พลาสติด
พลาสติด (อังกฤษ: plastid; กรีกโบราณ: πλαστός; plastos: ถูกก่อรูป) เป็นออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้ม[1] พบใน เซลล์ของพืช, สาหร่าย, และยูแคริโอตอื่น ๆ พลาสติดเป็นไซยาโนแบคทีเรียร่วมอาศัยที่เกี่ยวข้องกับไซยาโนแบคทีเรียในสกุล Gloeomargarita[2] เหตุการณ์ที่นำไปสู่เอนโดซิมไบโอซิสแบบถาวรอาจเกิดขึ้นกับไซยาโนไบออนท์ (cyanobiont)[3] พลาสติดถูกค้นพบและตั้งชื่อโดย Ernst Haeckel แต่ผู้ที่ให้คำจัดความที่ชัดเจนเป็นคนแรกคือ A. F. W. Schimper พลาสติดเป็นแหล่งสร้างและสะสมสารประกอบที่สำคัญต่าง ๆ ในยูแคริโอตที่สร้างอาหารเองได้ มักบรรจุรงควัตถุที่ใช้ในการสังเคราะห์แสง ซึ่งประเภทของรงควัตถุในพลาสติดจะเป็นตัวกำหนดสีของเซลล์ พวกมันมีต้นกำเนิดร่วมกันและมีโมเลกุลดีเอ็นเอแบบเกลียวคู่ที่มีลักษณะเป็นวงกลมเช่นเดียวกับโครโมโซมแบบวงกลมของเซลล์โพรแคริโอต
พลาสติด | |
---|---|
การจำแนกชั้นทางวิทยาศาสตร์ ![]() | |
โดเมน: | แบคทีเรีย |
ไฟลัม: | ไซยาโนแบคทีเรีย |
เคลด: | Plastids |
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/49/Plagiomnium_affine_laminazellen.jpeg/300px-Plagiomnium_affine_laminazellen.jpeg)
พลาสติดในพืช
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b8/010-Sol-tub-40xHF-Gewebe.jpg/300px-010-Sol-tub-40xHF-Gewebe.jpg)
พลาสติดที่มีคลอโรฟิลล์สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้และเรียกว่าคลอโรพลาสต์ พลาสติดสามารถเก็บสารผลิตภัณฑ์เช่น แป้ง และสามารถสังเคราะห์กรดไขมันและเทอร์พีน ซึ่งสามารถใช้ผลิตพลังงานและเป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์โมเลกุลอื่น ๆ ส่วนประกอบของคิวติเคิลและแว็กซ์ที่เคลือบผิวนอกของพืชถูกสังเคราะห์มาจากกรดปาลมิติกในอิพิเดอร์มัลเซลล์ ซี่งสังเคราะห์มาจากคลอโรพลาสต์ในเนื้อเยื่อมีโซฟิลล์อีกทีหนึ่ง[4]พลาสติดทั้งหมดพัฒนามาจากโพรพลาสติด ซึ่งมีอยู่ในบริเวณเนื้อเยื่อเจริญของพืช โพรพลาสติดและคลอโรพลาสต์อายุน้อยมักแบ่งตัวด้วยการแบ่งออกเป็นสอง กระทั่งคลอโรพลาสต์ที่เจริญมากกว่าก็มีความสามารถนี้เช่นกัน
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/88/Plastids_types_en.svg/300px-Plastids_types_en.svg.png)
ในพืช โพรพลาสติด (พลาสติดที่ยังไม่พัฒนาไปทำหน้าที่เฉพาะ) อาจพัฒนาไปได้หลายรูปแบบขึ้นอยู่กับหน้าที่ของพวกมันในเซลล์ โดยอาจพัฒนาเป็นรูปแบบดังต่อไปนี้:[5]
- คลอโรพลาสต์ : พลาสติดสีเขียวสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง มีอิทิโอพลาสต์เป็นตัวตั้งต้น (precursor)
