Chloroplasten führen die Zelle aus. Chloroplasten, ihre Struktur, chemische Zusammensetzung und Funktionen

Zelle - Komplexe Struktur, besteht aus vielen Komponenten, die Organellen genannt werden. Darüber hinaus die Zusammensetzung Pflanzenzelle etwas anders als Tiere, und der Hauptunterschied liegt in der Anwesenheit Plastiden.

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Beschreibung zellulärer Elemente

Welche Zellbestandteile werden Plastiden genannt? Dabei handelt es sich um strukturelle Zellorganellen mit komplexer Struktur und Funktionen, die für das Leben pflanzlicher Organismen wichtig sind.

Wichtig! Plastiden werden aus Proplastiden gebildet, die sich in Meristem- oder Bildungszellen befinden und viel kleiner sind als das reife Organell. Auch sie werden, wie Bakterien, durch Verengung in zwei Hälften geteilt.

Welche haben sie? Plastiden Struktur Unter dem Mikroskop ist es schwer zu erkennen, da sie aufgrund der dichten Schale nicht durchscheinend sind.

Wissenschaftler konnten jedoch herausfinden, dass dieses Organoid zwei Membranen hat und in seinem Inneren mit Stroma gefüllt ist, einer zytoplasmaähnlichen Flüssigkeit.

Falten der inneren Membran bilden übereinander gestapelte Körnchen, die miteinander verbunden werden können.

Im Inneren befinden sich außerdem Ribosomen, Lipidtröpfchen und Stärkekörner. Auch Plastiden, insbesondere Chloroplasten, verfügen über eigene Moleküle.

Einstufung

Sie werden nach Farbe und Funktion in drei Gruppen eingeteilt:

• Chloroplasten,
• Chromoplasten,
• Leukoplasten.

Chloroplasten

Die am intensivsten untersuchten sind grün gefärbt. Enthalten in Pflanzenblättern, manchmal in Stängeln, Früchten und sogar Wurzeln. Von Aussehenähnlich runden Körnern mit einer Größe von 4–10 Mikrometern. Kleine Größe und große Menge vergrößert die Arbeitsfläche deutlich.

Ihre Farbe kann je nach Art und Konzentration des enthaltenen Pigments variieren. Basic Pigment - Chlorophyll, Xanthophyll und Carotin sind ebenfalls vorhanden. In der Natur gibt es 4 Arten von Chlorophyll, die mit lateinischen Buchstaben bezeichnet werden: a, b, c, e. Die ersten beiden Arten enthalten Zellen höherer Pflanzen und Grünalgen; bei Kieselalgen gibt es nur die Sorten a und c.

Aufmerksamkeit! Wie andere Organellen sind Chloroplasten zur Alterung und Zerstörung fähig. Die junge Struktur ist teilungs- und aktivarbeitsfähig. Mit der Zeit zerfallen ihre Körner und das Chlorophyll zerfällt.

Chloroplasten erfüllen eine wichtige Funktion: in ihrem Inneren Der Prozess der Photosynthese findet statt— Umwandlung von Sonnenlicht in die Energie chemischer Bindungen zur Bildung von Kohlenhydraten. Gleichzeitig können sie sich mit dem Zytoplasmafluss bewegen oder sich aktiv selbstständig bewegen. Bei schwachem Licht sammeln sie sich also bei viel Licht in der Nähe der Zellwände und drehen sich mit einer größeren Fläche zu ihr, bei sehr aktivem Licht hingegen stehen sie direkt von der Kante.

Chromoplasten

Sie ersetzen zerstörte Chloroplasten und sind in den Farben Gelb, Rot und Orange erhältlich. Die Farbe entsteht durch den Gehalt an Carotinoiden.

Diese Organellen kommen in den Blättern, Blüten und Früchten von Pflanzen vor. Die Form kann rund, rechteckig oder auch nadelförmig sein. Der Aufbau ähnelt Chloroplasten.

Hauptfunktion - Färbung Blumen und Früchte, die dazu beitragen, bestäubende Insekten und Tiere anzulocken, die die Früchte fressen und so zur Verbreitung von Pflanzensamen beitragen.

Wichtig! Wissenschaftler spekulieren über die Rolle Chromoplasten in den Redoxprozessen der Zelle als Lichtfilter. Die Möglichkeit ihres Einflusses auf das Wachstum und die Fortpflanzung von Pflanzen wird berücksichtigt.

Leukoplasten

Daten Plastiden haben Unterschiede in Struktur und Funktionen. Die Hauptaufgabe besteht im Speichern Nährstoffe für die zukünftige Verwendung, daher kommen sie hauptsächlich in Früchten vor, können aber auch in verdickten und fleischigen Pflanzenteilen vorkommen:

• Knollen,
• Rhizome,
• Wurzelgemüse,
• Glühbirnen und andere.

Farblose Farbe erlaubt Ihnen nicht, sie auszuwählen In der Struktur der Zelle sind Leukoplasten jedoch leicht zu erkennen, wenn eine kleine Menge Jod hinzugefügt wird, das sie in Wechselwirkung mit Stärke blau färbt.

Die Form ist nahezu rund, während das Membransystem im Inneren schlecht entwickelt ist. Das Fehlen von Membranfalten hilft der Organelle bei der Speicherung von Substanzen.

Stärkekörner nehmen an Größe zu und zerstören leicht die inneren Membranen des Plastids, als würden sie es dehnen. Dadurch können mehr Kohlenhydrate gespeichert werden.

Im Gegensatz zu anderen Plastiden enthalten sie ein DNA-Molekül in geformter Form. Gleichzeitig sammelt sich Chlorophyll an, Leukoplasten können sich in Chloroplasten umwandeln.

Bei der Bestimmung der Funktion von Leukoplasten muss auf deren Spezialisierung geachtet werden, da es mehrere Typen gibt, die bestimmte Arten organischer Stoffe speichern:

• Amyloplasten reichern Stärke an;
• Oleoplasten produzieren und speichern Fette, während letztere in anderen Teilen der Zellen gespeichert werden können;
• Proteinoplasten „schützen“ Proteine.

