Тилакоиды – зеленые фабрики фотосинтеза

Всему живому на нашей планете нужен кислород. До появления зеленой растительности за поставку кислорода отвечали бактерии. Затем им на помощь пришли растения. Благодаря процессу фотосинтеза зеленые легкие нашей планеты превращают неорганические соединения в органические вещества, которые затем уже используют в пищу все живые организмы. Кстати, кислород во всем этом процессе всего лишь побочный продукт! И если бы растениям не нужно было есть, нам с вами нечем было бы дышать. Но каким образом хрупкий зеленый листик может совершить такое чудо?

Где протекает фотосинтез

В клетках растений и зеленых водорослей есть постоянно существующие структуры (органоиды) с четко определенными функциями – хлоропласты, в которых протекает фотосинтез. В каждой клеточке растения может быть 10 – 30 таких структур. И в каждом из них находятся еще более мелкие образования (тилакоиды), соединенные в стопки (граны), отвечающие за производство кислорода.

Термин «тилакоид» произошел от греческого слова «мешок». Это такие отдельные области внутри хлоропластов, окруженные оболочкой и соединенные в стопки (граны).

В состав хлоропластов входят:

• наружная мембрана;
• межмембранное пространство;
• внутренняя мембрана;
• строма (жидкость);
• тилакоиды;
• стопки тилакоидов (гран);
• связующее звено (ламелла или единичные тилакоиды);
• зерна крахмала;
• рибосомы;
• ДНК;
• капли жира (пластоглобула).

Хлоропласт, как и митохондрия (энергетическая станция), состоит из двух мембран – внутренней и внешней. Внутренняя выпячивается внутрь и образует целую систему поверхностей, ограничивающих своеобразные плоские «мешочки» – тилакоиды или ламеллы.

Представьте себе стопку пухлых зеленых блинчиков. Такой столбик называется гран (от лат. «стопка монет»). В хлоропластах может быть от 10 до 100 гран. Пространство между оболочкой и гранами называется стромой. Граны соединены между собой в единое пространство. Эти соединительные звенья называют ламеллы стромы или тилакоиды стромы. Обычно они располагаются параллельно друг другу, никак не связаны между собой и не образуют граны.

ДНК хлоропластов сильно отличаются от ДНК ядра и больше похожи на ДНК прокариотических (безъядерных) клеток. Функциональные особенности этих пластид и их строение делают их похожими на цианобактерии. В то же время, несмотря на автономный синтез белка и наличие ДНК, отдельно от клетки они существовать не могут. Эта особенность роднит их с митохондриями, тоже имеющими собственный синтез белка и митохондриальную ДНК, но не способными существовать как отдельный организм.

Где происходит «рождение» энергии и кислорода

Мембрана тилакоида является той перерабатывающей фабрикой, на которой происходит фотосинтез. Эта реакция идет при помощи пигмента. Зеленый пигмент хлорофилл поглощает в основном синий и немного красного цвета из солнечного спектра, что в результате дает зеленую окраску отраженному свету, т. е. образует тот самый зеленый цвет, который мы видим.

Как и митохондрия, хлоропласт перекачивает протоны через мембрану. Но если митохондрии выводят протоны наружу, то в пластидах протоны накапливаются внутри гранов. Таким образом, мембраны гранов похожи на «вывернутые наизнанку» оболочки митохондрий. При этом и те, и другие имеют одинаковую функцию – преобразование одной энергии (света) в другую – энергию для синтеза АТФ (кислота, доставляющая энергию для химических реакций, протекающих в клетке).

Итак, функции мембран:

1. Реакция фотосинтеза. Светозависимое расщепление воды с выделением кислорода.
2. Перенос протонов – транспортировка энергии.
3. Синтез АТФ (аденозинтрифосфат) – универсального источника энергии для биохимических процессов. Этот процесс очень похож на синтез АТФ в митохондрии.

Бактерии, способные производить кислород

Тилакоиды (ламеллы) есть не только у растений, но и в отдельных микроорганизмах – цианобактериях. Цианобактерии не имеют ядра и отдельных клеточных структур (органелл), т. е. они являются бактериями-прокариотами. Однако цианобактерии имеют в своем составе образования, благодаря которым они могут осуществлять процесс фотосинтеза.

Ученые считают, что хлоропласты образовались в процессе эволюции из цианобактерий. Это подтверждается тем, что они имеют две оболочки, ДНК и РНК, систему производства белка (правда, под контролем ядра клетки), размножаются с помощью деления, а тилакоиды похожи на соответствующие органеллы (структуры) у цианобактерий.

Таким образом, эти бактерии как бы самостоятельные хлоропласты. В отличие от пластид растений ламеллы бактерий не соединяются в граны, но это совершенно не мешает им выполнять свои функции.

Цианобактерии считают самыми древними на нашей планете. Именно благодаря способности этих бактерий использовать углекислый газ и вырабатывать кислород появилась возможность зарождения жизни на Земле.

Как утверждают ученые, три миллиарда лет назад на нашей планете произошло эпохальное событие – под действием кванта солнечного света бактерия расщепила молекулу воды на водород и кислород. С тех пор небольшая желтая звездочка под названием Солнце стала главным источником жизненной энергии на Земле.

Светлана

Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.