Chloroplast: Määritelmä, rakenne ja toiminta (kaavion kanssa)

Kloroplastit ovat pieniä kasvien voimalaitoksia, jotka sieppaavat valoenergia tuottaa kasvien kasvua edistäviä tärkkelyksiä ja sokereita.

Ne löytyvät sisältä kasvisolut kasvien lehdissä ja vihreissä ja punaisissa levissä sekä syanobakteereissa. Kloroplastit antavat kasvien tuottaa elämään tarvittavia monimutkaisia ​​kemikaaleja yksinkertaisista epäorgaanisista aineista, kuten hiilidioksidista, vedestä ja mineraaleista.

Elintarvikkeiden tuottajana autotrofit, kasvit muodostavat perustan ravintoketju, joka tukee kaikkia korkeamman tason kuluttajia, kuten hyönteisiä, kaloja, lintuja ja nisäkkäitä, aina ihmisiin saakka.

Solukloroplastit ovat kuin pieniä tehtaita, jotka tuottavat polttoainetta. Tällä tavalla vihreiden kasvisolujen kloroplastit mahdollistavat elämän maapallolla.

Vaikka kloroplastit ovat mikroskooppisia paloja pienten kasvisolujen sisällä, niillä on monimutkainen rakenne, jonka avulla ne voivat siepata valoenergiaa ja käyttää sitä hiilihydraattien keräämiseen molekyylitasolla.

Tärkeimmät rakenteelliset komponentit ovat seuraavat:

• Ulompi ja sisempi kerros, joiden välissä on kalvojen välinen tila.
• Sisäkalvon sisällä ovat ribosomit ja tyloidit.
• Sisäkalvo sisältää vesipitoista hyytelöä, jota kutsutaan strooma.
• Stromaneste sisältää kloroplasti-DNA: ta sekä proteiineja ja tärkkelyksiä. Siellä tapahtuu hiilihydraattien muodostuminen fotosynteesistä.

ribosomit ovat proteiini- ja nukleotidiryhmiä, jotka tuottavat entsyymejä ja muita kloroplastin edellyttämiä monimutkaisia ​​molekyylejä.

Niitä on runsaasti kaikissa elävissä soluissa ja ne tuottavat monimutkaisia ​​soluaineita, kuten proteiineja RNA-geneettinen koodi molekyylejä.

tyloidit ovat upotettuja stroomaan. Kasveissa ne muodostavat suljettuja levyjä, jotka on järjestetty ns grana, yhdellä pinolla, jota kutsutaan granumiksi. Ne koostuvat tylkaloidikalvosta, joka ympäröi onteloa, vesipitoista happamaa materiaalia, joka sisältää proteiineja ja helpottaa kloroplastin kemiallisia reaktioita.

Lamellae muodostavat linkit grana-levyjen välille, yhdistämällä eri pinojen ontelon.

Valoherkkä osa fotosynteesistä tapahtuu tylakoidikalvolla missä klorofylli absorboi valoenergiaa ja muuttaa sen kemialliseksi energiaksi, jota kasvi käyttää.

Klorofylli on valoreseptori pigmentti, joka löytyy kaikista kloroplasteista.

Kun valo osuu kasvin lehteen tai levien pintaan, se tunkeutuu kloroplastiin ja heijastuu tylakoidikalvoista. Valon iskemänä membraanissa oleva klorofylli vapauttaa elektroneja, joita kloroplasti käyttää edelleen kemiallisissa reaktioissa.

Kasvien ja vihreiden levien klorofylli on pääasiassa vihreää klorofylliä, jota kutsutaan klorofylliksi, yleisin tyyppi. Se imee violetti-sinisen ja punertavan oranssin-punaisen valon heijastamalla samalla vihreää valoa ja antaa kasveille niiden tyypillinen vihreä väri.

Muu tyypit klorofylli ovat tyyppejä b - e, jotka absorboivat ja heijastavat eri värejä.

Esimerkiksi klorofyllityyppi b löytyy levistä ja absorboi vihreää valoa punaisen lisäksi. Tämä vihreän valon imeytyminen voi olla seurausta organismien kehittymisestä lähellä valtameren pintaa, koska vihreä valo voi tunkeutua vain lyhyen matkan veteen.

Punainen valo voi kulkea kauempana pinnan alapuolella.

Kloroplastit tuottavat hiilihydraatteja, kuten glukoosia ja monimutkaisia ​​proteiineja, joita tarvitaan muualla kasvin soluissa.

Näiden materiaalien on kyettävä poistumaan kloroplastista ja tukemaan yleistä solujen ja kasvien aineenvaihduntaa. Samaan aikaan kloroplastit tarvitsevat muualla soluissa tuotettuja aineita.

Kloroplastikalvot säätelevät molekyylien liikkumista kloroplastiin ja ulos siitä antamalla pienten molekyylien kulkea käytettäessä erityiset kuljetusmekanismit suurille molekyyleille. Sekä sisä- että ulkokalvot ovat puoliläpäiseviä, mikä sallii diffuusio pienten molekyylien ja ionien.

Nämä aineet ylittävät kalvojen välisen tilan ja tunkeutuvat puoliläpäiseviin kalvoihin.

