Пластиды: строение, происхождение, взаимопревращения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Миобрнауки России

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

“Астраханский государственный университет”

Кафедра ботаники, биологии экосистем и земельных ресурсов

Реферат

На тему: «Пластиды: строение, происхождение, взаимопревращения»

Выполнил: студент 1 курса, гр. БЛ-12

Штефля А.С.

Проверил: к.б.н., доцент Морозова Л.В.

Астрахань 2016

Содержание

1. Пластиды

2. Виды пластид

2.1 Хлоропласты

2.2 Хромопласты

2.3 Лейкопласты

3. Строение пластид

3.1 Строение хлоропластов

3.2 Строение хромопластов

3.3 Строение лейкопластов

4. Происхождение пластид

5. Взаимопревращения пластид

Заключение

Список литературы

1. Пластиды

Пластиды характерны для клеток водорослей и всех высших растений. Эти органеллы имеют на поверхности две мембраны. По окраске и строению выделяют три типа пластид: бесцветные -- лейкопласты, зеленые -- хлоропласты, желтые, оранжевые или красные -- хромопласты. Совокупность всех пластид клетки называют пластидомома. Форма, размеры и строение пластид каждого типа неодинаковы. Обычно в клетке присутствует лишь один тип пластид.

Пластиды образуются из пропластид -- двумембранных округлых структур, заполненных матриксом. В матриксе содержатся кольцевая ДНК и мелкие рибосомы прокариотического типа. Пропластиды передаются в новый растительный организм через яйцеклетку, т.е. от материнского организма. Обычно они содержатся в клетках зародыша и образовательных тканей. Пропластиды могут делиться. Из них образуются все три типа пластид. На свету в клетках листьев, стеблей, плодов из пропластид формируются хлоропласты. В клетках запасающих тканей из пропластид образуются лейкопласты. Хромопласты обычно образуются из хлоропластов и лейкопластов, но иногда могут формироваться и из пропластид.

Самые крупные из них- хлоропласты у растений - достигают в длину 4-10 мкм и 2-4 мкм в ширину и хорошо различимы в световой микроскоп. Форма хлоропластов чаще всего линзовидная или элипсоидная. Лейкопласты и хромопласты могут иметь различную форму. В клетках встречаются, как правило, несколько десятков пластид, но у фотосинтезирующих протоктист, где хроматофоры нередко крупны и разнообразны по форме, число их иногда невелико (1-5)

Расположение пластид в клетке, их форма, размеры и число, состав пигментов, обслуживающих окраску пластид, способность к синтезу органических веществ определяются функциональными особенностями клеток и систематическими положением растений. Наибольшей синтетической активностью характеризуются зеленые пластиды - хлоропласты, содержащие пигмент хлорофилл, образующий с белковыми компонентами мембран особую группу химических соединений - хромопротеиды. Кроме хлоропластов входят желто-оранжевые пигменты из группы каротиноидов, у бурых водорослей встречается фукоксантин, у красных- фикоэритрин, у синезеленых - фикоциан.

пластид хлоропласт хромопласт фотосинтез

2. Виды пластид

2.1 Хлоропласты

Хлоропласты содержатся во всех клетках растения, находящихся на свету. Лишь немногие типы клеток освещенных частей растений вместо хлоропластов содержат лейкопласты или хромопласты. Это гаметы, выделительные клетки, проводящие элементы луба, первичные покровные ткани. В клетках корней хлоропластов, за немногими исключениями, нет.

Особенно много их в клетках листьев и незрелых плодов, где они могут занимать основной объем клетки. Основная функция хлоропластов - фотосинтез. Фотосинтез - процесс, проходящий за счет использования энергии света, в результате которого из диоксида углерода и воды образуются углеводы, и выделяется свободный кислород.

Общебиологическое значение фотосинтеза огромно и заключается в том, что в результате только этого процесса энергия света преобразуется в химическую энергию углеводов, а впоследствии и в энергию всех остальных органических веществ организмов, населяющих нашу планету.

Число хлоропластов в клетках высших растений сильно варьируется -- от пяти до 100 и более. Более разнообразные по форме, размеру и набору пигментов хлоропласты водорослей называют хроматофорами. Положение хлоропластов в цитоплазме зависит от степени освещенности -- при прямом солнечном свете они перемещаются к боковым стенкам клетки и поворачиваются к источнику света ребром.

2.2 Хромопласты

Хромопласты характерны для клеток лепестков, плодов, корнеплодов, осенних листьев. Это пластиды оранжево-красного и желтого цвета, образующиеся из лейкопластов и хлоропластов в результате накопления в их строме каротиноидов. Накапливаясь в большом количестве, каротиноиды способны кристаллизоваться. Такие кристаллы разрывают двумембранную оболочку, и хромопласты принимают их форму: зубчатую, игловидную, пластинчатую, ромбическую и т.д.

В хромопластах клеток осенних листьев образуются крупные пластоглобулы, в жирных маслах которых растворены каротиноиды.

Значение хромопластов заключается в привлечении животных для опыления цветков и распространения плодов и семян.

