Bitki dünyası planetimizin əsas sərvətlərindən biridir. Yer üzündəki flora sayəsində hamımızın nəfəs aldığımız oksigen var, bütün canlıların asılı olduğu nəhəng qida bazası var. Bitkilər qeyri-üzvi kimyəvi birləşmələri üzvi maddələrə çevirə bilmələri ilə unikaldır.
Bunu fotosintez vasitəsilə edirlər. Bu ən mühüm proses xüsusi bitki orqanoidlərində, xloroplastlarda baş verir. Bu ən kiçik element əslində planetdəki bütün canlıların mövcudluğunu təmin edir. Yeri gəlmişkən, xloroplast nədir?
Əsas tərif
Bu, karbon qazının bağlanmasına və müəyyən karbohidratların əmələ gəlməsinə yönəlmiş fotosintez proseslərinin baş verdiyi xüsusi strukturların adıdır. Yan məhsul oksigendir. Bunlar eni 2-4 mikron, uzunluğu 5-10 mikrona çatan uzunsov orqanoidlərdir. Yaşıl yosunların bəzi növlərində bəzən 50 mikron uzunluğunda nəhəng xloroplastlar olur!
Eyni yosunlar ola bilərbaşqa bir xüsusiyyət: bütün hüceyrə üçün bu növdən yalnız bir orqanellə malikdirlər. Yüksək bitkilərin hüceyrələrində ən çox 10-30 xloroplast var. Ancaq onların vəziyyətində təəccüblü istisnalar ola bilər. Belə ki, adi şakın palizad toxumasında hər hüceyrədə 1000 xloroplast var. Bu xloroplastlar nə üçündür? Fotosintez onların əsas, lakin yeganə rolundan uzaqdır. Onların bitki həyatında əhəmiyyətini aydın başa düşmək üçün onların mənşəyi və inkişafının bir çox aspektlərini bilmək vacibdir. Bütün bunlar məqalənin qalan hissəsində təsvir edilmişdir.
Xloroplastın mənşəyi
Beləliklə, xloroplastın nə olduğunu öyrəndik. Bu orqanoidlər haradan gəldi? Necə oldu ki, bitkilər karbon qazı və suyu mürəkkəb üzvi birləşmələrə çevirən belə unikal aparat yaratdılar?
Hazırda elm adamları arasında bu orqanoidlərin endosimbiotik mənşəyinə dair nöqteyi-nəzər üstünlük təşkil edir, çünki onların bitki hüceyrələrində müstəqil şəkildə meydana gəlməsi olduqca şübhəlidir. Məlumdur ki, liken yosun və göbələklərin simbiozudur. Birhüceyrəli yosunlar göbələk hüceyrəsinin içərisində yaşayır. İndi alimlər irəli sürürlər ki, qədim zamanlarda fotosintetik siyanobakteriyalar bitki hüceyrələrinə nüfuz etmiş, sonra isə genomun çox hissəsini nüvəyə köçürərək “müstəqilliyini” qismən itirmişlər.
Ancaq yeni orqanoid əsas xüsusiyyətini tam olaraq saxladı. Söhbət yalnız fotosintez prosesindən gedir. Ancaq bu prosesi həyata keçirmək üçün lazım olan aparatın özü altında formalaşırhəm hüceyrə nüvəsini, həm də xloroplastın özünü idarə edir. Beləliklə, bu orqanoidlərin bölünməsi və genetik məlumatın DNT-yə həyata keçirilməsi ilə bağlı digər proseslər nüvə tərəfindən idarə olunur.
Dəlil
Nisbətən yaxın vaxtlarda bu elementlərin prokaryotik mənşəyi ilə bağlı fərziyyə elmi ictimaiyyətdə o qədər də populyar deyildi, çoxları bunu "həvəskarların ixtiraları" hesab edirdi. Lakin xloroplastların DNT-sindəki nukleotid ardıcıllığının dərin təhlilindən sonra bu fərziyyə parlaq şəkildə təsdiqləndi. Məlum oldu ki, bu strukturlar bakteriya hüceyrələrinin DNT-si ilə son dərəcə oxşar, hətta əlaqəlidir. Beləliklə, oxşar ardıcıllıq sərbəst yaşayan siyanobakteriyalarda tapıldı. Xüsusilə, ATP sintez edən kompleksin, eləcə də transkripsiya və tərcümə "maşınlarında" genlərin son dərəcə oxşar olduğu ortaya çıxdı.