Neben der Akkumulation können sie auch die Funktion des Stoffabbaus übernehmen, wofür es Enzyme gibt, die bei Energie- oder Baustoffmangel aktiviert werden.

In einer solchen Situation beginnen Enzyme, gespeicherte Fette und Kohlenhydrate in Monomere aufzuspalten, sodass die Zelle die notwendige Energie erhält.

Trotzdem alle Arten von Plastiden Strukturmerkmale, haben die Fähigkeit, sich ineinander zu verwandeln. So können sich Leukoplasten in Chloroplasten verwandeln; wir sehen diesen Vorgang, wenn Kartoffelknollen grün werden.

Gleichzeitig verwandeln sich Chloroplasten im Herbst in Chromoplasten, wodurch die Blätter gelb werden. Jede Zelle enthält nur einen Plastidentyp.

Herkunft

Es gibt viele Ursprungstheorien, die fundiertesten davon sind zwei:

• Symbiose,
• Absorption.

Die erste betrachtet die Zellbildung als einen Prozess der Symbiose, der in mehreren Stufen abläuft. Dabei vereinigen sich heterotrophe und autotrophe Bakterien, gegenseitige Vorteile erhalten.

Die zweite Theorie betrachtet die Bildung von Zellen durch die Aufnahme kleinerer Zellen durch größere Organismen. Sie werden jedoch nicht verdaut, sondern in die Struktur des Bakteriums integriert und erfüllen dort ihre Funktion. Diese Struktur erwies sich als praktisch und verschaffte den Organismen einen Vorteil gegenüber anderen.

Arten von Plastiden in einer Pflanzenzelle

Plastiden – ihre Funktionen in der Zelle und Typen

Abschluss

Plastiden in Pflanzenzellen sind eine Art „Fabrik“, in der die Produktion von toxischen Zwischenprodukten, energiereichen und radikalischen Transformationsprozessen stattfindet.

Chloroplasten haben grüne Farbe aufgrund des vorherrschenden Pigments Chlorophyll. Ihre Hauptfunktion ist die Photosynthese.

Die Anzahl dieser Organellen in einer Zelle variiert. Einige Algenzellen enthalten nur einen großen Chloroplasten, der oft eine bizarre Form hat. In höheren Pflanzen gibt es viele davon, insbesondere im mesophilen Gewebe der Blätter, wo ihre Zahl Hunderte pro Zelle erreichen kann.

Bei höheren Pflanzen beträgt die Größe der Organelle etwa 5 Mikrometer, die Form ist rund und in eine Richtung leicht verlängert.

Chloroplasten in Zellen entwickeln sich aus Proplastiden oder durch Teilung bereits vorhandener Proplastiden in zwei Teile.

Chloroplastenstruktur

Die Struktur von Chloroplasten umfasst äußere und innere Membranen, Intermembranraum, Stroma, Thylakoide, Grana, Lamellen und Lumen.

Thylakoid Es handelt sich um einen Raum, der durch eine Membran in Form einer abgeflachten Scheibe begrenzt wird. Thylakoide in Chloroplasten sind zu sogenannten Stapeln zusammengefasst Körner. Die Grana sind durch längliche Thylakoide miteinander verbunden - Lamellen.

Der halbflüssige Inhalt des Chloroplasten wird genannt Stroma. Es enthält seine DNA und RNA, Ribosomen, die die Halbautonomie der Organelle gewährleisten (siehe).

Auch im Stroma befinden sich Stärkekörner. Sie entstehen, wenn bei der Photosynthese ein Überschuss an Kohlenhydraten entsteht. Fetttröpfchen bilden sich normalerweise aus den Membranen kollabierender Thylakoide.

Funktionen von Chloroplasten

Hauptsächlich Die Funktion von Chloroplasten ist die Photosynthese- Synthese von Glukose aus Kohlendioxid und Wasser fällig Solarenergie, das von Chlorophyll eingefangen wird. Sauerstoff wird als Nebenprodukt der Photosynthese freigesetzt. Dieser Prozess ist jedoch komplex und mehrstufig, wobei auch Nebenprodukte synthetisiert werden, die sowohl im Chloroplasten selbst als auch in anderen Teilen der Zelle verwendet werden.

Das wichtigste photosynthetische Pigment ist Chlorophyll. Es existiert in mehreren verschiedene Formen. Neben Chlorophyll sind auch Carotinoidpigmente an der Photosynthese beteiligt.

Pigmente sind in Thylakoidmembranen lokalisiert, wo Lichtreaktionen der Photosynthese stattfinden. Neben Pigmenten sind hier auch Enzyme und Elektronenträger vorhanden. Chloroplasten versuchen, sich in der Zelle so anzuordnen, dass ihre Thylakoidmembranen im rechten Winkel zum Sonnenlicht stehen.

Chlorophyll besteht aus einem langen Kohlenhydratring und einem Porphyrinkopf. Der Schwanz ist hydrophob und in die Lipidschicht der Thylakoidmembranen eingebettet. Der Kopf ist hydrophil und dem Stroma zugewandt. Die Lichtenergie wird vom Kopf absorbiert, was zur Anregung von Elektronen führt.

Das Elektron wird vom Chlorophyllmolekül getrennt, das dann elektropositiv wird, also in oxidierter Form erscheint. Das Elektron wird von einem Träger aufgenommen, der es auf einen anderen Stoff überträgt.

Verschiedene Typen Chlorophyll unterscheiden sich voneinander durch ein leicht unterschiedliches Absorptionsspektrum des Sonnenlichts. Chlorophyll A kommt vor allem in Pflanzen vor.

Die Dunkelreaktionen der Photosynthese finden im Stroma des Chloroplasten statt. Hier finden Sie Enzyme des Calvin-Zyklus und andere.