- โรโดพลาสต์: คลอโรพลาสต์สีแดงที่พบในสาหร่ายสีแดง
- มูโรพลาสต์ (ไซยาโนพลาสต์หรือไซยาเนลล์): คลอโรพลาสต์ของกลอโคไฟต์
- คลอโรพลาสต์ทุติยภูมิและตติยภูมิ: จากเอนโดซิมไบโอซิสของสาหร่ายสีเขียวและสาหร่ายสีแดง
- โครโมพลาสต์ : พลาสติดที่มีสี สำหรับการสังเคราะห์และจัดเก็บรงควัตถุ
- เจอรอนโทพลาสต์: ควบคุมการแยกชิ้นส่วนองค์ประกอบที่ใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสง ระหว่างกระบวนการเสื่อมสภาพตามอายุ
- ลิวโคพลาสต์: พลาสติดไม่มีสีที่สังเคราะโมโนทอร์พีน; ในบางครั้งลิวโคพลาสต์ปรับเปลี่ยนไปทำหน้าที่ที่จำเพาะยิ่งขึ้นดังต่อไปนี้:
- อะไมโลพลาสต์: สำหรับเก็บแป้งและตรวจจับแรงโน้มถ่วง (ในการเบนเนื่องจากแรงโน้มถ่วง)
- เอไลโอพลาสต์: สำหรับเก็บไขมัน
- โปรตีโนพลาสต์: สำหรับจัดเก็บและแปรรูปโปรตีน
- แทนโนโซม: สำหรับสังเคราะห์และผลิตแทนนินและโพลีฟีนอล
พลาสติดมีความสามารถที่จะเปลี่ยนรูปแบบไปทำหน้าที่อื่นหรือกระทั่งเปลี่ยนกลับไปมาได้หลายรูปแบบ นอกจากนี้เอพิโคพลาสต์ยังเป็นพลาสติดที่ไม่สังเคราะห์แสงของโพรโตซัวในไฟลัม Apicomplexa ที่ได้จากเอนโดซิมไบโอซิสทุติยภูมิ
พลาสติดแต่ละอันสามารถทำสำเนาของพลาสโตมที่มีขนาด 75–250 กิโลเบส จำนวนสำเนาของจีโนมต่อพลาสติดมีความแปรผัน โดยอาจเป็นได้ตั้งแต่ 1000 ในเซลล์ที่มีการแบ่งตัวอย่างต่อเนื่อง (ที่โดยทั่วไปมีจำนวนพลาสติดน้อยมาก) ไปจนถึง 100 หรือน้อยกว่าในเซลล์ที่เจริญเต็มที่แล้ว ซึ่งมีพลาสติดอยู่จำนวนมากเป็นผลจากการแบ่งแต่ละครั้ง พลาสโตมประกอบด้วยยีนประมาณ 100 ยีนที่เข้ารหัสไรโบโซมมัลอาร์เอ็นเอและทรานส์เฟอร์อาร์เอ็นเอ (rRNA และ tRNA) รวมทั้งโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง, กระบวนการถอดรหัสและแปลรหัสยีนของพลาสติด อย่างไรก็ตาม โปรตีนเหล่านี้เป็นส่วนเล็กน้อยที่แสดงให้เห็นถึงโปรตีนที่จำเป็นต่อการสร้างและบำรุงรักษาโครงสร้างจนถึงการทำงานของพลาสติด ยีนในนิวเคลียสของเซลล์พืชเข้ารหัสของโปรตีนพลาสติดจำนวนมา และการแสดงออกของีนในพลาสติดและนิวเคลียสมีการกำกับร่วมกันเพื่อประสานงานให้การเจริญของพลาสติดที่เกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์เป็นไปอย่างเหมาะสม
