Plastida adalah organel khusus untuk sel tumbuhan (mereka terdapat di sel semua tumbuhan, kecuali sebagian besar bakteri, jamur, dan beberapa alga).
Sel tumbuhan tingkat tinggi biasanya mengandung 10 hingga 200 plastida berukuran 3-10 mikron, paling sering berbentuk lensa bikonveks. Pada alga, plastida hijau yang disebut kromatofora sangat beragam bentuk dan ukurannya. Mereka bisa berbentuk bintang, berbentuk pita, jala dan bentuk lainnya.
Ada 3 jenis plastida:
- Plastida tidak berwarna - leukoplas;
- dicat - kloroplas(Warna hijau);
- dicat - kromoplas(kuning, merah dan warna lainnya).
Jenis plastida ini sampai batas tertentu mampu berubah menjadi satu sama lain - leukoplas, dengan akumulasi klorofil, berubah menjadi kloroplas, dan yang terakhir, dengan munculnya pigmen merah, coklat dan lainnya, menjadi kromoplas.
Struktur dan fungsi kloroplas
Kloroplas adalah plastida hijau yang mengandung pigmen hijau - klorofil.
Fungsi utama kloroplas adalah fotosintesis.
Kloroplas memiliki ribosom, DNA, RNA, inklusi lemak, dan butiran pati sendiri. Bagian luar kloroplas ditutupi dengan dua membran protein-lipid, dan benda kecil - grana dan saluran membran - terbenam dalam stroma semi-cair (zat dasar).
Nenek(berukuran sekitar 1 m) - bungkusan kantung pipih bulat (tilakoid), dilipat seperti kolom koin. Letaknya tegak lurus terhadap permukaan kloroplas. Tilakoid dari grana yang berdekatan dihubungkan satu sama lain melalui saluran membran, membentuk satu sistem. Jumlah grana dalam kloroplas bervariasi. Misalnya pada sel bayam, setiap kloroplas mengandung 40-60 butir.
Kloroplas di dalam sel dapat bergerak secara pasif, terbawa arus sitoplasma, atau aktif berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
- Jika cahayanya sangat kuat, mereka menghadap ke arah sinar matahari yang terang dan berbaris di sepanjang dinding yang sejajar dengan cahaya.
- Dalam cahaya redup, kloroplas bergerak ke dinding sel menghadap cahaya dan mengarahkan permukaannya yang besar ke arah cahaya.
- Dalam pencahayaan rata-rata, mereka menempati posisi rata-rata.
Ini mencapai kondisi pencahayaan yang paling menguntungkan untuk proses fotosintesis.
Klorofil
Grana plastida sel tumbuhan mengandung klorofil, dikemas dengan molekul protein dan fosfolipid untuk memberikan kemampuan menangkap energi cahaya.
Molekul klorofil sangat mirip dengan molekul hemoglobin dan perbedaan utamanya adalah atom besi yang terletak di tengah molekul hemoglobin digantikan dalam klorofil oleh atom magnesium.
Ada empat jenis klorofil yang ditemukan di alam: a, b, c, d.
Klorofil a dan b mengandung tumbuhan tingkat tinggi dan alga hijau, diatom mengandung a dan c, alga merah mengandung a dan d.
Klorofil a dan b telah dipelajari lebih baik daripada yang lain (mereka pertama kali dipisahkan oleh ilmuwan Rusia M.S. Tsvet pada awal abad ke-20). Selain itu, ada empat jenis bakterioklorofil - pigmen hijau dari bakteri ungu dan hijau: a, b, c, d.
Sebagian besar bakteri fotosintetik mengandung bakterioklorofil a, ada pula yang mengandung bakterioklorofil b, dan bakteri hijau mengandung c dan d.
Klorofil memiliki kemampuan menyerap energi matahari dengan sangat efisien dan mentransfernya ke molekul lain, yang merupakan fungsi utamanya. Berkat kemampuan ini, klorofil menjadi satu-satunya struktur di Bumi yang menjamin terjadinya proses fotosintesis.
Fungsi utama klorofil pada tumbuhan adalah menyerap energi cahaya dan mentransfernya ke sel lain.
Plastida, seperti mitokondria, sampai batas tertentu dicirikan oleh otonomi di dalam sel. Mereka berkembang biak dengan pembelahan.
Seiring dengan fotosintesis, proses biosintesis protein juga terjadi pada plastida. Karena kandungan DNA-nya, plastida berperan dalam transmisi sifat melalui pewarisan (pewarisan sitoplasma).
Struktur dan fungsi kromoplas
Kromoplas termasuk salah satu dari tiga jenis plastida tumbuhan tingkat tinggi. Ini adalah organel intraseluler kecil.
Kromoplas memiliki warna berbeda: kuning, merah, coklat. Mereka memberi warna khas pada buah matang, bunga, dan dedaunan musim gugur. Hal ini diperlukan untuk menarik serangga dan hewan penyerbuk yang memakan buah-buahan dan menyebarkan benih dalam jarak jauh.
Struktur kromoplas mirip dengan plastida lainnya. Cangkang bagian dalam keduanya kurang berkembang, terkadang tidak ada sama sekali. Stroma protein, DNA dan zat pigmen (karotenoid) terletak pada ruang terbatas.
Karotenoid adalah pigmen yang larut dalam lemak yang terakumulasi dalam bentuk kristal.
Bentuk kromoplas sangat beragam: lonjong, poligonal, berbentuk jarum, berbentuk bulan sabit.
Peran kromoplas dalam kehidupan sel tumbuhan belum sepenuhnya dipahami. Para peneliti berpendapat bahwa zat pigmen memainkan peran penting dalam proses redoks dan diperlukan untuk reproduksi dan perkembangan fisiologis sel.
Struktur dan fungsi leukoplas
Leukoplas adalah organel sel tempat akumulasi nutrisi. Organel memiliki dua cangkang: cangkang luar halus dan cangkang dalam dengan beberapa tonjolan.
Leucoplasts berubah menjadi kloroplas dalam cahaya (misalnya, umbi kentang hijau); dalam keadaan normal mereka tidak berwarna.
