათ საშუალებას აძლევს, აითვისონ სინათლის ენერგია და გამოიყენონ ნახშირწყლები მოლეკულურ დონეზე.

ძირითადი სტრუქტურული კომპონენტებია:

• გარე და შიდა ფენები, მათ შორის ინტერმბრანული სივრცეა.
• შიდა გარსის შიგნით არის რიბოსომები და თილაკოიდები.
• შიდა გარსი შეიცავს წყალხსნარს, რომელსაც ეწოდება სტრომა.
• სტრომის სითხე შეიცავს ქლოროპლასტას დნმ-ს, აგრეთვე ცილებს და სახამებელს. სწორედ აქ ხდება ნახშირწყლების ფორმირება ფოტოსინთეზიდან.

რიბოსომები არის ცილებისა და ნუკლეოტიდების მტევანი, რომლებიც წარმოქმნიან ფერმენტებს და სხვა რთულ მოლეკულებს, რომლებიც ქლოროპლასტს მოითხოვს.

ისინი დიდი რაოდენობით გვხვდება ყველა ცოცხალ უჯრედში და წარმოქმნის რთულ უჯრედულ ნივთიერებებს, როგორიცაა ცილები, მითითებების შესაბამისად რნმ გენეტიკური კოდი მოლეკულები.

თილაკოიდები ჩანერგილი არიან სტრომაში. მცენარეებში ისინი ქმნიან დახურულ დისკებს, რომლებიც განლაგებულია დასტებად, ე.წ. გრანა, ერთი დასტით, რომელსაც გრანუმი ეწოდება. ისინი შედგება თილაკოიდული მემბრანისგან, რომელიც გარშემორტყმულია სანათურში, წყლის მჟავე მასალაში, რომელიც შეიცავს ცილებს და ხელს უწყობს ქლოროპლასტის ქიმიურ რეაქციებს.

ლამელები ქმნიან კავშირებს გრანის დისკებს შორის, აკავშირებს სხვადასხვა დასტის სანათურს.

ფოტოსინთეზის სინათლის მგრძნობიარე ნაწილი ხდება თილაკოიდულ მემბრანაზე, სადაც ქლოროფილი შთანთქავს სინათლის ენერგიას და აქცევს მას ქიმიურ ენერგიად, რომელსაც მცენარე იყენებს.

ქლოროფილი არის ფოტორეცეპტორი ყველა ქლოროპლასტში გვხვდება პიგმენტი.

მცენარის ფოთოლთან ან წყალმცენარეების ზედაპირთან სინათლის დარტყმისას, იგი ქლოროპლასტებში აღწევს და თილაკოიდული გარსებიდან ირეკლება. სინათლისგან დარტყმული, ქლოროფილი გარსში გამოყოფს ელექტრონებს, რომლებსაც ქლოროპლასტი იყენებს შემდგომი ქიმიური რეაქციებისათვის.

ქლოროფილი მცენარეებში და მწვანე წყალმცენარეებში ძირითადად არის მწვანე ქლოროფილი, რომელსაც ქლოროფილი ა უწოდებენ, ყველაზე გავრცელებული ტიპი. იგი შთანთქავს იისფერ – ლურჯ და მოწითალო ნარინჯისფერ – წითელ შუქს, ხოლო მწვანე შუქს ასახავს და აძლევს მცენარეებს დამახასიათებელი მწვანე ფერი.

სხვა ქლოროფილის ტიპები b ტიპის e– ის ტიპებია, რომლებიც შთანთქავენ და ასახავს სხვადასხვა ფერს.

მაგალითად, ქლოროფილი ბ ტიპი გვხვდება წყალმცენარეებში და წითლის გარდა, შთანთქავს გარკვეულ მწვანე შუქსაც. ეს მწვანე შუქის შეწოვა შეიძლება იყოს ორგანიზმთა ოკეანეების ზედაპირთან ვითარების შედეგი, რადგან მწვანე შუქს შეუძლია შეაღწიოს წყალში მხოლოდ მცირე მანძილზე.

წითელ შუქს შეუძლია ზედაპირზე უფრო შორს იმოძრაოს.

