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 |
У этого термина существуют и другие значения, см. Пигмент.
Биологические пигменты (биохромы) — окрашенные вещества, входящие в состав тканей организмов. Цвет пигментов определяется наличием в их молекулах хромофорных групп, избирательно поглощающих свет в определённой части видимого спектра солнечного света[1]. Пигментная система живых существ — звено, связывающее световые условия окружающей среды и обмен веществ организма. Биологические пигменты играют важную роль в жизнедеятельности живых существ.
Группы биологических пигментов[править | править код]
Биологические пигменты подразделяются на несколько классов в зависимости от своего строения.
Каротиноиды[править | править код]
Каротиноиды придают окраску большинству оранжевых овощей и фруктов.
Каротиноиды — наиболее распространённый класс биологических пигментов. Они обнаружены у большинства живых существ, в том числе у всех без исключений растений, многих микроорганизмов. Каротиноиды обуславливают окраску многих животных, особенно насекомых, птиц и рыб. Каротиноиды и их производные, помимо прочего, являются основой зрительных пигментов, отвечающих за восприятие света и цвета у животных[2].
К каротиноидам относятся такие пигменты, как каротин, гематохром, ксантофилл, ликопин, лютеин, родопсин (зрительный пурпур) и другие.
Хиноны[править | править код]
Хиноны — химические соединения, производные моноциклических или полициклических ароматических углеводородов, в составе которых присутствует ненасыщеный циклический дикетон. Их окраска варьирует от бледно-жёлтой до оранжевой, красной, пурпурной, коричневой и почти чёрной. Обнаружены у многих грибов, лишайников и в некоторых группах беспозвоночных. Широко используемый краситель ализарин относится к группе хинонов[3].
Флавоноиды[править | править код]
Яркая окраска лепестков цветов обусловлена антоцианом.
Флавоноиды — O-гетероциклические фенольные соединения. В природе синтезируются почти исключительно высшими растениями. В их число входят антоцианы, обуславливающие наиболее яркие цвета растений — красные, пурпурные, синие части цветов и плодов; флавоны, флавонолы, ауроны, халконы определяют жёлтую и оранжевую окраску плодов и листьев. К группе флавоноидов относятся также природные антиоксиданты катехины[4].
Пигменты на основе порфирина[править | править код]
В эту группу входят биологические пигменты, в составе которых присутствует порфириновый комплекс. Гем, один из видов порфиринов, входит в качестве простетической группы в состав таких соединений, как гемоглобин, билирубин, цитохром c, цитохром P450 и другие. К этой группе относятся также растительные пигменты — хлорофилл, феофитин и т. п. Как правило, пигменты этого класса участвуют в фотохимических процессах, а также являются ферментами, задействованными в обмене веществ. Их роль как собственно красителей второстепенна[5].
Другие[править | править код]
Меланин — один из самых распространённых пигментов у животных, обуславливающий их тёмную окраску. Также встречается у растений и микроорганизмов. У позвоночных синтезируется в особых клетках — меланоцитах[6]. Меланины широко распространены в растительных и животных тканях, а также у простейших. Они определяют окраску кожи и волос, например масти лошадей, цвет перьев птиц (совместно с интерференционной окраской), чешуи рыб, кутикулы насекомых. Меланины поглощают ультрафиолетовые лучи, и тем самым защищают ткани глубоких слоёв кожи от лучевого повреждения.
Другой недавно обнаруженной функцией является усвоение некоторыми грибами ультрафиолетового и гамма-излучения для обеспечения жизнедеятельности.[источник не указан 1529 дней]
Люциферины — группа светоизлучающих биологических пигментов, встречаются у организмов, способных к биолюминесценции. Представляют собой небольшие молекулы, служащие субстратом для соответствующих ферментов люцифераз, осуществляющих их окисление[7].
Биологическая роль[править | править код]
Природные пигменты выполняют множество функций. Они определяют окраску организмов, важную для их приспособления к внешней среде. Окраска отдельных частей растений служит для привлечения насекомых-опылителей и птиц, распространяющих семена, окраска тела у животных способствует защите от врагов, маскирует их при выслеживании добычи или предупреждает врагов о ядовитости. Также эти пигменты могут осуществлять защиту организма от ультрафиолетового излучения солнца. Многие природные пигменты принимают участие в фотохимических процессах, в частности, хлорофилл, бактериохлорофилл, бактериородопсин являются фотосинтезирующими ферментами, родопсин животных задействован в зрительном процессе. Дыхательные пигменты (гемоглобин, гемэритрин, гемоцианин, цитохромы, дыхательные хромогены и др.) участвуют в переносе кислорода к тканям и тканевом дыхании.
Биологические пигменты, как правило, находятся в различных структурах клетки, реже — в свободном состоянии в жидкостях организма. Так, хлорофилл расположен в хлоропластах, каротиноиды — в хромопластах и хлоропластах, гемоглобин, как правило, в эритроцитах, меланин — в меланоцитах.
