Οι χλωροπλάστες είναι μικροσκοπικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας που συλλαμβάνουν ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΦΩΤΟΣ να παράγει τα άμυλα και τα σάκχαρα που τροφοδοτούν την ανάπτυξη των φυτών.
Βρίσκονται μέσα φυτικά κύτταρα στα φύλλα των φυτών και στα πράσινα και κόκκινα φύκια καθώς και στα κυανοβακτήρια. Οι χλωροπλάστες επιτρέπουν στα φυτά να παράγουν τις σύνθετες χημικές ουσίες που είναι απαραίτητες για τη ζωή από απλές, ανόργανες ουσίες όπως διοξείδιο του άνθρακα, νερό και μέταλλα.
Ως παραγωγή τροφίμων αυτοτροφικά, τα φυτά αποτελούν τη βάση του τροφική αλυσίδα, υποστηρίζοντας όλους τους καταναλωτές υψηλότερου επιπέδου, όπως έντομα, ψάρια, πουλιά και θηλαστικά μέχρι και τον άνθρωπο.
Οι χλωροπλάστες κυττάρων είναι σαν μικρά εργοστάσια που παράγουν καύσιμα. Με αυτόν τον τρόπο, είναι οι χλωροπλάστες στα πράσινα φυτικά κύτταρα που καθιστούν δυνατή τη ζωή στη Γη.
Τι είναι μέσα σε έναν χλωροπλάστη - τη δομή του χλωροπλάστη
Παρόλο που οι χλωροπλάστες είναι μικροσκοπικοί λοβοί μέσα σε μικροσκοπικά φυτικά κύτταρα, έχουν μια πολύπλοκη δομή που τους επιτρέπει να συλλάβουν ελαφριά ενέργεια και να τη χρησιμοποιούν για τη συγκέντρωση υδατανθράκων σε μοριακό επίπεδο.
Τα κύρια δομικά στοιχεία είναι τα εξής:
- Ένα εξωτερικό και εσωτερικό στρώμα με διαμεμβρανικό χώρο μεταξύ τους.
- Μέσα στην εσωτερική μεμβράνη είναι ριβοσώματα και θυλακοειδή.
- Η εσωτερική μεμβράνη περιέχει ένα υδατικό ζελέ που ονομάζεται στρώμα.
- Το υγρό στρώμα περιέχει το DNA του χλωροπλάστη καθώς και πρωτεΐνες και άμυλα. Εκεί λαμβάνει χώρα ο σχηματισμός υδατανθράκων από τη φωτοσύνθεση.
Η λειτουργία των ριβοσωμάτων χλωροπλαστών και των θυλακοειδών
ο ριβοσώματα είναι ομάδες πρωτεϊνών και νουκλεοτιδίων που παράγουν ένζυμα και άλλα σύνθετα μόρια που απαιτούνται από τον χλωροπλάστη.
Υπάρχουν σε μεγάλο αριθμό σε όλα τα ζωντανά κύτταρα και παράγουν σύνθετες κυτταρικές ουσίες όπως πρωτεΐνες σύμφωνα με τις οδηγίες από Γενετικός κώδικας RNA μόρια.
ο θυλακοειδή ενσωματώνονται στο στρώμα. Στα φυτά σχηματίζουν κλειστούς δίσκους που είναι τοποθετημένοι σε στοίβες που ονομάζονται γκρανα, με μία στοίβα που ονομάζεται κόκκος. Αποτελούνται από μια θυλακοειδή μεμβράνη που περιβάλλει τον αυλό, ένα υδατικό όξινο υλικό που περιέχει πρωτεΐνες και διευκολύνει τις χημικές αντιδράσεις του χλωροπλάστη.
Λαμέλες σχηματίζουν συνδέσμους μεταξύ των δίσκων grana, συνδέοντας τον αυλό των διαφορετικών στοιβών.
Το ευαίσθητο στο φως μέρος της φωτοσύνθεσης λαμβάνει χώρα στη θυλακοειδή μεμβράνη όπου χλωροφύλλη απορροφά την ελαφριά ενέργεια και τη μετατρέπει σε χημική ενέργεια που χρησιμοποιείται από το εργοστάσιο.
Χλωροφύλλη: Η πηγή ενέργειας του χλωροπλάστη
Χλωροφύλλη είναι ένα φωτοϋποδοχέας χρωστική ουσία που βρέθηκε σε όλους τους χλωροπλάστες.
Όταν το φως χτυπά το φύλλο ενός φυτού ή την επιφάνεια των φυκών, διεισδύει στους χλωροπλάστες και αντανακλά τις θυλακοειδείς μεμβράνες. Χτυπημένο από το φως, η χλωροφύλλη στη μεμβράνη εκπέμπει ηλεκτρόνια που ο χλωροπλάστης χρησιμοποιεί για περαιτέρω χημικές αντιδράσεις.
Η χλωροφύλλη στα φυτά και στα πράσινα φύκια είναι κυρίως η πράσινη χλωροφύλλη που ονομάζεται χλωροφύλλη α, ο πιο κοινός τύπος. Απορροφά βιολετί-μπλε και κοκκινωπό πορτοκαλί-κόκκινο φως ενώ αντανακλά το πράσινο φως, δίνοντας στα φυτά το δικό τους χαρακτηριστικό πράσινο χρώμα.
Αλλα τύποι χλωροφύλλης είναι οι τύποι b έως e, οι οποίοι απορροφούν και αντανακλούν διαφορετικά χρώματα.
Η χλωροφύλλη τύπου b, για παράδειγμα, βρίσκεται στα φύκια και απορροφά λίγο πράσινο φως εκτός από το κόκκινο. Αυτή η απορρόφηση πράσινου φωτός μπορεί να είναι το αποτέλεσμα οργανισμών που εξελίσσονται κοντά στην επιφάνεια του ωκεανού επειδή το πράσινο φως μπορεί να διεισδύσει σε μικρή απόσταση μέσα στο νερό.
Το κόκκινο φως μπορεί να ταξιδέψει πιο μακριά από την επιφάνεια.
Οι μεμβράνες χλωροπλαστών και ο διαμεμβρανικός χώρος
Οι χλωροπλάστες παράγουν υδατάνθρακες όπως γλυκόζη και σύνθετες πρωτεΐνες που χρειάζονται αλλού στα κύτταρα του φυτού.
Αυτά τα υλικά πρέπει να μπορούν να εξέλθουν από τον χλωροπλάστη και να υποστηρίξουν τον γενικό μεταβολισμό των κυττάρων και των φυτών. Ταυτόχρονα, οι χλωροπλάστες χρειάζονται ουσίες που παράγονται αλλού στα κύτταρα.
Οι μεμβράνες του χλωροπλάστη ρυθμίζουν την κίνηση των μορίων μέσα και έξω από το χλωροπλάστη επιτρέποντας τη διέλευση μικρών μορίων κατά τη χρήση ειδικοί μηχανισμοί μεταφοράς για μεγάλα μόρια. Τόσο η εσωτερική όσο και η εξωτερική μεμβράνη είναι ημι-διαπερατές, επιτρέποντας το διάχυση μικρών μορίων και ιόντων.
Αυτές οι ουσίες διασχίζουν τον διαμεμβρανικό χώρο και διεισδύουν στις ημι-διαπερατές μεμβράνες.
Μεγάλα μόρια όπως οι πολύπλοκες πρωτεΐνες εμποδίζονται από τις δύο μεμβράνες. Αντ 'αυτού, για τέτοιες πολύπλοκες ουσίες, διατίθενται ειδικοί μηχανισμοί μεταφοράς που επιτρέπουν σε συγκεκριμένες ουσίες να διασχίσουν τις δύο μεμβράνες ενώ άλλες μπλοκάρονται.
Η εξωτερική μεμβράνη έχει σύμπλοκο μετατόπισης πρωτεΐνης για μεταφορά ορισμένων υλικών κατά μήκος της μεμβράνης, και η εσωτερική μεμβράνη έχει ένα αντίστοιχο και παρόμοιο σύμπλοκο για τις συγκεκριμένες μεταβάσεις της.
Αυτοί οι επιλεκτικοί μηχανισμοί μεταφοράς είναι ιδιαίτερα σημαντικοί επειδή η εσωτερική μεμβράνη συνθέτει λιπίδια, λιπαρά οξέα και καροτενοειδή που απαιτούνται για τον μεταβολισμό του χλωροπλάστη.
Το σύστημα Thylakoid
Η μεμβράνη του θυλακοειδούς είναι το μέρος του θυλακοειδούς που είναι ενεργό στο πρώτο στάδιο της φωτοσύνθεσης.
Στα φυτά, η μεμβράνη του θυλακοειδούς σχηματίζει γενικά κλειστούς, λεπτούς σάκους ή δίσκους που στοιβάζονται σε γκρανά και παραμένουν στη θέση τους, περιτριγυρισμένοι από το υγρό στρώματος.
Η διάταξη των θυλακοειδών σε ελικοειδείς στοίβες επιτρέπει μια σφιχτή συσκευασία των θυλακοειδών και μια σύνθετη δομή υψηλής επιφάνειας της θυλακοειδούς μεμβράνης.
Για απλούστερους οργανισμούς, τα θυλακοειδή μπορεί να είναι ακανόνιστου σχήματος και μπορεί να κυμαίνονται ελεύθερα. Σε κάθε περίπτωση, το φως που χτυπά τη μεμβράνη του θυλακοειδούς ξεκινά την αντίδραση φωτός στον οργανισμό.