ქლოროპლასტები წარმოქმნიან ნახშირწყლებს, როგორიცაა გლუკოზა და რთული ცილები, რომლებიც მცენარის უჯრედებში სხვაგან არის საჭირო.

ამ მასალებს უნდა შეეძლოთ ქლოროპლასტიდან გამოსვლა და ზოგადი უჯრედისისა და მცენარის მეტაბოლიზმის მხარდაჭერა. ამავე დროს, ქლოროპლასტებს სჭირდებათ უჯრედებში სხვაგან წარმოებული ნივთიერებები.

ქლოროპლასტური მემბრანა არეგულირებს მოლეკულების მოძრაობას ქლოროპლასტში და მის გარეთ, მცირე მოლეკულების გადაცემის საშუალებით სპეციალური სატრანსპორტო მექანიზმები დიდი მოლეკულებისათვის. ორივე შიდა და გარე გარსები ნახევრად გამტარია, რაც საშუალებას იძლევა დიფუზია მცირე მოლეკულების და იონების.

ეს ნივთიერებები კვეთს ინტერმბრანულ სივრცეს და აღწევს ნახევრად გამტარი მემბრანებით.

მსხვილი მოლეკულები, როგორიცაა რთული ცილები, იბლოკება ორი გარსით. ამის ნაცვლად, ასეთი რთული ნივთიერებებისათვის სპეციალური სატრანსპორტო მექანიზმებია ხელმისაწვდომი, რათა კონკრეტულმა ნივთიერებებმა გადალახონ ორი გარსი, ხოლო სხვები დაბლოკილია.

გარეთა გარსს აქვს გადაადგილების ცილის კომპლექსი, რომლითაც გარკვეული მასალები გადადის მემბრანაზე, ხოლო შიდა გარსს შესაბამისი და მსგავსი კომპლექსი აქვს მისი სპეციფიკური გადასვლებისთვის.

ეს შერჩევითი სატრანსპორტო მექანიზმები განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია, რადგან შიდა გარსი სინთეზირებს ლიპიდებს, ცხიმოვანი მჟავები და კაროტინოიდები რომლებიც საჭიროა ქლოროპლატის საკუთარი მეტაბოლიზმისთვის.

თილაკოიდული მემბრანა არის თილაკოიდის ის ნაწილი, რომელიც აქტიურია ფოტოსინთეზის პირველ ეტაპზე.

მცენარეებში თილაკოიდული მემბრანა ზოგადად ქმნის დახურულ, წვრილ ტომრებს ან დისკებს, რომლებიც გრანაში არიან ჩაყრილი და რჩებიან ადგილზე, გარშემორტყმული სტრომის სითხით.

თილაკოიდების განლაგება სპირალურ სტეკებში საშუალებას იძლევა თილაკოიდების მჭიდრო შეფუთვა და თილაკოიდული მემბრანის რთული, მაღალი ზედაპირის სტრუქტურა.

უფრო მარტივი ორგანიზმებისათვის თილაკოიდები შეიძლება იყოს არარეგულარული ფორმის და იყოს თავისუფალი მცურავი. თითოეულ შემთხვევაში, თილაკოიდული მემბრანის დარტყმა ახდენს ორგანიზმში სინათლის რეაქციას.

ქლოროფილით გამოყოფილი ქიმიური ენერგია გამოიყენება წყლის მოლეკულების წყალბადსა და ჟანგბადებად დაყოფისთვის. ჟანგბადს ორგანიზმი იყენებს სუნთქვისთვის ან გამოყოფს ატმოსფეროში, ხოლო წყალბადის ნახშირწყლების წარმოქმნისას.

ნახშირბადი ამ პროცესისთვის ნახშირორჟანგიდან მოდის პროცესში, რომელსაც ე.წ. ნახშირბადის ფიქსაცია.

პროცესი ფოტოსინთეზი შედგება ორი ნაწილისაგან: სინათლეზე დამოკიდებული რეაქციები რომლებიც იწყებენ ქლოროფილთან და ბნელი რეაქციები (აკა სინათლისგან დამოუკიდებელი რეაქციები), რომლებიც აფიქსირებენ ნახშირბადს და წარმოქმნიან გლუკოზას.