ดีเอ็นเอของพลาสติดอยู่ในรูปของสารเชิงซ้อนที่เกี่ยวพันกับเยื่อหุ้มชั้นใน เรียกว่า 'plastid nucleoids' แต่ละนิวคลีออยด์อาจมีดีเอ็นเอของพลาสติดมากกว่า 10 สำเนา โพรพลาสติดประกอบด้วยนิวคลีออยด์แห่งเดียวอยู่ตรงกลางของพลาสติด พลาสติดที่กำลังพัฒนามีนิวคลีออยด์จำนวนมากซึ่งอยู่ประจำที่ด้านข้างของพลาสติด ติดกับเยื่อหุ้มชั้นใน ระหว่างการพัฒนาโพรพลาสติดไปเป็นคลอโรพลาสต์และการพัฒนาจากพลาสติดชนิดหนึ่งไปเป็นชนิดอื่น นิวคลีออยด์มีการเปลี่ยนแปลงสัณฐาน, ขนาด, และตำแหน่งภายในออร์แกเนลล์นั้น ๆ การปรับรูปแบบของนิวคลีออยด์นี้เชื่อว่าเกิดขึ้นจากปรับเปลี่ยนองค์ประกอบและสัดส่วนของโปรตีนนิวคลีออยด์
พลาสติดหลายชนิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสงมีเยื่อหุ้มชั้นในหลายชั้น
ในเซลล์พืช ส่วนยาวบาง ๆ ที่ยื่นออกมาจากพลาสติดmujเรียกว่าสโตรมูล (stromule) อาจยื่นเข้าไปในไซโทพลาซึมและเชื่อมเข้ากับพลาสติดจำนวนหนึ่ง โดยโปรตีน (และอาจรวมถึงโมเลกุลขนาดเล็กอื่น ๆ) สามารถผ่านสโตรมูลนี้ได้ เซลล์ที่ได้จากการเพาะเลี้ยงส่วนมากมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับเซลล์พืชทั่วไป เซลล์เหล่านี้มีสโตรมูลที่ยาว ทั้งยังมีจำนวนมาก ซึ่งขยายไปจนถึงรอบนอกของเซลล์
ใน ค.ศ. 2014 พบหลักฐานที่อาจเป็นการสูญเสียจีโนมของพลาสติดใน Rafflesia lagascae ซึ่งเป็นพืชดอกเบียน และใน Polytomella ซึ่งเป็นสาหร่ายสีเขียว โดยพืชทั้งคู่ไม่เกิดการสังเคราะห์ด้วยแสง และไม่พบยีนของพลาสติดแม้ว่าจะได้ค้นหาอย่างถี่ถ้วนแล้ว อย่างไรก็ตามข้อสรุปที่ว่าพลาสโตมของพืชทั้งสองหายไปทั้งหมดยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่[6] นักวิทยาศาสตร์บางคนยืนยันว่าการสูญเสียจีโนมของพลาสติดนั้นไม่น่าจะเกิดขึ้นได้เนื่องจากพลาสติดที่ไม่สังเคราะห์แสงยังมียีนที่จำเป็นต่อการสังเคราะห์ทางชีวภาพต่าง ๆ อยู่ เช่นการสังเคราะห์ทางชีวภาพของฮีม (heme)[6][7]
พลาสติดในสาหร่าย
ในสาหร่าย คำว่าลิวโคพลาสต์ใช้สำหรับพลาสติดทั้งหมดที่ปราศจากรงควัตถุ หน้าที่ของพวกมันแตกต่างจากลิวโคพลาสต์ของพืช อิทิโอพลาสต์, อะไมโลพลาสต์, และโครโมพลาสต์มีเฉพาะในพืชและไม่มีในสาหร่าย[ต้องการอ้างอิง] พลาสติดในสาหร่ายและฮอร์นเวิร์ตยังอาจแตกต่างจากพลาสติดในพืชจากการที่มีไพรีนอยด์ (pyrenoid)
สาหร่ายกลอโคไฟต์มีมูโรพลาสต์ (muroplast) ซึ่งมีความคล้ายคลึงกับคลอโรพลาสต์ ทว่ามีผนังเซลล์เป็นเปบทิโดไกลแคน ที่คล้ายกับของโพรแคริโอต สาหร่ายสีแดงมีโรโดพลาสต์ (rhodoplast) ซึ่งเป็นคลอโรพลาสต์สีแดงที่ช่วยให้สามารถสังเคราะห์แสงได้ที่ระดับความลึกถึง 268 ม.[5] คลอโรพลาสต์ของพืชแตกต่างจากโรโดพลาสต์ของสาหร่ายสีแดงในด้านความสามารถในการสังเคราะห์แป้งซึ่งเก็บไว้ในรูปของแกรนูลภายในพลาสติด ในสาหร่ายสีแดง ฟลอริเดียนสตาร์ชจะถูกสังเคราะห์และเก็บไว้ในไซโทซอลนอกพลาสติด[8]
การถ่ายทอด
