Chloroplasten sind winzige Pflanzenkraftwerke, die fangen Lichtenergie um die Stärke und den Zucker zu produzieren, die das Pflanzenwachstum ankurbeln.
Sie sind im Inneren zu finden Pflanzenzellen in Pflanzenblättern und in Grün- und Rotalgen sowie in Cyanobakterien. Chloroplasten ermöglichen es Pflanzen, aus einfachen, anorganischen Stoffen wie Kohlendioxid, Wasser und Mineralien die für das Leben notwendigen komplexen Chemikalien herzustellen.
Als Lebensmittel produzierende Autotrophe, Pflanzen bilden die Grundlage der Nahrungskette, die alle übergeordneten Verbraucher wie Insekten, Fische, Vögel und Säugetiere bis hin zum Menschen unterstützt.
Die Zell-Chloroplasten sind wie kleine Fabriken, die Treibstoff produzieren. So sind es die Chloroplasten in grünen Pflanzenzellen, die das Leben auf der Erde ermöglichen.
Was steckt in einem Chloroplasten – die Chloroplastenstruktur
Obwohl Chloroplasten mikroskopisch kleine Schoten in winzigen Pflanzenzellen sind, haben sie eine komplexe Struktur, die es ihnen ermöglicht, Lichtenergie einzufangen und daraus Kohlenhydrate auf molekularer Ebene aufzubauen.
Die wichtigsten strukturellen Komponenten sind wie folgt:
- Eine äußere und eine innere Schicht mit einem Zwischenmembranraum dazwischen.
- In der inneren Membran befinden sich Ribosomen und Thylakoide.
- Die innere Membran enthält ein wässriges Gelee namens stroma.
- Die Stromaflüssigkeit enthält die Chloroplasten-DNA sowie Proteine und Stärken. Hier findet die Bildung von Kohlenhydraten aus der Photosynthese statt.
Die Funktion von Chloroplastribosomen und Thylkaoidenoid
Das Ribosomen sind Cluster von Proteinen und Nukleotiden, die Enzyme und andere komplexe Moleküle herstellen, die der Chloroplast benötigt.
Sie kommen in großer Zahl in allen lebenden Zellen vor und produzieren komplexe Zellsubstanzen wie Proteine nach den Vorgaben von RNA genetischer CodeRNA Moleküle.
Das Thylakoide sind in das Stroma eingebettet. In Pflanzen bilden sie geschlossene Scheiben, die zu Stapeln angeordnet sind, genannt grana, mit einem einzelnen Stapel, der Granum genannt wird. Sie bestehen aus einer das Lumen umgebenden Thylakoidmembran, einem wässrigen sauren Material, das Proteine enthält und die chemischen Reaktionen des Chloroplasten erleichtert.
Lamellen bilden Verbindungen zwischen den Grana-Scheiben und verbinden die Lumen der verschiedenen Stapel.
Der lichtempfindliche Teil der Photosynthese findet auf der Thylakoidmembran statt, wo Chlorophyll absorbiert Lichtenergie und wandelt sie in chemische Energie um, die von der Pflanze verwendet wird.
Chlorophyll: Die Quelle der Chloroplastenenergie
Chlorophyll ist ein Fotorezeptor Pigment in allen Chloroplasten gefunden.
Trifft Licht auf ein Pflanzenblatt oder eine Algenoberfläche, dringt es in die Chloroplasten ein und wird von den Thylakoidmembranen reflektiert. Vom Licht getroffen, gibt das Chlorophyll in der Membran Elektronen ab, die der Chloroplast für weitere chemische Reaktionen nutzt.
Chlorophyll in Pflanzen und Grünalgen ist hauptsächlich das grüne Chlorophyll namens Chlorophyll a, die häufigste Art. Es absorbiert violett-blaues und rötlich-orange-rotes Licht, während es grünes Licht reflektiert und den Pflanzen ihre charakteristische grüne Farbe.
Andere Arten von Chlorophyll sind Typen b bis e, die verschiedene Farben absorbieren und reflektieren.
Chlorophyll Typ b zum Beispiel kommt in Algen vor und absorbiert neben rotem auch etwas grünes Licht. Diese Absorption von grünem Licht kann das Ergebnis von Organismen sein, die sich in der Nähe der Meeresoberfläche entwickeln, da grünes Licht nur eine kurze Entfernung in das Wasser eindringen kann.
Rotes Licht kann sich weiter unter der Oberfläche ausbreiten.
Die Chloroplastmembranen und der Intermembranraum
Chloroplasten produzieren Kohlenhydrate wie Glukose und komplexe Proteine, die an anderer Stelle in den Pflanzenzellen benötigt werden.
Diese Materialien müssen den Chloroplasten verlassen können und den allgemeinen Zell- und Pflanzenstoffwechsel unterstützen. Gleichzeitig benötigen Chloroplasten Stoffe, die an anderer Stelle in den Zellen produziert werden.
Die Chloroplastenmembranen regulieren die Bewegung von Molekülen in und aus dem Chloroplasten, indem sie kleine Moleküle während der Verwendung passieren lassen spezielle Transportmechanismen für große Moleküle. Sowohl die innere als auch die äußere Membran sind semipermeabel, sodass die Diffusion von kleinen Molekülen und Ionen.
Diese Substanzen durchqueren den Intermembranraum und dringen in die semipermeablen Membranen ein.
