§6. Хлоропластың құрылымдық құрамбөліктері және олардың қызметтері
Бұл тақырыптың оқу мақсаты: хлоропластың құрылымы мен қызметінің арасындағы өзара байланысты анықтау.
Хлоропластың құрылысында қандай ерекшеліктер бар? Хлоропласт граналары дегеніміз не? Пластид пен митохондрия құрылысының қандай ұқсастығы бар? Хлоропластан басқа тағы қандай пластидтер бар? Хлоропласта қандай маңызды үдеріс жүреді?
Тақырыпты табысты меңгеру үшін 7-сыныпқа арналған оқулықтан 5-параграфты; 9-сыныптан 1-параграфты; 10-сыныптан 12-параграфты қайталау керек.
Хлоропластар (пластидтер) – қосмембраналы органоидтер. Екі мембранадан тұратын органоидтер қосмембраналы деп аталады. Оларға жасуша ядросы, митохондриялар мен пластидтер жатады.
Митохондриялар мен пластидтер – бұл жартылай автономды (дербес) органоидтер. Өзінің генетикалық ақпаратын жүзеге асыра алатындықтан осылай аталған. Яғни олардың құрамында өзінің ДНҚ-сы, РНҚ-ның қажетті барлық түрлері және рибосомалар бар. Олар өздерінің ДНҚ-сында жазылған тұқымқуалаушылық ақпарат бойынша нәруыздарын синтездеуге қабілетті.
Зерттеулер көрсеткеніндей, митохондриялар мен пластидтерде сақинатәрізді ядродан тыс ДНҚ болады. Бұл ұғымды ядролық тұқымқуалаушылыққа немесе хромосома ДНҚ-сына қарсы цитоплазмалық ДНҚ немесе цитоплазмалық тұқымқуалаушылық деп атау қабылданған.
Жартылай автономды (дербес) органоидтер ДНҚ-сының молекуласы бактерия ДНҚ-сына ұқсайды. Ядро хромосомасынан айырмашылығы митохондриялар мен пластидтердің ДНҚ-сы сақинатәрізді пішінді және нәруыздармен (гистондармен) байланыспаған.
Олардың ДНҚ-сының құрамына осы органоидтің тіршілік әрекетін қамтамасыз етуді талап ететін көптеген нәруыздар мен РНҚ кодталған. Бірақ өздерінің рибосомаларының қалыпты түзілуі мен қызмет етуі үшін пластидтерге ядро хромосомасында кодталған рРНҚ-ның бірнеше молекуласы керек. Яғни жартылай автономды органоидтер мүлде жасушасыз әрекет ете алмайды. Олар химиялық құрамы цитоплазмаға ұқсайтын, бірақ көбейе алмайтын қоректік ортада тіршілік етуге қабілетті. Жартылай автономды органоидтердің рибосомалары едәуір ұсақ және бактерияларға ұқсайды.
Пластидтердің түрлері. Пластидтердің үш түрі бар екені естеріңде болар. Түссіз лейкопластар крахмалды жинайды. Олар түйнектерде, тұқымдарда, сабақ өзегінде болады. Хромопластар ашық сары, қызыл, қызғылт сары түсті болады. Оларда қор заты – каротин (сәбіз, шабдалы, қызанақ, асқабақ) бар. Сонымен қатар пластидтің осы түрі раушангүл, күнбағыс, қызғалдақ және т.б. күлтелерін сәйкес түстерге бояп, жәндіктерді еліктіреді. Тағы да оларда зиянды заттар (күзде түсетін қызыл және сары жапырақтар) жиналуы мүмкін.
Хлоропластар – ең белгілі әрі кеңінен таралған пластидтер. Олардың негізгі қызметі – фотосинтез үдерісін жүзеге асыру. Жалпы құрылысы бойынша барлық пластидтер өзара ұқсас, бірақ біз олардың атқаратын қызметіне байланысты хлоропластардың құрылысының ерекшеліктеріне тоқталамыз.
Хлоропластың екі мембранасы болады және сыртқы мембранасы – тегіс. Ол хлоропласты қоршаған цитоплазмадан шектейді. Сыртқы мембранадан хлорофилл электрондарының өтпеуі фотосинтездің жүзеге асуына мүмкіндік береді. Сонымен қатар кез келген сыртқы мембрана сияқты ол іріктемелі өткізгіштікті және хлоропласт пен «қоршаған ортасы» (цитоплазма) арасындағы зат алмасуды жүзеге асырады.
Ішкі мембрана – жарықтың хлорофилмен өзара әрекеттесуі жүретін хлоропластың маңызды бөлігі. Осы жерде жарық энергиясы АТФ-тың химиялық энергиясына айналады. Яғни хлорофилл молекулалары мен басқа қосымша пигменттер хлоропластың ішкі мембранасына бекиді. Ішкі мембрана енді тегіс емес, ол ішіне томпиып шығып тұратын қатпарлар түзеді. Олар тилакоидтар деп аталады. Тилакоидтар мембранадан хлоропласт ішіне батып тұратын «қатпарлар» – грана тилакоидтарын немесе жай граналар түзеді (7-сурет). Осы «қатпарлар» арасында жалғыз мембрана тартылысы немесе өткелдер – строма тилакоидтары немесе ламеллалар бар. Строма сұйықтығының ішінде хлоропластың ұзын өсін бойлай өте жұқа мембраналар бірінің үстіне бірі жиналған теңгелер сияқты орналасқан. Бұл мембраналар ламелла деп аталады.
7-сурет. Хлоропластың құрылысы. Өсiмдiктер ағзасын энергиямен қамтамасыз ететiн және глюкозаны синтездейтiн жартылай дербес органоид
Строма – хлоропласт ішіндегі сұйықтық. Онда сақинатәрізді ДНҚ, РНҚ-ның алуан түрлері және рибосомалар бар. Олар хлоропластың тіршілік үдерістерін және фотосинтездің химиялық реакцияларын жүзеге асыратын барлық ферменттерді синтездейді. Мысалы, стромада органикалық заттар түзіледі – фотосинтез барысында стромада көмірсулар (глюкоза, қанттар, крахмал) синтезі жүреді. Сонымен қатар стромада бос оттек бөлінетін су ыдырайды. Барлығымыз тыныс алатын газ фотосинтез кезеңдерінің бірінде түзіледі. Осы реакциялар табысты жүзеге асуы үшін стромада барлық қажетті ферменттер синтезделеді.
Фотосинтез пигменттері. Жарық өсімдік ағзасына әсер етуі және соның ішінде фотосинтез үдерісінде қолданылуы үшін оны фоторецептор-пигменттер сіңіруі керек.
Пигменттер – толқын ұзындығы белгілі бір жарықты сіңіретін боялған заттар.
Жарық спектрінің сіңірілмеген бөліктері шағылысады да, пигменттің боялуына себеп болады.
Сонымен, хлорофилл жасыл пигменті қызыл және көк сәулелерді сіңіреді, ал жасыл сәуле негізінен шағылысады.
Пигменттердің құрамы ағзалар тобының жүйеленімдегі (систематикалық) орнына тәуелді.
Фотосинтездеуші бактериялар мен балдырлардың пигменттік құрамы өте алуан түрлі (хлорофилдер, бактериохлорофилдер, бактериородопсин, каротиноидтер, фикобилиндер).
Олардың жиынтығы мен арақатынасы әртүрлі топ үшін ерекше және көбінесе ағзалардың тіршілік ортасына тәуелді.
Жоғары сатыдағы өсімдіктерде фотосинтез пигменттері едәуір аздау. Пластидтерде шоғырланған пигменттерді хлорофилдер, каротиноидтер, фикобилиндер¹ деп үш топқа бөлуге болады.
Фотосинтез, пластидтер, лейкопластар, хромопластар, хлоропластар, хлорофилл, тилакоидтар, граналар, строма, ламеллалар, цитоплазмалық ДНҚ (цитоплазмалық тұқымқуалаушылық), жартылай автономды органоидтер.
Білу және түсіну:
1. Қосмембраналы және жартылай автономды органоидтер дегеніміз не? Бұл түсініктер бірдей ме?
2. Хлорофилден басқа пигменттерді атаңдар.
Қолдану:
1. Пластидтердің түрлерін салыстырыңдар. Олардың түстері (пигменттер мен пигментті емес заттар) және пластидтердің түрлері арасындағы байланысты анықтаңдар.
2. Пластидтерді жартылай автономды органоидтерге жатқызу себептерін атаңдар.
Талдау // Синтез:
1. Хлоропласт құрамбөліктері мен олардың рөлдерін сызба түрінде бейнелеңдер.
2. Оларға тән белгілерді талдаңдар. Хлоропласт құрылымы мен атқаратын қызметі арасындағы байланысты анықтаңдар. Кестені дәптерге сызып алып, толтырыңдар.
1) хлорофилл бар; 2) сақинатәрізді ДНҚ; 3) қатпарлар; 4) ферменттер бар; 5) АТФ түзіледі; 6) глюкоза, қант және крахмал түзіледі; 7) ұсақ рибосомалар; 8) граналар; 9) оттек түзіледі; 10) РНҚ; 11) ламеллалар; 12) тегіс; 13) қатпарлары бар; 14) хлорофилл электрондарын цитоплазмаға өткізбейді; 15) органикалық заттар – көмірсулар синтезделеді; 16) строма мен цитоплазма арасындағы зат алмасуды қамтамасыз етеді; 17) «цитоплазмалық немесе ядродан тыс тұқымқуалаушылық» болып табылады; 18) жарықтың хлорофилмен әрекеттесуі.
Бағалау:
Шынайы жағдаятты бағалаңдар және одан қандай қорытынды жасауға болады?
1. «Амеба біржасушалы балдырларды фагоцитоздауы және оларды бірнеше күн қорытпауы мүмкін. Бұл кезде ол балдырдан оттек пен глюкоза (фотосинтез нәтижесі) алады. Ал балдыр амеба цитоплазмасынан көмірқышқыл газын, су, минералды заттаралады. Сонымен қатар цитоплазмада едәуір қолайлы жағдай бар – тұрақты химиялық құрамы, едәуір тұрақты қысым мен температура, жыртқыштар мен паразиттердің болмауы».
2. «Мынадай эксперимент жасауға болады: шырынды жасыл жапырақты езіп, ұнтақталған шыны қосып, ботқаға айналдыру. Осы ботқаны таза сынауыққа салу. Қараңғы бөлмеде (мүлде жарық түспейтін) ботқаға спектрі күндізгі жарыққа ұқсас сәулені 1–1,5 секунд түсіру. Осы кезде сәуле түсіруді тоқтатқанда сынауықтағы зат аз уақыт жарық бөлетінін көресіңдер. Сәулені қайта түсірген кезде жарығын арттырса да енді жарық бөлмейді».
¹ Фикобилиндер – цианобактериялар мен кейбір балдырларда кездесетін қызыл және көк түстің ерекше пигменттері.