DNT-dən genetik məlumatın oxunmasının başlanğıcını təyin edən promotorlar, eləcə də onun dayandırılmasına cavabdeh olan terminal nukleotid ardıcıllıqları da bakterial olanların təsvirində və bənzərliyində təşkil edilmişdir. Təbii ki, milyardlarla illik təkamül çevrilmələri xloroplastda çoxlu dəyişikliklər edə bilərdi, lakin xloroplast genlərindəki ardıcıllıqlar tamamilə eyni qaldı. Və bu, təkzibolunmaz, tam sübutdur ki, xloroplastların həqiqətən də bir zamanlar prokaryotik əcdadları olub. Müasir siyanobakteriyaların da təkamül etdiyi orqanizm ola bilər.
Proplastidlərdən xloroplastın inkişafı
"Yetkin" orqanoid proplastidlərdən əmələ gəlir. Bu kiçik, tamamilə rəngsizdireni cəmi bir neçə mikron olan orqanoid. O, xloroplasta xas dairəvi DNT ehtiva edən sıx ikiqatlı membranla əhatə olunub. Orqanoidlərin bu “əcdadlarında” daxili membran sistemi yoxdur. Həddindən artıq kiçik ölçülərinə görə onların öyrənilməsi olduqca çətindir və buna görə də onların inkişafı ilə bağlı çox az məlumat var.
Məlumdur ki, bu protoplastidlərdən bir neçəsi heyvan və bitkilərin hər bir yumurta hüceyrəsinin nüvəsində mövcuddur. Embrionun inkişafı zamanı onlar bölünür və digər hüceyrələrə köçürülür. Bunu yoxlamaq asandır: plastidlərlə hansısa şəkildə əlaqəli olan genetik əlamətlər yalnız ana xətti ilə ötürülür.
Protoplastidin daxili membranı inkişaf zamanı orqanoidə çıxır. Bu strukturlardan orqanoidin stromasının qranullarının və lamellərinin əmələ gəlməsindən məsul olan tilakoid membranlar böyüyür. Tam qaranlıqda protopastid xloroplastın (etioplast) xəbərçisinə çevrilməyə başlayır. Bu ilkin orqanoid, içərisində olduqca mürəkkəb bir kristal quruluşun olması ilə xarakterizə olunur. İşıq bitkinin yarpağına dəyən kimi tamamilə məhv olur. Bundan sonra xloroplastın "ənənəvi" daxili strukturunun formalaşması baş verir ki, bu da sadəcə tilakoidlər və lamellər tərəfindən əmələ gəlir.
Nişasta saxlama zavodlarında fərqlər
Hər bir meristem hüceyrəsi bu proplastidlərdən bir neçəsini ehtiva edir (onların sayı bitki növündən və digər amillərdən asılı olaraq dəyişir). Bu ilkin toxuma yarpağa çevrilməyə başlayan kimi öncül orqanoidlər xloroplastlara çevrilir. Belə ki,böyüməsini tamamlamış gənc buğda yarpaqlarında 100-150 ədəd həcmində xloroplastlar olur. Nişasta toplamaq qabiliyyətinə malik olan bitkilər üçün işlər bir az daha mürəkkəbdir.
Bu karbohidratı amiloplastlar adlanan plastidlərdə saxlayırlar. Bəs bu orqanoidlərin məqaləmizin mövzusu ilə nə əlaqəsi var? Axı, kartof kök yumruları fotosintezdə iştirak etmir! İcazə verin, bu məsələyə daha ətraflı aydınlıq gətirim.
Biz bu orqanoidin prokaryotik orqanizmlərin strukturları ilə əlaqəsini ortaya çıxararkən xloroplastın nə olduğunu öyrəndik. Burada da vəziyyət oxşardır: elm adamları çoxdan müəyyən ediblər ki, xloroplastlar kimi amiloplastlar da eyni DNT-ni ehtiva edir və eyni protoplastidlərdən əmələ gəlirlər. Ona görə də onlar eyni aspektdə nəzərdən keçirilməlidir. Əslində, amiloplastlar xloroplastın xüsusi növü kimi qəbul edilməlidir.
Amiloplastlar necə əmələ gəlir?