Bentuk leukoplasnya bulat dan teratur. Mereka ditemukan di jaringan penyimpanan tanaman, yang mengisi bagian lunak: inti batang, akar, umbi, daun.
Fungsi leukoplas tergantung pada jenisnya (tergantung akumulasi nutrisi).
Jenis leukoplas:
- Amiloplas mengakumulasi pati dan ditemukan di semua tumbuhan, karena karbohidrat merupakan produk makanan utama sel tumbuhan. Beberapa leukoplas terisi penuh dengan pati; mereka disebut butiran pati.
- Elaioplas memproduksi dan menyimpan lemak.
- Proteinoplas mengandung protein.
Leukoplas juga berfungsi sebagai zat enzimatik. Di bawah pengaruh enzim, reaksi kimia berlangsung lebih cepat. Dan dalam periode kehidupan yang tidak menguntungkan, ketika proses fotosintesis tidak dilakukan, mereka memecah polisakarida menjadi karbohidrat sederhana, yang dibutuhkan tanaman untuk bertahan hidup.
Fotosintesis tidak dapat terjadi pada leukoplas karena tidak mengandung butiran atau pigmen.
Umbi tanaman, yang banyak mengandung leukoplas, tahan terhadap kekeringan dalam jangka waktu lama, suhu rendah, dan panas. Hal ini disebabkan banyaknya cadangan air dan nutrisi pada organel.
Prekursor semua plastida adalah proplastida, organel kecil. Diasumsikan bahwa leukoplas dan kloroplas mampu bertransformasi menjadi spesies lain. Pada akhirnya, setelah menjalankan fungsinya, kloroplas dan leukoplas menjadi kromoplas - ini adalah tahap terakhir perkembangan plastida.
Penting untuk diketahui! Hanya satu jenis plastida yang dapat terdapat dalam sel tumbuhan pada satu waktu.
Tabel ringkasan struktur dan fungsi plastida
| Properti | Kloroplas | Kromoplas | Leukoplas |
|---|---|---|---|
| Struktur | Organel bermembran ganda, dengan grana dan tubulus membranosa | Organel dengan sistem membran internal yang belum berkembang | Organel kecil terdapat pada bagian tumbuhan yang tersembunyi dari cahaya |
| Warna | Sayuran hijau | Beraneka warna | Tanpa warna |
| Pigmen | Klorofil | Karotenoid | Absen |
| Membentuk | Bulat | Poligonal | Bulat |
| Fungsi | Fotosintesis | Menarik calon distributor tanaman | Pasokan nutrisi |
| Dapat diganti | Berubah menjadi kromoplas | Jangan diubah, ini tahap terakhir perkembangan plastida | Berubah menjadi kloroplas dan kromoplas |
Sel adalah struktur kompleks yang terdiri dari banyak komponen yang disebut organel. Apalagi komposisinya sel tanaman sedikit berbeda dengan hewan, dan perbedaan utamanya terletak pada kehadirannya plastida.
Dalam kontak dengan
Deskripsi elemen seluler
Komponen sel apa yang disebut plastida. Ini adalah organel sel struktural yang memiliki struktur kompleks dan fungsi yang penting bagi kehidupan organisme tumbuhan.
Penting! Plastida terbentuk dari proplastida, yang terletak di dalam meristem atau sel pendidikan dan ukurannya jauh lebih kecil dibandingkan organel dewasa. Mereka juga terbagi, seperti bakteri, menjadi dua bagian melalui penyempitan.
Yang mana yang mereka punya? plastida struktur Sulit untuk melihatnya di bawah mikroskop, karena cangkangnya yang padat, mereka tidak tembus cahaya.
Namun para ilmuwan berhasil menemukan bahwa organoid ini memiliki dua membran, di dalamnya berisi stroma, cairan mirip sitoplasma.
Lipatan membran bagian dalam, bertumpuk, membentuk butiran-butiran yang dapat saling menyambung.
Di dalamnya juga terdapat ribosom, tetesan lipid, dan butiran pati. Plastida, terutama kloroplas, juga memiliki molekulnya sendiri.
Klasifikasi
Mereka dibagi menjadi tiga kelompok menurut warna dan fungsinya:
- kloroplas,
- kromoplas,
- leukoplas.
Kloroplas
Yang paling banyak dipelajari adalah warnanya yang hijau. Terkandung pada daun tumbuhan, kadang pada batang, buah bahkan akar. Secara penampakannya terlihat seperti butiran bulat berukuran 4-10 mikrometer. Ukuran kecil dan jumlah besar secara signifikan meningkatkan luas permukaan kerja.
Warnanya mungkin berbeda-beda, tergantung pada jenis dan konsentrasi pigmen yang dikandungnya. Dasar pigmen - klorofil, xantofil dan karoten juga ada. Di alam, ada 4 jenis klorofil yang ditandai dengan huruf latin: a, b, c, e. Dua jenis pertama mengandung sel tumbuhan tingkat tinggi dan ganggang hijau, diatom hanya mengandung varietas - a dan c.
Perhatian! Seperti organel lainnya, kloroplas mampu mengalami penuaan dan kehancuran. Struktur muda mampu membagi dan bekerja aktif. Seiring waktu, butirannya terurai dan klorofilnya hancur.
Kloroplas menjalankan fungsi penting: di dalamnya proses fotosintesis terjadi— konversi sinar matahari menjadi energi ikatan kimia pembentuk karbohidrat. Pada saat yang sama, mereka dapat bergerak mengikuti aliran sitoplasma atau aktif bergerak sendiri. Jadi, dalam cahaya redup, mereka terakumulasi di dekat dinding sel dengan sejumlah besar cahaya dan mengarah ke sana dengan area yang lebih luas, dan dalam cahaya yang sangat aktif, sebaliknya, mereka berdiri tegak.
Kromoplas
Mereka menggantikan kloroplas yang hancur dan hadir dalam warna kuning, merah dan oranye. Warna tersebut terbentuk karena kandungan karotenoid.
Organel ini terdapat pada daun, bunga, dan buah tumbuhan. Bentuknya bisa bulat, persegi panjang atau bahkan berbentuk jarum. Strukturnya mirip dengan kloroplas.
