4. Будова листка зелених рослин у зв’язку з виконанням функції фотосинтезу. Будова хлоропласта.

Листок - головний фотосинтезуючий орган вищих рослин. Як і у всіх інших органів, будова листа і його функції тісно взаємозв'язані.

З рівняння фотосинтезу можна зробити висновок, що

1) листкам потрібне джерело вуглекислого газу і вода;

2) листки мають бути пристосовані до поглинання сонячної енергії, і в них має бути хлорофіл;

3) як один із побічних продуктів виділяється кисень;

4 ) корисний продукт карбон повинен транспортуватися в інші частини рослини або відкладатися про запас. Листок - це спеціалізований орган.

Схема поперечного розрізу листка типової дводольної рослини

Останнє, на що треба звернути увагу, це розташування листків, яке мінімально перекриває одне одного. Така листова мозаїка особливо помітна у деяких рослин, наприклад у плюща.

Будова хлоропластів

Один з головних законів біології говорить, що структура системи тісним пов'язана з виконуваними функціями. Знайомлячись із структурою хлоропластів, ми переконуємося в тому, що хімічні сполуки, що беруть участь у фотосинтезі, організовані тут так, як того вимагає їх функція.

Під мікроскопом видно, що зелене забарвлення фотосинтезуючої рослинної клітини обумовлене зеленими хлоропластами; решта елементів клітини майже безбарвні. Колір хлоропластів визначається зеленим пігментом хлорофілом; хлорофіл здається нам зеленим, тому що він поглинає червоний і синій спектр видимого світла а відбиває зелені промені, які і сприймаються нашим оком.

У 1883 р. німецький учений Т. Енгельман (T.w. Engelmann) представив непрямі докази важливої ролі хлорофілу в процесі фотосинтезу. Енгельман працював з водоростю спірогірою, що має довгі спіральні хлоропласти. Він поміщав водорості на скло разом з бактеріями, яким був потрібний кисень, і розглядав їх під мікроскопом; при цьому промінь світла, відбившись від дзеркала мікроскопа, розкладався за допомогою призми на спектри, так що окремі частини хлоропласту освітлювали світлом з різними довжинами хвиль. Енгельман вважав, що якщо випромінювання з якоюсь певною довжиною хвилі підтримує фотосинтез, то частини талому водорості, що освітлюються цими променями, виділятимуть більше кисню і на них скупчуватимуться бактерії. Бактерії скупчувалися в ділянках, що освітлювали червоним і синім світлом, свідчивши тим самим, що саме ці області спектру особливо ефективні у фотосинтезі. Оскільки червоне і синє світло поглинається хлорофілом, такий результат можна було вважати за переконливий доказ на користь того, що головним фотосинтетичним пігментом є хлорофіл.

Хлоропласти містять окрім хлорофілу жовті, оранжеві або бурі пігменти, так звані каротиноїди. Ці пігменти грають у фотосинтезі допоміжну роль - поглинають світло з іншими довжинами хвиль і передають свою енергію хлорофілу. Завдяки каротиноїдам рослини можуть використовувати для фотосинтезу не лише червоне і синє світло, що поглинається самим хлорофілом, але також і деякі інші частини спектру, зокрема його зелена ділянка. Зазвичай каротиноїди маскуються зеленим хлорофілом, але восени, коли хлорофіл руйнується, ці яскраві пігменти, стають видимі. Саме каротиноїди додають осінньому листю жовте і оранжеве забарвлення; багряний колір залежить від антоцианов, рослинних клітин, що знаходяться в вакуолях.

Ф отосинтетичні пігменти і молекули, створюючи ланцюг перенесення електронів, вбудовані у фотосинтетичні мембрани хлоропласту. Ці мембрани утворюють систему трубочок і мішечків, або тилакоїдів, в яких містяться Н+-резервуар. АТФази-ферменти, які використовують енергію Н+-резервуара для синтезу АТФ, - локалізуються на зовнішній поверхні фотосинтетичних мембран.

Фотосинтетичні мембрани оточені стромою, або «основною речовиною» хлоропласту яка містить хлоропластову ДНК , рибосоми і ферменти, що беруть участь у фіксації вуглецю. Строма у свою чергу оточена подвійною мембраною, що відокремлює хлоропласт від цитоплазми клітини.

Основні фотосинтетичні пігменти

Клас пігментів	Колір	Поширення
Хлорофіли
Хлорофіл a	Жовто-зелений	У всих фотосинтезуючих організмів крім фотосинтезуючих бактерій
Хлорофіл b	Синь-зелений	У вищих рослин і зелених водоростей
Хлорофіл c	Зелений	У бурих та діатомових водоростях
Хлорофіл d	Зелений	У деяких червоних водоростях
Бактеріохлорофіл a-d	Блідо-зелений	У фотосинтезуючих бактерій
Каротини
β – каротин	Оранжевий	У всих фотосинтезуючих організмів крім фотосинтезуючих бактерій
Ксантофіли	Жовтий	Бурі водорості