Kloroplast: definicija, struktura i funkcija (s dijagramom)

Kloroplasti su malene biljne elektrane koje hvataju svjetlosna energija za proizvodnju škroba i šećera koji potiču rast biljaka.

Pronađeni su unutra biljne stanice u lišću biljaka i u zelenim i crvenim algama kao i u cijanobakterijama. Kloroplasti omogućuju biljkama da proizvode složene kemikalije potrebne za život iz jednostavnih, anorganskih tvari kao što su ugljični dioksid, voda i minerali.

Kao proizvodnja hrane autotrofi, biljke čine osnovu hranidbeni lanac, podržavajući sve potrošače više razine, poput insekata, riba, ptica i sisavaca, sve do ljudi.

Stanični kloroplasti su poput malih tvornica koje proizvode gorivo. Na taj način, kloroplasti u zelenim biljnim stanicama omogućuju život na Zemlji.

Iako su kloroplasti mikroskopske mahune unutar sićušnih biljnih stanica, imaju složenu strukturu koja im omogućuje hvatanje svjetlosne energije i njezinu uporabu za prikupljanje ugljikohidrata na molekularnoj razini.

Glavne strukturne komponente su kako slijedi:

• Vanjski i unutarnji sloj s međusmembranskim prostorom između njih.
• Unutar unutarnje membrane su ribosomi i tilakoidi.
• Unutarnja opna sadrži vodeni žele koji se naziva stroma.
• Tekućina strome sadrži DNA kloroplasta, kao i proteine ​​i škrob. Tu se odvija stvaranje ugljikohidrata iz fotosinteze.

The ribosomi su nakupine proteina i nukleotida koji proizvode enzime i druge složene molekule potrebne kloroplastu.

Prisutni su u velikom broju u svim živim stanicama i proizvode složene stanične tvari kao što su bjelančevine prema uputama iz RNA genetski kod molekule.

The tilakoidi ugrađeni su u stromu. U biljkama tvore zatvorene diskove koji su poredani u hrpe tzv grana, s jednom hrpom zvanom granum. Sastoje se od tilakoidne membrane koja okružuje lumen, vodenog kiselog materijala koji sadrži proteine ​​i olakšava kemijske reakcije kloroplasta.

Lamele čine veze između diskova grane, povezujući lumen različitih naslaga.

Svjetlosno osjetljivi dio fotosinteze odvija se na tilakoidnoj membrani gdje klorofil apsorbira svjetlosnu energiju i pretvara je u kemijsku energiju koju biljka koristi.

Klorofil je fotoreceptor pigment koji se nalazi u svim kloroplastima.

Kad svjetlost udari u list biljke ili površinu algi, ona prodire u kloroplaste i odbija se od tilakoidnih membrana. Zahvaćen svjetlošću, klorofil u membrani odaje elektrone koje kloroplast koristi za daljnje kemijske reakcije.

Klorofil u biljkama i zelenim algama uglavnom je zeleni klorofil zvan klorofil a, najčešći tip. Apsorbira ljubičasto-plavu i crvenkasto narančasto-crvenu svjetlost dok reflektira zelenu svjetlost, dajući biljkama svoje karakteristična zelena boja.

Ostalo vrste klorofila su vrste od b do e, koje upijaju i odražavaju različite boje.

Klorofil tip b, na primjer, nalazi se u algama i osim crvene apsorbira i malo zelene svjetlosti. Ova apsorpcija zelenog svjetla može biti rezultat organizama koji se razvijaju u blizini površine oceana, jer zeleno svjetlo može prodrijeti u vodu samo na maloj udaljenosti.

Crveno svjetlo može putovati dalje ispod površine.

Kloroplasti proizvode ugljikohidrate poput glukoze i složene proteine ​​koji su potrebni drugdje u biljnim stanicama.

Ti materijali moraju moći izaći iz kloroplasta i podržati opći metabolizam stanica i biljaka. Istodobno, kloroplasti trebaju tvari proizvedene negdje drugdje u stanicama.

Membrane kloroplasta reguliraju kretanje molekula u i iz kloroplasta dopuštajući malim molekulama prolazak tijekom korištenja posebni transportni mehanizmi za velike molekule. I unutarnja i vanjska membrana su polupropusne, što omogućuje difuzija malih molekula i iona.

Te tvari prelaze međumembranski prostor i prodiru u polupropusne membrane.