Fungsi utama - warna bunga dan buah-buahan, yang membantu menarik serangga dan hewan penyerbuk yang memakan buah-buahan dan dengan demikian berkontribusi pada penyebaran benih tanaman.
Penting! Para ilmuwan berspekulasi tentang peran tersebut kromoplas dalam proses redoks sel sebagai filter cahaya. Kemungkinan pengaruhnya terhadap pertumbuhan dan reproduksi tanaman dipertimbangkan.
Leukoplas
Data dimiliki oleh plastida perbedaan dalam struktur dan fungsi. Tugas utamanya adalah menyimpan nutrisi untuk digunakan di masa depan, sehingga nutrisi tersebut ditemukan terutama pada buah-buahan, tetapi bisa juga di bagian tanaman yang menebal dan berdaging:
- umbi-umbian,
- rimpang,
- akar sayuran,
- bohlam dan lain-lain.
Warna tidak berwarna tidak mengizinkan Anda memilihnya Namun, dalam struktur sel, leukoplas mudah dilihat ketika sejumlah kecil yodium ditambahkan, yang berinteraksi dengan pati, mengubahnya menjadi biru.
Bentuknya hampir bulat, sedangkan sistem membran di dalamnya kurang berkembang. Tidak adanya lipatan membran membantu organel dalam menyimpan zat.
Butiran pati bertambah besar dan dengan mudah menghancurkan membran bagian dalam plastida, seolah-olah meregangkannya. Ini memungkinkan Anda menyimpan lebih banyak karbohidrat.
Tidak seperti plastida lainnya, mereka mengandung molekul DNA dalam bentuk yang berbentuk. Pada saat yang sama, mengumpulkan klorofil, leukoplas dapat berubah menjadi kloroplas.
Dalam menentukan fungsi leukoplas, perlu diperhatikan spesialisasinya, karena ada beberapa jenis yang menyimpan jenis bahan organik tertentu:
- amiloplas mengakumulasi pati;
- oleoplas memproduksi dan menyimpan lemak, sedangkan lemak dapat disimpan di bagian sel lain;
- proteinoplas “melindungi” protein.
Selain akumulasi, mereka juga dapat melakukan fungsi penguraian zat, dimana terdapat enzim yang diaktifkan ketika terjadi kekurangan energi atau bahan bangunan.
Dalam situasi seperti itu, enzim mulai memecah simpanan lemak dan karbohidrat menjadi monomer sehingga sel menerima energi yang diperlukan.
Semua jenis plastida fitur struktural, memiliki kemampuan untuk berubah menjadi satu sama lain. Dengan demikian, leukoplas dapat berubah menjadi kloroplas, proses ini kita lihat ketika umbi kentang berubah menjadi hijau.
Pada saat yang sama, di musim gugur, kloroplas berubah menjadi kromoplas, akibatnya daun menguning. Setiap sel hanya mengandung satu jenis plastida.
Asal
Ada banyak teori asal usul, yang paling dibuktikan di antara mereka adalah dua:
- simbiosis,
- penyerapan.
Yang pertama menganggap pembentukan sel sebagai proses simbiosis yang terjadi dalam beberapa tahap. Selama proses ini, bakteri heterotrofik dan autotrofik bersatu, menerima keuntungan bersama.
Teori kedua membahas pembentukan sel melalui penyerapan sel yang lebih kecil oleh organisme yang lebih besar. Namun, mereka tidak dicerna; mereka diintegrasikan ke dalam struktur bakteri, menjalankan fungsinya di dalamnya. Struktur ini ternyata nyaman dan memberi organisme keunggulan dibandingkan organisme lain.
Jenis plastida pada sel tumbuhan
Plastida - fungsinya dalam sel dan jenisnya
Kesimpulan
Plastida dalam sel tumbuhan adalah semacam "pabrik" tempat berlangsungnya produksi zat antara beracun, energi tinggi, dan transformasi radikal bebas.
Plastida adalah organel membran yang ditemukan pada organisme eukariotik fotosintetik (tumbuhan tingkat tinggi, alga tingkat rendah, beberapa organisme uniseluler). Seperti mitokondria, plastida dikelilingi oleh dua membran; matriksnya memiliki sistem genomnya sendiri; fungsi plastida terkait dengan suplai energi sel, yang digunakan untuk kebutuhan fotosintesis. Seluruh rangkaian plastida yang berbeda (kloroplas, leukoplas, amiloplas, kromoplas) telah ditemukan pada tumbuhan tingkat tinggi, mewakili serangkaian transformasi timbal balik dari satu jenis plastida menjadi jenis plastida lainnya. Struktur utama yang melakukan proses fotosintesis adalah kloroplas (Gbr. 226a).
Kloroplas
Seperti yang telah disebutkan, struktur kloroplas pada prinsipnya mirip dengan struktur mitokondria. Biasanya ini adalah struktur memanjang dengan lebar 2-4 mikron dan panjang 5-10 mikron. Alga hijau memiliki kloroplas raksasa (kromatofor) yang panjangnya mencapai 50 mikron. Jumlah kloroplas dalam sel tumbuhan yang berbeda tidak standar. Jadi, alga hijau bisa memiliki satu kloroplas per selnya. Biasanya, rata-rata terdapat 10-30 kloroplas per sel tumbuhan tingkat tinggi. Ada sel dengan sejumlah besar kloroplas. Misalnya, sekitar 1000 kloroplas ditemukan di sel raksasa jaringan palisade bercinta.
Kloroplas adalah struktur yang dibatasi oleh dua membran - internal dan eksternal. Membran luar, seperti membran dalam, memiliki ketebalan sekitar 7 mikron, dipisahkan satu sama lain oleh ruang antar membran sekitar 20-30 nm. Membran bagian dalam kloroplas memisahkan stroma plastida, yang mirip dengan matriks mitokondria. Dalam stroma kloroplas dewasa tumbuhan tingkat tinggi, terlihat dua jenis membran internal. Ini adalah membran yang bentuknya rata, memanjang stroma lamela, dan membran tilakoid, vakuola atau kantong berbentuk cakram datar.