სინათლის რეაქციები ხდება მხოლოდ დღის განმავლობაში, როდესაც მცენარეთა სინათლის ენერგია თავს იკავებს, ხოლო მუქი რეაქციები ნებისმიერ დროს შეიძლება მოხდეს. სინათლის რეაქციები იწყება თილაკოიდულ მემბრანაში, ხოლო მუქი რეაქციების ნახშირბადის ფიქსაცია ხდება სტრომაში, ჟელასავით სითხეში, რომელიც თილაკოიდებს აკრავს.

გარდა ამისა, ბნელი რეაქციების და თილაკოიდების მასპინძლობის გარდა, სტრომა შეიცავს ქლოროპლასტას დნმ-ს და ქლოროპლასტის რიბოსომებს.

შედეგად, ქლოროპლასტებს აქვთ საკუთარი ენერგიის წყარო და შეუძლიათ გამრავლდნენ საკუთარ თავზე, უჯრედების დაყოფაზე დაყრდნობით.

გაეცანით ეუკარიოტულ უჯრედებში დაკავშირებული უჯრედის ორგანელებს: უჯრედის მემბრანა და უჯრედის კედელი.

ეს შესაძლებლობა შეიძლება ვიპოვოთ მარტივი უჯრედების და ბაქტერიების ევოლუციაში. ციანობაქტერია უნდა შევიდეს ადრეულ უჯრედში და დარჩეს ნება, რადგან შეთანხმება გახდა სასარგებლო.

დროთა განმავლობაში ციანობაქტერია ქლოროპლასტად გადაიქცა ორგანული.

ნახშირბადის ფიქსაცია ქლოროპლასტის სტრომაში ხდება მას შემდეგ, რაც სინათლის რეაქციების დროს წყალი გაიყოფა წყალბადში და ჟანგბადში.

წყალბადის ატომების პროტონები თილაკოიდების შიგნით ტუმბოს, რის შედეგადაც ის მჟავე ხდება. ფოტოსინთეზის ბნელ რეაქციებში, პროტონები დიფუზირდება სანათურიდან სტრომაში ფერმენტის საშუალებით, ე.წ. ATP სინტაზა.

ეს პროტონის დიფუზია წარმოქმნის ATP სინტაზას ATP, ენერგიის შესანახი ქიმიური ნივთიერება უჯრედებისთვის.

ფერმენტი RuBisCO გვხვდება სტრომაში და აფიქსირებს ნახშირბადს CO2– დან ექვსი ნახშირბადის ნახშირწყლების მოლეკულების წარმოებისთვის, რომლებიც არასტაბილურია.

როდესაც არასტაბილური მოლეკულები იშლება, ATP გამოიყენება მათი უბრალო შაქრის მოლეკებად გარდასაქმნელად. შაქრის ნახშირწყლები შეიძლება გაერთიანდეს და შექმნას უფრო დიდი მოლეკულები, როგორიცაა გლუკოზა, ფრუქტოზა, საქაროზა და სახამებელი, რომელთაგან ყველა შეიძლება გამოყენებულ იქნას უჯრედების მეტაბოლიზმში.

როდესაც ფოტოსინთეზის პროცესის ბოლოს ნახშირწყლები წარმოიქმნება, მცენარის ქლოროპლასტები ამოღებულია ნახშირბადი ატმოსფეროდან და გამოიყენა იგი საკვების შესაქმნელად მცენარისთვის და, საბოლოოდ, ყველა დანარჩენი ადამიანისთვის საგნები.

გარდა ამისა, კვების ჯაჭვის საფუძველია, მცენარეებში ფოტოსინთეზი ამცირებს ნახშირორჟანგის რაოდენობას სათბურის გაზი ატმოსფეროში. ამ გზით მცენარეები და წყალმცენარეები, მათი ქლოროპლასტებში ფოტოსინთეზის საშუალებით, ხელს უწყობენ კლიმატის ცვლილებისა და გლობალური დათბობის შედეგების შემცირებას.