Die Flora ist einer der größten Reichtümer unseres Planeten. Der Flora auf der Erde ist es zu verdanken, dass es Sauerstoff gibt, den wir alle atmen, und dass es eine riesige Nahrungsgrundlage gibt, von der alle Lebewesen abhängig sind. Pflanzen sind insofern einzigartig, als sie anorganische chemische Verbindungen in umwandeln können organische Substanz.

Sie tun dies durch Photosynthese. Dieser wichtige Prozess findet in bestimmten Pflanzenorganellen statt; das kleinste Element sorgt tatsächlich für die Existenz allen Lebens auf dem Planeten. Was ist übrigens ein Chloroplast?

Grundlegende Definition

Als solche werden bestimmte Strukturen bezeichnet, in denen Photosyntheseprozesse ablaufen, die auf die Bindung von Kohlendioxid und die Bildung bestimmter Kohlenhydrate abzielen. Das Nebenprodukt ist Sauerstoff. Dies sind längliche Organellen mit einer Breite von 2 bis 4 Mikrometern und einer Länge von 5 bis 10 Mikrometern. Bei einigen Arten findet man manchmal riesige Chloroplasten, die um 50 Mikrometer verlängert sind!

Dieselben Algen haben möglicherweise noch ein weiteres Merkmal: Sie haben nur ein Organell dieser Art für die gesamte Zelle. Zellen enthalten meist zwischen 10 und 30 Chloroplasten. Allerdings kann es in ihrem Fall auffällige Ausnahmen geben. So gibt es im Palisadengewebe einer Krähenscharbe 1000 Chloroplasten pro Zelle. Wozu dienen diese Chloroplasten? Die Photosynthese ist ihre wichtigste, aber bei weitem nicht die einzige Rolle. Um ihre Bedeutung im Leben einer Pflanze klar zu verstehen, ist es wichtig, viele Aspekte ihrer Entstehung und Entwicklung zu kennen. All dies wird im weiteren Teil des Artikels beschrieben.

Ursprung des Chloroplasten

Also haben wir herausgefunden, was ein Chloroplast ist. Woher kamen diese Organellen? Wie kam es, dass Pflanzen einen so einzigartigen Apparat entwickelten, der Kohlendioxid und Wasser in Komplexe umwandelt?

Unter Wissenschaftlern herrscht derzeit die Meinung vor, dass diese Organellen einen endosymbiotischen Ursprung haben, da ihr unabhängiges Vorkommen in Pflanzenzellen recht zweifelhaft ist. Es ist bekannt, dass Flechten eine Symbiose aus Algen und Pilzen sind. während sie im Inneren lebten. Nun vermuten Wissenschaftler, dass in der Antike photosynthetische Cyanobakterien in das Innere eingedrungen sind und dann teilweise ihre „Unabhängigkeit“ verloren haben, indem sie den größten Teil des Genoms in den Zellkern übertragen haben.

Aber das neue Organoid behielt sein Hauptmerkmal vollständig bei. Wir sprechen über den Prozess der Photosynthese. Der zur Durchführung dieses Prozesses notwendige Apparat selbst wird jedoch unter der Kontrolle sowohl des Zellkerns als auch des Chloroplasten selbst gebildet. Somit werden die Teilung dieser Organellen und andere Prozesse, die mit der Umsetzung genetischer Informationen in die DNA verbunden sind, vom Zellkern gesteuert.

Nachweisen

Vor relativ kurzer Zeit war die Hypothese über den prokaryotischen Ursprung dieser Elemente in der wissenschaftlichen Gemeinschaft nicht sehr beliebt; viele betrachteten sie als „eine Erfindung von Amateuren“. Doch nach einer eingehenden Analyse der Nukleotidsequenzen in der DNA von Chloroplasten erhielt diese Annahme eine glänzende Bestätigung. Es stellte sich heraus, dass diese Strukturen der DNA von Bakterienzellen äußerst ähnlich oder sogar verwandt sind. So wurde eine ähnliche Sequenz bei frei lebenden Cyanobakterien gefunden. Insbesondere die Gene des ATP-Synthesekomplexes sowie in den „Apparaten“ der Transkription und Translation erwiesen sich als äußerst ähnlich.

Promotoren, die den Beginn des Ablesens genetischer Informationen aus der DNA bestimmen, sowie terminale Nukleotidsequenzen, die für deren Beendigung verantwortlich sind, sind ebenfalls auf die gleiche Weise organisiert wie bakterielle. Natürlich konnten Milliarden von Jahren evolutionärer Transformationen viele Veränderungen in den Chloroplasten einführen, aber die Sequenzen in den Chloroplasten-Genen blieben absolut gleich. Und das ist ein unwiderlegbarer, vollständiger Beweis dafür, dass Chloroplasten tatsächlich einst einen prokaryotischen Vorfahren hatten. Es könnte der Organismus gewesen sein, aus dem sich auch moderne Cyanobakterien entwickelt haben.

Entwicklung von Chloroplasten aus Proplastiden

Aus dem Proplastid entwickelt sich das „erwachsene“ Organell. Es handelt sich um ein kleines, völlig farbloses Organell mit einem Durchmesser von nur wenigen Mikrometern. Es ist von einer dichten Doppelschichtmembran umgeben, die zirkuläre DNA enthält, die für den Chloroplasten spezifisch ist. Diese „Vorfahren“ der Organellen verfügen über kein inneres Membransystem. Aufgrund ihrer extrem geringen Größe ist ihre Untersuchung äußerst schwierig und daher liegen nur äußerst wenige Daten zu ihrer Entwicklung vor.

Es ist bekannt, dass im Zellkern jeder Eizelle von Tieren und Pflanzen mehrere solcher Protoplastiden vorhanden sind. Während der Entwicklung des Embryos werden sie geteilt und auf andere Zellen übertragen. Dies lässt sich leicht überprüfen: Genetische Merkmale, die irgendwie mit Plastiden zusammenhängen, werden nur über die mütterliche Linie weitergegeben.