Использование[править | править код]
Ряд природных пигментов нашёл применение как красители в промышленности. В частности, широко применяются краски на основе ализарина, ранее применялись такие природные красители, как индиго, кармин, шафран и другие.
Примечания[править | править код]
- ↑ Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. — Москва: Мир, 1986. — С. 20, 21. — 422 с. — 3050 экз.
- ↑ Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. — Москва: Мир, 1986. — С. 34—35. — 422 с. — 3050 экз.
- ↑ Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. — Москва: Мир, 1986. — С. 92—94. — 422 с. — 3050 экз.
- ↑ Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. — Москва: Мир, 1986. — С. 125—130. — 422 с. — 3050 экз.
- ↑ Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. — Москва: Мир, 1986. — С. 156—159. — 422 с. — 3050 экз.
- ↑ Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. — Москва: Мир, 1986. — С. 259. — 422 с. — 3050 экз.
- ↑ John Lee. Basic Bioluminescence (англ.). — Department of Biochemistry and Molecular Biology, University of Georgia, Athens, 2008.
Литература[править | править код]
- Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. — Москва: Мир, 1986. — 422 с. — 3050 экз.
- Всеволодов Н. Н. Биопигменты — фоторегистраторы: фотоматериал на бактериородопсине. — Москва: Наука, 1999. — 224 с. — (Теоретическая и прикладная биофизика). — ISBN 5-02-003930-6.
- Конев С. В., Волотовский И. Д. Введение в молекулярную фотобиологию. — Минск: Наука и техника, 1971. — 230 с.
Окраска лепестков и чашелистиков на орхидеи Пчела управляется специализированной органеллы в клетках растений называется хромопласты.
Хромопласты являются пластиды , гетерогенные органеллы , ответственные за пигментного синтеза и хранения в конкретных фотосинтезирующих эукариот . Он подумал , что , как и все другие пластид , включая хлоропласты и лейкопластов они произошли от симбиотических прокариот .
функция
Хромопласты встречаются в плодах , цветах , корнях , и стресса и старение листьев , и несут ответственность за их отличительные цвета. Это всегда связано с массовым увеличением накопления каротиноидов пигментов. Превращение хлоропластов в хромопласты в созревании является классическим примером.
Они , как правило , находятся в зрелых тканях и получены из уже существующих зрелой пластиды. Фрукты и цветы являются наиболее распространенными структурами для биосинтеза каротиноидов, хотя возможны и другие реакции происходят там, а в том числе синтеза сахаров, крахмала, липидов, ароматических соединений, витаминов и гормонов. ДНК в хлоропластах и хромопластах идентичны. Одно тонкое различие в ДНК было обнаружено после того, как был проведен анализ жидкости хроматографии хромопластов томата, показывая повышенную цитозин метилирование .
Хромопласты синтезировать и хранить пигменты , такие как оранжевый каротин , желтые ксантофиллы , а также различные другие красные пигменты. Таким образом , их цвет изменяется в зависимости от того, что они содержат пигмент. Основная эволюционная цель хромопластами, вероятно , чтобы привлечь опылителей или пожиратели цветных фруктов, которые помогают рассеять семена . Тем не менее, они также находятся в корнях , такие как морковь и сладкий картофель . Они позволяют накопление большого количества нерастворимых в воде соединений , в противном случае водянистой части растений.
Когда листья меняют цвет осенью, это связано с потерей зеленого хлорофилла , который разоблачает ранее существовавшие каротиноиды. В этом случае, относительно мало нового каротиноид производятся-изменение пластид пигментов , связанных с листом старении несколько отличается от активного преобразования в хромопласты наблюдаемых в фруктах и цветах.
Есть несколько видов цветущих растений , которые содержат практически нет каротиноидов. В таких случаях имеются пластиды , присутствующие в лепестках , которые близко напоминают хромопласты и иногда визуально неотличимы. Антоцианы и флавоноиды , расположенные в клеточных вакуолях несут ответственность за другие цвета пигмента.
Термин «хромопласты» иногда используются , чтобы включать в себя любые пластиды , который имеет пигмент, главным образом , чтобы подчеркнуть различие между ними и различными типами лейкопластов , пластиды , которые не имеют пигментов. В этом смысле, хлоропласты являются специфическим типом хромопласты. Тем не менее, «хромопласты» чаще используются для обозначения пластид с другой , чем хлорофилл пигменты.
Структура и классификация
С помощью светового микроскопа хромопластов может быть дифференцированы и подразделяется на четыре основных типа. Первый тип состоит из протеинового стромы с гранулами. Второй состоит из белковых кристаллов и аморфных гранул пигмента. Третий тип состоит из белков и пигментных кристаллов. Четвертый тип представляет собой хромопласты , который содержит только кристаллы. Электронный микроскоп показывает еще больше, что позволяет для идентификации подструктур , таких как глобулы, кристаллы, мембраны, фибриллы и трубочки . Подструктур , найденные в хромопластах не встречается в зрелых пластидах , что она отделена от.
