Органеллы, находящиеся в клетках растений и некоторых водорослей, не относящихся к растениям.
Хлоропласты, как и митохондрии, эффективно синтезируют АТФ, но источники свободной энергии у них разные. Митохондрии получают энергию благодаря кислородному окислению питательных веществ, а хлоропласты – непосредственно от Солнца.
Теория симбиогенеза
Появление хлоропластов связывают с превращением во внутриклеточную структуру одноклеточных прокариот, подобных современным цианобактериям. Эта теория, называемая теорией симбиогенеза, объясняет, почему митохондрии и хлоропласты имеют собственную ДНК. Такой симбиоз оказался удобным как для клеток-«гостей», так и для клеток-«хозяев». Генетический аппарат клетки взял на себя синтез части белков, необходимых митохондриям и хлоропластам. А они, в свою очередь, поставляют «хозяев» энергией для биосинтетических процессов. Основоположниками теории симбиогенеза были российские ученые А.С. Фаминцын и К.С. Мережковский, которые обратили внимание на возможную роль симбиотических отношений в эволюции живых организмов.
Строение хлоропластов
Хлоропласты зеленых растений, как и митохондрии, имеют самую разнообразную форму, но они значительно больше их по размерам. Внешняя оболочка хлоропластов достаточно хрупкая и также имеет высокую проницаемость. Внутренняя оболочка окружает полужидкую строму. Строма является аналогом матрикса митохондрий и содержит большое количество ферментов. Здесь находится собственная кольцевая ДНК хлоропластов и, соответствующие ей, рибосомы, мРНК, тРНК и белки. В строме находится большинство ферментов, необходимых для синтеза органических веществ из углекислого газа. У некоторых видов растений часть этих реакций может проходить в цитозоле. Внутренняя мембрана митохондрий не образует выступлений и не содержит ферментов дыхательной цепи.
Хлорофилл, ферментные системы, которые позволяют фиксировать энергию солнечного света, электроннотранспортной цепи АТФ находятся в третьей системе мембранных мешочков и пузырьков – в тилакоидах.
Тилакоидная мембрана непроницаема для большинства ионов. Они образуются и отщепляются от внутренней мембраны. Тилакоиды собраны в стопки, которые называют гранами.
Синтез энергии в клетках
В основе организации как хлоропластов, так и митохондрий лежат общие принципы, а АТФ в них синтезируются с одинаковыми механизмами. Как и в митохондриях, в пределах хлоропласта существует пространственное распределение метаболических процессов.
Исследования последних сорока лет обнаружили, что главный путь преобразования энергии в биологически полезные формы одинаков не только для митохондрий и хлоропластов, но и для бактериальных клеток. Этот универсальный механизм схематично можно представить в два этапа:
- на первом этапе свободная энергия солнечных лучей или питательных веществ запасается в форме градиента электрохимических потенциалов ионов водорода при протекании окислительно-восстановительных реакций в дыхательной цепи, который образуется рядом белков;
- на втором этапе энергия протонного электрохимического градиента используется для синтеза ATФ.
Промежуточными продуктами, которые участвуют в энергетическом синтезе, является НАДФ Н. Эти соединения доставляют возбужденные электроны в электротранспортной цепи.
Основное различие между двумя энергетическими компартментами заключается в цели, с которой синтезируется биодоступная энергия:
- митохондрии поставляют молекулы АТФ в другие части клетки, обеспечивая протекание химических реакций анаболизма;
- биологическая роль хлоропластов заключается в том, что энергия солнечных лучей, превращенная в макроэргические связи АТФ, используется для синтеза органического вещества из неорганических предшественников. Этот процесс протекает непосредственно в самих хлоропластах.
Таким образом, окислительное фосфорилирование и фотосинтез два способа запасания – энергии в клетках.
Не знаете, где заказать написание статьи по биологии на заказ? Авторы Студворк к вашим услугам!
Комментарии