Chloroplast: Definice, struktura a funkce (se schématem)

Chloroplasty jsou malé elektrárny, které zachycují světelná energie k výrobě škrobů a cukrů, které podporují růst rostlin.

Nacházejí se uvnitř rostlinné buňky v listech rostlin a v zelených a červených řasách i v sinicích. Chloroplasty umožňují rostlinám vyrábět složité chemikálie nezbytné pro život z jednoduchých anorganických látek, jako je oxid uhličitý, voda a minerály.

Jako na výrobu potravin autotrofy, rostliny tvoří základ potravní řetězec, podpora všech spotřebitelů na vyšší úrovni, jako je hmyz, ryby, ptáci a savci, až po člověka.

Buněčné chloroplasty jsou jako malé továrny na výrobu paliva. Tímto způsobem jsou život na Zemi možný díky chloroplastům v zelených rostlinných buňkách.

Ačkoli jsou chloroplasty mikroskopické lusky uvnitř drobných rostlinných buněk, mají složitou strukturu, která jim umožňuje zachytit světelnou energii a použít ji k sestavení sacharidů na molekulární úrovni.

Hlavní konstrukční prvky jsou následující:

• Vnější a vnitřní vrstva s mezimembránovým prostorem mezi nimi.
• Uvnitř vnitřní membrány jsou ribozomy a tylakoidy.
• Vnitřní membrána obsahuje vodné želé zvané stroma.
• Tekutina stroma obsahuje chloroplastovou DNA, stejně jako proteiny a škroby. Zde dochází k tvorbě sacharidů z fotosyntézy.

The ribozomy jsou shluky proteinů a nukleotidů, které produkují enzymy a další komplexní molekuly vyžadované chloroplasty.

Jsou přítomny ve velkém počtu ve všech živých buňkách a podle pokynů od produkují složité buněčné látky, jako jsou bílkoviny Genetický kód RNA molekuly.

The tylakoidy jsou uloženy ve stromatu. V rostlinách tvoří uzavřené disky, které jsou uspořádány do hromádek zvaných granas jediným zásobníkem zvaným granum. Jsou tvořeny tylakoidní membránou obklopující lumen, vodným kyselým materiálem obsahujícím proteiny a usnadňujícím chemické reakce chloroplastů.

Lamely tvoří spojení mezi disky grana a spojuje lumen různých stohů.

Část fotosyntézy citlivá na světlo probíhá na tylakoidní membráně kde chlorofyl absorbuje světelnou energii a přeměňuje ji na chemickou energii používanou rostlinou.

Chlorofyl je fotoreceptor pigment nacházející se ve všech chloroplastech.

Když světlo zasáhne list rostliny nebo povrch řas, pronikne do chloroplastů a odráží se od tylakoidních membrán. Chromovaný světlem chlorofyl v membráně vydává elektrony, které chloroplast používá pro další chemické reakce.

Chlorofyl v rostlinách a zelených řasách je hlavně zelený chlorofyl nazývaný chlorofyl a, nejběžnější typ. Absorbuje fialově modré a načervenalé oranžovo-červené světlo, zatímco odráží zelené světlo, což dává rostlinám jejich charakteristická zelená barva.

jiný typy chlorofylu jsou typy b až e, které absorbují a odrážejí různé barvy.

Například chlorofyl typu b se nachází v řasách a kromě červené absorbuje i určité zelené světlo. Tato absorpce zeleného světla může být výsledkem vývoje organismů poblíž povrchu oceánu, protože zelené světlo může proniknout do vody jen na krátkou vzdálenost.

Červené světlo může cestovat dále pod povrch.

Chloroplasty produkují sacharidy, jako je glukóza a komplexní bílkoviny, které jsou potřebné jinde v buňkách rostliny.

Tyto materiály musí být schopny opustit chloroplast a podporovat obecný buněčný a rostlinný metabolismus. Chloroplasty zároveň potřebují látky produkované jinde v buňkách.

Membrány chloroplastů regulují pohyb molekul do a z chloroplastu tím, že umožňují malým molekulám procházet během používání speciální přepravní mechanismy pro velké molekuly. Vnitřní i vnější membrána jsou polopropustné, což umožňuje difúze malých molekul a iontů.

Tyto látky procházejí mezimembránovým prostorem a pronikají semipropustnými membránami.