Die innere Membran des Protoplastiden ragt während der Entwicklung in die Organelle hinein. Aus diesen Strukturen wachsen Thylakoidmembranen, die für die Grana- und Lamellenbildung des organoiden Stromas verantwortlich sind. In völliger Dunkelheit beginnt sich das Protopastid in einen Chloroplasten-Vorläufer (Ethioplasten) umzuwandeln. Dieses primäre Organell zeichnet sich dadurch aus, dass es in seinem Inneren eine ziemlich komplexe Struktur enthält Kristallstruktur. Sobald Licht auf ein Pflanzenblatt trifft, wird es vollständig zerstört. Danach entsteht die „traditionelle“ innere Struktur des Chloroplasten, die genau aus Thylakoiden und Lamellen besteht.

Unterschiede zwischen Pflanzen, die Stärke speichern

Jede Meristemzelle enthält mehrere dieser Proplastiden (ihre Anzahl variiert je nach Pflanzenart und anderen Faktoren). Sobald dieses Primärgewebe beginnt, sich in ein Blatt zu verwandeln, entwickeln sich die Organellenvorläufer zu Chloroplasten. So weisen junge Weizenblätter, die ihr Wachstum abgeschlossen haben, Chloroplasten in einer Menge von 100-150 Stück auf. Etwas komplizierter ist es bei den Pflanzen, die Stärke anreichern können.

Sie reichern einen Vorrat dieses Kohlenhydrats in Plastiden an, die Amyloplasten genannt werden. Aber was haben diese Organellen mit dem Thema unseres Artikels zu tun? Schließlich sind Kartoffelknollen nicht an der Photosynthese beteiligt! Lassen Sie mich dieses Problem genauer erläutern.

Wir haben herausgefunden, was ein Chloroplast ist, und gleichzeitig den Zusammenhang dieses Organells mit den Strukturen prokaryontischer Organismen aufgezeigt. Hier ist die Situation ähnlich: Wissenschaftler haben seit langem herausgefunden, dass Amyloplasten wie Chloroplasten genau die gleiche DNA enthalten und aus genau den gleichen Protoplastiden gebildet werden. Daher sollten sie unter demselben Gesichtspunkt betrachtet werden. Tatsächlich sollten Amyloplasten als eine besondere Art von Chloroplasten betrachtet werden.

Wie entstehen Amyloplasten?

Eine Analogie kann zwischen Protoplastiden und Stammzellen gezogen werden. Einfach ausgedrückt beginnen Amyloplasten irgendwann, sich auf einem etwas anderen Weg zu entwickeln. Wissenschaftler haben jedoch etwas Interessantes gelernt: Es ist ihnen gelungen, die gegenseitige Umwandlung von Chloroplasten aus Kartoffelblättern in Amyloplasten (und umgekehrt) zu erreichen. Ein kanonisches Beispiel, das jedem Schulkind bekannt ist: Kartoffelknollen werden im Licht grün.

Weitere Informationen über die Differenzierungswege dieser Organellen

Wir wissen, dass während der Reifung von Tomatenfrüchten, Äpfeln und einigen anderen Pflanzen (und in den Blättern von Bäumen, Gräsern und Sträuchern im Herbst) ein „Abbauprozess“ stattfindet, bei dem sich Chloroplasten in einer Pflanzenzelle in Chromoplasten verwandeln. Diese Organellen enthalten Farbpigmente und Carotinoide.

Diese Transformation ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass unter bestimmten Bedingungen die Thylakoide vollständig zerstört werden, woraufhin die Organelle eine andere erhält Interne Organisation. Hier kommen wir wieder auf das Thema zurück, das wir gleich zu Beginn des Artikels diskutiert haben: den Einfluss des Zellkerns auf die Entwicklung von Chloroplasten. Dies löst durch spezielle Proteine, die im Zytoplasma der Zellen synthetisiert werden, den Prozess der Umstrukturierung der Organelle aus.

Chloroplastenstruktur

Nachdem wir über den Ursprung und die Entwicklung von Chloroplasten gesprochen haben, sollten wir uns näher mit ihrer Struktur befassen. Darüber hinaus ist es sehr interessant und verdient eine gesonderte Diskussion.

Die Grundstruktur von Chloroplasten besteht aus zwei Lipoproteinmembranen, einer inneren und einer äußeren. Die Dicke beträgt jeweils etwa 7 nm, der Abstand zwischen ihnen beträgt 20–30 nm. Wie bei anderen Plastiden bildet die innere Schicht spezielle Strukturen, die in die Organelle hineinragen. In reifen Chloroplasten gibt es zwei Arten solcher „Wickel“-Membranen. Erstere bilden Stromalamellen, letztere Thylakoidmembranen.

Lamellen und Thylakoide

Es sollte beachtet werden, dass es einen klaren Zusammenhang zwischen der Chloroplastenmembran und ähnlichen Formationen im Inneren der Organelle gibt. Tatsache ist, dass einige seiner Falten sich von einer Wand zur anderen erstrecken können (wie Mitochondrien). Die Lamellen können also entweder eine Art „Tasche“ oder ein verzweigtes Netzwerk bilden. Meistens liegen diese Strukturen jedoch parallel zueinander und sind in keiner Weise miteinander verbunden.

Vergessen Sie nicht, dass sich im Chloroplasten auch Membranthylakoide befinden. Dabei handelt es sich um geschlossene „Beutel“, die in einem Stapel angeordnet sind. Wie im vorherigen Fall besteht zwischen den beiden Wänden des Hohlraums ein Abstand von 20–30 nm. Die Säulen dieser „Beutel“ werden Grana genannt. Jede Säule kann bis zu 50 Thylakoide enthalten, in manchen Fällen sind es sogar noch mehr. Da die Gesamtabmessungen solcher Stapel 0,5 Mikrometer erreichen können, können sie manchmal mit einem gewöhnlichen Lichtmikroskop erfasst werden.

Die Gesamtzahl der in den Chloroplasten höherer Pflanzen enthaltenen Körner kann 40-60 erreichen. Jedes Thylakoid liegt so eng am anderen an, dass seine Außenmembranen eine einzige Ebene bilden. Die Schichtdicke an der Verbindungsstelle kann bis zu 2 nm betragen. Beachten Sie, dass solche Strukturen, die aus nebeneinander liegenden Thylakoiden und Lamellen bestehen, keine Seltenheit sind.