Nämä kaksi kalvoa estävät suuria molekyylejä, kuten monimutkaiset proteiinit. Sen sijaan tällaisille monimutkaisille aineille on käytettävissä erityisiä kuljetusmekanismeja, joiden avulla tietyt aineet pääsevät kahden kalvon läpi, kun taas muut ovat tukossa.

Ulommassa kalvossa on translokaatioproteiinikompleksi tiettyjen materiaalien kuljettamiseksi kalvon läpi, ja sisemmässä kalvossa on vastaava ja samanlainen kompleksi spesifisille siirtymilleen.

Nämä selektiiviset kuljetusmekanismit ovat erityisen tärkeitä, koska sisäkalvo syntetisoi lipidejä, rasvahapot ja karotenoidit joita tarvitaan kloroplastin omaan aineenvaihduntaan.

Tylakoidikalvo on osa tykakoidia, joka on aktiivinen fotosynteesin ensimmäisessä vaiheessa.

Kasveissa tyliakoidikalvo muodostaa yleensä suljettuja, ohuita säkkejä tai kiekkoja, jotka pinotaan granaan ja pysyvät paikallaan stromanesteen ympäröimänä.

Tylakoidien sijoittaminen kierukkapinoihin mahdollistaa tyloidien tiukan pakkaamisen ja tyliakoidikalvon monimutkaisen, suuren pinta-alan rakenteen.

Yksinkertaisemmille organismeille tyloidit voivat olla muodoltaan epäsäännöllisiä ja kelluvia. Kummassakin tapauksessa tilakoidikalvoon osuva valo aloittaa valoreaktion organismissa.

Klorofyllin vapauttamaa kemiallista energiaa käytetään vesimolekyylien jakamiseen vedyksi ja hapeksi. Organismi käyttää happea hengitykseen tai vapautuu ilmakehään, kun taas vetyä käytetään hiilihydraattien muodostumiseen.

Tämän prosessin hiili tulee hiilidioksidista prosessissa, jota kutsutaan hiilen kiinnitys.

Prosessi fotosynteesi koostuu kahdesta osasta: valosta riippuvat reaktiot jotka alkavat valon kanssa vuorovaikutuksessa klorofyllin ja tummat reaktiot (alias valosta riippumattomat reaktiot), jotka sitovat hiiltä ja tuottavat glukoosia.

Valoreaktiot tapahtuvat vain päivän aikana, jolloin valoenergia iskee kasviin, kun taas pimeät reaktiot voivat tapahtua milloin tahansa. Valoreaktiot alkavat tyloidikalvossa, kun taas tummien reaktioiden hiilikiinnitys tapahtuu stroomassa, hyytelömäisessä nesteessä, joka ympäröi tyloakoideja.

Pimeiden reaktioiden ja tylakoidien isännöinnin lisäksi strooma sisältää kloroplastin DNA: n ja kloroplastiset ribosomit.

Tämän seurauksena kloroplastilla on oma energialähde ja ne voivat lisääntyä itsestään ilman, että luotetaan solujen jakautumiseen.

Tutustu eukaryoottisolujen sukuisiin soluorganelleihin: solukalvo ja soluseinän.

Tämä kyky voidaan jäljittää yksinkertaisten solujen ja bakteerien evoluutioon. Syanobakteerin on täytynyt tulla varhaisessa solussa, ja sen on sallittu jäädä, koska järjestelystä tuli molempia osapuolia hyödyttävä.

Ajan myötä syanobakteeri kehittyi kloroplastiksi organelli.

Hiilen kiinnittyminen kloroplastisen stroman kautta tapahtuu sen jälkeen, kun vesi on hajonnut vedeksi ja hapeksi valoreaktioiden aikana.

Vetyatomien protonit pumpataan tyloidien sisällä olevaan onteloon, mikä tekee siitä happaman. Fotosynteesin pimeissä reaktioissa protonit diffundoituvat takaisin ulos ontelosta stromaan entsyymin kautta ATP-syntaasi.

Tämä protonidiffuusio ATP-syntaasin kautta tuottaa ATP, solujen energian varastointikemikaali.

Entsyymi RuBisCO löytyy stromasta ja kiinnittää hiilen hiilidioksidista kuuden hiilen hiilihydraattimolekyylien tuottamiseksi, jotka ovat epävakaita.

Kun epävakaat molekyylit hajoavat, ATP: tä käytetään niiden muuttamiseksi yksinkertaisiksi sokerimolekyyleiksi. Sokerihiilihydraatit voidaan yhdistää muodostamaan suurempia molekyylejä, kuten glukoosi, fruktoosi, sakkaroosi ja tärkkelys, joita kaikkia voidaan käyttää solujen aineenvaihdunnassa.

Kun hiilihydraatteja muodostuu fotosynteesiprosessin lopussa, kasvin kloroplastit ovat poistuneet hiiltä ilmakehästä ja käytti sitä ruoan luomiseen kasville ja lopulta muulle elävälle asioita.

Ravintoketjun perustan lisäksi kasvien fotosynteesi vähentää hiilidioksidin määrää kasvihuonekaasu ilmakehässä. Tällä tavoin kasvit ja levät vähentävät kloroplastien fotosynteesin avulla ilmastonmuutoksen ja ilmaston lämpenemisen vaikutuksia.