Velké molekuly, jako jsou komplexní proteiny, jsou blokovány dvěma membránami. Místo toho jsou pro takové složité látky k dispozici speciální transportní mechanismy, které umožňují konkrétním látkám procházet dvěma membránami, zatímco jiné jsou blokovány.

Vnější membrána má translokační proteinový komplex pro transport určitých materiálů přes membránu a vnitřní membrána má odpovídající a podobný komplex pro své specifické přechody.

Tyto selektivní transportní mechanismy jsou obzvláště důležité, protože vnitřní membrána syntetizuje lipidy, mastné kyseliny a karotenoidy které jsou potřebné pro vlastní metabolismus chloroplastů.

Tylakoidní membrána je součástí tylakoidu, která je aktivní v první fázi fotosyntézy.

V rostlinách tylakoidní membrána obecně tvoří uzavřené, tenké pytle nebo disky, které jsou naskládány do grana a zůstávají na místě, obklopené tekutinou stromatu.

Uspořádání tylakoidů ve spirálovitých vrstvách umožňuje těsné zabalení tylakoidů a komplexní strukturu tylakoidní membrány s velkým povrchem.

U jednodušších organismů mohou mít tylakoidy nepravidelný tvar a mohou volně plovoucí. V každém případě světlo dopadající na tylakoidní membránu iniciuje světelnou reakci v organismu.

Chemická energie uvolněná chlorofylem se používá k rozdělení molekul vody na vodík a kyslík. Kyslík je používán organismem k dýchání nebo je uvolňován do atmosféry, zatímco vodík se používá při tvorbě sacharidů.

Uhlík pro tento proces pochází z oxidu uhličitého v procesu zvaném uhlíková fixace.

Proces fotosyntéza se skládá ze dvou částí: reakce závislé na světle které začínají interakcí světla s chlorofylem a temné reakce (aka reakce nezávislé na světle), které fixují uhlík a produkují glukózu.

Světelné reakce probíhají pouze během dne, kdy na rostlinu zasáhne světelná energie, zatímco temné reakce mohou nastat kdykoli. Světelné reakce začínají v tylakoidní membráně, zatímco uhlíková fixace temných reakcí probíhá ve stromatu, želatinové tekutině obklopující tylakoidy.

Kromě hostování temných reakcí a tylakoidů obsahuje stroma chloroplastovou DNA a chloroplastové ribozomy.

Výsledkem je, že chloroplasty mají svůj vlastní zdroj energie a mohou se samy množit, aniž by se spoléhaly na buněčné dělení.

Dozvíte se o souvisejících buněčných organelách v eukaryotických buňkách: buněčná membrána a buněčná stěna.

Tuto schopnost lze vysledovat zpět k vývoji jednoduchých buněk a bakterií. Sinice musela vstoupit do časné buňky a bylo jí umožněno zůstat, protože uspořádání se stalo vzájemně výhodným.

Sinice se časem vyvinuly v chloroplasty organela.

K fixaci uhlíku ve stromě chloroplastů dochází po rozdělení vody na vodík a kyslík během světelných reakcí.

Protony z atomů vodíku jsou čerpány do lumenu uvnitř tylakoidů, což je činí kyselými. V temných reakcích fotosyntézy protony difundují zpět z lumenu do stromatu pomocí enzymu zvaného ATP syntáza.

Tato protonová difúze produkuje ATP syntázu ATP, chemikálie pro skladování energie pro buňky.

Enzym RuBisCO se nachází ve stromatu a fixuje uhlík z CO2 za vzniku šestikarbonových molekul uhlohydrátů, které jsou nestabilní.

Když se nestabilní molekuly rozpadnou, ATP se použije k jejich přeměně na jednoduché molekuly cukru. Sacharidy cukru lze kombinovat za vzniku větších molekul, jako je glukóza, fruktóza, sacharóza a škrob, které lze všechny použít v buněčném metabolismu.

Když se na konci procesu fotosyntézy vytvoří sacharidy, chloroplasty rostliny se odstranily uhlík z atmosféry a použil ho k vytvoření potravy pro rostlinu a nakonec pro všechny ostatní živobytí věci.

Kromě toho, že tvoří základ potravinového řetězce, snižuje fotosyntéza v rostlinách množství oxidu uhličitého skleníkový plyn v atmosféře. Tímto způsobem pomáhají rostliny a řasy prostřednictvím fotosyntézy v jejich chloroplastech snižovat dopady změny klimatu a globálního oteplování.