An den Stellen ihres Kontakts gibt es auch eine Schicht, die manchmal die gleichen 2 nm erreicht. Somit sind Chloroplasten (deren Struktur und Funktionen sehr komplex sind) keine einzelne monolithische Struktur, sondern eine Art „Staat im Staat“. In mancher Hinsicht ist die Struktur dieser Organellen nicht weniger komplex als die gesamte Zellstruktur!

Die Granae werden mithilfe von Lamellen präzise miteinander verbunden. Aber die Thylakoidhöhlen, die Stapel bilden, sind immer geschlossen und kommunizieren in keiner Weise mit dem Intermembranraum. Wie Sie sehen, ist die Struktur von Chloroplasten recht komplex.

Welche Pigmente können in Chloroplasten enthalten sein?

Was kann im Stroma jedes Chloroplasten enthalten sein? Es gibt einzelne DNA-Moleküle und eine ganze Reihe Ribosomen. In Amyloplasten lagern sich Stärkekörner im Stroma ab. Dementsprechend verfügen Chromoplasten dort über farbgebende Pigmente. Natürlich gibt es verschiedene Chloroplastenpigmente, aber das häufigste ist Chlorophyll. Es ist in mehrere Typen unterteilt:

• Gruppe A (blau-grün). Es kommt in 70 % der Fälle vor und kommt in den Chloroplasten aller höheren Pflanzen und Algen vor.
• Gruppe B (Gelb-Grün). Die restlichen 30 % kommen auch in Pflanzen und Algen höherer Arten vor.
• Die Gruppen C, D und E sind deutlich seltener. Kommt in den Chloroplasten einiger niederer Algen- und Pflanzenarten vor.

Nicht selten enthalten Rot- und Braunalgen in ihren Chloroplasten völlig unterschiedliche Arten organischer Farbstoffe. Einige Algen enthalten im Allgemeinen fast alle vorhandenen Chloroplastenpigmente.

Funktionen von Chloroplasten

Ihre Hauptfunktion besteht natürlich darin, Lichtenergie in organische Bestandteile umzuwandeln. Die Photosynthese selbst erfolgt in Grana unter direkter Beteiligung von Chlorophyll. Es absorbiert die Energie des Sonnenlichts und wandelt sie in die Energie angeregter Elektronen um. Letztere geben bei einem Überschuss an Energie überschüssige Energie ab, die für den Wasserabbau und die ATP-Synthese verwendet wird. Bei der Zersetzung von Wasser entstehen Sauerstoff und Wasserstoff. Das erste ist, wie wir oben geschrieben haben, ein Nebenprodukt und wird in den umgebenden Raum freigesetzt, und Wasserstoff bindet an ein spezielles Protein, Ferredoxin.

Es oxidiert erneut und überträgt Wasserstoff auf ein Reduktionsmittel, das in der Biochemie mit NADP abgekürzt wird. Dementsprechend ist seine reduzierte Form NADP-H2. Vereinfacht ausgedrückt werden bei der Photosynthese folgende Stoffe freigesetzt: ATP, NADP-H2 und ein Nebenprodukt in Form von Sauerstoff.

Die energetische Rolle von ATP

Das resultierende ATP ist äußerst wichtig, da es der wichtigste „Energiespeicher“ ist, der für verschiedene Bedürfnisse der Zelle verwendet wird. NADP-H2 enthält ein Reduktionsmittel, Wasserstoff, und diese Verbindung kann es bei Bedarf leicht abgeben. Einfach ausgedrückt ist es ein wirksames chemisches Reduktionsmittel: Während des Prozesses der Photosynthese finden viele Reaktionen statt, die ohne es einfach nicht ablaufen könnten.

Als nächstes kommen Chloroplastenenzyme ins Spiel, die im Dunkeln und außerhalb der Grana wirken: Wasserstoff aus dem Reduktionsmittel und ATP-Energie werden vom Chloroplasten genutzt, um die Synthese einer Reihe organischer Substanzen zu starten. Da die Photosynthese unter guten Lichtbedingungen stattfindet, werden die darin enthaltenen Verbindungen angereichert dunkle Zeit Tage werden für den Bedarf der Pflanzen selbst verwendet.

Sie können zu Recht feststellen, dass dieser Vorgang in mancher Hinsicht dem Atmen verdächtig ähnelt. Wie unterscheidet sich die Photosynthese davon? Die Tabelle hilft Ihnen, dieses Problem zu verstehen.

Darin unterscheidet sich die Photosynthese von der Atmung. Die Tabelle zeigt deutlich ihre Hauptunterschiede.

Einige „Paradoxe“

Die meisten weiteren Reaktionen finden genau dort statt, im Stroma des Chloroplasten. Der weitere Weg der synthetisierten Stoffe ist unterschiedlich. Daher verlassen einfache Zucker sofort die Organelle und reichern sich in Form von Polysacchariden, hauptsächlich Stärke, in anderen Teilen der Zelle an. In Chloroplasten kommt es sowohl zur Ablagerung von Fetten als auch zur vorläufigen Anreicherung ihrer Vorläufer, die dann in andere Bereiche der Zelle transportiert werden.

Es sollte klar sein, dass alle Fusionsreaktionen enorme Energiemengen erfordern. Seine einzige Quelle ist die gleiche Photosynthese. Dies ist ein Prozess, der oft so viel Energie erfordert, dass er durch die Zerstörung von Substanzen gewonnen werden muss, die bei der vorherigen Synthese entstanden sind! Daher wird der größte Teil der Energie, die während seines Verlaufs gewonnen wird, für die Durchführung vieler aufgewendet chemische Reaktionen innerhalb der Pflanzenzelle selbst.

Nur ein bestimmter Anteil davon wird verwendet, um direkt diejenigen organischen Stoffe zu gewinnen, die die Pflanze für ihr eigenes Wachstum und ihre Entwicklung aufnimmt oder in Form von Fetten oder Kohlenhydraten einlagert.

