Üks peamisi erinevusi taime- ja loomarakkude vahel on esimeste organellide, näiteks plastiidide olemasolu tsütoplasmas. Selles artiklis käsitletakse nende elutähtsate protsesside struktuuri, iseärasusi ning kloroplastide, kromoplastide ja leukoplastide tähtsust.
Kloroplasti struktuur
Rohelised plastiidid, mille ehitust nüüd uurima hakkame, kuuluvad kõrgemate spooride ja seemnetaimede rakkude kohustuslike organellide hulka. Need on kahemembraanilised rakulised organellid ja neil on ovaalne kuju. Nende arv tsütoplasmas võib olla erinev. Näiteks tubaka lehelaba sambakujulise parenhüümi rakud sisaldavad kuni tuhat kloroplasti, teravilja perekonda kuuluvate taimede vartes 30 kuni 50.
Mõlemal organoidi moodustaval membraanil on erinev struktuur: välimine on sile, kolmekihiline, sarnaneb taimeraku enda membraaniga. Sisemine sisaldab palju volte, mida nimetatakse lamellideks. Nende kõrval on lamedad kotid - tülakoidid. Lamellid moodustavad võrgustikuparalleelsed tuubulid. Lamellide vahel on tülakoidkehad. Neid kogutakse virnadesse – üksteisega ühendatavate teradena. Nende arv ühes kloroplastis on 60–150. Kogu kloroplasti sisemine õõnsus on täidetud maatriksiga.
Organellal on autonoomia tunnused: oma pärilik materjal – ringikujuline DNA, tänu millele saavad kloroplastid paljuneda. Samuti on suletud välismembraan, mis piirab organelli raku tsütoplasmas toimuvate protsesside eest. Kloroplastidel on oma ribosoomid, i-RNA ja t-RNA molekulid, mis tähendab, et nad on võimelised valkude sünteesiks.
Tülakoidi funktsioonid
Nagu varem mainitud, sisaldavad taimerakuplastid – kloroplastid – spetsiaalseid lamestatud kotte, mida nimetatakse tülakoidideks. Neis leiti pigmente - klorofülle (osalevad fotosünteesis) ja karotenoide (täites toetavaid ja troofilisi funktsioone). Samuti on olemas ensümaatiline süsteem, mis tagab fotosünteesi valguse ja tumeda faasi reaktsioonid. Tülakoidid toimivad antennidena: fokusseerivad valguskvante ja suunavad need klorofülli molekulidele.
Fotosüntees on kloroplastide peamine protsess
Autotroofsed rakud on süsinikdioksiidi ja valgusenergia abil võimelised iseseisv alt sünteesima orgaanilisi aineid, eelkõige glükoosi. Rohelised plastiidid, mille funktsioone me praegu uurime, on fototroofide – mitmerakuliste organismide – lahutamatu osa, näiteks:
- kõrgemate eostega taimed (samblad, hobuheinad, samblad,sõnajalad);
- seemned (võimlemisseemned – ginga, okaspuud, efedra ja katteseemnetaimed või õistaimed).
Fotosüntees on redoksreaktsioonide süsteem, mis põhineb elektronide ülekandmisel doonorainetelt neid “vastuvõtvatele” ühenditele ehk niinimetatud aktseptoritele.
Need reaktsioonid toovad kaasa orgaaniliste ainete, eriti glükoosi sünteesi ja molekulaarse hapniku vabanemise. Fotosünteesi valgusfaas toimub tülakoidmembraanidel valgusenergia toimel. Neeldunud valguskvant ergastab magneesiumiaatomite elektrone, mis moodustavad rohelise pigmendi – klorofülli.
Elektronide energiat kasutatakse energiamahukate ainete sünteesiks: ATP ja NADP-H2. Rakk lõhustab neid kloroplasti maatriksis toimuvate tumeda faasi reaktsioonide jaoks. Nende sünteetiliste reaktsioonide kombinatsioon viib glükoosi, aminohapete, glütserooli ja rasvhapete molekulide moodustumiseni, mis on raku ehitus- ja troofiline materjal.
Plastiiditüübid
Rohelised plastiidid, mille ehitust ja funktsioone varem käsitlesime, leidub lehtedes, rohelistes vartes ja pole ainsad liigid. Niisiis on puuviljade koores, õistaimede kroonlehtedes, maa-aluste võrsete väliskatetes - mugulates ja sibulates - teisi plastiide. Neid nimetatakse kromoplastideks või leukoplastideks.