Lamela stroma (ketebalannya sekitar 20 m) berbentuk kantung datar berongga atau tampak seperti jaringan saluran bercabang dan saling berhubungan yang terletak pada bidang yang sama. Biasanya, lamela stroma di dalam kloroplas terletak sejajar satu sama lain dan tidak membentuk ikatan satu sama lain.
Selain membran stroma, kloroplas mengandung membran tilakoid. Ini adalah kantong membran datar, tertutup, berbentuk cakram. Ukuran ruang antar membrannya juga sekitar 20-30 nm. Tilakoid ini membentuk tumpukan seperti kolom uang logam yang disebut biji-bijian(Gbr. 227). Jumlah tilakoid per grana sangat bervariasi: dari beberapa hingga 50 atau lebih. Ukuran tumpukan tersebut bisa mencapai 0,5 mikron, sehingga butirannya terlihat pada beberapa objek melalui mikroskop cahaya. Jumlah butir pada kloroplas tumbuhan tingkat tinggi bisa mencapai 40-60. Tilakoid pada grana letaknya berdekatan satu sama lain sehingga lapisan luar membrannya saling berhubungan erat; di persimpangan membran tilakoid, terbentuk lapisan padat setebal 2 nm. Selain ruang tertutup tilakoid, grana biasanya juga mencakup bagian lamela, yang juga membentuk lapisan padat 2 nm pada titik kontak membrannya dengan membran tilakoid. Lamela stroma tampaknya menghubungkan grana individu kloroplas satu sama lain. Namun rongga ruang tilakoid selalu tertutup dan tidak masuk ke dalam ruang ruang antar membran lamela stroma. Lamela stroma dan membran tilakoid terbentuk melalui pemisahan dari membran bagian dalam selama tahap awal perkembangan plastida.
Molekul DNA dan ribosom ditemukan dalam matriks (stroma) kloroplas; Di sinilah juga terjadi pengendapan utama polisakarida cadangan, pati, dalam bentuk butiran pati.
Fungsi kloroplas
Kloroplas adalah struktur tempat terjadinya proses fotosintesis, yang pada akhirnya mengarah pada pengikatan karbon dioksida, pelepasan oksigen, dan sintesis gula.
Ciri khas kloroplas adalah adanya pigmen, klorofil, yang memberi warna pada tumbuhan hijau. Dengan bantuan klorofil, tumbuhan hijau menyerap energi sinar matahari dan mengubahnya menjadi energi kimia. Penyerapan cahaya dengan panjang gelombang tertentu menyebabkan perubahan struktur molekul klorofil, ia berpindah ke keadaan tereksitasi dan teraktivasi. Energi yang dilepaskan dari klorofil aktif ditransfer melalui serangkaian tahap peralihan ke proses sintetik tertentu yang mengarah pada sintesis ATP dan reduksi akseptor elektron NADP (nicotinamide adenine dinucleotide) menjadi NADP-H, yang digunakan untuk reaksi pengikatan CO2 dan sintesis gula.
Reaksi fotosintesis secara keseluruhan dapat dinyatakan sebagai berikut:
nCO 2 + nH 2 O cahaya (CH 2 O) n + nO 2 (I)
klorofil
Jadi, proses akhir utama di sini adalah pengikatan karbon dioksida, penggunaan air untuk pembentukan berbagai karbohidrat, dan pelepasan oksigen. Molekul oksigen yang dilepaskan selama fotosintesis pada tumbuhan terbentuk karena hidrolisis molekul air. Oleh karena itu, proses fotosintesis meliputi proses hidrolisis air yang berfungsi sebagai salah satu sumber elektron atau atom hidrogen. Studi biokimia menunjukkan bahwa proses fotosintesis merupakan rangkaian peristiwa kompleks yang terdiri dari dua fase: terang dan gelap. Yang pertama, yang hanya terjadi dalam cahaya, berhubungan dengan penyerapan cahaya oleh klorofil dan terjadinya reaksi fotokimia (reaksi Hill). Pada fase kedua, yang dapat terjadi dalam kegelapan, CO2 difiksasi dan direduksi, yang mengarah pada sintesis karbohidrat.
Akibat fase cahaya terjadi fotofosforilasi, sintesis ATP dari ADP dan fosfat menggunakan rantai transpor elektron, serta reduksi koenzim NADP (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) menjadi NADP-H, yang terjadi selama hidrolisis. dan ionisasi air. Selama fase fotosintesis ini, energi dari sinar matahari menggairahkan elektron dalam molekul klorofil, yang terletak di membran tilakoid. Elektron tereksitasi ini diangkut sepanjang komponen rantai oksidatif di membran tilakoid, seperti halnya elektron diangkut sepanjang rantai pernapasan di membran mitokondria. Energi yang dilepaskan oleh transfer elektron ini digunakan untuk memompa proton melintasi membran tilakoid ke dalam tilakoid, yang meningkatkan perbedaan potensial antara stroma dan ruang di dalam tilakoid. Sama seperti pada membran krista mitokondria, membran tilakoid mengandung kompleks molekul ATP sintetase, yang kemudian mulai mengangkut proton kembali ke matriks kloroplas, atau stroma, dan secara paralel ADP fosforilasi, yaitu. mensintesis ATP (Gbr. 228, 229).
Jadi, sebagai hasil dari fase terang, ATP disintesis dan NADP direduksi, yang kemudian digunakan dalam reduksi CO2 selama sintesis karbohidrat yang sudah berada dalam fase gelap fotosintesis.
Dalam tahap fotosintesis yang gelap (tidak bergantung pada fluks foton), karena berkurangnya energi NADP dan ATP, CO2 di atmosfer terikat, yang mengarah pada pembentukan karbohidrat. Proses fiksasi CO2 dan pembentukan karbohidrat ini terdiri dari banyak tahapan yang melibatkan sejumlah besar enzim (siklus Calvin). Studi biokimia menunjukkan bahwa enzim yang terlibat dalam reaksi gelap terkandung dalam fraksi kloroplas yang larut dalam air, yang mengandung komponen matriks-stroma plastida tersebut.