Sind Chloroplasten statisch?

Es ist allgemein anerkannt, dass sich Zellorganellen, einschließlich Chloroplasten (deren Struktur und Funktionen wir ausführlich beschrieben haben), streng an einem Ort befinden. Das ist nicht so. Chloroplasten können sich in der Zelle bewegen. Daher tendieren sie dazu, bei schwachem Licht eine Position in der Nähe der am stärksten beleuchteten Seite der Zelle einzunehmen; bei mittlerer und schwacher Beleuchtung können sie einige Zwischenpositionen wählen, in denen sie das meiste Sonnenlicht „einfangen“. Dieses Phänomen wird „Phototaxis“ genannt.

Für Pflanzen ist es offensichtlich – es handelt sich um die Synthese von Energie und Stoffen, die von Pflanzenzellen genutzt werden. Aber die Photosynthese ist ein Prozess, der die ständige Ansammlung organischer Materie auf planetarischer Ebene gewährleistet. Aus Kohlendioxid, Wasser und Sonnenlicht können Chloroplasten eine Vielzahl komplexer hochmolekularer Verbindungen synthetisieren. Diese Fähigkeit ist nur ihnen eigen, und der Mensch ist noch weit davon entfernt, diesen Vorgang unter künstlichen Bedingungen zu wiederholen.

Die gesamte Biomasse auf der Oberfläche unseres Planeten verdankt ihre Existenz diesen winzigen Organellen, die sich in der Tiefe befinden Pflanzenzellen. Ohne sie, ohne den von ihnen durchgeführten Photosyntheseprozess gäbe es auf der Erde kein Leben in seinen modernen Erscheinungsformen.

Wir hoffen, dass Sie in diesem Artikel erfahren haben, was ein Chloroplast ist und welche Rolle er im Pflanzenkörper spielt.

Seine Hülle besteht aus zwei Membranen – einer äußeren und einer inneren, zwischen denen sich ein Zwischenmembranraum befindet. Im Inneren des Chloroplasten entsteht durch Ablösung von der Innenmembran eine komplexe Thylakoidstruktur. Der gelartige Inhalt des Chloroplasten wird Stroma genannt.

Jedes Thylakoid ist durch eine einzelne Membran vom Stroma getrennt. Innenraum Das Thylakoid wird Lumen genannt. Thylakoide im Chloroplasten werden sie zu Stapeln zusammengefasst - Körner. Die Anzahl der Körner variiert. Sie sind durch spezielle längliche Thylakoide miteinander verbunden - Lamellen. Ein gewöhnliches Thylakoid sieht aus wie eine abgerundete Scheibe.

Das Stroma enthält die eigene DNA des Chloroplasten in Form eines zirkulären Moleküls, RNA und Ribosomen vom prokaryotischen Typ. Somit handelt es sich um ein halbautonomes Organell, das in der Lage ist, einige seiner Proteine ​​unabhängig zu synthetisieren. Es wird angenommen, dass Chloroplasten im Laufe der Evolution aus Cyanobakterien entstanden sind, die in einer anderen Zelle zu leben begannen.

Die Struktur des Chloroplasten wird durch die Funktion der Photosynthese bestimmt. Damit verbundene Reaktionen treten im Stroma und an Thylakoidmembranen auf. Im Stroma finden die Reaktionen der dunklen Phase der Photosynthese statt, auf den Membranen die Reaktionen der hellen Phase. Daher enthalten sie unterschiedliche Enzymsysteme. Das Stroma enthält lösliche Enzyme, die am Calvin-Zyklus beteiligt sind.

Thylakoidmembranen enthalten Pigmente Chlorophylle und Carotinoide. Sie alle sind an der Erfassung der Sonnenstrahlung beteiligt. Allerdings fangen sie unterschiedliche Spektren ein. Das Vorherrschen der einen oder anderen Chlorophyllart in einer bestimmten Pflanzengruppe bestimmt deren Farbton – von grün über braun bis rot (bei einer Reihe von Algen). Die meisten Pflanzen enthalten Chlorophyll a.

Die Struktur des Chlorophyllmoleküls besteht aus einem Kopf und einem Schwanz. Der Kohlenhydratschwanz ist in die Thylakoidmembran eingetaucht und der Kopf ist dem Stroma zugewandt und liegt darin. Die Energie des Sonnenlichts wird vom Kopf absorbiert, was zur Anregung eines Elektrons führt, das von Ladungsträgern aufgenommen wird. Eine Kette von Redoxreaktionen wird in Gang gesetzt, die letztendlich zur Synthese eines Glucosemoleküls führt. Dadurch wird die Energie der Lichtstrahlung in die Energie chemischer Bindungen organischer Verbindungen umgewandelt.

Synthetisierte organische Substanzen können sich in Form von Stärkekörnern in Chloroplasten ansammeln und werden auch durch die Membran aus diesem entfernt. Es gibt auch Fetttröpfchen im Stroma. Sie werden jedoch aus Lipiden zerstörter Thylakoidmembranen gebildet.

In den Zellen der Herbstblätter verlieren Chloroplasten ihre Wirkung typische Struktur und verwandeln sich in Chromoplasten, bei denen das innere Membransystem einfacher ist. Darüber hinaus wird Chlorophyll zerstört, wodurch Carotinoide sichtbar werden und das Laub gelb-rote Farbtöne erhält.

Die grünen Zellen der meisten Pflanzen enthalten normalerweise viele Chloroplasten, die die Form einer leicht in eine Richtung verlängerten Kugel haben (Volumenellipse). Allerdings können mehrere Algenzellen einen riesigen Chloroplasten mit bizarrer Form enthalten: bandförmig, sternförmig usw.