Присутствие, частота и идентификация субструктур с использованием электронного микроскопа, привели к дальнейшей классификации, разделив хромопласты на пять основные категории: Шаровые хромопласты, кристаллические хромопласты, фибриллярные хромопласты, трубчатые хромопласты и мембранные хромопласты. Кроме того , было установлено , что различные типы хромопластами могут сосуществовать в одном органе. Некоторые примеры растений в различных категориях , включают манго , которые имеют шаровидные хромопласты и морковь , которые имеют кристаллические хромопласты.
Хотя некоторые хромопласты легко классифицировать, другие характеристики из нескольких категорий , которые делают их трудно разместить. Помидоры накапливают каротиноиды, в основном ликопин кристаллоидов в мембранах формы структур, которые могли бы разместить их в любом кристаллическом или мембранной категории.
эволюция
Пластиды являются потомками цианобактерий , фотосинтетические прокариотами , которые интегрировались в эукариотический предок водорослей и растений , образуя эндосимбиотические отношения. Предки пластид диверсифицирована в различные типы пластид, в том числе хромопластами. Пластиды также имеют свой собственный небольшой геном , а некоторые имеют способность производить процент от их собственных белков.
Основная эволюционная целью хромопластов является привлечение животных и насекомых опыляют их цветы и рассеивать свои семена . Яркие цвета часто производимые хромопластами являются одним из многих способов для достижения этой цели. Многие растения развивались в симбиотические отношения с одним опылителей. Цвет может быть очень важным фактором в определении того, какие опылители посетить цветок, а конкретные цвета привлекают конкретные опылителей. Белые цветы , как правило, привлекают жук , пчелы чаще всего привлекали к фиолетовому и синим цветам, и бабочка часто привлекают в теплые цвета , таких как желтые и апельсины.
Исследование
Хромопласты не широко изучены и редко основное направление научных исследований. Они часто играют роль в исследовании на растения томата ( Solanum Lycopersicum ). Ликопен отвечает за красный цвет спелых фруктов в культивируемых помидорах , в то время как желтый цвет из цветов связан с ксантофиллами виолаксантина и неоксантином .
Каротиноиды Биосинтез происходит в обеих хромопластах и хлоропластах . В хромопластах томата цветов, синтез каротиноидов регулируются генами Psyl, PDS, LCY-б, и Сус-б. Эти гены, в дополнение к другим, ответственны за образование каротиноидов в органах и структурах. Так , например, ген LCY-е сильно выражен в листах , что приводит к производству каротиноидов лютеина.
Белые цветы вызваны рецессивного аллеля в томатах. Они менее желательно пропашные культуры , потому что они имеют более низкий уровень опыления. В одном исследовании было установлено , что хромопласты все еще присутствуют в белых цветах. Отсутствие желтого пигмента в их лепестков и пыльников происходит из — за мутации в CrtR-b2 гена , который разрушает путь биосинтеза каротиноидов.
Весь процесс формирования хромопластов еще не полностью понять на молекулярном уровне. Тем не менее, электронная микроскопия выявила часть перехода от хлоропластов к хромопластам. Преобразования начинаются с ремоделированием внутренней мембранной системы с лизисом из межгранных тилакоидов и гран . Новые мембранные системы образуют в организованных мембранных комплексах , называемых тилакоиды сплетением . Новые мембраны являются местом образования кристаллов каротиноидов. Эти вновь синтезированные мембраны не приходят из тилакоидов, а из везикул , полученных от внутренней мембраны пластиды. Наиболее очевидные биохимические изменения будут быть подавлением фотосинтетической экспрессии генов , что приводит к потере хлорофилла и останавливает фотосинтетическую активность.
В апельсинах , синтез каротиноидов и исчезновение хлорофилла вызывает цвет плода изменяться от зеленого до желтого. Оранжевый цвет часто добавляют искусственно светло — желто-оранжевый естественный цвет , созданный фактическим хромопластами.
Валенсия апельсины Citris Синенсис L являются посевные оранжевый широко выращивается в штате Флорида. Зимой, Валенсия апельсины достигают свой оптимальный цвет оранжево-кожуру , а возвращаясь к зеленому цвету весной и летом. В то время как первоначально считалось , что хромопластами были завершающим этапом развития пластид, в 1966 году было доказано , что хромопластами может вернуться к хлоропластов, что приводит к тому , апельсины повернуть обратно на зеленый.
сравнить
- пластид
- Хлоропласты и этиопластные
- хромопласты
- лейкопласты
- амилопласте
- элайопласты
- протеинопласты
Рекомендации
внешняя ссылка
- https://www.daviddarling.info/encyclopedia/C/chromoplast.html
- https://www.thefreedictionary.com/chromoplasts