Proses reduksi CO2 diawali dengan penambahan ribulosa difosfat, suatu karbohidrat yang terdiri dari 5 atom karbon, membentuk senyawa C6 berumur pendek, yang segera terurai menjadi dua senyawa C3, dua molekul gliserida-3-fosfat.
Pada tahap inilah, selama karboksilasi ribulosa difosfat, CO2 terikat. Reaksi lebih lanjut dari konversi gliserida-3-fosfat mengarah pada sintesis berbagai heksosa dan pentosa, regenerasi ribulosa difosfat dan keterlibatan barunya dalam siklus reaksi pengikatan CO2. Pada akhirnya, di dalam kloroplas, satu molekul heksosa terbentuk dari enam molekul CO 2; proses ini membutuhkan 12 molekul NADPH dan 18 molekul ATP yang berasal dari reaksi terang fotosintesis. Fruktosa-6-fosfat yang terbentuk akibat reaksi gelap menghasilkan gula, polisakarida (pati) dan galaktolipid. Dalam stroma kloroplas, asam lemak, asam amino dan pati juga terbentuk dari bagian gliserida-3-fosfat. Sintesis sukrosa selesai di sitoplasma.
Dalam stroma kloroplas, nitrit direduksi menjadi amonia karena energi elektron yang diaktifkan oleh cahaya; pada tumbuhan, amonia ini berfungsi sebagai sumber nitrogen selama sintesis asam amino dan nukleotida.
Ontogenesis dan penataan ulang fungsional plastida
Banyak peneliti yang tertarik dengan pertanyaan tentang asal usul plastida dan cara pembentukannya.
Pada akhir abad lalu, ditemukan bahwa pada alga hijau berfilamen Spirogyra, pembelahan sel selama reproduksi vegetatif disertai dengan pembelahan kromatofornya melalui penyempitan. Nasib kloroplas pada alga hijau Chlamydomonas telah dipelajari secara rinci (Gbr. 230). Ternyata selama reproduksi vegetatif aseksual, segera setelah pembelahan nukleus, kromatofor raksasa dijalin menjadi dua bagian, yang masing-masing berakhir di salah satu sel anak, di mana ia tumbuh hingga ukuran aslinya. Pembelahan kloroplas yang sama terjadi selama pembentukan zoospora. Ketika zigot terbentuk setelah peleburan gamet yang masing-masing mengandung kloroplas, setelah inti menyatu, kloroplas terlebih dahulu dihubungkan oleh jembatan tipis, kemudian isinya bergabung menjadi satu plastida besar.
Pada tumbuhan tingkat tinggi, pembelahan kloroplas dewasa juga terjadi, tetapi sangat jarang. Peningkatan jumlah kloroplas dan pembentukan bentuk plastida lainnya (leukoplas dan kromoplas) harus dipertimbangkan sebagai cara untuk mengubah struktur prekursor, proplastid. Seluruh proses perkembangan berbagai plastida dapat direpresentasikan sebagai rangkaian perubahan bentuk monotropik (berjalan dalam satu arah):
Proplastid leukoplas kloroplas kromoplas
amiloplas
Banyak penelitian telah membuktikan sifat transisi plastida yang tidak dapat diubah. Pada tumbuhan tingkat tinggi, kemunculan dan perkembangan kloroplas terjadi melalui perubahan proplastida (Gbr. 231).
Proplastida adalah vesikel membran ganda berukuran kecil (0,4-1 µm) yang tidak memiliki ciri khas pada struktur internalnya. Mereka berbeda dari vakuola sitoplasma dalam kandungannya yang lebih padat dan adanya dua membran pembatas, eksternal dan internal (seperti promitokondria dalam sel ragi). Membran bagian dalam mungkin sedikit terlipat atau membentuk vakuola kecil. Proplastida paling sering ditemukan pada pembelahan jaringan tanaman (sel meristem akar, daun, titik tumbuh batang, dll). Kemungkinan besar, peningkatan jumlahnya terjadi melalui pembelahan atau tunas, pemisahan vesikel kecil bermembran ganda dari tubuh proplastida.
Nasib proplastida tersebut akan bergantung pada kondisi perkembangan tanaman. Di bawah pencahayaan normal, proplastida berubah menjadi kloroplas. Pertama, mereka tumbuh, dengan pembentukan lipatan membran yang terletak memanjang dari membran bagian dalam. Beberapa di antaranya memanjang sepanjang plastida dan membentuk lamela stroma; yang lain membentuk lamela tilakoid, yang bertumpuk membentuk grana kloroplas matang.
Perkembangan plastida terjadi agak berbeda pada kondisi gelap. Pada bibit etiolasi, volume plastida, etioplast, awalnya meningkat, tetapi sistem membran internal tidak membangun struktur pipih, tetapi membentuk massa vesikel kecil yang terakumulasi di zona terpisah dan bahkan dapat membentuk struktur kisi yang kompleks (badan prolamelar). Membran etioplast mengandung protoklorofil, prekursor klorofil berwarna kuning. Di bawah pengaruh cahaya, kloroplas terbentuk dari etioplast, protoklorofil diubah menjadi klorofil, membran baru, enzim fotosintesis dan komponen rantai transpor elektron disintesis.
Ketika sel-sel disinari, vesikel dan tabung membran dengan cepat ditata ulang, dan darinya sistem lamela dan tilakoid yang lengkap, karakteristik kloroplas normal, berkembang.
Leukoplas berbeda dari kloroplas karena tidak adanya sistem pipih yang berkembang (Gbr. 226 b). Mereka ditemukan di sel-sel jaringan penyimpanan. Karena morfologinya yang tidak menentu, leukoplas sulit dibedakan dari proplastida dan terkadang dari mitokondria. Mereka, seperti proplastida, memiliki lamela yang buruk, namun mampu membentuk struktur tilakoid normal di bawah pengaruh cahaya dan memperoleh warna hijau. Dalam kegelapan, leukoplas dapat mengakumulasi berbagai zat cadangan di badan prolamelar, dan butiran pati sekunder disimpan di stroma leukoplas. Jika apa yang disebut pati sementara disimpan dalam kloroplas, yang terdapat di sini hanya selama asimilasi CO 2, maka penyimpanan pati yang sebenarnya dapat terjadi di leukoplas. Di beberapa jaringan (endosperma serealia, rimpang dan umbi-umbian), akumulasi pati di leukoplas menyebabkan pembentukan amiloplas, terisi penuh dengan butiran pati cadangan yang terletak di stroma plastida (Gbr. 226c).