พืชส่วนใหญ่สืบทอดพลาสติดจากฝั่งใดฝั่งหนี่ง โดยทั่วไปแล้วพืชดอก (angiosperm) จะสืบทอดพลาสติดจากเซลล์สืบพันธ์เพศเมีย ในขณะที่พืชเมล็ดเปลือย (gymnosperm) จำนวนมากได้รับพลาสติดจากเกสรเพศผู้ สาหร่ายยังสืบทอดพลาสติดจากฝั่งใดฝั่งหนี่งเช่นกัน ดังนั้นดีเอ็นเอของพลาสติดจากฝั่งที่ไม่ได้รับมาจึงหายไปอย่างสมบูรณ์
ในการผสมภายในชนิดเดียวกันตามปกติ (ส่งผลให้เกิดลูกผสมตามปกติของสปีชีส์หนึ่ง) การถ่ายทอดทางพันธุกรรมของดีเอ็นเอพลาสติดอาจได้มาจากฝ่ายใดฝ่ายหนึ่ง (uniparental) ทั้งสิ้น อย่างไรก็ตาม ในการสร้างลูกผสมระหว่างสปีชีส์จะพบว่าการถ่ายทอดไม่มีความแน่นอน แม้ว่าพลาสติดจะได้รับมาจากฝ่ายแม่เป็นส่วนใหญ่ในการสร้างลูกผสมระหว่างสปีชีส์ แต่ก็มีรายงานว่าพบลูกผสมของพืชดอกที่มีพลาสติดจากทางฝ่ายพ่อ ประมาณ 20% ของพืชดอก รวมทั้งแอลแฟลฟา (Medicago sativa) พบการถ่ายทอดพลาสติดที่ได้รับมาจากทั้งสองฝ่าย (biparental)[9]
ความเสียหายและการซ่อมแซมดีเอ็นเอ
ดีเอ็นเอของพลาสติดจากต้นกล้าข้าวโพดอาจได้รับความเสียหายเพิ่มขึ้นเมื่อต้นกล้าพัฒนาต่อไป[10] ดีเอ็นเอได้รับความเสียหายในสภาพแวดล้อมออกซิเดชั่น (oxidative environment) ที่เกิดจากปฏิกิริยาโฟโตออกซิเดชั่น การสังเคราะห์ด้วยแสง และการถ่ายทอดอิเล็กตรอน โมเลกุลของดีเอ็นบางส่วนได้รับการซ่อมแซม ในขณะที่ดีเอ็นเอที่ไม่ได้รับการซ่อมแซมจะถูกย่อยสลายไปเป็นชิ้นส่วนที่ทำงานไม่ได้
โปรตีนซ่อมแซมดีเอ็นเอถูกเข้ารหัสโดยจีโนมจากนิวเคลียสของเซลล์ แต่สามารถย้ายตำแหน่งไปยังพลาสติดได้เพื่อรักษาเสถียรภาพและบูรณภาพของจีโนมโดยการซ่อมแซมดีเอ็นเอของพลาสติด[11] ตัวอย่างเช่นในคลอโรพลาสต์ของมอส Physcomitrella patens โปรตีนที่ใช้ในการซ่อมแซมดีเอ็นเอที่เข้าคู่ผิด (Msh1) ทำปฏิกิริยากับโปรตีนที่ใช้ในกระบวนการ recombinational repair (RecA และ RecG) เพื่อรักษาเสถียรภาพของจีโนมพลาสติด[12]
ต้นกำเนิด
พลาสติดอาจเป็นไซยาโนแบคทีเรียเอนโดซิมไบโอติก เหตุการณ์เอนโดซิมไบโอติกหลักนี้ถูกตั้งสมมติฐานว่าเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 1.5 พันล้านปีก่อน[13] และทำให้ยูแคริโอตสามารถสังเคราะห์ด้วยแสงโดยมีออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายได้[14] สามเชื้อสายวิวัฒนาการได้ปรากฏขึ้นโดยมีชื่อเรียกที่แตกต่างกัน: คลอโรพลาสต์ในสาหร่ายสีเขียวและพืช, โรโดพลาสต์ในสาหร่ายสีแดง, และมูโรพลาสต์ในกลอโคไฟต์ พลาสติดเหล่านี้มีความแตกต่างกันทั้งในด้านรงควัตถุและโครงสร้างระดับจุลภาค ตัวอย่างเช่นคลอโรพลาสต์ในพืชและสาหร่ายสีเขียวสูญเสียไฟโคบิลิโซม (phycobilisome) ที่เป็นองค์ประกอบเก็บเกี่ยวแสงที่พบในไซยาโนแบคทีเรีย สาหร่ายสีแดงและกลอโคไฟต์ แต่กลับมีสโตรมาและกรานาไทลาคอยด์แทน กลอโคสโตไฟเชียนพลาสติดยังคงมีผนังเซลล์ที่หลงเหลือมาจากไซยาโนแบคทีเรีย ต่างจากคลอโพลาสต์และโรโดพลาสต์ พลาสติดปฐมภูมิทั้งหมดมีเยื่อหุ้มสองชั้น
