Kloroplast: Definition, struktur og funktion (med diagram)

Kloroplaster er små kraftværker, der fanger lysenergi at producere stivelse og sukker, der fremmer plantevækst.

De findes indeni planteceller i planteblade og i grønne og røde alger såvel som i cyanobakterier. Kloroplaster tillader planter at producere de komplekse kemikalier, der er nødvendige for livet, fra enkle, uorganiske stoffer som kuldioxid, vand og mineraler.

Som madproducerende autotrofer, planter danner grundlaget for fødekæde, der understøtter alle højere forbrugere som insekter, fisk, fugle og pattedyr helt op til mennesker.

Cellekloroplasterne er som små fabrikker, der producerer brændstof. På denne måde er det kloroplasterne i grønne planteceller, der gør livet på jorden muligt.

Selvom kloroplaster er mikroskopiske bælg inde i små planteceller, har de en kompleks struktur, der giver dem mulighed for at fange lysenergi og bruge den til at samle kulhydrater på molekylært niveau.

De vigtigste strukturelle komponenter er som følger:

• Et ydre og indre lag med et mellemrum mellem dem.
• Inde i den indre membran er ribosomer og thylakoids.
• Den indre membran indeholder en vandig gelé kaldet stroma.
• Stroma-væsken indeholder chloroplast-DNA såvel som proteiner og stivelse. Det er her dannelsen af ​​kulhydrater fra fotosyntese finder sted.

Det ribosomer er klynger af proteiner og nukleotider, der fremstiller enzymer og andre komplekse molekyler, der kræves af chloroplasten.

De er til stede i stort antal i alle levende celler og producerer komplekse cellestoffer såsom proteiner i henhold til instruktionerne fra RNA genetisk kode molekyler.

Det thylakoids er indlejret i stroma. I planter danner de lukkede skiver, der er arrangeret i kaldte stakke grana, med en enkelt stak kaldet en granum. De består af en thylakoidmembran, der omgiver lumenet, et vandigt surt materiale indeholdende proteiner og letter kloroplastens kemiske reaktioner.

Lameller danne forbindelser mellem grana-skiverne, der forbinder lumen fra de forskellige stakke.

Den lysfølsomme del af fotosyntese finder sted på thylakoidmembranen hvor klorofyl absorberer lysenergi og omdanner den til kemisk energi, der bruges af planten.

Klorofyl er en fotoreceptor pigment findes i alle kloroplaster.

Når lys rammer bladet på en plante eller overfladen af ​​alger, trænger det ind i kloroplasterne og reflekteres fra thylakoidmembranerne. Ramt af lys afgiver klorofylen i membranen elektroner, som kloroplasten bruger til yderligere kemiske reaktioner.

Klorofyl i planter og grønalger er hovedsageligt den grønne klorofyl kaldet klorofyl a, den mest almindelige type. Det absorberer violetblåt og rødligt orange-rødt lys, mens det reflekterer grønt lys og giver planterne deres karakteristisk grøn farve.

Andet typer klorofyl er typer b til e, som absorberer og reflekterer forskellige farver.

Klorofyl type b findes for eksempel i alger og absorberer noget grønt lys ud over rødt. Denne optagelse af grønt lys kan være resultatet af organismer, der udvikler sig nær havoverfladen, fordi grønt lys kun kan trænge ind i vandet.

Rødt lys kan bevæge sig længere under overfladen.

Kloroplaster producerer kulhydrater såsom glukose og komplekse proteiner, der er nødvendige andre steder i plantens celler.

Disse materialer skal være i stand til at forlade kloroplasten og understøtte generel celle- og plantemetabolisme. Samtidig har chloroplaster brug for stoffer, der produceres andre steder i cellerne.

Chloroplastmembranerne regulerer bevægelsen af ​​molekyler ind og ud af chloroplasten ved at lade små molekyler passere under brug særlige transportmekanismer til store molekyler. Både de indre og ydre membraner er halvgennemtrængelige, hvilket tillader diffusion af små molekyler og ioner.

Disse stoffer krydser intermembranrummet og trænger ind i de semipermeable membraner.