Bentuk lain dari plastida pada tumbuhan tingkat tinggi adalah kromoplas, biasanya berwarna kuning akibat akumulasi karotenoid di dalamnya (Gbr. 226d). Kromoplas terbentuk dari kloroplas dan lebih jarang terbentuk dari leukoplasnya (misalnya, pada akar wortel). Proses pemutihan dan perubahan kloroplas mudah diamati selama perkembangan kelopak atau selama pematangan buah. Dalam hal ini, tetesan (globula) berwarna kuning dapat terakumulasi di dalam plastida, atau benda dalam bentuk kristal dapat muncul di dalamnya. Proses-proses ini berhubungan dengan penurunan bertahap jumlah membran dalam plastida, dengan hilangnya klorofil dan pati. Proses pembentukan butiran berwarna dijelaskan oleh fakta bahwa ketika lamela kloroplas dihancurkan, tetesan lipid dilepaskan di mana berbagai pigmen (misalnya karotenoid) terlarut dengan baik. Jadi, kromoplas adalah bentuk plastida yang mengalami degenerasi yang mengalami lipofanerosis - disintegrasi kompleks lipoprotein.
Struktur fotosintesis eukariotik bawah dan
sel prokariotik
Struktur plastida pada tumbuhan fotosintesis tingkat rendah (alga hijau, coklat dan merah) secara umum mirip dengan kloroplas sel tumbuhan tingkat tinggi. Sistem membrannya juga mengandung pigmen fotosensitif. Kloroplas alga hijau dan coklat (kadang disebut kromatofor) juga memiliki membran luar dan dalam; yang terakhir membentuk kantong datar yang tersusun dalam lapisan paralel; grana tidak ditemukan dalam bentuk ini (Gbr. 232). Pada alga hijau, kromatofor termasuk pirenoid, mewakili zona yang dikelilingi oleh vakuola kecil di sekitar tempat pengendapan pati (Gbr. 233).
Bentuk kloroplas pada alga hijau sangat beragam - berupa pita spiral panjang (Spirogira), jaringan (Oedogonium), atau bulat kecil, mirip dengan kloroplas tumbuhan tingkat tinggi (Gbr. 234).
Di antara organisme prokariotik, banyak kelompok yang memiliki alat fotosintesis dan karenanya memiliki struktur khusus. Merupakan ciri khas mikroorganisme fotosintetik (ganggang biru-hijau dan banyak bakteri) bahwa pigmen fotosensitifnya terlokalisasi di membran plasma atau pertumbuhannya diarahkan jauh ke dalam sel.
Selain klorofil, membran alga biru-hijau mengandung pigmen fikobilin. Membran fotosintesis alga biru-hijau membentuk kantong datar (lamela) yang tersusun sejajar satu sama lain, terkadang membentuk tumpukan atau spiral. Semua struktur membran ini dibentuk oleh invaginasi membran plasma.
Pada bakteri fotosintetik (Kromatium), membrannya membentuk vesikel kecil yang jumlahnya sangat banyak sehingga memenuhi hampir sebagian besar sitoplasma. Vesikel ini terlihat terbentuk melalui invaginasi dan pertumbuhan selanjutnya dari membran plasma. Vesikel membran ini (juga disebut kromatofor) mengandung bakterioklorofil pigmen fotosensitif, karotenoid, komponen sistem transpor elektron fotosintesis dan fotofosforilasi. Beberapa bakteri ungu mengandung sistem membran yang membentuk tumpukan teratur, seperti tilakoid dalam grana kloroplas (Gbr. 235).
Genom plastida
Seperti mitokondria, kloroplas memiliki sistem genetiknya sendiri yang menjamin sintesis sejumlah protein di dalam plastida itu sendiri. DNA, berbagai RNA dan ribosom ditemukan dalam matriks kloroplas. Ternyata DNA kloroplas sangat berbeda dengan DNA nukleus. Ini diwakili oleh molekul siklik dengan panjang hingga 40-60 mikron, memiliki berat molekul 0,8-1,3x10 8 dalton. Ada banyak salinan DNA dalam satu kloroplas. Jadi, dalam satu kloroplas jagung terdapat 20-40 salinan molekul DNA. Durasi siklus dan laju replikasi DNA inti dan kloroplas, seperti yang ditunjukkan pada sel ganggang hijau, tidak bersamaan. DNA kloroplas tidak rumit dengan histon. Semua ciri DNA kloroplas ini mirip dengan ciri DNA sel prokariotik. Selain itu, kesamaan DNA kloroplas dan bakteri semakin diperkuat oleh fakta bahwa rangkaian pengatur transkripsi utama (promotor, terminator) adalah sama. Semua jenis RNA (messenger, transfer, ribosom) disintesis pada DNA kloroplas. DNA kloroplas mengkode rRNA, yang merupakan bagian dari ribosom plastida ini, yang termasuk dalam tipe prokariotik 70S (mengandung rRNA 16S dan 23S). Ribosom kloroplas sensitif terhadap antibiotik kloramfenikol, yang menghambat sintesis protein dalam sel prokariotik.
Seperti halnya kloroplas, kita kembali dihadapkan pada adanya sistem sintesis protein khusus, berbeda dengan yang ada di dalam sel.
Penemuan ini memperbarui minat terhadap teori asal muasal simbiosis kloroplas. Gagasan bahwa kloroplas muncul melalui penggabungan sel heterotrofik dengan ganggang biru-hijau prokariotik, diungkapkan pada pergantian abad ke-19 dan ke-20. (A.S. Fomintsin, K.S. Merezhkovsky) kembali menemukan konfirmasinya. Teori ini didukung oleh kesamaan yang menakjubkan dalam struktur kloroplas dan ganggang biru-hijau, kesamaan dengan ciri-ciri fungsional utamanya, dan terutama dengan kemampuan proses fotosintesis.