Хромопласты встречают в клетках лепестков некоторых растений, зрелых плодов, осенних листьев. Их функция в процессе обмена веществ не выяснена. Косвенное биологическое значение хромопластов состоит в привлечении насекомых для перекрестного опыления и животных для распространения семян.

2.3 Лейкопласты

Лейкопласты -- бесцветные пластиды сферической формы, в которых накапливаются запасные питательные вещества. По строению лейкопласты сходны с пропластидами, из которых они образуются. Тилакоиды, образованные внутренней мембраной, развиты очень слабо.

Кроме ДНК и рибосом в строме лейкопластов содержатся ферменты, осуществляющие синтез и расщепление (гидролиз) запасных веществ, главным образом крахмала. В лейкопластах запасной крахмал синтезируется из водорастворимых углеводов, образовавшихся в хлоропластах в процессе фотосинтеза. Лейкопласты, в которых синтезируется и запасается крахмал, называют амилопластами, или крахмальными зернами, белки -- протеинопластами, масла -- олеопластами.

Лейкопласты обычны в клетках запасающих тканей клубней, корневищ, семян. Транспорт углеводов из клеток фотосинтезирующих органов в клетки запасающих тканей обеспечивают проводящие ткани растения.

Основная функция лейкопластов - синтез и накопление запасных питательных продуктов, в первую очередь крахмала, иногда белков, редко масла. Лейкопласты, накапливающие крахмал, называют аминопластами. В них из сахаров, поступающих из фотосинтезирующих органов образуются крахмальные зерна различного размера и формы - вторичный крахмал. Запасной белок может откладываться в виде кристаллов или аморфных гранул, масло - виде пластоглобул.

3. Строение пластид

3.1 Строение хлоропластов

В процессе эволюции хлоропласты приобрели достаточно сложное строение. При их развитии из пропластид происходит образование большого числа хорошо выраженных выпячиваний (складок) их внутренней мембраны, называемых тилакоидами. Система тилакоидов состоит из гран -- стопок дисковидных тилакоидов и отдельных уплощенных канальцевидных тилакоидов стромы, связывающих граны между собой. Хлорофилл и каротиноиды находятся только в тилакоидах, входящих в состав гран.

Внутри хлоропластов находится однородное вещество - строма, пронизанная системой параллельно расположенных мембран. В строме (матриксе) хлоропластов имеется кольцевая ДНК и прокариотические рибосомы, т.е. они способны самостоятельно синтезировать свои белки, необходимые для роста тилакоидной системы. Кроме этого в строме хлоропластов встречаются пластоглобулы -- включения жиров, зерна первичного крахмала, белковые кристаллы.

В хлоропластах содержатся также рибосомы (сходные по структуре с рибосомами бактерий), РНК, аминокислоты и ферменты, необходимые для синтеза белка. Иначе говоря, в них имеется собственная система синтеза белка. Таким образом, хлоропласты обладают некоторой автономностью.

3.2 Строение хромопластов

Внутренняя мембранная система в них обычно отсутствует. Лишь иногда она представлена одиночными тилакоидами. По размерам хромопласты меньше хлоропластов. Их форма может быть самой разной (зубчатой, серповидной, игловидной, пластинчатой и т.д.

Ограничены двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя или также гладкая, или образует единичные тилакоиды. В строме имеются кольцевая ДНК и пигменты -- каротиноиды, придающие хромопластам желтую, красную или оранжевую окраску. Форма накопления пигментов различная: в виде кристаллов, растворены в липидных каплях (8) и др.

3.3 Строение лейкопластов

Лейкопласты являются бесцветными органеллами. Они имеют правильную сферическую форму. Система мембран внутри развита достаточно слабо. Форма может меняться на неправильную только в том случае, когда в их цитоплазме начинают формироваться достаточно крупные крахмальные зерна.

Оболочка лейкопласта состоит из двух элементарных мембран. Внутренняя из них, врастая в строму, образует немногочисленные тилакоиды. Вообще лейкопласты отличаются слабым развитием внутренней мембранной системы. В них отсутствуют граны, а имеются только одиночные тилакоиды. Причем эти тилакоиды располагаются без определенной ориентации или параллельно оболочке пластиды.

В лейкопластах имеются ДНК, рибосомы и ферменты, осуществляющие синтез и гидролиз запасных веществ.

Запасной белок в лейкопластах может откладываться в виде кристаллоподобных структур или аморфных включений; липиды - в виде пластоглобул. Однако белки и липиды встречаются в лейкопластах редко. В одном и том же лейкопласте могут накапливаться разные вещества.

4. Происхождение пластид

Существует две основные теории происхождения митохондрий и пластид. Это теории прямой филиации и последовательных эндосимбиозов. Согласно теории прямой филиации митохондрии и пластиды образовались путем компартизации самой клетки.

Фотосинтезирующие эукариоты произошли от фотосинтезирующих прокариот. У образовавшихся автотрофных эукариотических клеток путем внутриклеточной дифференцировки образовались митохондрии. В результате утраты пластид от автотрофов произошли животные и грибы.

