Какие пигменты содержатся в хромопластах
Пластиды — органоиды, специфичные для клеток растений (они имеются в клетках всех растений, за исключением большинства бактерий, грибов и некоторых водорослей).
В клетках высших растений находится обычно от 10 до 200 пластид размером 3-10мкм, чаще всего имеющих форму двояковыпуклой линзы. У водорослей зеленые пластиды, называемые хроматофорами, очень разнообразны по форме и величине. Они могут иметь звездчатую, лентовидную, сетчатую и другие формы.
Различают 3 вида пластид:
- Бесцветные пластиды — лейкопласты;
- окрашенные — хлоропласты (зеленого цвета);
- окрашенные — хромопласты (желтого, красного и других цветов).
Эти виды пластид до известной степени способны превращаться друг в друга — лейкопласты при накоплении хлорофилла переходят в хлоропласты, а последние при появлении красных, бурых и других пигментов — в хромопласты.
Строение и функции хлоропластов
Хлоропласты — зеленые пластиды, содержащие зеленый пигмент — хлорофилл.
Основная функция хлоропласт — фотосинтез.
В хлоропластах есть свои рибосомы, ДНК, РНК, включения жира, зерна крахмала. Снаружи хлоропласта покрыты двумя белково-липидными мембранами, а в их полужидкую строму (основное вещество) погружены мелкие тельца — граны и мембранные каналы.
Строение хлоропласта
Граны (размером около 1мкм) — пакеты круглых плоских мешочков (тилакоидов), сложенных подобно столбику монет. Располагаются они перпендикулярно поверхности хлоропласта. Тилакоиды соседних гран соединены между собой мембранными каналами, образуя единую систему. Число гран в хлоропластах различно. Например, в клетках шпината каждый хлоропласт содержит 40-60 гран.
Хлоропласты внутри клетки могут двигаться пассивно, увлекаемые током цитоплазмы, либо активно перемещаться с места на место.
- Если свет очень интенсивен, они поворачиваются ребром к ярким лучам солнца и выстраиваются вдоль стенок, параллельных свету.
- При слабом освещении, хлоропласты перемещаются на стенки клетки, обращенные к свету, и поворачиваются к нему своей большой поверхностью.
- При средней освещенности они занимают среднее положение.
Этим достигаются наиболее благоприятные для процесса фотосинтеза условия освещения.
Хлорофилл
В гранах пластид растительной клетки содержится хлорофилл, упакованный с белковыми и фосфолипидными молекулами так, чтобы обеспечить способность улавливать световую энергию.
Молекула хлорофилла очень сходна с молекулой гемоглобина и отличается главным образом тем, что расположенный в центре молекулы гемоглобина атом железа заменен в хлорофилле на атом магния.
Сходство молекулы хлорофилла и молекулы гемоглобина
В природе встречается четыре типа хлорофилла: a, b, c, d.
Хлорофиллы a и b содержат высшие растения и зеленые водоросли, диатомовые водоросли содержат a и c, красные — a и d.
Лучше других изучены хлорофиллы a и b (их впервые разделил русский ученый М.С.Цвет в начале XXв.). Кроме них существуют четыре вида бактериохлорофиллов — зеленых пигментов пурпурных и зеленых бактерий: a, b, c, d.
Большинство фотосинтезирующих бактерий содержат бактериохлорофилл a, некоторые — бактериохлорофилл b, зеленые бактерии — c и d.
Хлорофилл обладает способностью очень эффективно поглощать солнечную энергию и передавать ее другим молекулам, что является его главной функцией. Благодаря этой способности хлорофилл — единственная структура на Земле, которая обеспечивает процесс фотосинтеза.
Главная функция хлорофилла в растениях — поглощение энергии света и передача ее другим клеткам.
Пластидам, так же, как и митохондриям, свойственна до некоторой степени автономность внутри клетки. Они размножаются путем деления.
Наряду с фотосинтезом, в пластидах происходит процесс биосинтеза белка. Благодаря содержанию ДНК пластиды играют определенную роль в передаче признаков по наследству (цитоплазматическая наследственность).
Строение и функции хромопластов
Хромопласты относятся к одному из трех видов пластид высших растений. Это небольших размеров, внутриклеточные органеллы.
Хромопласты имеют различный окрас: желтый, красный, коричневый. Они придают характерный цвет созревшим плодам, цветкам, осенней листве. Это необходимо для привлечения насекомых-опылителей и животных, которые питаются плодами и разносят семена на дальние расстояния.
Строение хромопласта
Структура хромопласта похожа на другие пластиды. Их двух оболочек внутренняя развита слабо, иногда вовсе отсутствует. В ограниченном пространстве расположена белковая строма, ДНК и пигментные вещества (каротиноиды).
Каротиноиды – это жирорастворимые пигменты, которые накапливаются в виде кристаллов.
Форма хромопластов очень разнообразна: овальная, многоугольная, игольчатая, серповидная.
Роль хромопластов в жизни растительной клетки до конца не выяснена. Исследователи предполагают, что пигментные вещества играют важную роль в окислительно-восстановительных процессах, необходимы для размножения и физиологичного развития клетки.
Строение и функции лейкопластов
Лейкопласты — это органоиды клетки, в которых накапливаются питательные вещества. Органеллы имеют две оболочки: гладкую наружную и внутреннюю с несколькими выступами.
Лейкопласты на свету превращаются в хлоропласты (к примеру зеленые клубни картофеля), в обычном состоянии они бесцветны.
Форма лейкопластов шаровидная, правильная. Они находятся в запасающей ткани растений, которая заполняет мягкие части: сердцевину стебля, корня, луковиц, листьев.
Строение лейкопласта
Функции лейкопластов зависят от их вида (в зависимости от накапливаемого питательного вещества).
Разновидности лейкопластов:
- Амилопласты накапливают крахмал, встречаются во всех растениях, так как углеводы основной продукт питания растительной клетки. Некоторые лейкопласты полностью наполнены крахмалом, их называют крахмальными зернами.
- Элайопласты продуцируют и запасают жиры.
- Протеинопласты содержат белковые вещества.
Лейкопласты также служат ферментной субстанцией. Под действием ферментов быстрее протекают химические реакции. А в неблагоприятный жизненный период, когда процессы фотосинтеза не осуществляются, они расщепляют полисахариды до простых углеводов, которые необходимы растениям для выживания.
В лейкопластах не может происходить фотосинтез, потому что они не содержат гран и пигментов.
Луковицы растений, в которых содержится много лейкопластов, могут переносить длительные периоды засухи, низкую температуру, жару. Это связано с большими запасами воды и питательных веществ в органеллах.
Предшественниками всех пластид является пропластиды, небольшие органоиды. Допускают, что лейко — и хлоропласты способны трансформироваться в другие виды. В конечном итоге после выполнения своих функций хлоропласты и лейкопласты становятся хромопластами — это последняя стадия развития пластид.
Важно знать! Одновременно в клетке растения может находиться только один вид пластид.
Сводная таблица строения и функций пластид
| Свойства | Хлоропласты | Хромопласты | Лейкопласты |
|---|---|---|---|
| Строение | Двухмембранная органелла, с гранами и мембранными канальцами | Органелла с не развитой внутренней мембранной системой | Мелкие органеллы, находятся в частях растения, скрытых от света |
| Окрас | Зеленые | Разноцветные | Бесцветные |
| Пигмент | Хлорофилл | Каротиноид | Отсутствует |
| Форма | Округлая | Многоугольная | Шаровидная |
| Функции | Фотосинтез | Привлечение потенциальных распространителей растений | Запас питательных веществ |
| Заменимость | Переходят в хромопласты | Не изменяются, это последняя стадия развития пластид | Превращаются в хлоропласты и хромопласты |
Источник
Окраска лепестков и чашелистиков орхидеи Пчела контролируется специализированной органеллой в растительных клетках, называемой хромопластом.
Хромопласты – это пластиды , гетерогенные органеллы, ответственные за синтез и хранение пигментов у определенных фотосинтезирующих эукариот . Он подумал , что , как и все другие пластид , включая хлоропласты и лейкопластов они произошли от симбиотических прокариот .
Функция
Хромопласты содержатся во фруктах , цветах , корнях , а также в стрессовых и стареющих листьях и отвечают за их отличительный цвет. Это всегда связано с резким увеличением накопления каротиноидных пигментов. Превращение хлоропластов в хромопласты при созревании – классический пример.
Обычно они обнаруживаются в зрелых тканях и происходят из уже существующих зрелых пластид. Фрукты и цветы являются наиболее распространенными структурами для биосинтеза каротиноидов, хотя там также происходят другие реакции, включая синтез сахаров, крахмалов, липидов, ароматических соединений, витаминов и гормонов. ДНК в хлоропластах и хромопластах идентична. Одно тонкое различие в ДНК было обнаружено после того, как был проведен жидкостный хроматографический анализ хромопластов томатов, выявивший повышенное метилирование цитозина .
Хромопласты синтезируют и хранят пигменты, такие как оранжевый каротин , желтые ксантофиллы и различные другие красные пигменты. Таким образом, их цвет варьируется в зависимости от того, какой пигмент они содержат. Основная эволюционная цель хромопластов – это, вероятно, привлечение опылителей или поедателей цветных плодов, которые помогают рассеивать семена . Однако они также содержатся в корнях, таких как морковь и сладкий картофель . Они позволяют накапливать большие количества нерастворимых в воде соединений в частях растений, которые иначе остаются водянистыми.
Когда листья меняют цвет осенью, это происходит из-за потери зеленого хлорофилла , который разоблачает ранее существовавшие каротиноиды. В этом случае образуется относительно мало нового каротиноида – изменение пигментов пластид, связанное со старением листьев, несколько отличается от активного превращения в хромопласты, наблюдаемого в фруктах и цветках.
Есть некоторые виды цветущих растений, которые практически не содержат каротиноидов. В таких случаях внутри лепестков присутствуют пластиды, которые очень похожи на хромопласты и иногда визуально неразличимы. Антоцианы и флавоноиды, расположенные в вакуолях клетки, ответственны за другие цвета пигмента.
Термин «хромопласт» иногда используется для обозначения любой пластиды, имеющей пигмент, в основном для того, чтобы подчеркнуть разницу между ними и различными типами лейкопластов , пластид, не содержащих пигментов. В этом смысле хлоропласты представляют собой особый тип хромопластов. Тем не менее, «хромопласт» чаще используется для обозначения пластид с пигментами, отличными от хлорофилла.
Структура и классификация
С помощью светового микроскопа можно различить хромопласты и разделить их на четыре основных типа. Первый тип состоит из белковой стромы с гранулами. Второй состоит из кристаллов протеина и гранул аморфного пигмента. Третий тип состоит из кристаллов белка и пигмента. Четвертый тип – хромопласт, содержащий только кристаллы. Электронный микроскоп показывает еще больше, позволяя идентифицировать субструктуры, такие как глобулы, кристаллы, мембраны, фибриллы и канальцы . Субструктуры хромопластов не обнаруживаются в зрелой пластиде, от которой они отделились.
Наличие, частота и идентификация субструктур с помощью электронного микроскопа привели к дальнейшей классификации, разделив хромопласты на пять основных категорий: глобулярные хромопласты, кристаллические хромопласты, фибриллярные хромопласты, тубулярные хромопласты и мембранные хромопласты. Также было обнаружено, что различные типы хромопластов могут сосуществовать в одном органе. Некоторые примеры растений различных категорий включают манго с глобулярными хромопластами и морковь с кристаллическими хромопластами.
Хотя некоторые хромопласты легко классифицировать, другие имеют характеристики из нескольких категорий, что затрудняет их определение. Помидоры накапливают каротиноиды, в основном кристаллоиды ликопена в мембранных структурах, что может относить их к категории кристаллических или мембранных.
Эволюция
Пластиды являются потомками цианобактерий , фотосинтезирующих прокариот , которые интегрировались в эукариотического предка водорослей и растений , формируя эндосимбиотические отношения. Предки пластид разделились на множество типов пластид, включая хромопласты. Пластиды также обладают собственным небольшим геномом, а некоторые из них способны производить определенный процент собственных белков.
Основная эволюционная цель хромопластов – привлечение животных и насекомых для опыления их цветов и распространения семян . Яркие цвета, часто производимые хромопластами, – один из многих способов добиться этого. Многие растения установили симбиотические отношения с одним опылителем. Цвет может быть очень важным фактором при определении того, какие опылители посещают цветок, поскольку определенные цвета привлекают определенных опылителей. Белые цветы обычно привлекают жуков , пчел чаще всего привлекают фиолетовые и синие цветы, а бабочек часто привлекают более теплые цвета, такие как желтый и оранжевый.
Исследовательская работа
Хромопласты широко не изучены и редко являются основным объектом научных исследований. Они часто играют роль в исследованиях томатов ( Solanum lycopersicum ). Ликопин отвечает за красный цвет спелых плодов культурных помидоров , а желтый цвет цветов обусловлен ксантофиллами, виолаксантином и неоксантином .
Биосинтез каротиноидов происходит как в хромопластах, так и в хлоропластах . В хромопластах цветков томата синтез каротиноидов регулируется генами Psyl, Pds, Lcy-b и Cyc-b. Эти гены, в дополнение к другим, ответственны за образование каротиноидов в органах и структурах. Например, ген Lcy-e сильно экспрессируется в листьях , что приводит к выработке каротиноидного лютеина.
Белые цветы вызваны рецессивным аллелем у растений томата. Они менее желательны для возделываемых культур, потому что у них более низкая скорость опыления. В одном исследовании было обнаружено, что хромопласты все еще присутствуют в белых цветках. Отсутствие желтого пигмента в их лепестках и пыльниках связано с мутацией в гене CrtR-b2, которая нарушает путь биосинтеза каротиноидов.
Весь процесс образования хромопластов еще не полностью изучен на молекулярном уровне. Однако электронная микроскопия выявила часть превращения хлоропласта в хромопласт. Трансформация начинается с ремоделирования внутренней мембранной системы с лизисом межгранальных тилакоидов и гран . Новые мембранные системы образуют организованные мембранные комплексы, называемые тилакоидными сплетениями . Новые мембраны являются местом образования кристаллов каротиноидов. Эти недавно синтезированные мембраны происходят не из тилакоидов, а из везикул, образованных внутренней мембраной пластиды. Наиболее очевидным биохимическим изменением может стать подавление экспрессии фотосинтетических генов, что приводит к потере хлорофилла и прекращению фотосинтетической активности.
В апельсинах синтез каротиноидов и исчезновение хлорофилла приводит к изменению цвета плода с зеленого на желтый. Оранжевый цвет часто добавляют искусственно – светло-желто-оранжевый – это естественный цвет, создаваемый настоящими хромопластами.
Апельсины Валенсии Citris sinensis L – культивируемый апельсин, широко выращиваемый в штате Флорида. Зимой апельсины Валенсии достигают оптимального цвета апельсиновой корки, а весной и летом снова становятся зелеными. Первоначально считалось, что хромопласты являются последней стадией развития пластид, но в 1966 году было доказано, что хромопласты могут превращаться в хлоропласты, в результате чего апельсины снова становятся зелеными.
Сравнить
- Пластид
- Хлоропласт и этиопласт
- Хромопласт
- Лейкопласт
- Амилопласт
- Элайопласт
- Протеинопласт
Ссылки
внешние ссылки
- https://www.daviddarling.info/encyclopedia/C/chromoplast.html
- https://www.thefreedictionary.com/chromoplasts
Источник
Хромопласты – (от греч. «хромо» – цвет, краска) – пластиды с желтой, оранжевой и красной окраской. Находятся они в плодах, лепестках, в корнеплодах (к примеру, у моркови), придавая им соответствующий цвет. Хромопласты наиболее характерны для клеток околоцветников и плодов многих растений. Яркая окраска цветков привлекает насекомых – опылителей, а плодов – животных и птиц, способствующих распространению семян. Все они обладают цветовым зрением и хорошо видят яркие цвета. Хромопласты – это конечный этап развития пластид; в них могут превращаться лейкопласты и хлоропласты, тогда как сами хромопласты в другие виды пластид не превращаются.
Яркие цвета пластидам придают каротиноиды. Ученые открыли уже более десятка различных хлорофиллов и несколько сот пигментов, основная функция которых – использование электромагнитных волн солнечного спектра для синтеза органического вещества. Зачем растениям так много различных «уловителей» солнечного спектра?
Чтобы ответить на этот вопрос, давайте для начала установим, что из себя представляет солнечный луч. Его строение и свойства описаны в школьном учебнике физики. Однако мы все же попытаемся описать это, ведь как говорили мудрецы «повторение – мать учения».
Наш глаз так устроен, что мы видим предметы в цвете: одни из них выглядят зеленые, другие красные, синие, а третьи – черные или белые. Если вещество полностью отражает свет, – оно кажется белым, если же тело поглощает все лучи – оно черное. Обычно все предметы поглощают отдельные лучи, поэтому представляются нам цветными. Ньютон впервые показал, что белый свет разлагается призмой на свои составляющие: на экране возникает радуга из семи основных цветов. Их названия зашифрованы в известной фразе: «Каждый (красный) охотник (оранжевый) желает (желтый) знать (зеленый), где (голубой) сидит (синий) фазан (фиолетовый)». Если предметы кажутся нам красные, они поглощают все лучи, кроме красных (т.е. отражают красные лучи). Хлорофилл, наоборот, отражает зеленые лучи, а другие поглощает.
Когда на лист падает солнечный свет, его энергия улавливается хлорофиллом и другими пигментами. Хлорофилл отражает зеленую часть спектра солнечного света и улавливает синюю и красную, при участии которых и протекает фотосинтез. Поглощая энергию, он запускает сложную цепь химических реакций, во время которых молекула воды расщепляется на атомы водорода и кислорода. Водород соединяется с углекислым газом, образуя глюкозу, а кислород выделяется как ненужный растению продукт. Таким образом, клетка с помощью хлорофилла улавливает солнечный свет и «готовит» себе (а также и другим организмам) пищу – органическое вещество. Пигменты, так же как и хлорофилл, участвуют в фотосинтезе, однако они улавливают ту часть солнечного спектра, которая осталась вне поля зрения хлорофилла. Кроме того, они выполняют роль светофильтров, защищающих чувствительные к свету ферменты от разрушения.
Полученную в процессе фотосинтеза глюкозу хранить достаточно сложно, она легко выходит из клетки. Поэтому растения хранят ее в виде крахмала. Крахмал представляет собой вещество, состоящее из большого числа молекул глюкозы. Они, как бусинки, нанизаны на нитку. В таком виде они из клетки растения не «вывалятся». «Нанизать» глюкозу на нитку можно разными способами, при этом получатся разные вещества, однако у всех них основу будут составлять глюкоза. Как уже отмечалось, запасные вещества хранятся в лейкопластах.
Зеленый цвет необязателен для каждого фотосинтезирующего организма. Водоросли, к примеру, бывают желтые, оливковые, красные, синие, бурые. Даже некоторые высшие растения летом имеют желтые или красные листья. Этим пользуются дизайнеры, создавая своеобразные ландшафтные композиции. Однако, как бы то ни было, доминирующую роль в них играют зеленый пигмент – хлорофилл.
Говоря о хлорофилле, уместно привести высказывание замечательного российского ученого К.А.Тимирязева, который всю свою жизнь посвятил изучению фотосинтеза растений. «Растение – это посредник между небом и землей. Оно истинный Прометей, похитивший огонь с неба. Похищенный им луч горит и в мерцающей лучине, и в ослепительной искре электричества. Луч солнца приводит в движение и чудовищный маховик гигантской паровой машины, и кисть художника, и перо поэта».
Прекрасно и красиво сказано, не правда? Лучше вряд ли можно сказать о роли растений и маленького хлорофильного зернышка в глобальных процессах Земли.
Что же касается угля, торфа, нефти, так это энергия солнца, запасенная древними растениями. Сжигая в печке эти полезные ископаемые, мы пользуемся плодами трудов растений, которые жили в глубокой древности, и чувствуем тепло солнечных лучей, падавших на Землю без малого треть миллиарда лет назад.
Источник