Värvitud organellid (leukoplastid) on erineva kujuga ja erinevad kloroplastidest selle poolest, etsisemisel õõnsusel pole õhukesi plaate - lamelle ja maatriksisse sukeldatud tülakoidide arv on väike. Maatriks ise sisaldab desoksüribonukleiinhapet, valke sünteesivaid organelle – ribosoome ja proteolüütilisi ensüüme, mis lagundavad valke ja süsivesikuid.
Leukoplastides on ka ensüüme – süntetaase, mis osalevad glükoosist tärklisemolekulide moodustumisel. Selle tulemusena koguvad värvitu taimerakuplastiidid varutoitaineid: valgugraanuleid ja tärkliseterasid. Need plastiidid, mille ülesanne on akumuleerida orgaanilisi aineid, võivad muutuda kromoplastideks näiteks piimja küpsusastmes olevate tomatite valmimise ajal.
Kõrge eraldusvõimega skaneeriva mikroskoobi all on selgelt näha erinevused kõigi kolme tüüpi plastiidide struktuuris. See puudutab eelkõige kloroplaste, millel on fotosünteesi funktsiooniga seotud kõige keerulisem struktuur.
Kromoplastid – värvilised plastiidid
Roheliste ja värvitute taimerakkude kõrval eksisteerib ka kolmas organellitüüp, mida nimetatakse kromoplastideks. Neil on erinevaid värve: kollane, lilla, punane. Nende struktuur sarnaneb leukoplastidega: sisemembraanil on väike arv lamelle ja väike hulk tülakoide. Kromoplastid sisaldavad erinevaid pigmente: ksantofülle, karoteene, karotenoide, mis on fotosünteesi abiained. Just need plastiidid annavad peedi, porgandi, viljapuude ja marjade juurtele värvi.
Kuidas need tekivadja teisendavad vastastikku plastiidid
Leukoplastid, kromoplastid, kloroplastid on plastiidid (mille struktuuri ja funktsioone me uurime), millel on ühine päritolu. Need on meristemaatiliste (kasvatuslike) kudede derivaadid, millest moodustuvad protoplastiidid – kuni 1 mikroni suurused kahemembraanilised kotitaolised organellid. Valguses raskendavad nad oma struktuuri: moodustub lamelle sisaldav sisemembraan, sünteesitakse roheline pigment klorofüll. Protoplastiidid muutuvad kloroplastideks. Leukoplaste saab valgusenergia toimel muuta ka rohelisteks plastiidideks ja seejärel kromoplastideks. Plastiidi modifitseerimine on taimemaailmas lai alt levinud nähtus.
Kromatofoorid kui kloroplastide prekursorid
Prokarüootsed fototroofsed organismid - rohelised ja lillad bakterid, viivad läbi fotosünteesi protsessi bakterioklorofüll A abil, mille molekulid paiknevad tsütoplasmaatilise membraani sisemistel väljakasvudel. Mikrobioloogid peavad bakteriaalseid kromatofoore plastiidide eelkäijateks.
Seda kinnitab nende sarnane struktuur kloroplastidega, nimelt reaktsioonikeskuste ja valgust püüdvate süsteemide olemasolu, samuti fotosünteesi üldised tulemused, mis põhjustavad orgaaniliste ühendite moodustumist. Tuleb märkida, et madalamatel taimedel - rohevetikatel, nagu ka prokarüootidel, pole plastiide. See on tingitud asjaolust, et klorofülli sisaldavad moodustised - kromatofoorid on võtnud üle oma funktsiooni - fotosünteesi.
Kuidas kloroplastid tekkisid
Paljude hüpoteeside hulgasplastiidide päritolu, peatume sümbiogeneesil. Tema ideede kohaselt on plastiidid rakud (kloroplastid), mis tekkisid Arheani ajastul fototroofsete bakterite tungimise tulemusena primaarsesse heterotroofsesse rakku. Just nemad viisid hiljem roheliste plastiidide tekkeni.
Selles artiklis uurisime taimeraku kahemembraaniliste organellide struktuuri ja funktsioone: leukoplastid, kloroplastid ja kromoplastid. Ja avastas ka nende tähtsuse rakuelus.