(Membranformationen, in denen sich die Elektronentransportkette von Chloroplasten befindet). Thylakoide höherer Pflanzen werden in Grana gruppiert, bei denen es sich um Stapel abgeflachter und eng zusammengepresster scheibenförmiger Thylakoide handelt. Die Granae werden durch Lamellen verbunden. Der Raum zwischen der Chloroplastenmembran und den Thylakoiden wird Stroma genannt. Das Stroma enthält Chloroplasten-RNA-Moleküle, Plastiden-DNA, Ribosomen, Stärkekörner und Enzyme des Calvin-Zyklus.

Herkunft

Der Ursprung von Chloroplasten durch Symbiogenese ist heute allgemein anerkannt. Es wird angenommen, dass Chloroplasten aus Cyanobakterien entstanden sind, da sie ein Doppelmembranorganell sind, über eine eigene geschlossene zirkuläre DNA und RNA, einen vollwertigen Proteinsyntheseapparat (und Ribosomen vom prokaryotischen Typ - 70S) verfügen und sich durch binäre Spaltung vermehren. und die Thylakoidmembranen ähneln den Membranen von Prokaryoten (das Vorhandensein saurer Lipide) und ähneln den entsprechenden Organellen in Cyanobakterien. In Glaukophytenalgen enthalten die Zellen anstelle typischer Chloroplasten Cyanella – Cyanobakterien, die durch Endosymbiose die Fähigkeit verloren haben, unabhängig zu existieren, die Cyanobakterien jedoch teilweise beibehalten haben Zellenwand.

Die Dauer dieses Ereignisses wird auf 1 – 1,5 Milliarden Jahre geschätzt.

Einige Organismengruppen erhielten Chloroplasten durch Endosymbiose nicht mit prokaryotischen Zellen, sondern mit anderen Eukaryoten, die bereits Chloroplasten besaßen. Dies erklärt das Vorhandensein von mehr als zwei Membranen in der Chloroplastenmembran einiger Organismen. Die innerste dieser Membranen wird als Hülle eines Cyanobakteriums interpretiert, das seine Zellwand verloren hat, und die äußere wird als Wand der Symbiontophoran-Vakuole des Wirts interpretiert. Zwischenmembranen gehören zu einem reduzierten eukaryotischen Organismus, der eine Symbiose eingegangen ist. In einigen Gruppen befindet sich im Periplastidraum zwischen der zweiten und dritten Membran ein Nukleomorph, ein stark reduzierter eukaryontischer Kern.

Struktur

In verschiedenen Organismengruppen unterscheiden sich Chloroplasten erheblich in Größe, Struktur und Anzahl in der Zelle. Die Strukturmerkmale von Chloroplasten sind von großer taxonomischer Bedeutung. Grundsätzlich haben Chloroplasten die Form einer bikonvexen Linse, ihre Größe beträgt etwa 4-6 Mikrometer.

Chloroplastenschale

Bei verschiedenen Organismengruppen unterscheidet sich die Struktur der Chloroplastenmembran.

Bei Glaukozystophyten, Rot- und Grünalgen sowie höheren Pflanzen besteht die Schale aus zwei Membranen. Bei anderen eukaryotischen Algen ist der Chloroplast zusätzlich von einer oder zwei Membranen umgeben. Bei Algen mit viermembranigen Chloroplasten geht die äußere Membran normalerweise in die äußere Membran des Zellkerns über.

Periplastidraum

Lamellen und Thylakoide

Lamellen verbinden die Thylakoidhöhlen

Pyrenoide

siehe auch

Anmerkungen

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Anmerkungen

Literatur

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Ein Auszug, der Chloroplasten charakterisiert