Große Moleküle wie komplexe Proteine werden von den beiden Membranen blockiert. Stattdessen stehen für solch komplexe Substanzen spezielle Transportmechanismen zur Verfügung, die es bestimmten Substanzen ermöglichen, die beiden Membranen zu passieren, während andere blockiert werden.
Die äußere Membran weist einen Translokationsproteinkomplex auf, um bestimmte Materialien durch die Membran zu transportieren, und die innere Membran weist einen entsprechenden und ähnlichen Komplex für ihre spezifischen Übergänge auf.
Diese selektiven Transportmechanismen sind besonders wichtig, da die innere Membran Lipide synthetisiert, Fettsäuren und Carotinoide die für den eigenen Stoffwechsel der Chloroplasten benötigt werden.
Das Thylakoid-System
Die Thylakoidmembran ist der Teil des Thylakoids, der in der ersten Phase der Photosynthese aktiv ist.
Bei Pflanzen bildet die Thylakoidmembran im Allgemeinen geschlossene, dünne Säcke oder Scheiben, die in Grana gestapelt sind und an Ort und Stelle bleiben, umgeben von der Stromaflüssigkeit.
Die Anordnung der Thylakoide in helikalen Stapeln ermöglicht eine dichte Packung der Thylakoide und eine komplexe, großflächige Struktur der Thylakoidmembran.
Bei einfacheren Organismen können die Thylakoide eine unregelmäßige Form haben und frei schwebend sein. In jedem Fall löst Licht, das auf die Thylakoidmembran trifft, die Lichtreaktion im Organismus aus.
Die durch Chlorophyll freigesetzte chemische Energie wird genutzt, um Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Der Sauerstoff wird vom Organismus zur Atmung verwendet oder an die Atmosphäre abgegeben, während der Wasserstoff zur Bildung von Kohlenhydraten verwendet wird.
Der Kohlenstoff für diesen Prozess stammt aus Kohlendioxid in einem Prozess namens Kohlenstoff-Fixierung.
Der Stroma und der Ursprung der Chloroplasten-DNA
Der Prozess von Photosynthese besteht aus zwei Teilen: dem lichtabhängige Reaktionen die mit Licht beginnen, das mit Chlorophyll interagiert und die dunkle Reaktionen (auch bekannt) lichtunabhängige Reaktionen), die Kohlenstoff fixieren und Glukose produzieren.
Lichtreaktionen finden nur tagsüber statt, wenn Lichtenergie auf die Pflanze trifft, während dunkle Reaktionen jederzeit stattfinden können. Die Lichtreaktionen beginnen in der Thylakoidmembran, während die Kohlenstofffixierung der Dunkelreaktionen im Stroma, der gallertartigen Flüssigkeit, die die Thylakoide umgibt, stattfindet.
Neben den dunklen Reaktionen und den Thylakoiden enthält das Stroma die Chloroplasten-DNA und die Chloroplasten-Ribosomen.
Dadurch verfügen die Chloroplasten über eine eigene Energiequelle und können sich selbstständig vermehren, ohne auf Zellteilung angewiesen zu sein.
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Diese Fähigkeit lässt sich auf die Evolution einfacher Zellen und Bakterien zurückführen. Ein Cyanobakterium muss in eine frühe Zelle eingedrungen sein und durfte bleiben, weil die Anordnung für beide Seiten von Vorteil war.
Mit der Zeit entwickelte sich das Cyanobakterium zum Chloroplasten Organelle.
Kohlenstofffixierung im Dunkeln Reaktionen
Die Kohlenstofffixierung im Chloroplastenstroma findet statt, nachdem Wasser während der Lichtreaktionen in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wurde.
Die Protonen der Wasserstoffatome werden in das Lumen innerhalb der Thylakoide gepumpt, wodurch es sauer wird. Bei den Dunkelreaktionen der Photosynthese diffundieren die Protonen über ein Enzym namens. aus dem Lumen zurück in das Stroma ATP-Synthase.
Diese Protonendiffusion durch ATP-Synthase produziert ATP, eine Energiespeicherchemikalie für Zellen.
Das Enzym RuBisCO kommt im Stroma vor und bindet Kohlenstoff aus CO2, um instabile Kohlenhydratmoleküle mit sechs Kohlenstoffatomen zu produzieren.
Wenn die instabilen Moleküle zerfallen, wird ATP verwendet, um sie in einfache Zuckermoleküle umzuwandeln. Die Zuckerkohlenhydrate können zu größeren Molekülen wie Glucose, Fructose, Saccharose und Stärke kombiniert werden, die alle im Zellstoffwechsel genutzt werden können.
Wenn sich am Ende des Photosyntheseprozesses Kohlenhydrate bilden, haben sich die Chloroplasten der Pflanze entfernt Kohlenstoff aus der Atmosphäre und nutzte ihn, um Nahrung für die Pflanze und schließlich für alle anderen Lebewesen zu schaffen Dinge.
Die Photosynthese in Pflanzen bildet nicht nur die Grundlage der Nahrungskette, sondern reduziert auch die Menge des Kohlendioxids Treibhausgase in der Atmosphäre. Auf diese Weise tragen Pflanzen und Algen durch Photosynthese in ihren Chloroplasten dazu bei, die Auswirkungen des Klimawandels und der globalen Erwärmung zu reduzieren.