Наиболее обоснованной является теория последовательных эндосимбиозов. Согласно этой теории возникновение эукариотической клетки прошло через несколько этапов симбиоза с другими клетками. На первой стадии клетки типа анаэробных гетеротрофных бактерий включили в себя свободноживущие аэробные бактерии, превратившиеся в митохондрии.

Параллельно этому в клетке-хозяине прокариотической генофор формируется в обособленное от цитоплазмы ядро. Таким путем возникла первая эукариотическая клетка, которая была гетеротрофной. Возникшие эукариотические клетки путем повторных симбиозов включили в себя синезеленые водоросли, что привело к появлению в них структур типа хлоропластов.

Таким образом, митохондрии уже были у гетеротрофных эукариотических клеток, когда последние в результате симбиоза приобрели пластиды. В дальнейшем в результате естественного отбора митохондрии и хлоропласты утратили часть генетического материала и превратились в структуры с ограниченной автономией.

5. Взаимопревращения пластид

В эволюционном смысле первичным, исходным типом пластид являются хлоропласты, из которых при расчленении тела растений на органы произошли пластиды остальных двух типов. В процессе индивидуального развития (онтогенеза) почти все тип пластид могут превращаться друг в друга. Наиболее обычные процессы - превращение лейкопластов в хлоропласты и хлоропластов в хромопласты.

Первый процесс наблюдается, например, при развитии листьев в почке или при развитии зародыша из оплодотворенной яйцеклетки. Он может происходить путем образования проламеллярных телец или путем постепенного формирования в лейкопластах характерной для зеленых пластид внутренней мембранной системы за счет выростов в строму внутренней организации мембран.

Некоторые ученые называют лейкопласты делящихся клеток ростовой почки или кончика корня пропластидами. Однако изучение строения этих пласты мелкого размера. В некоторых случаях делящиеся клетки уже содержат пластиды с зачаточной системой гран, и развитие типичных хлоропластов происходит путем постепенного наращивания их внутренних мембран.

Широко распространенным примером превращения хлоропластов в хромопласты является изменение пластид при осеннем пожелтении листьев или при созревании плодов некоторых растений. Этот процесс состоит в уменьшении размеров пластид, постепенном разрушении внутренних мембран и накоплении веществ в пластоглобулах, число и размер которых увеличиваются.

В конце концов, хлорофилл полностью разрушается и перестает маскировать каротиноиды, которые теперь отчетливо выступают и обуславливают желтую окраску осенних листьев.

Преобладающим компонентом пластид становятся пластоглобулы. Такой процесс превращения хлоропластов в хромопласты до определенной стадии обратим, и путем обработки некоторыми веществами или в определенных условиях желтый лист можно заставить позеленеть. Однако в природных условиях, как правило, превращение хромопластов в хлоропласты не происходит, и их можно рассматривать как конечный этап развития пластид. В хромопласты могут превращаться и лейкопласты. При превращении хлоропластов в лейкопласты, которое может происходить при поранении растения или при помещении его в темноту, внутренняя мембранная система также в значительной степени разрушается, хлорофилл исчезает, но накопления пластоглобул не происходит. Этот процесс обратим. Например, при выставлении на свет из лейкопластов опять развиваются хлоропласты.

В процессе развития клетки пластиды возникают только из пластид, а не из других структур. Численность их в клетке увеличивается за счет деления путем образования перетяжек или почкования.

Заключение

Итак, в растительной клетке пластиды обладают собственным геномом и собственным аппаратом реализации генетической информации путем синтеза РНК и белка, причем организация этих систем в пластидах отличается от эукариотического типа. Следует заметить, что это справедливо и для других органелл клетки - митохондрий, но митохондрии существуют во всех эукариотических клетках, являясь их энергетическим депо, тогда как хлоропласты присутствуют только в клетках зеленых растений.

Список литературы

1. “Ботаника”- В.Г. Хржановский; С.Ф. Пономаренко

2. “Ботаника”- О.А. Коровкин

3. “Ботаника”- Г.П. Яковлев; В.А. Челомбитько

4. “Практикум по цитологии”- Ю.С. Ченцов

5. “Ботаника: Морфология и анатомия растений”- А.Е.Васильев, Н.С. Воронин, А.Г. Еленевский, Т.И. Серебрякова, Н.И. Шорина

6. “Особенности растительной клетки: Учебно-методическое пособие”-

Воротников В.П., Чкалов А.В основные представления симбиотической теории происхождения пластид и митохондрий

7. “Фотосинтез и биосфера”- В.В. Климов

8. “Введение в клеточную биологию”- Ю.С. Ченцов

9. “Молекулярная биология”- Н.П. Юрина ; М.С. Одинцова

10. “Итоги науки и техники”- М.С. Одинцова

11. “Трансформация энергии в хлоропластах - энергообразующих органеллах растительной клетки”- А.Н. Тихонов

12. “Цитология”- Н.С. Стволинская

13. “Практикум по цитологии растений” - З.П. Паушева

14. “Клетка” - К. Свенсон; П. Уэбстер

15. “Биология клетки: общая цитология” - А.А. Заварзин; А.Д. Харазова; М.Н. Молитвин

16. Wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru