Пластиды: строение хлоропласта, фото

Пластиды. Урок 22

Пластиды (от греч. plastides — создающие, образующие, от plastos — вылепленный, оформленный) — это  дву-, трёх- или четырёхмембранные органоиды клеток фотосинтезирующих эукариотических организмов (растений, водорослей, некоторых протистов). У «высших» растений они крупные, у остальных — более мелкие, но у всех это полуавтоматические органеллы, т.е. обладающие собственным геномом и белоксинтезирующим аппаратом, появляющиеся в результате собственного деления.

Согласно теории симбиогенеза, как и митохондрии, они ранее были самостоятельными организмами — цианобактериями, но оказались захваченными прокариотической  клеткой, предшественником эукариотической клетки. При этом внешняя мембрана пластид стала соответствовать плазматической мембране хозяйской клетки, межмембранное пространство — внешней среде, внутренняя мембрана пластид — мембране цианобактерии, а строма пластид — цитоплазме цианобактерии. Наличие трёх (эвгленовые и динофлагелляты) или четырёх (золотистые, бурые, жёлто-зелёные, диатомовые водоросли) мембран считается результатом двух- и трёхкратного эндосимбиоза соответственно.

Пластиды в клетках листа растения, фото
Пластиды в клетках листа

У «высших» растений найден целый ряд различных пластид, представляющих собой цепь взаимных превращений одного вида зрелых пластид в другой. Эта классификация основана на их окраске и выполняемых функциях:

  • Хлоропласты — пластиды, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, различные каротиноиды, у водорослей и фикобилины. В них происходит фотосинтез — процесс превращения солнечной энергии в энергию химических связей и синтез органических соединений.
  • Хромопласты — оранжевые и желтые, содержат каротиноиды.
  • Лейкопласты — бесцветные или белые, запасают крахмал, белки или липиды.
  • Этиопласты — темновые пластиды, не содержат хлорофилла, но содержат протохлорофилл.
  • Геронтопласты — пластиды стареющих и увядающих тканей.

Обычно в клетке имеется только один тип пластид. Совокупность всех пластид клетки называют пластидóм.

Сравнение пластид, фото

В 2020 году учёными новосибирского Института цитологии и генетики СО РАН в зёрнах одной из разновидностей ячменя были открыты чёрные пластиды. Они накапливают меланин — пигмент, который делает волосы тёмными, а кожу смуглой и защищает животных и человека от ультрафиолетовых лучей солнца. Оказалось, что у растений тоже есть меланин, и за его образование и накопление ответственны особые пластиды — ​меланопласты (Shoeva et al., 2020). Чёрные пластиды помимо меланина содержат хлорофилл, но его зеленый цвет маскируется чёрным пигментом, они способны к фотосинтезу, так что могли бы существовать и полностью чёрные растения, хотя в реальности этот пигмент накапливается только в отдельных их частях.

Типы пластид, фото
Источник: https://myslide.ru/documents_3/cb534e39b04bd1454c28123f1cb58a39/img53.jpg

Функции пластид

Пластиды разнообразны по строению и выполняют широкий спектр функций:

  • фотосинтез;
  • восстановление неорганических ионов (нитрита, сульфата);
  • синтез многих ключевых метаболитов (порфирины, пурины, пиримидины, многие аминокислоты, жирные кислоты, изопреноиды, фенольные соединения и др.). Например, эфирные масла кожуры апельсина синтезируются в пластидах;
  • синтез и разрушение полисахаридов (крахмала), липидов, аминокислот;
  • синтез регуляторных молекул — гормонов (гиббереллины, цитокинины, АБК и др.);
  • хромопласты играют важную роль в привлечении разнообразных опылителей, распространителей плодов, поэтому многие цветки окрашены в желтый, оранжевый, алый насыщенный цвет;
  • запасание железа, липидов, крахмала, белков.

Функции очень важны. Даже если растение отказывается от фотосинтеза и переходит к паразитизму, функция пластид тем не менее сохраняется. Самый удивительный пример, который сравнительно недавно открыли ученые, — это то, что малярийный плазмодий — бывшая водоросль. У него остается остаток от пластид — апикопласт. Раньше считали, что это плотная вакуоль, но оказалось, что в нем содержится ДНК, это вполне себе пластида, которая по-прежнему занимается биосинтезом жиров, чем она и занималась исходно в растении. От этой функции малярийный плазмодий отказаться так и не смог. Теперь есть лекарства от малярии, направленные именно на биосинтез жирных кислот, они оказываются более эффективными, чем хинин. Представляете, что малярию теперь можно лечить гербицидами, а не традиционными лекарствами. Конечно, это разработки будущего, тем не менее это показывает, насколько важны пластиды в биосинтезе липидов клетки.

https://postnauka.ru/video/62154

Пластиды у малярийного плазмодия, фото
Источник: https://present5.com/presentation/64761865_139764255/image-15.jpg

Хлоропласты

Хлоропласты (от греч. chlëros — зеленый и plastos — вылепленный, оформленный) — это важнейшие пластиды, центры фотосинтетической активности клетки, в которых сосредоточен весь хлорофилл и все вспомогательные пигменты, связанные с фотосинтезом.

У «высших» растений хлоропласты по форме напоминают двояковыпуклую линзу. Форма эта довольно постоянна. Их диаметр равен 5-8 мкм, а толщина — около 1 мкм. В клетке имеется 15-50 хлоропластов. Число их в клетках связано с их величиной: чем мельче хлоропласты, тем больше их в клетке. У водорослей форма, число и размеры хлоропластов очень разнообразны.

Сходство цианобактерии и хлоропласт, фото
Источник: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/92/Chloroplast-cyanobacterium_comparison.svg/1380px-Chloroplast-cyanobacterium_comparison.svg.png

Величина и форма хлоропластов зависят также от внешних условий. Обычно у теневыносливых растений хлоропласты крупнее и богаче хлорофиллом, чем у светолюбивых.

В клетках высших растений хлоропласты расположены таким образом, что плоская поверхность их обращена к клеточной оболочке. Особенно много их около межклетников, заполненных воздухом.

Окраска плодов зависит от хлоропластов, фото

Положение хлоропластов в клетке может меняться в зависимости от освещенности. Они располагаются так, что улавливают свет наилучшим образом, не подвергаясь действию прямых солнечных лучей. На рассеянном свету хлоропласты сосредоточиваются у поверхностной стенки клетки; на ярком свету — перемещаются на боковые стенки или поворачиваются к лучам ребром.

Хлоропласты встречаются почти во всех клетках надземных органов растений, куда проникает свет. Но особенно много их в листьях и незрелых плодах. 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 нет, за немногими исключениями.

По химическому составу хлоропласты несколько отличаются от остальной цитоплазмы. Так, содержание липоидов в них составляет 20-40% от сухой массы, тогда как в цитоплазме липоидов всего 2-3%. Структурной основой хлоропластов являются белки — около 50% сухой массы. Содержание хлорофилла составляет 5-10%, каротиноидов — 1-2%. Как и в митохондриях, в хлоропластах имеется немного РНК (0,5-3,5%). Содержание ДНК ещё меньше.

Зелёные грецкие орехи, фото

Строение хлоропластов

Строение хлоропластов сходно у разных растений. Каждый хлоропласт окружен чаще двойной мембраной и имеет сложную внутреннюю систему мембран. Мембраны оболочки агранулярные (отсутствуют заметные белковые тельца АТФазы). Они обладают избирательной проницаемостью.

Основная структурная единица хлоропласта — тилакоид (ламелла). Тилакоид представляет собой тонкий плоский мешочек, ограниченный однослойной мембраной. В нём находятся хлорофилл, вспомогательные пигменты и ферменты, принимающие участие в фотохимических реакциях фотосинтеза.

Строение хлоропласта, фото

Полость тилакоида называется люменом. Тилакоиды собраны в группы наподобие стопки монет. Эти стопки называются гранами. В гранах тилакоиды располагаются параллельно друг другу, соприкасаясь мембранами. Отдельные граны связаны между собой в единую систему с помощью тилакоидов, пронизывающих межгранные пространства. Эти межгранные тилакоиды, в отличие от тилакоидов гран, обычно не параллельны, удалены друг от друга на разные расстояния, имеют разный диаметр.

Сгруппированные в граны и одиночные тилакоиды не являются отдельными компартментами хлоропласта, а представляют собой непрерывное образование (пространственный континуум) с многочисленными мембранными наложениями.

В некоторых участках хлоропластов имеются складки внутренней мембраны пластидной оболочки. Эти складки переходят в межгранные тилакоиды. Но такие складки встречаются редко. У хлоропластов водорослей и в немногих типах клеток «высших» растений типичные граны не образуются.

Устройство хлоропласт, фото
Источник: https://atamuraweb.kz/wp-content/uploads/2020/08/bio1_10-2.jpg

Число тилакоидов в гранах колеблется от двух до нескольких десятков. Их диаметр около 0,5 мкм. Потому они не видны в световой микроскоп. Число и расположение гран зависят от вида растения, возраста и активности хлоропластов. У светолюбивых растений граны мельче, чем у теневыносливых.

Всё пространство между гранами заполнено бесцветной стромой, или матриксом (жидкой частью пластид). В строме находятся рибосомы, светлые зоны с нитями ДНК, изредка — крахмальные зерна, белковые кристаллы. Кроме того, в строме содержатся многие ферменты, участвующие в темновых реакциях фотосинтеза (фиксации СО2 ).

Фикобилины окрашивают красные водоросли, фото
Фикобилины окрашивают красные водоросли

При таком строении значительно увеличивается фотоактивная поверхность хлоропласта и обеспечивается максимальное использование световой энергии. Содержащиеся в хлоропластах ферменты кодируются либо ядерной, либо хлоропластной ДНК. Некоторые ферменты состоят из двух белковых субъединиц. Причем одна из них кодируется ядерной ДНК, а другая — ДНК хлоропласта (например, рибулозобисфосфат-карбоксилаза (РУБИСКО)).

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. Установлено, что большинство белков мембран тилакоидов синтезируется в рибосомах хлоропластов. Напротив, большинство белков стромы и липиды мембран образуются вне хлоропластов. Хлоропласты способны также к синтезу и разрушению полисахаридов (крахмала), аминокислот, липидов.

Пигменты хлоропластов

Хлорофилл основной пигмент, участвующий в фотосинтезе. Он встречается в нескольких формах: у «высших» растений в основном хлорофилл а и хлорофилл b. Эти формы хлорофилла немного отличаются одна от другой по спектрам поглощения. Кроме того, в хлоропластах большинства «высших» растений присутствуют каротиноиды — жёлтый ксантофилл и красно-оранжевый каротин. Обычно эти пигменты маскируются хлорофиллом и незаметны на протяжении почти всего периода вегетации. Осенью, когда концентрация хлорофилла в стареющих листьях снижается, каротиноиды становятся хорошо заметными. Осенняя окраска листьев зависит в основном от них. Правда, на окраску осенних листьев влияют также антоцианы, присутствующие в вакуолях клеток. У некоторых водорослей хлоропласты особенно богаты фикобилинами — синим и красным пигментами.

Хлорофилл, фото
Хлорофилл. Источник: https://phonoteka.org/uploads/posts/2021-05/1622266460_13-phonoteka_org-p-khlorofill-art-krasivo-16.jpg

Каротиноиды защищают хлорофилл от разрушающего действия молекулярного кислорода. Кроме того, они повышают продуктивность фотосинтеза, поглощая и передавая хлорофиллу энергию тех длин волн, которые хлорофиллом не поглощаются (желто-зеленую часть спектра). В результате и эта энергия может использоваться для фотосинтеза.

При содержании растений в темноте они приобретают бледную желтоватую окраску. Это вызвано тем, что синтез хлорофилла происходит только на свету. Хлоропласты таких растений содержат очень мало хлорофилла и имеют слабо развитую сеть тилакоидов.

Растения, выращенные при недостатке света или в темноте, называют этиолированными. Хлоропласты таких растений называются этиопластами.

Каротиноиды, фото
Источник: https://image2.thematicnews.com/uploads/images/00/00/40/2017/10/27/7f5aa20674.jpg

Фотосинтез

В мембране тилакоидов осуществляется первичная световая стадия фотосинтеза. Смысл ее заключается в фиксации и запасании энергии света в энергии химических связей: АТФ и НАДФ·Н (восстановленного никотинамид-адениндинуклеотидфосфата), необходимых для ассимиляции CO2 .

Фотосинтез, инфографика
Источник: https://biologo.ru/Авторское_предуведомление/18170_html_m52727ed.jpg

У растений АТФ образуется в основном за счет энергии света в хлоропластах. Поэтому значение митохондрий у растений намного меньше, чем у животных. Источником энергии для образования молекул АТФ является разность потенциалов, которая образуется на мембране в результате направленного переноса электронов. При этом происходит так называемый фотолиз воды. Под действием света переносчики электронов в мембране отбирают электроны у воды: при этом образуется молекулярный кислород (O2 ) и накапливаются протоны (Н+) — положительно заряженные ионы. А электроны тем временем уходят на другую сторону мембраны и захватываются НАДФ, и в результате образуется НАДФ — отрицательно заряженная молекула.

Кислород образуется только во время световой фазы фотосинтеза, он в качестве побочного продукта выходит в атмосферу днём. В отсутствии солнечного света может проходить только темновая фаза фотосинтеза, где молекулярный кислород не выделяется. Поэтому ночью растения только поглощают кислород при дыхании, но не выделяют его. Значит большое количество растений в спальне уменьшит количество кислорода в ней ночью, что плохо для вашего здоровья.

Функции хлоропластов: фотосинтез, фото
Источник: http://in-natura.ru/wp-content/uploads/2017/12/0095.jpg

Благодаря мембране, играющей роль барьера, осуществляется пространственное разобщение положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных молекул, т.е. на мембране накапливается электрохимический потенциал. Наружная поверхность тилакоида гранулярная — покрыта белковыми частицами диаметром 14-15 нм, которые представляют собой «фактор сопряжения», фермент АТФазу, имеющий канал. В итоге мембрана разряжается: протоны проходят через канал АТФазы, и энергия этого потока запасается в форме синтезируемой АТФ. Разноименно заряженные ион и молекула взаимодействуют и образуется вышеупомянутый НАДФ·Н.

Суммарная реакция фотосинтеза:

Суммарная реакция фотосинтеза, фото

В строме же сосредоточены ферменты фиксации CO2 , т.е. происходит темновая стадия фотосинтеза. Как понятно из названия, для ее прохождения не требуется света. В ее процессе с помощью фермента РУБИСКО CO2 присоединяется к органическим веществам и при участии запасенных в световой стадии АТФ и НАДФ·Н восстанавливается в цикле Кальвина. На одной из стадий этого цикла отчуждается синтезированный моносахаридгексоза. То есть в итоге, за счет запасенной энергии света углекислый газ восстанавливается до углевода.

Хлоропласты содержат свою, специфическую ДНК, сходную с ДНК бактерий. Она отличается от ДНК ядра и передается по наследству через пропластиды, которые находятся в цитоплазме яйцеклетки. От отцовского растения (т.е. через клетку пыльцы) хлоропластная ДНК не наследуется.

Синтезируемые хлоропластами соединения выполняют не только функцию конституционных веществ, но могут откладываться в них про запас.

Крахмал, возникающий в хлоропластах на свету, называют первичным (ассимиляционным).

Биологическое значение образования первичного крахмала:

  • в ходе полимеризации глюкозы и образования крахмала устраняется один из конечных продуктов фотосинтеза и тем самым предупреждается торможение этого процесса;

  • образование крахмала предотвращает повышение осмотического давления внутри хлоропласта и возможность его разрыва от избытка воды.

Лейкопласты

Лейкопласты (от греч. leucos — белый и plastos — вылепленный, оформленный) — мелкие бесцветные пластиды. В световой микроскоп обнаружить их можно, если внутри них накапливаются крупные включения.

Лейкопласты встречаются в клетках органов, скрытых от света:

Запасание крахмала в пластидах, фото

Редко они находятся в клетках ярко освещенных частей растения. Например, в клетках эпидермиса. Нередко лейкопласты собираются вокруг ядра, окружая его со всех сторон. Форма лейкопластов очень непостоянна и может быстро изменяться даже в одной клетке.

Функция лейкопластов — синтез запасных питательных веществ. В первую очередь крахмала, иногда белков, редко — жиров. Лейкопласты, накапливающие:

  • крахмал, называют амилопластами,
  • масла — элайопластами (олеопластами),
  • белки — протеинопластами (протеопластами).

Протеинопласты, фото

Считается, что главную роль в восприятии гравитации играют амилопласты, которые содержатся в специализированных клетках корня и побега — статоцитах.

Крахмал образуется из сахаров, поступающих из фотосинтезирующих клеток. Образующийся в лейкопластах крахмал называется вторичным. Он имеет вид зёрен различного размера и формы.

Элайопласты, фото

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.

Хромопласты

Хромопласты (от греч.  χρῶμα — цвет, краска и Plastos — вылепленный, оформленный) — пластиды жёлтого, оранжевого и красного цвета. Встречаются в клетках осенних листьев, зрелых плодов, лепестков многих растений (лютик — Ranunculus, одуванчик — Taraxacum, нарцисс — Narcissus, тюльпан — Tulipa и др.), редко — в клетках корнеплодов (морковь  (Daucus carota), сахарная свекла (Beta vulgaris)). Хромопласты — конечный этап в развитии пластид.

Окраска плодов, фото

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, в виде треугольников, ромбов), но не линзовидной.

Строение хромопластов, фото
Источник: https://m.studwood.net/imag_/14/172565/image003.jpg

Форма хромопластов определяется их происхождением, состоянием в них пигментов, систематическим положением образующего их растения.

Пигменты хромопластов

Окраска хромопластов обусловлена пигментами группы каротиноидов. Пигменты нерастворимы в воде, но растворяются в жирах. Хромопласты лишены хлорофилла и не способны к фотосинтезу.

В зависимости от формы накопления каротиноидов различают хромопласты трех типов:

  • глобулярного — каротиноиды растворены в субмикроскопических липоидных глобулах (пример — лепестки лютика, алоэ);
  • фибриллярного — каротиноиды собраны в пучки, состоящие из субмикроскопических нитей и связанные с фибриллами белка (пример — плоды томатов, мандарина, красного перца);
  • кристаллического — пигменты откладываются в виде мелких, но видимых в световой микроскоп кристаллоидов (пример — плоды шиповника, арбузов, лепестки нарциссов, корнеплоды моркови).

Наиболее распространенный тип пластид — глобулярный. В них липидные глобулы с растворенными пигментами занимают основной объем пластиды. Встречаются переходные формы от хлоропластов к глобулярному типу хромопластов — хлорохромопласты. У них сохраняется небольшое число мелких гран, межгранные тилакоиды и одновременно имеется большое число крупных глобул.

Пластиды хромопласты, фото
Источник: https://s3.thingpic.com/images/ZA/rSdQ2U1iq1unEDXFSukVgu9z.jpeg

Онтогенез и взаимопревращения пластид

В ходе эволюции растений исходным типом пластид были хлоропласты. При расчленении тела растений на органы из хлоропластов возникли лейко- и хромопласты.

Хлоропласты в клетках развиваются из пропластид (т.е. зачаточных пластид). Это мелкие бесцветные или бледно-зеленые недифференцированные пластиды. Они находятся в делящихся клетках корней и побегов.

Взаимное превращение пластид, фото
Источник: https://www.syl.ru/misc/i/ai/379735/2459877.jpg

Изучение строения пропластид показало, что они представляют собой лейкопласты мелкого размера. Пропластиды гораздо мельче хлоропластов, не обладают свойственной хлоропластам тилакоидной или ламеллярной (слоистой) структурой. Вместо этого они содержат проламеллярное тело — упорядоченный, «паракристаллический» центр каналов. Каналы после стимуляции светом изменяют свою ориентацию и превращаются в параллельные слои. Причем у цветковых растений зрелые хлоропласты могут развиться из пропластид только при освещении, а у некоторых голосеменных это превращение может совершаться и в полной темноте.

Пропластиды способны реплицироваться путем деления надвое. Именно так увеличивается их число в клетке. Зрелые пластиды также иногда проявляют способность к репликации. В этом отношении они напоминают бактерии.

Зеленеющие клубни картофеля, фото
На свету лейкопласты картофеля превращаются в хлоропласты. Если их снова поместить в темноту, вскоре произойдёт разрушение хлорофилла и хлоропласты снова станут лейкопластами.

Для пластид характерны относительно легкие переходы от одного типа к другому. Наиболее обычные процессы — превращения лейкопластов в хлоропласты и хлоропластов в хромопласты. При этом в лейкопластах формируется характерная для зеленых пластид внутренняя мембранная система (система тилакоидов). Например, такие превращения происходят при развитии зародыша из зиготы, при развитии листьев в почке.

Характерный пример превращения зеленых пластид в хромопласты — при созревании плодов, осеннем окрашивании листьев. При этом пластиды уменьшаются в размерах, происходит постепенное разрушение внутренних мембран и накопление веществ в глобулах. Хлорофилл полностью разрушается и перестает маскировать каротиноиды. Преобладающим компонентом таких пластид становятся пластоглобулы. Этот процесс до определенной стадии обратим. Но в природных условиях превращения хромопластов в хлоропласты не происходит.

Хромопласты можно рассматривать как заключительный этап развития пластид — этап старения.

Лейкопласты тоже могут превращаться в хромопласты. Например, в выделительных клетках при их старении. Превращение хлоропластов в лейкопласты может происходить, если растение поместить в темноту или поранить. В этом случае мембранная система пластид в значительной степени разрушается, хлорофилл исчезает, но накопления глобул не происходит. Причем этот процесс обратим. Так, если растение вновь поместить на свет, из лейкопластов опять развиваются хлоропласты. Это хорошо заметно по клубням картофеля.

Все взаимопревращения пластид можно отразить в виде схемы:

Схема взаимного превращения пластид, фото

Пластиды водорослей

У водорослей встречается два типа пластид: окрашенные хлоропласты (хроматофоры) у зелёных водорослей и бесцветные лейкопласты (амилопласты). Хлоропласты водорослей в отличие от таковых высших растений значительно разнообразнее по форме и по строению. Хлоропласт имеет две (красные, зелёные, харовые водоросли), три (эвглены, динофлагелляты) или четыре (охрофитовые водоросли) мембраны.

Форма хроматофоров водорослей, фото

Все водоросли хорошо различаются по набору фотосинтезирующих пигментов. Такие группы в систематике растений имеют статус отделов.

Фотосинтезирующие (и «маскирующие» их) пигменты находятся в особых пластидах — хлоропластах. Основным пигментом всех водорослей является зеленый пигмент хлорофилл. Известно четыре типа хлорофилла, которые различаются по своей структуре:

  • хлорофилл a — присутствует у всех водорослей и высших растений;
  • хлорофилл b — встречается у зеленых, харовых, евгленовых водорослей и у высших растений: растения, содержащие этот хлорофилл, всегда имеют ярко-зеленую окраску;
  • хлорофилл c — характерна для гетероконтных водорослей;
  • хлорофилл d — редкая форма, есть она у красных и синезеленых водорослей.

Большинство фотосинтезирующих растений содержат два разных хлорофилла, одним из которых всегда является хлорофилл a. В некоторых случаях вместо второго хлорофилла присутствуют билипротеины. У синезеленых и красных водорослей встречаются два вида билипротеинов:

  • фикоцианин — синий пигмент,
  • фикоэритрин — красный пигмент.
Пигменты хромотофоров водорослей, фото
Источник: https://shareslide.ru/img/thumbs/b5b2601cf0fa04dfa9813821a45cd8ee-800x.jpg

Обязательными пигментами, входящими в фотосинтетические мембраны, являются желтые пигменты — каротиноиды. Они отличаются от хлорофиллов спектром поглощаемого света и, как полагают, выполняют защитную функцию, предохраняя молекулы хлорофилла от разрушительного воздействия молекулярного кислорода.

Присутствие водорастворимых пигментов, называемых фикобилинами (фикоцианобилин, фикоэритробилин, фикоуробилин и фикобиливиолин), которые локализуются в фикобилисомах, придает красным водорослям их характерный цвет. Хлоропласт содержит равномерно расположенные и не сгруппированные тилакоиды. Другие пигменты включают хлорофилл а, α- и β-каротин, лютеин и зеаксантин. Двойная мембрана оболочки хлоропласта окружает хлоропласт. Отсутствие грана и прикрепление фикобилисом на стромальной поверхности тилакоидной мембраны являются другими отличительными признаками хлоропласта красной водоросли.

Кроме перечисленных пигментов у водорослей встречаются:

  • фукоксантин — золотистый пигмент;
  • ксантофилл — бурый пигмент.
Как выглядят водоросли, в пластидах которых преобладает фукоксантин, фото
Так выглядят водоросли, в пластидах которых преобладает фукоксантин

Пластиды (цианеллы) есть у глаукофитовых водорослей (Glaucophyta). Цианеллы уникальны наличием тонкой муреиновой оболочки в межмембранном пространстве. Помимо хлорофилла a они содержат фикоцианин и аллофикоцианин.

В свою очередь у красных водорослей в пластидах накапливаются красные пигменты фикобилины, которые маскируют хлорофилл и наряду с ним участвуют в фотосинтезе. Можно представить, что если бы в ходе эволюции наземные растения пошли по пути красных водорослей, то Земля была бы покрыта «марсианскими» лесами всех оттенков красного цвета. А вот если бы деревья и травы последовали примеру глаукофитовых водорослей, окружающие нас пространства были бы «раскрашены» синим и голубым, благодаря пигментам фикоцианину и аллофикоцианину.

https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/436087/Plastidy_ot_rasteniy_do_morskikh_slizney_i_mozgovykh_parazitov

Мембраны пластид бурых водорослей объединяются в гранеподобные стопки. Пластиды (хроматофоры) всегда мелкие в виде дисков или зёрен, покрыты тремя мембранами. Кроме хлорофилла у них есть и другие пигменты — ксантофиллы (фукоксантин (перекрывает все другие окраски и делает талломы зеленовато-оливковыми или бурыми), виолаксантин и диатоксантин) и каратиноиды. Такой набор пигментов позволяет бурым водорослям осуществлять фотосинтез на разных уровнях глубины океана (до 30 м), улавливая сине-зелёную часть спектра. Красная часть спектра, за счёт которой работает хлорофилл, проникает в воду только до глубины в 12 м.

Пластиды простейших

Пластиды есть у миксотрофных протистов, у эвгленозоев хлоропласты покрыты тремя мембранами, в клетках разных эвглен их может быть от одного до нескольких сотен. Многие имеют пиреноиды — дифференцированные участки внутри хроматофоров водорослей и фотосинтезирующих простейших, в которых сконцентрированы ферменты, синтезирующие резервный сахар (парамилон). В клетке эвглены зелёной 20 хроматофоров, по строению схожих с хлоропластами высших растений.

Хлоропласты в теле Эвглены зелёной, фото
Источник: https://ykl-res.azureedge.net/3addd4a3-c7b6-44ce-94ff-b3f665b539da/Эвгленазелёнаяw2052.png

Многие животные крадут пластиды у фотосинтезирующих организмов. Например это характерно для морских слизней. Эти моллюски захватывают хлоропласты водорослей, которыми питаются, и сохраняют их в специальном органе. Там хлоропласты живут и активно фотосинтезируют — благодаря такому дополнительному источнику энергии слизни могут жить без еды до года! Украденные хлоропласты не сохраняются внутри моллюска всю его жизнь, но им на смену постоянно приходят новые.

Есть пластиды и у тех протистов, которые ранее были фотосинтетиками, а позже перешли к паразитическому образу жизни. Например, выше уже говорилось про малярийного плазмодия.

Источники:

  1. Воротников В.П., Чкалов А.В. Особенности растительной клетки. Учебно-методическое пособие — Нижний Новгород, 2010.
  2. Романова Е. Б. Цитология. Учебное пособие — Нижний Новгород, 2019.
  3. Под ред. академика Шумного В.К. и профессора Дымшица Г.М. Общая биология 10-11 кл, профильный уровень в двух частях, часть 1 — М. «Просвещение», 2012.

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

  

доступен плагин ATs Privacy Policy ©