Η χημική ενέργεια που απελευθερώνεται από τη χλωροφύλλη χρησιμοποιείται για τη διάσπαση των μορίων του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο. Το οξυγόνο χρησιμοποιείται από τον οργανισμό για αναπνοή ή απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα ενώ το υδρογόνο χρησιμοποιείται στο σχηματισμό υδατανθράκων.
Ο άνθρακας για αυτή τη διαδικασία προέρχεται από το διοξείδιο του άνθρακα σε μια διαδικασία που ονομάζεται στερέωση άνθρακα.
Το Stroma και η προέλευση του DNA του χλωροπλάστη
Η διαδικασία του φωτοσύνθεση αποτελείται από δύο μέρη: το εξαρτώμενες από το φως αντιδράσεις που ξεκινούν με το φως που αλληλεπιδρά με τη χλωροφύλλη και το σκοτεινές αντιδράσεις (γνωστός και ως ανεξάρτητες από το φως αντιδράσεις) που καθορίζουν τον άνθρακα και παράγουν γλυκόζη.
Οι αντιδράσεις φωτός λαμβάνουν χώρα μόνο κατά τη διάρκεια της ημέρας όταν η φωτεινή ενέργεια χτυπά το φυτό ενώ οι σκοτεινές αντιδράσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν ανά πάσα στιγμή. Οι αντιδράσεις φωτός ξεκινούν στη μεμβράνη του θυλακοειδούς ενώ η στερέωση του άνθρακα των σκοτεινών αντιδράσεων λαμβάνει χώρα στο στρώμα, το υγρό που μοιάζει με ζελέ που περιβάλλει τα θυλακοειδή.
Εκτός από τη φιλοξενία των σκοτεινών αντιδράσεων και των θυλακοειδών, το στρώμα περιέχει το DNA χλωροπλαστών και τα ριβοσώματα χλωροπλαστών.
Ως αποτέλεσμα, οι χλωροπλάστες έχουν τη δική τους πηγή ενέργειας και μπορούν να πολλαπλασιαστούν μόνοι τους, χωρίς να βασίζονται στην κυτταρική διαίρεση.
Μάθετε για τα σχετικά κυτταρικά οργανίδια σε ευκαρυωτικά κύτταρα: κυτταρική μεμβράνη και κυτταρικό τοίχωμα.
Αυτή η ικανότητα μπορεί να εντοπιστεί στην εξέλιξη των απλών κυττάρων και βακτηρίων. Ένα κυανοβακτήριο πρέπει να είχε εισέλθει σε ένα πρώιμο κελί και του επιτράπηκε να παραμείνει επειδή η διάταξη έγινε αμοιβαία επωφελής.
Με τον καιρό, το κυανοβακτήριο εξελίχθηκε στον χλωροπλάστη οργανική.
Διορθώσεις άνθρακα στο σκοτάδι Αντιδράσεις
Η στερέωση άνθρακα στο στρώμα χλωροπλαστών πραγματοποιείται αφού το νερό διαχωριστεί σε υδρογόνο και οξυγόνο κατά τις αντιδράσεις φωτός.
Τα πρωτόνια από τα άτομα υδρογόνου αντλούνται στον αυλό μέσα στα θυλακοειδή, καθιστώντας το όξινο. Στις σκοτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης, τα πρωτόνια διαχέονται πίσω από τον αυλό στο στρώμα μέσω ενός ενζύμου που ονομάζεται Σύνθεση ATP.
Αυτή η διάχυση πρωτονίων μέσω ATP συνθάσης παράγει ATP, μια χημική ουσία αποθήκευσης ενέργειας για κύτταρα.
Το ένζυμο RuBisCO βρίσκεται στο στρώμα και διορθώνει τον άνθρακα από το CO2 για να παράγει έξι άνθρακα μόρια υδατανθράκων που είναι ασταθή.
Όταν τα ασταθή μόρια διαλύονται, το ATP χρησιμοποιείται για να τα μετατρέψει σε απλά μόρια σακχάρου. Οι υδατάνθρακες σακχάρου μπορούν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν μεγαλύτερα μόρια όπως γλυκόζη, φρουκτόζη, σακχαρόζη και άμυλο, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον μεταβολισμό των κυττάρων.
Όταν οι υδατάνθρακες σχηματίζονται στο τέλος της διαδικασίας φωτοσύνθεσης, οι χλωροπλάστες του φυτού έχουν αφαιρεθεί άνθρακα από την ατμόσφαιρα και τον χρησιμοποίησε για να δημιουργήσει τροφή για το φυτό και, τελικά, για όλα τα άλλα ζωντανά πράγματα.
Εκτός από τον σχηματισμό της βάσης της τροφικής αλυσίδας, η φωτοσύνθεση στα φυτά μειώνει την ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα αέριο θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα. Με αυτόν τον τρόπο, τα φυτά και τα φύκια, μέσω της φωτοσύνθεσης στους χλωροπλάστες τους, συμβάλλουν στη μείωση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής και της υπερθέρμανσης του πλανήτη.