Ada banyak fakta yang diketahui tentang endosimbiosis sejati ganggang biru-hijau dengan sel tumbuhan tingkat rendah dan protozoa, di mana mereka berfungsi dan memasok produk fotosintesis ke sel inang. Ternyata kloroplas yang diisolasi juga dapat diseleksi oleh beberapa sel dan digunakan oleh mereka sebagai endosimbion. Pada banyak invertebrata (rotifer, moluska) yang memakan alga tingkat tinggi, yang mereka cerna, kloroplas utuh berakhir di dalam sel kelenjar pencernaan. Jadi, pada beberapa moluska herbivora, kloroplas utuh dengan sistem fotosintesis yang berfungsi ditemukan di dalam sel, yang aktivitasnya dipantau dengan memasukkan C 14 O 2.
Ternyata, kloroplas dapat dimasukkan ke dalam sitoplasma sel kultur fibroblas tikus melalui pinositosis. Namun, mereka tidak diserang oleh hidrolase. Sel-sel tersebut, termasuk kloroplas hijau, dapat membelah selama lima generasi, sedangkan kloroplas tetap utuh dan melakukan reaksi fotosintesis. Upaya telah dilakukan untuk membudidayakan kloroplas dalam media buatan: kloroplas dapat berfotosintesis, sintesis RNA terjadi di dalamnya, tetap utuh selama 100 jam, dan pembelahan diamati bahkan dalam waktu 24 jam. Namun kemudian terjadi penurunan aktivitas kloroplas dan mati.
Pengamatan ini dan sejumlah penelitian biokimia menunjukkan bahwa ciri-ciri otonomi yang dimiliki kloroplas masih belum cukup untuk mempertahankan fungsinya dalam jangka panjang, apalagi untuk reproduksinya.
Baru-baru ini, dimungkinkan untuk menguraikan seluruh urutan nukleotida dalam molekul DNA siklik kloroplas tumbuhan tingkat tinggi. DNA ini dapat mengkode hingga 120 gen, di antaranya: gen 4 RNA ribosom, 20 protein ribosom kloroplas, gen beberapa subunit RNA polimerase kloroplas, beberapa protein fotosistem I dan II, 9 dari 12 subunit ATP sintetase, bagian protein kompleks rantai transpor elektron, salah satu subunit ribulosa difosfat karboksilase (enzim kunci untuk pengikatan CO2), 30 molekul tRNA dan 40 protein lainnya yang belum diketahui. Menariknya, seperangkat gen serupa dalam DNA kloroplas ditemukan pada perwakilan tumbuhan tingkat tinggi seperti tembakau dan lumut hati.
Sebagian besar protein kloroplas dikendalikan oleh genom inti. Ternyata sejumlah protein, enzim, dan proses metabolisme kloroplas yang paling penting berada di bawah kendali genetik nukleus. Dengan demikian, inti sel mengontrol tahapan individu sintesis klorofil, karotenoid, lipid, dan pati. Banyak enzim tahap gelap dan enzim lainnya, termasuk beberapa komponen rantai transpor elektron, berada di bawah kendali nuklir. Gen inti mengkodekan DNA polimerase dan aminoasil-tRNA sintetase kloroplas. Sebagian besar protein ribosom berada di bawah kendali gen inti. Semua data ini membuat kita berbicara tentang kloroplas, serta mitokondria, sebagai struktur dengan otonomi terbatas.
Pengangkutan protein dari sitoplasma ke plastida terjadi pada prinsipnya mirip dengan mitokondria. Di sini juga, pada titik konvergensi membran luar dan dalam kloroplas, terdapat protein integral pembentuk saluran, yang mengenali urutan sinyal protein kloroplas yang disintesis dalam sitoplasma dan mengangkutnya ke matriks-stroma. Dari stroma, protein yang diimpor, menurut urutan sinyal tambahan, dapat dimasukkan ke dalam membran plastida (tilakoid, lamela stroma, membran luar dan dalam) atau terlokalisasi di stroma, menjadi bagian dari ribosom, kompleks enzim siklus Calvin, dll.
Kesamaan yang menakjubkan dari struktur dan proses energi pada bakteri dan mitokondria, di satu sisi, dan pada ganggang biru-hijau dan kloroplas, di sisi lain, menjadi argumen kuat yang mendukung teori asal muasal simbiosis organel-organel ini. Menurut teori ini, kemunculan sel eukariotik melalui beberapa tahap simbiosis dengan sel lain. Pada tahap pertama, sel-sel seperti bakteri heterotrofik anaerobik termasuk bakteri aerob, yang berubah menjadi mitokondria. Secara paralel, di dalam sel inang, genofor prokariotik dibentuk menjadi nukleus yang diisolasi dari sitoplasma. Ini adalah bagaimana sel eukariotik heterotrofik dapat muncul. Hubungan endosimbiotik berulang antara sel eukariotik primer dan ganggang biru-hijau menyebabkan munculnya struktur tipe kloroplas di dalamnya, memungkinkan sel melakukan proses autosintetik dan tidak bergantung pada keberadaan substrat organik (Gbr. 236). Selama pembentukan sistem kehidupan gabungan seperti itu, sebagian informasi genetik mitokondria dan plastida dapat berubah dan ditransfer ke nukleus. Misalnya, dua pertiga dari 60 protein ribosom kloroplas dikodekan dalam nukleus dan disintesis dalam sitoplasma, dan kemudian diintegrasikan ke dalam ribosom kloroplas, yang memiliki semua sifat ribosom prokariotik. Pergerakan sebagian besar gen prokariotik ke dalam nukleus menyebabkan fakta bahwa organel seluler ini, yang mempertahankan sebagian dari otonomi sebelumnya, berada di bawah kendali inti sel, yang sangat menentukan semua fungsi seluler utama.
Ini adalah benda tidak berwarna atau berwarna dalam protoplasma sel tumbuhan, mewakili sistem kompleks membran internal (organel membran) dan melakukan berbagai fungsi. Plastida yang tidak berwarna disebut leukoplas, plastida yang berwarna berbeda (kuning, jingga atau merah) disebut kromoplas, dan plastida berwarna hijau disebut kloroplas. Sel tumbuhan tingkat tinggi mengandung sekitar 40 kloroplas tempat terjadinya fotosintesis. Mereka, sebagaimana telah disebutkan, mampu bereproduksi secara otonom, tidak bergantung pada pembelahan sel. Ukuran dan bentuk mitokondria dan kloroplas, adanya DNA untai ganda melingkar dan ribosomnya sendiri dalam matriksnya membuat organel ini mirip dengan sel bakteri. Ada teori tentang asal usul simbiosis sel eukariotik, yang menyatakan bahwa nenek moyang mitokondria dan kloroplas modern dulunya adalah organisme prokariotik yang independen.
Plastida hanya merupakan ciri khas tumbuhan. Mereka tidak ditemukan pada jamur dan sebagian besar hewan, kecuali beberapa protozoa fotosintetik.
Prekursor plastida adalah proplastida, formasi kecil, biasanya tidak berwarna, ditemukan di sel pembelahan akar dan pucuk. Jika perkembangan proplastida menjadi struktur yang lebih berdiferensiasi tertunda karena kurangnya cahaya, satu atau lebih badan prolamelar (kelompok membran tubular) dapat muncul di dalamnya. Plastida yang tidak berwarna disebut etioplast. Etioplast berubah menjadi kloroplas dalam cahaya, dan tilakoid terbentuk dari membran badan prolamelar. Tergantung pada warna yang terkait dengan ada tidaknya pigmen tertentu, ada tiga jenis utama plastida (lihat di atas) - kloroplas, kromoplas, dan leukoplas. Biasanya, hanya satu jenis plastida yang ditemukan dalam satu sel. Namun, telah diketahui bahwa beberapa jenis plastida dapat berubah menjadi jenis lain.
Plastida adalah formasi sel yang relatif besar. Yang terbesar - kloroplas - panjangnya mencapai 4-10 mikron pada tumbuhan tingkat tinggi dan terlihat jelas di mikroskop cahaya. Bentuk plastida berwarna paling sering berbentuk lentikular atau elips. Biasanya, beberapa lusin plastida ditemukan di dalam sel, tetapi pada alga, di mana plastida seringkali berukuran besar dan bentuknya bervariasi, jumlahnya terkadang kecil (1-5). Plastida seperti ini disebut kromatofor. Leukoplas dan kromoplas dapat memiliki bentuk yang berbeda-beda.
Fungsi utama kloroplas adalah fotosintesis. Peran sentral dalam proses ini adalah milik klorofil, atau lebih tepatnya, beberapa modifikasinya. Reaksi terang fotosintesis dilakukan terutama di grana, reaksi gelap - di stroma
Sejak sekolah. Kursus botani mengatakan bahwa dalam sel tumbuhan, plastida dapat memiliki bentuk, ukuran, dan fungsi yang berbeda-beda di dalam sel. Artikel ini akan mengingatkan mereka yang sudah lama lulus sekolah tentang struktur plastida, jenis dan fungsinya, serta bermanfaat bagi semua orang yang tertarik dengan biologi.
Struktur
Gambar di bawah secara skematis menunjukkan struktur plastida dalam sel. Terlepas dari jenisnya, ia memiliki membran luar dan dalam yang melakukan fungsi pelindung, stroma adalah analog dari sitoplasma, ribosom, molekul DNA, dan enzim.
Kloroplas mengandung struktur khusus - grana. Grana terbentuk dari tilakoid, struktur seperti cakram. Tilakoid mengambil bagian dan oksigen.
Dalam kloroplas, butiran pati terbentuk sebagai hasil fotosintesis.
Leukoplas tidak berpigmen. Mereka tidak mengandung tilakoid dan tidak mengambil bagian dalam fotosintesis. Sebagian besar leukoplas terkonsentrasi di batang dan akar tanaman.
Kromoplas mengandung tetesan lipid - struktur yang mengandung lipid yang diperlukan untuk memasok energi tambahan ke struktur plastida.
Plastida tersedia dalam berbagai warna, ukuran dan bentuk. Ukurannya berkisar antara 5-10 mikron. Bentuknya biasanya lonjong atau bulat, tapi bisa juga apa saja.
Jenis-jenis plastida
Plastida bisa tidak berwarna (leukoplas), hijau (kloroplas), kuning atau oranye (kromoplas). Kloroplaslah yang memberi warna hijau pada daun tanaman.
Varietas lain menghasilkan warna kuning, merah atau oranye.
Plastida tak berwarna di dalam sel berfungsi sebagai tempat penyimpanan nutrisi. Leukoplas mengandung lemak, pati, protein dan enzim. Ketika tanaman membutuhkan energi tambahan, pati dipecah menjadi monomer - glukosa.
Leukoplas dalam kondisi tertentu (di bawah pengaruh sinar matahari atau dengan penambahan bahan kimia) dapat berubah menjadi kloroplas, kloroplas diubah menjadi kromoplas ketika klorofil dihancurkan, dan pigmen pewarna kromoplas - karoten, antosianin atau xantofil - mulai mendominasi warna. Transformasi ini terlihat pada musim gugur, ketika daun dan banyak buah berubah warna karena rusaknya klorofil dan munculnya pigmen kromoplas.
Fungsi
Seperti dibahas di atas, plastida hadir dalam berbagai bentuk, dan fungsinya dalam sel tumbuhan bergantung pada varietasnya.
Leukoplas berfungsi terutama untuk menyimpan nutrisi dan memelihara kehidupan tanaman karena kemampuannya menyimpan dan mensintesis protein, lipid, dan enzim.
Kloroplas memainkan peran penting dalam proses fotosintesis. Dengan partisipasi pigmen klorofil yang terkonsentrasi di plastida, molekul karbon dioksida dan air diubah menjadi molekul glukosa dan oksigen.
Kromoplas, karena warnanya yang cerah, menarik serangga untuk menyerbuki tanaman. Penelitian mengenai fungsi plastida ini masih terus dilakukan.