Protoplastidlər və kök hüceyrələr arasında analogiya çəkmək olar. Sadəcə olaraq, amiloplastlar müəyyən bir nöqtədən bir qədər fərqli bir yolda inkişaf etməyə başlayır. Alimlər isə maraqlı bir şey öyrəndilər: onlar kartof yarpaqlarından xloroplastların amiloplastlara (və əksinə) qarşılıqlı çevrilməsinə nail ola bildilər. Hər bir məktəblinin bildiyi kanonik nümunə, kartof kök yumrularının işıqda yaşıl rəngə çevrilməsidir.
Bu orqanoidlərin diferensiasiya yolları haqqında digər məlumatlar
Biz bilirik ki, pomidor, alma və bəzi digər bitkilərin meyvələrinin yetişmə prosesində (payızda isə ağacların, otların və kolların yarpaqlarında)"deqradasiya", bitki hüceyrəsindəki xloroplastların xromoplastlara çevrilməsi. Bu orqanellər rəngləyici piqmentlər, karotenoidlər ehtiva edir.
Bu çevrilmə, müəyyən şərtlər altında tilakoidlərin tamamilə məhv olması ilə əlaqədardır, bundan sonra orqanoid fərqli daxili təşkilatlanma əldə edir. Burada yenidən məqalənin əvvəlində müzakirə etməyə başladığımız məsələyə qayıdırıq: nüvənin xloroplastların inkişafına təsiri. Məhz hüceyrələrin sitoplazmasında sintez olunan xüsusi zülallar vasitəsilə orqanoidin yenidən qurulması prosesi başlayır.
Xloroplast quruluşu
Xloroplastların mənşəyi və inkişafı haqqında danışdıqdan sonra onların quruluşu üzərində daha ətraflı dayanmalıyıq. Üstəlik, çox maraqlıdır və ayrıca müzakirəyə layiqdir.
Xloroplastların əsas quruluşu daxili və xarici olmaqla iki lipoprotein membrandan ibarətdir. Hər birinin qalınlığı təxminən 7 nm, aralarındakı məsafə 20-30 nm-dir. Digər plastidlərdə olduğu kimi, daxili təbəqə orqanoidə çıxan xüsusi strukturlar əmələ gətirir. Yetkin xloroplastlarda eyni anda iki növ belə "burun" membran var. Birincisi stromal lamelləri, ikincisi isə tilakoid membranları əmələ gətirir.
Lamella və tilakoidlər
Qeyd etmək lazımdır ki, xloroplast membranının orqanoidin daxilində yerləşən oxşar formasiyalar ilə aydın əlaqəsi var. Fakt budur ki, onun bəzi qıvrımları bir divardan digərinə uzana bilər (mitoxondriyadakı kimi). Beləliklə, lamellər ya bir növ "çanta" və ya budaqlı bir forma yarada bilərşəbəkə. Lakin, əksər hallarda bu strukturlar bir-birinə paralel yerləşir və heç bir şəkildə bağlanmır.
Unutmayın ki, xloroplastın içərisində membran tilakoidləri də var. Bunlar bir yığında düzülmüş qapalı "çantalardır". Əvvəlki vəziyyətdə olduğu kimi, boşluğun iki divarı arasında 20-30 nm məsafə var. Bu "torbaların" sütunları taxıl adlanır. Hər sütunda 50-yə qədər tilakoid ola bilər, bəzi hallarda isə daha çox olur. Belə yığınların ümumi "ölçüləri" 0,5 mikrona çata bildiyindən, onlar bəzən adi işıq mikroskopundan istifadə etməklə aşkar edilə bilər.
Yüksək bitkilərin xloroplastlarında olan taxılların ümumi sayı 40-60-a çata bilər. Hər bir tilakoid digərinə o qədər möhkəm yapışır ki, onların xarici membranları tək bir müstəvi təşkil edir. Qovşaqda təbəqənin qalınlığı 2 nm-ə qədər ola bilər. Nəzərə alın ki, bitişik tilakoidlər və lamellərdən əmələ gələn belə strukturlar nadir deyil.
Onların təmas yerlərində bəzən eyni 2 nm-ə çatan təbəqə də olur. Beləliklə, xloroplastlar (quruluşu və funksiyaları çox mürəkkəbdir) tək monolit quruluş deyil, bir növ "dövlət daxilində vəziyyət" dir. Bəzi aspektlərdə bu orqanoidlərin quruluşu bütün hüceyrə quruluşundan az mürəkkəb deyil!
Qranalar lamellərin köməyi ilə dəqiq şəkildə bir-birinə bağlıdır. Amma yığınları meydana gətirən tilakoidlərin boşluqları həmişə qapalıdır və intermembranla heç bir şəkildə əlaqə saxlamır.boşluq. Gördüyünüz kimi, xloroplastların quruluşu olduqca mürəkkəbdir.
Xloroplastlarda hansı piqmentlər ola bilər?
Hər bir xloroplastın stromasında nə ola bilər? Fərdi DNT molekulları və çoxlu ribosomlar var. Amiloplastlarda nişasta dənələri məhz stromada yığılır. Müvafiq olaraq, xromoplastlarda rəngləmə piqmentləri var. Əlbəttə ki, müxtəlif xloroplast piqmentləri var, lakin ən çox yayılmış xlorofildir. Eyni anda bir neçə növə bölünür:
- A qrupu (mavi-yaşıl). O, 70% hallarda baş verir, bütün ali bitkilərin və yosunların xloroplastlarında olur.
- B qrupu (sarı-yaşıl). Qalan 30%-ə də daha yüksək növ bitki və yosunlarda rast gəlinir.
- C, D və E qrupları daha nadirdir. Aşağı yosunların və bitkilərin bəzi növlərinin xloroplastlarında tapılır.
Qırmızı və qəhvəyi dəniz yosunlarının xloroplastlarında tamamilə fərqli növ üzvi boyaların olması qeyri-adi deyil. Bəzi yosunlar ümumiyyətlə demək olar ki, bütün mövcud xloroplast piqmentlərini ehtiva edir.
Xloroplast funksiyaları
Əlbəttə, onların əsas funksiyası işıq enerjisini üzvi komponentlərə çevirməkdir. Fotosintez özü xlorofilin birbaşa iştirakı ilə taxıllarda baş verir. Günəş işığının enerjisini udur, onu həyəcanlanmış elektronların enerjisinə çevirir. Sonuncu, artıq təchizatı ilə suyun parçalanması və ATP sintezi üçün istifadə olunan artıq enerji verir. Su parçalandıqda oksigen və hidrogen əmələ gəlir. Birincisi, yuxarıda yazdığımız kimi, əlavə məhsuldur və ətrafdakı kosmosa buraxılır və hidrogen xüsusi bir protein olan ferredoksinə bağlanır.
Yenidən oksidləşir, hidrogeni biokimyada NADP kimi qısaldılmış reduksiyaedici agentə ötürür. Müvafiq olaraq, onun azaldılmış forması NADP-H2-dir. Sadəcə olaraq, fotosintez zamanı aşağıdakı maddələr əmələ gəlir: ATP, NADP-H2 və oksigen şəklində əlavə məhsul.
ATP-nin enerji rolu
Hüceyrənin müxtəlif ehtiyaclarına gedən enerjinin əsas "akkumulyatoru" olduğu üçün əmələ gələn ATP son dərəcə vacibdir. NADP-H2-nin tərkibində azaldıcı maddə olan hidrogen var və bu birləşmə zəruri hallarda onu asanlıqla verə bilir. Sadə dillə desək, bu, təsirli kimyəvi reduksiyaedicidir: fotosintez prosesində bir çox reaksiyalar baş verir ki, onlar sadəcə onsuz davam edə bilməz.
Sonra, qaranlıqda və qrandan kənarda fəaliyyət göstərən xloroplast fermentləri işə düşür: reduksiya agentindən olan hidrogen və ATP enerjisi bir sıra üzvi maddələrin sintezinə başlamaq üçün xloroplast tərəfindən istifadə olunur.. Fotosintez yaxşı işıqlandırma şəraitində baş verdiyindən, yığılan birləşmələr günün qaranlıq vaxtında bitkilərin öz ehtiyacları üçün istifadə olunur.
Bu prosesin bəzi aspektlərdə şübhəli şəkildə nəfəs almağa bənzədiyini haqlı olaraq fərq edə bilərsiniz. Fotosintez ondan nə ilə fərqlənir? Cədvəl bu problemi anlamağa kömək edəcək.
| Müqayisə elementləri | Fotosintez | Nəfəs |
| Bu baş verəndə | Yalnız gündüz, günəş işığında | İstənilən vaxt |
| Sızdığı yer | Xlorofil tərkibli hüceyrələr | Bütün canlı hüceyrələr |
| Oksigen | Vurğulayın | Udulma |
| CO2 | Udulma | Vurğulayın |
| Üzvi maddə | Sintez, qismən parçalanma | Yalnız bölün |
| Enerji | Udulduqda | Fərqlənir |
Fotosintez tənəffüsdən beləcə fərqlənir. Cədvəl onların əsas fərqlərini aydın şəkildə göstərir.