Store molekyler såsom komplekse proteiner er blokeret af de to membraner. I stedet for sådanne komplekse stoffer er der specielle transportmekanismer tilgængelige, så specifikke stoffer kan krydse de to membraner, mens andre er blokeret.

Den ydre membran har et translokationsproteinkompleks til at transportere visse materialer over membranen, og den indre membran har et tilsvarende og lignende kompleks til dets specifikke overgange.

Disse selektive transportmekanismer er især vigtige, fordi den indre membran syntetiserer lipider, fedtsyrer og carotenoider der kræves for kloroplastens eget stofskifte.

Thylakoidmembranen er den del af thylakoid, der er aktiv i den første fase af fotosyntese.

I planter danner thylakoidmembranen generelt lukkede, tynde sække eller skiver, der er stablet i grana og forbliver på plads omgivet af stroma-væsken.

Arrangementet af thylakoids i spiralformede stakke tillader en tæt pakning af thylakoids og en kompleks, høj overfladearealstruktur af thylakoidmembranen.

For enklere organismer kan thylakoiderne have en uregelmæssig form og kan være fritflydende. I begge tilfælde initierer lys, der rammer thylakoidmembranen, lysreaktionen i organismen.

Den kemiske energi, der frigøres ved klorofyl, bruges til at opdele vandmolekyler i brint og ilt. Ilten bruges af organismen til åndedræt eller frigives til atmosfæren, mens brintet anvendes til dannelse af kulhydrater.

Kulstof til denne proces kommer fra kuldioxid i en proces kaldet kulstoffiksering.

Processen med fotosyntese består af to dele: lysafhængige reaktioner der starter med lys, der interagerer med klorofyl og mørke reaktioner (aka lysuafhængige reaktioner) der fikserer kulstof og producerer glukose.

Lysreaktioner finder kun sted om dagen, når lysenergi rammer planten, mens mørke reaktioner kan finde sted når som helst. Lysreaktionerne starter i thylakoidmembranen, mens kulstoffiksering af de mørke reaktioner finder sted i stroma, den gelélignende væske, der omgiver thylakoids.

Ud over at være vært for de mørke reaktioner og thylakoiderne indeholder stroma chloroplast DNA og chloroplast ribosomer.

Som et resultat har kloroplasterne deres egen energikilde og kan formere sig alene uden at stole på celledeling.

Lær om relaterede celleorganeller i eukaryote celler: cellemembran og cellevæg.

Denne evne kan spores tilbage til udviklingen af ​​enkle celler og bakterier. En cyanobakterie skal være kommet ind i en tidlig celle og fik lov til at blive, fordi arrangementet blev gensidigt fordelagtigt.

Med tiden udviklede cyanobakteriet sig til chloroplast organel.

Carbonfiksering i chloroplaststroma finder sted, efter at vand er opdelt i brint og ilt under lysreaktionerne.

Protonerne fra hydrogenatomer pumpes ind i lumen inde i thylakoiderne, hvilket gør det surt. I de mørke reaktioner ved fotosyntese diffunderer protonerne tilbage ud af lumen ind i stroma via et enzym kaldet ATP-syntase.

Denne protondiffusion gennem ATP-syntase producerer ATP, et energilagringskemikalie til celler.

Enzymet RuBisCO findes i stroma og fikserer kulstof fra CO2 for at producere seks-kulstof kulhydratmolekyler, der er ustabile.

Når de ustabile molekyler nedbrydes, bruges ATP til at konvertere dem til enkle sukkermolekyler. Sukkerkulhydraterne kan kombineres til dannelse af større molekyler såsom glukose, fruktose, saccharose og stivelse, som alle kan bruges til cellemetabolisme.

Når der dannes kulhydrater i slutningen af ​​fotosyntese, er plantens kloroplaster fjernet kulstof fra atmosfæren og brugte det til at skabe mad til planten og til sidst til alt andet levende ting.

Ud over at danne grundlaget for fødekæden reducerer fotosyntese i planter mængden af ​​kuldioxid drivhusgas i atmosfæren. På denne måde hjælper planter og alger gennem fotosyntese i deres kloroplaster med at reducere virkningerne af klimaændringer og global opvarmning.