Dvije membrane blokiraju velike molekule poput složenih proteina. Umjesto toga, za takve složene tvari dostupni su posebni transportni mehanizmi koji omogućavaju određenim tvarima da pređu dvije membrane, dok su druge blokirane.

Vanjska membrana ima translokacijski proteinski kompleks za transport određenih materijala preko membrane, a unutarnja membrana ima odgovarajući i sličan kompleks za svoje specifične prijelaze.

Ovi selektivni transportni mehanizmi su posebno važni jer unutarnja membrana sintetizira lipide, masne kiseline i karotenoidi koji su potrebni za vlastiti metabolizam kloroplasta.

Tilakoidna membrana je dio tilakoida koji je aktivan u prvoj fazi fotosinteze.

U biljkama tilakoidna membrana obično stvara zatvorene tanke vreće ili diskove koji su složeni u granu i ostaju na mjestu, okruženi tekućinom strome.

Raspored tilakoida u spiralnim hrpama omogućuje čvrsto pakiranje tilakoida i složenu strukturu površine tilakoidne membrane visoke površine.

Za jednostavnije organizme, tilakoidi mogu biti nepravilnog oblika i mogu slobodno plutati. U svakom slučaju, svjetlost koja pogađa tilakoidnu membranu inicira svjetlosnu reakciju u organizmu.

Kemijska energija koju oslobađa klorofil koristi se za razdvajanje molekula vode na vodik i kisik. Kisik koristi organizam za disanje ili se ispušta u atmosferu, dok se vodik koristi za stvaranje ugljikohidrata.

Ugljik za ovaj postupak dolazi iz ugljičnog dioksida u procesu tzv fiksacija ugljika.

Proces fotosinteza sastoji se od dva dijela: reakcije ovisne o svjetlu koji započinju interakcijom svjetlosti s klorofilom i mračne reakcije (zvani reakcije neovisne o svjetlu) koji fiksiraju ugljik i proizvode glukozu.

Svjetlosne reakcije odvijaju se samo tijekom dana kad svjetlosna energija udari u biljku, dok se tamne reakcije mogu dogoditi u bilo kojem trenutku. Svjetlosne reakcije započinju u tilakoidnoj membrani, dok se učvršćivanje ugljika tamnim reakcijama odvija u stromi, želeu sličnoj tekućini koja okružuje tilakoide.

Uz domaćinstvo tamnih reakcija i tilakoida, stroma sadrži DNA kloroplasta i ribosome kloroplasta.

Kao rezultat toga, kloroplasti imaju vlastiti izvor energije i mogu se sami razmnožavati, ne oslanjajući se na diobu stanica.

Saznajte o srodnim staničnim organelama u eukariotskim stanicama: stanična membrana i stanične stijenke.

Ta se sposobnost može pratiti unatrag do razvoja jednostavnih stanica i bakterija. Cijanobakterija je sigurno ušla u ranu stanicu i smjelo je ostati jer je aranžman postao obostrano koristan.

S vremenom je cijanobakterija evoluirala u kloroplast organela.

Fiksiranje ugljika u stromi kloroplasta odvija se nakon što se voda tijekom svjetlosnih reakcija podijeli na vodik i kisik.

Protoni iz atoma vodika pumpaju se u lumen unutar tilakoida, čineći ga kiselim. U mračnim reakcijama fotosinteze, protoni difuziraju natrag iz lumena u stromu putem enzima tzv. ATP sintaza.

Ova difuzija protona kroz ATP sintazu proizvodi ATP, kemijska tvar za pohranu energije za stanice.

Enzim RuBisCO nalazi se u stromi i fiksira ugljik iz CO2 kako bi stvorio nestabilne molekule ugljikohidrata sa šest ugljika.

Kad se nestabilne molekule raspadaju, ATP se koristi za njihovo pretvaranje u jednostavne molekule šećera. Šećerni ugljikohidrati mogu se kombinirati u veće molekule poput glukoze, fruktoze, saharoze i škroba, a sve se to može koristiti u metabolizmu stanica.

Kad se ugljikohidrati formiraju na kraju procesa fotosinteze, biljni kloroplasti su se uklonili ugljika iz atmosfere i koristio ga za stvaranje biljke i, na kraju, za sve ostale žive stvari.

Osim što čini osnovu hranidbenog lanca, fotosinteza u biljkama smanjuje količinu ugljičnog dioksida Staklenički plin u atmosferi. Na taj način biljke i alge, fotosintezom u svojim kloroplastima, pomažu smanjiti učinke klimatskih promjena i globalnog zatopljenja.