Bəzi "paradokslar"
Sonrakı reaksiyaların əksəriyyəti elə orada, xloroplastın stromasında baş verir. Sintez olunan maddələrin sonrakı yolu fərqlidir. Beləliklə, sadə şəkərlər dərhal orqanoiddən kənara çıxır, hüceyrənin digər hissələrində polisaxaridlər, ilk növbədə nişasta şəklində toplanır. Xloroplastlarda həm piylərin çökməsi, həm də onların prekursorlarının ilkin yığılması baş verir, daha sonra onlar hüceyrənin digər nahiyələrinə atılır.
Aydın şəkildə başa düşülməlidir ki, bütün birləşmə reaksiyaları böyük miqdarda enerji tələb edir. Onun yeganə mənbəyi eyni fotosintezdir. Bu, çox vaxt o qədər enerji tələb edən bir prosesdir ki, onu əldə etmək lazımdır.əvvəlki sintez nəticəsində əmələ gələn maddələrin məhv edilməsi! Beləliklə, onun gedişində əldə edilən enerjinin böyük hissəsi bitki hüceyrəsinin özündə bir çox kimyəvi reaksiyaların aparılmasına sərf olunur.
Bunun yalnız bir hissəsi bitkinin öz böyüməsi və inkişafı üçün qəbul etdiyi üzvi maddələri birbaşa əldə etmək üçün istifadə olunur və ya yağlar və ya karbohidratlar şəklində yığılır.
Xloroplastlar statikdirmi?
Hüceyrə orqanellərinin, o cümlədən xloroplastların (quruluşu və funksiyalarını ətraflı təsvir etdiyimiz) ciddi şəkildə bir yerdə yerləşdiyi ümumi qəbul edilir. Bu doğru deyil. Xloroplastlar hüceyrə ətrafında hərəkət edə bilir. Beləliklə, zəif işıqda, hüceyrənin ən işıqlı tərəfinə yaxın bir mövqe tutmağa meyllidirlər, orta və aşağı işıq şəraitində, ən çox günəş işığını "tutmağı" bacardıqları bəzi ara mövqeləri seçə bilərlər. Bu fenomen "fototaksis" adlanır.
Mitoxondriyalar kimi, xloroplastlar da kifayət qədər muxtar orqanoidlərdir. Onların öz ribosomları var, yalnız onlar tərəfindən istifadə olunan bir sıra yüksək spesifik zülalları sintez edirlər. Hətta xüsusi ferment kompleksləri var, onların işi zamanı lamel qabıqlarının qurulması üçün lazım olan xüsusi lipidlər istehsal olunur. Bu orqanoidlərin prokaryotik mənşəyi haqqında artıq danışdıq, lakin əlavə etmək lazımdır ki, bəzi elm adamları xloroplastları əvvəlcə simbiontlara çevrilmiş, sonra isə tamamən bəzi parazit orqanizmlərin qədim nəsilləri hesab edirlər.hüceyrənin ayrılmaz hissəsinə çevrilmişdir.
Xloroplastların əhəmiyyəti
Bitkilər üçün aydındır - bu, bitki hüceyrələrinin istifadə etdiyi enerji və maddələrin sintezidir. Amma fotosintez planet miqyasında üzvi maddələrin daimi yığılmasını təmin edən bir prosesdir. Karbon dioksid, su və günəş işığından xloroplastlar çox sayda mürəkkəb yüksək molekullu birləşmələri sintez edə bilər. Bu qabiliyyət yalnız onlar üçün xarakterikdir və insan hələ də süni şəraitdə bu prosesi təkrarlamaqdan uzaqdır.
Planetimizin səthindəki bütün biokütlələr varlığını bitki hüceyrələrinin dərinliklərində yerləşən bu ən kiçik orqanoidlərə borcludur. Onlar olmasaydı, onların həyata keçirdiyi fotosintez prosesi olmasaydı, Yer kürəsində müasir təzahürlərində heç bir həyat olmazdı.
Ümid edirik ki, bu məqalədən xloroplastın nə olduğunu və onun bitki orqanizmindəki rolunu öyrəndiniz.