Während die Rostows im Saal zu den Klängen müder, verstimmter Musiker die sechste Anglaise tanzten und müde Kellner und Köche das Abendessen zubereiteten, traf Graf Bezukhy der sechste Schlag. Die Ärzte erklärten, dass es keine Hoffnung auf Genesung gebe; dem Patienten wurde eine stille Beichte und die Kommunion abgelegt; Sie bereiteten sich auf die Salbung vor, und im Haus herrschte die Hektik und Erwartungsangst, die in solchen Momenten üblich sind. Vor dem Haus, hinter den Toren, drängten sich Bestatter, versteckten sich vor den herannahenden Kutschen und warteten auf einen reichen Auftrag für die Beerdigung des Grafen. Der Oberbefehlshaber von Moskau, der ständig Adjutanten schickte, um sich nach der Position des Grafen zu erkundigen, kam an diesem Abend selbst, um sich von dem berühmten Adligen Katharinas, Graf Bezukhim, zu verabschieden.
Der prächtige Empfangsraum war voll. Alle standen respektvoll auf, als der Oberbefehlshaber, der etwa eine halbe Stunde mit dem Patienten allein war, herauskam, die Verbeugungen leicht erwiderte und versuchte, so schnell wie möglich an den Blicken von Ärzten, Geistlichen und Angehörigen vorbeizukommen auf ihn fixiert. Prinz Wassili, der in diesen Tagen an Gewicht verloren und blass geworden war, verabschiedete sich vom Oberbefehlshaber und wiederholte ihm mehrmals leise etwas.
Nachdem er den Oberbefehlshaber verabschiedet hatte, setzte sich Prinz Wassili allein auf einen Stuhl im Flur, kreuzte die Beine, stützte den Ellbogen auf das Knie und schloss die Augen mit der Hand. Nachdem er einige Zeit so gesessen hatte, stand er auf und ging mit ungewöhnlich hastigen Schritten, sich mit erschrockenen Augen umsehend, durch den langen Korridor zur hinteren Hälfte des Hauses, zur ältesten Prinzessin.
Die Menschen in dem schwach beleuchteten Raum unterhielten sich ungleichmäßig im Flüsterton, verstummten jedes Mal und schauten mit fragenden und erwartungsvollen Augen zurück zur Tür, die zu den Gemächern des Sterbenden führte, und gaben ein leises Geräusch von sich, als jemand herauskam davon entfernt oder eingegeben haben.
„Die menschliche Grenze“, sagte der alte Mann, ein Geistlicher, zu der Dame, die sich neben ihn setzte und ihm naiv zuhörte, „die Grenze ist gesetzt, aber man kann sie nicht überschreiten.“
„Ich frage mich, ob es zu spät ist, eine Salbung durchzuführen?“ - Die Dame fügte den spirituellen Titel hinzu und fragte, als hätte sie zu diesem Thema keine eigene Meinung.
„Es ist ein großes Sakrament, Mutter“, antwortete der Geistliche und fuhr mit der Hand über seine kahle Stelle, an der mehrere gekämmte, halbgraue Haarsträhnen entlangliefen.
-Wer ist das? War der Oberbefehlshaber selbst? - fragten sie am anderen Ende des Raumes. - Wie jugendlich!...
- Und das siebte Jahrzehnt! Was, sagen sie, wird der Graf nicht herausfinden? Wollten Sie die Salbung durchführen?
„Eines wusste ich: Ich hatte sieben Mal gesalbt.“
Die zweite Prinzessin verließ gerade mit tränenüberströmten Augen das Patientenzimmer und setzte sich neben Doktor Lorrain, der in anmutiger Pose unter dem Porträt von Catherine saß und die Ellbogen auf den Tisch stützte.
„Tres beau“, antwortete der Arzt auf eine Frage nach dem Wetter, „tres beau, Princesse, et puis, a Moscou on se croit a la campagne.“ [Schönes Wetter, Prinzessin, und dann sieht Moskau so sehr aus wie ein Dorf.]
„N'est ce pas? [Ist das nicht richtig?]“, sagte die Prinzessin seufzend. „Kann er also trinken?“
Lorren dachte darüber nach.
– Hat er die Medizin genommen?
- Ja.
Der Arzt betrachtete das Breget.
– Nehmen Sie ein Glas kochendes Wasser und geben Sie une pincee hinein (mit seinen dünnen Fingern zeigte er, was une pincee bedeutet) de cremortartari... [eine Prise Cremortartar...]
„Hören Sie, ich habe nicht getrunken“, sagte der deutsche Arzt zum Adjutanten, „damit nach dem dritten Schlag nichts mehr übrig war.“
– Was für ein frischer Mann er war! - sagte der Adjutant. – Und wem wird dieser Reichtum zugute kommen? – fügte er flüsternd hinzu.
„Es wird einen Okotnik geben“, antwortete der Deutsche lächelnd.
Alle schauten zurück zur Tür: Sie knarrte, und die zweite Prinzessin, nachdem sie das von Lorren gezeigte Getränk zubereitet hatte, brachte es dem kranken Mann. Der deutsche Arzt wandte sich an Lorren.
- Vielleicht dauert es bis morgen früh? - fragte der Deutsche und sprach schlechtes Französisch.
Lorren schürzte die Lippen und wedelte streng und ablehnend mit dem Finger vor der Nase.
„Heute Abend, nicht später“, sagte er leise, mit einem dezenten Lächeln der Selbstzufriedenheit darüber, dass er die Situation des Patienten eindeutig zu verstehen und auszudrücken wusste, und ging weg.

Währenddessen öffnete Prinz Wassili die Tür zum Zimmer der Prinzessin.
Der Raum war dunkel; Vor den Bildern brannten nur zwei Lampen und es roch gut nach Weihrauch und Blumen. Der gesamte Raum war mit Kleinmöbeln ausgestattet: Kleiderschränken, Schränken und Tischen. Hinter den Fliegengittern konnte man die weißen Decken eines Hochbetts erkennen. Der Hund bellte.
- Oh, bist du es, mein Cousin?
Sie stand auf und glättete ihr Haar, das schon immer so ungewöhnlich glatt gewesen war, als wäre es mit ihrem Kopf aus einem Stück gefertigt und mit Lack überzogen.
- Was, ist etwas passiert? - Sie fragte. „Ich habe schon solche Angst.“
- Nichts, alles ist gleich; „Ich bin nur gekommen, um mit dir über Geschäfte zu reden, Katish“, sagte der Prinz und setzte sich müde auf den Stuhl, von dem sie aufgestanden war. „Wie hast du es allerdings aufgewärmt?“ sagte er, „nun, setz dich hier hin, Causons.“ [Lass uns reden.]
– Ich habe mich gefragt, ob etwas passiert ist? - sagte die Prinzessin und setzte sich mit ihrem unveränderten, steinernen Gesichtsausdruck dem Prinzen gegenüber und bereitete sich darauf vor, zuzuhören.
„Ich wollte schlafen, mein Cousin, aber ich kann nicht.“
- Nun, was, mein Lieber? - sagte Prinz Wassili, nahm die Hand der Prinzessin und beugte sie seiner Gewohnheit nach nach unten.
Es war klar, dass sich dieses „naja, was“ auf viele Dinge bezog, die sie beide verstanden, ohne sie beim Namen zu nennen.
Die Prinzessin mit ihren unpassend langen Beinen, ihrer schlanken und geraden Taille blickte den Prinzen mit ihrer Wölbung direkt und leidenschaftslos an graue Augen. Sie schüttelte den Kopf und seufzte, als sie die Bilder betrachtete. Ihre Geste könnte sowohl als Ausdruck von Traurigkeit und Hingabe als auch als Ausdruck von Müdigkeit und Hoffnung auf eine schnelle Ruhe erklärt werden. Fürst Wassili erklärte diese Geste als Ausdruck der Müdigkeit.
„Aber für mich“, sagte er, „glauben Sie, dass es einfacher ist?“ Ich bin gekommen, als Postbote; [Ich bin so müde wie ein Postpferd;] Aber ich muss trotzdem mit dir reden, Katish, und zwar sehr ernst.
Prinz Wassili verstummte, und seine Wangen begannen nervös zu zucken, zuerst auf der einen, dann auf der anderen Seite, was seinem Gesicht einen unangenehmen Ausdruck verlieh, der nie auf dem Gesicht von Prinz Wassili zu sehen war, als er in den Wohnzimmern war. Auch seine Augen waren nicht die gleichen wie immer: Manchmal blickten sie unverschämt im Scherz, manchmal sahen sie sich ängstlich um.