ในทางตรงกันข้ามจากพลาสติดปฐมภูมิที่ได้จากกระบวนการเอนโดซิมไบโอซิสปฐมภูมิของไซยาโนแบคทีเรีย พลาสติดที่ซับซ้อนเกิดจากกระบวนการเอนโดซิมไบโอซิสทุติยภูมิ ซึ่งสิ่งมีชีวิตยูแคริโอตหนึ่งได้กลืนสิ่งมีชีวิตยูแคริโอตอื่นที่มีพลาสติดปฐมภูมิเข้าไป[15] หากยูแคริโอตหนึ่งกลืนกินสาหร่ายสีเขียวหรือสีแดงเข้าไปและยังคงรักษามันเอาไว้ได้ จะได้พลาสติดที่มีเยื่อหุ้มมากกว่าสองชั้น ในบางกรณีพลาสติดอาจถูกลดทอนความสามารถทางเมแทบอลึซึมและ/หรือการสังเคราะห์ด้วยแสง สาหร่ายที่มีพลาสติดซับซ้อนที่ได้จากเอนโดซิมไบโอซิสทุติยภูมิของสาหร่ายสีแดง ได้แก่สตรามิโนไพล์, แฮปโตไฟต์, คริปโทโมแนด, และไดโนแฟลเจลเลตเกือบทั้งหมด (=โรโดไฟต์) พวกที่มีเอนโดซิมไบโอซิสสาหร่ายสีเขียวได้แก่ยูกลีนิดและคลอราคนิโอไฟต์ (= คลอโรพลาสต์) เอพิคอมเพลกซาที่เป็นไฟลัมของโพรโทซัวตัวเบียนปรับไม่ได้ ซึ่งมีทั้งเชื้อก่อโรคมาลาเรีย (Plasmodium spp.), ทอกโซพลาสโมซิส (Toxoplasma gondii), และโรคอื่นทั้งในสัตว์หรือมนุษย์ ล้วนมีพลาสติดที่ซับซ้อน (แม้ว่าออร์แกเนลล์นี้จะหายไปใน apicomplexans บางชนิดก็ตาม เช่น Cryptosporidium parvum ซึ่งทำให้เกิด cryptosporidiosis) เอพิโคพลาสต์ที่แม้ว่าจะขาดความสามารถในการสังเคราะห์ด้วยแสงแล้ว แต่เป็นออร์แกเนลล์ที่จำเป็นและเป็นเป้าหมายที่สำหรับการพัฒนายาต้านเชื้อรา
ไดโนแฟลกเจลเลตและทากทะเลบางชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งทากในสกุล Elysia ที่กินสาหร่ายเป็นอาหารและเก็บพลาสติดของสาหร่ายที่ย่อยแล้วเพื่อให้ได้ประโยชน์จากการสังเคราะห์ด้วยแสงของพลาสติดนั้น แต่หลังจากนั้นไม่นาน พลาสติดจะถูกย่อยในที่สุด กระบวนการนี้เรียกว่าเคลปโทพลาสที (kleptoplasty) จากภาษากรีก kleptes ; ขโมย
วงจรการพัฒนาของพลาสติด
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/cc/Plastid_development_cycle_.jpg/208px-Plastid_development_cycle_.jpg)
ในปีค.ศ. 1977 JM Whatley ได้เสนอวงจรการพัฒนาของพลาสติด ซึ่งกล่าวว่าการพัฒนาพลาสติดไม่ได้เป็นแบบทิศทางเดียวเสมอไป หากแต่เป็นกระบวนการแบบวัฏจักรหลาย ๆ ครั้งมาประกอบกัน โพรพลาสติดเป็นตัวตั้งต้นของพลาสติดในรูปแบบที่แตกต่างกันมากขึ้นดังที่แสดงในแผนภาพดังแสดง[16]
