Kloroplasti su opne vezane organele prisutne u zelenim biljkama i algama. Sadrže klorofil, biokemijsku tvar koju biljke koriste za fotosinteza, koji energiju iz svjetlosti pretvara u kemijsku energiju koja pokreće biljne aktivnosti.
Uz to, kloroplasti sadrže DNK i pomažu organizmu da sintetizira proteine i masne kiseline. Sadrže strukture slične disku, a to su membrane koje se nazivaju tilakoidi.
Osnove kloroplasta
Kloroplasti imaju duljinu oko 4 do 6 mikrona. Klorofil iznutra kloroplasti čini biljke i alge zelenim. Uz tilakoidne membrane, svaki kloroplast ima vanjsku i unutarnju membranu, a neke vrste imaju kloroplaste s dodatnim membranama.
Tečnost nalik gelu unutar kloroplasta poznata je pod nazivom stroma. Neke vrste algi imaju staničnu stijenku između unutarnje i vanjske membrane sastavljene od molekula koje sadrže šećere i aminokiseline. Unutrašnjost kloroplasta sadrži razne strukture, uključujući DNA plazmidi, tilakoidni prostor i ribosomi, malene tvornice proteina.
Podrijetlo kloroplasta
Vjeruje se da su kloroplasti i donekle povezani mitohondriji, nekada su bili njihovi "organizmi", da tako kažem. Znanstvenici su vjerovali da su negdje u ranoj povijesti života organizmi slični bakterijama progutali ono što znamo kao kloroplaste i ugradili ih u stanicu kao organelu.
To se naziva "endosimbiotska teorija". Ova teorija potkrepljena je činjenicom da kloroplasti i mitohondriji sadrže vlastiti DNA. To je vjerojatno "preostalo" iz vremena kada su bili vlastiti "organizmi" izvan stanice.
Sada se većina ove DNA ne koristi, ali neka kloroplastna DNA neophodna je za proteine i funkcije tilakoida. Procjenjuje se da u kloroplastima ima 28 gena koji mu omogućuju normalno funkcioniranje.
Definicija tilakoida
Tilakoidi su ravne tvorbe nalik disku koje se nalaze u kloroplastu. Izgledaju slično složenom novčiću. Oni su odgovorni za sintezu ATP, fotolizu vode i sastavni su dio lanac za transport elektrona.
Mogu se naći i unutar cijanobakterija, kao i u kloroplastima biljaka i algi.
Prostor i struktura tilakoida
Tilakoidi slobodno plutaju unutar strome kloroplasta na mjestu koje se naziva tilakoidni prostor. U višim biljkama tvore strukturu koja se naziva granum i podsjeća na hrpu kovanica visokih 10 do 20. Membrane međusobno povezuju različite grane u spiralnom uzorku, iako neke vrste imaju slobodno plutajuću granu.
Tilakoidna membrana sastoji se od dva sloja lipida koji mogu sadržavati molekule fosfora i šećera. Klorofil ugrađen je izravno u tilakoidnu membranu koja obuhvaća vodenasti materijal poznat kao lumen tilakoida.
Tilakoidi i fotosinteza
Komponenta klorofila tilakoida je ono što omogućuje fotosintezu. Ovaj klorofil je ono što biljkama i zelenim algama daje zelenu boju. Proces započinje cijepanjem vode kako bi se stvorio izvor atoma vodika za proizvodnju energije, dok se kisik oslobađa kao otpadni proizvod. To je izvor atmosferskog kisika koji udišemo.
Sljedeći koraci koriste oslobođene vodikove ione ili protone, zajedno s atmosferskim ugljičnim dioksidom za sintezu šećera. Proces koji se naziva transport elektrona stvara molekule za pohranu energije kao što su ATP i NADPH. Te molekule pokreću mnoge biokemijske reakcije organizma.
Kemiosmoza
Druga je tilakoidna funkcija kemiosmoza koja pomaže u održavanju kiselog pH u lumenu tilakoida. U kemiosmozi, tilakoid koristi dio energije koju osigurava transport elektrona za premještanje protona iz membrane u lumen. Ovim se postupkom koncentracija protona u lumenu koncentrira oko 10 000 puta.
Ti protoni sadrže energiju koja se koristi za pretvaranje ADP u ATP. Enzim ATP sintaza pomaže ovoj konverziji. Kombinacija pozitivnih naboja i koncentracije protona u lumenu tilakoida stvara elektrokemijski gradijent koji osigurava fizičku energiju potrebnu za proizvodnju ATP-a.