کلروپلاست

اهداف:

آشنایی با کلروپلاست

آشنایی با وظایف کلروپلاست

آشنایی با ساختار داخلی کلروپلاست

شرح درس:

یکی دیگر از اندامک های مهم در سلول، کلروپلاست نام دارد. این اندامک معمولاً از بزرگ تر از میتوکندری بوده و به آن شباهت زیادی دارد. همان طور که می دانیم گیاهان توسط فرایند فتوسنتز قادر به تولید مواد غذایی برای دیگر موجودات هستند. فرآیند فتوسنتز در کلروپلاست رخ می دهد.

بنابراین این اندامک خاص گیاهان بوده و در سلول های جانوری یافت نمی شود. در سلول های گیاهی گروهی از اندامک ها وجود به نام پلی پلاستید وجود دارد که برخی از آن ها عبارتند از:

کلروپلاست ها

اتیوپلاست

کلروپلاست

کروموپلاست

آمیلوپلاست و

الایوپلاست

این پلاستید ها بسته به بافت گیاه و پیام های که از محیطی دریافت می کند به انواع پلاستیدها تمایز می یابند. کلروپلاست تنها پلاستیدی است که کلروفیل دارد و عمل فتوسنتز را انجام می‌دهد و اغلب سبز رنگ هستند اما در برخی شرایط محیط یا بر حسب نوع سلول و میزان نسبی رنگیزه‌های غیر کلروفیلی ممکن است به رنگ های دیگری دیده شوند. در جلبک های قهوه‌ای و قرمز، رنگ سبز کلروفیل به وسیله سایر رنگیزه‌ها پوشیده شده است.

فیلم

طرح درس 95 و 96

اندازه کلروپلاست ها هم می تواند از حدود 2 تا بیش از 30 میکرون متغیر باشد. دربرخی گیاهان طول کلروپلاست ها 3 تا 10 میکرومتر، عرض آن ها 1 تا 3 و ضخامتشان 1 تا 2 میکرومتر می رسد. اندازه کلروپلاست به ویژگی های وراثتی، سن سلول و دیگر ویژگی های فیزیولوژیکی آن وابسته است.

تعداد کلروپلاست نیز به عواملی همچون نوع یاخته، گونه گیاهی و سن یاخته وابسته است. تعداد کلروپلاست ها در هر میلی متر مربع برگ کرچک به حدود 400 هزار می‌رسد و یک درخت ممکن است تا 1012 عدد کلروپلاست داشته باشد.

کلروپلاست ها در سلول های جلبک ها و گیاهان مختلف در بخش های مختلف قرار می‌گیرند. به طور معمول در بخش های کناری یاخته که امکان دریافت نور بیشتر است فراوان ترند.

یک کلروپلاست ها از سه بخش اصلی شامل موارد زیر تشکیل شده است:

الف: پوشش پلاستی

این پوشش را می توان به چهار قسمت تقسیم کرد:

غشای خارجی کلروپلاست ضخامت متوسط حدود 60 آنگستروم دارد و از نوع غشاهای زیستی واحد است. این غشا صاف است، ریبوزوم ندارد و سد بین سیتوزول و درون پلاست است.

اطاق خارجی یا فضای بین دو غشا وسعت متوسط حدود 100 تا 200 آنگستروم دارد و از مایعی دارای آب، ترکیبات مختلف آلی، مقدار کمی نمک های کانی و یونذهای حاصل از آن ها پر شده است.

این غشا ویژگی های عمومی شبیه غشای خارجی دارد. ضخامت متوسط آن حدود 60 آنگستروم است و مستقل از غشای داخلی است.

که توسط ماده زمینه ای پر شده است.

ب) ماده زمینه‌ای یا استروما

در استروما اجزای قابل رویت با میکروسکوپ الکترونی مانند سیستم غشاهای درونی، مولکول های DNA مشابه با پروکاریوت ها، ریبوزوم های به حالت منفرد یا پلی‌زوم دیده می شود.

همچنین دراستروما اغلب ذرات نشاسته نیز وجود دارد. همان طور که ذکر شد استروما دارای آنزیم های مختلف از جمله آنزیم های واکنش های مرحله تاریکی فتوسنتز و آنزیم های لازم برای بیوسنتز پروتئین هاست.

ج) سیستم غشایی درون کلروپلاست

در استرومای کلروپلاست ها ساختمان های غشایی زیادی وجود دارند که مقدار آن ها و نوع آرایششان به حسب نوع گیاه و ویژگی های فیزیولوژیکی سلول متفاوت است. این ساختمان ها تیلاکوئید نام دارند. این غشاها با سازمان یافتگی بسیار ویژه خود جایگاه انجام واکنش های مرحله نوری فتوسنتز هستند. در روی این غشاها رنگیزه‌های نوری یافت می‌شود.

کلروپلاست جایگاه فتوسنتز

فتوسنتز فرایندی است که در گیاهان سبز برای تولید مواد غذایی به کار می‌رود که با استفاده از دی‌اکسید کربن و نور خورشید انجام می‌شود. فتوسنتز شامل دو سری واکنش وابسته به نور و غیر وابسته به نور است. واکنش های غیر وابسته به نور یا واکنش های تاریکی در استرومای کلروپلاست صورت می‌گیرد و طی آن انرژی شیمیایی لازم برای انجام واکنش های مرحله نوری تامین می‌شود. این مرحله در بیشتر گیاهان در شب انجام می‌شود. البته این واکنش به این سادگی هم نیست اما در کل، در واکنش های مرحله نوری با استفاده از دی‌اکسید کربن و نور خورشید انواع مختلف کربوهیدرات ها ساخته می‌شود.

ژنوم کلروپلاست

کلروپلاست و میتوکندری دارای DNA هستند و در آن همانند سازی، رونویسی و پروتئین سازی مستقل از هسته صورت می‌گیرد. این فرایندها در استرومای کلروپلاست انجام می‌گیرد. به نظر می‌رسد DNA کلروپلاست ها مانند DNA میتوکندری ها به غشای داخلی کلروپلاست چسبیده‌اند.

اندازه ژنوم کلروپلاست در تمام گیاهان مشابه است DNA کلروپلاست ها ملکول هایی حلقوی هستند و ژنوم آن 120 ژن دارد و محصولات شناخته شده آن ها شامل RNA‌های ریبوزومی، tRNAها، برخی زیر واحدهای RNA پلی‌مراز، برخی از پروتئین های ریبوزومی و تعدادی از آنزیم هایی است که در فتوسنتز نقش دارند.

کلروپلاست‌زایی

کلروپلاست از تمایز پلاست اولیه و اتیوپلاست به وجود می‌آید. کلروپلاست مثل میتوکندری طی چرخه سلول بزرگ می‌شود و تقسیم دوتایی پیدا می‌کند. صفاتی که توسط DNA کلروپلاست تعیین می‌شوند، مانند وجود رنگدانه‌های عمل کننده در فتوسنتز در 2/3  گیاهان عالی از وراثت سیتوپلاسمی تبعیت می‌کنند و توارث اکثرا دو والدی می‌باشد.

به عنوان مثال از آمیزش گیاه نر و ماده‌ای که یکی کلروپلاست سالم و دیگری کلروپلاست معیوب دارد، گیاهانی حاصل می‌شوند که برگ های آن ها دارای لکه‌های سبز و سفید هستند، لکه‌های سبز مربوط به کلروپلاست سالم است، در حالی که لکه‌های سفید مربوط به کلروپلاست معیوب هستند.

یک پلاست اولیه برای رسیدن به مرحله کلروپلاست بالغ باید مراحل زیر را طی کند.

پلاست اولیه در سلولی که به تاریکی عادت دارد فقط غشای خارجی و داخلی دارد.

تکامل پلاست ها از موجودات ابتدایی

برخی بر این باورند که چون ژنوم کلروپلاست مانند ماده ژنتیکی باکتری، حلقوی است پس منشا کلروپلاست از آن ها می باشد. اما این تکامل از موجودات ابتدایی تاساختارهای پلاستی در سه جهت انجام گرفته است.

گسترش سطح نسبت به حجم که به خصوص برای کسب انرژی نورانی مناسب است.

گزینش انواع مختلفی از رنگیزه‌های پذیرنده نور، تشکیل گیرنده‌های نوری بسیار مختلف را امکان پذیر می‌سازد.

تخصصی شدن اعمالی که منجر به تغییر ترکیب و ساختمان پلاست شده و موجب تولید انواع مختلف پلاست های عمل کننده شده است که می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند.

نمونه سوال:

الف: استروما

ب: غشای خارجی

ج: غشای داخلی

د: اطاق خارجی

الف: سن سلول

ب: نوع سلول، گونه گیاهی، سن سلول

ج: گونه گیاهی، نوع آب و هوا

د: سن سلول، گونه گیاهی

مرکز یادگیری سایت تبیان

تهیه: فاضل سامانی - تنظیم: داودی