Paulinella chromatophora
พอลิเนลลามีออร์แกเนลล์ที่ใกล้เคียงพลาสติดที่ไม่ถูกจัดอยู่ในประเภทใดที่กล่าวมา เรียกว่าโครมาโตฟอร์ (chromatophore) ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ที่ได้รับมาจากการเอนโดซิมไบโอซิสเบตา-ไซยาโนแบคทีเรียเข้าไป[17] การเกิดเอนโดซิมไบโอซิสนี้เกิดขึ้นมาได้ไม่นานและยังเป็นรูปแบบที่สองที่ทราบของเอนโดซิมไบโอซิสปฐมภูมิของไซยาโนแบคทีเรีย
อ่านเพิ่ม
อ้างอิง
รายการอ่านประกอบ
- Hanson MR, Köhler RH. "A Novel View of Chloroplast Structure". Plant Physiology Online. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2005-06-14.
- Wycliffe P, Sitbon F, Wernersson J, Ezcurra I, Ellerström M, Rask L (October 2005). "Continuous expression in tobacco leaves of a Brassica napus PEND homologue blocks differentiation of plastids and development of palisade cells". The Plant Journal. 44 (1): 1–15. doi:10.1111/j.1365-313X.2005.02482.x. PMID 16167891.
- Birky CW (2001). "The inheritance of genes in mitochondria and chloroplasts: laws, mechanisms, and models" (PDF). Annual Review of Genetics. 35: 125–48. doi:10.1146/annurev.genet.35.102401.090231. PMID 11700280. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ 2010-06-22. สืบค้นเมื่อ 2009-03-01.
- Chan CX, Bhattacharya D (2010). "The origins of plastids". Nature Education. 3 (9): 84.
- Bhattacharya D, บ.ก. (1997). Origins of Algae and their Plastids. New York: Springer-Verlag/Wein. ISBN 978-3-211-83036-9.
- Gould SB, Waller RF, McFadden GI (2008). "Plastid evolution". Annual Review of Plant Biology. 59: 491–517. doi:10.1146/annurev.arplant.59.032607.092915. PMID 18315522. S2CID 30458113.
- Keeling PJ (March 2010). "The endosymbiotic origin, diversification and fate of plastids". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 365 (1541): 729–48. doi:10.1098/rstb.2009.0103. PMC 2817223. PMID 20124341.
แหล่งข้อมูลอื่น
- Transplastomic plants for biocontainment (biological confinement of transgenes) — Co-extra research project on coexistence and traceability of GM and non-GM supply chains
- Tree of Life Eukaryotes
- พลาสติด จากคณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ เก็บถาวร 2010-05-27 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน