כלורופלסט: הגדרה, מבנה ותפקוד (עם תרשים)

כלורופלסטים הם תחנות כוח זעירות של צמחים שתופסות אנרגיית אור לייצר עמילנים וסוכרים המניעים צמיחת צמחים.

הם נמצאים בפנים תאי צמח בעלים צמחיים ובאצות ירוקות ואדומות וכן בציאנובקטריה. כלורופלסטים מאפשרים לצמחים לייצר את הכימיקלים המורכבים הנחוצים לחיים מחומרים פשוטים אנאורגניים כמו פחמן דו חמצני, מים ומינרלים.

כמייצר מזון אוטוטרופים, צמחים מהווים את הבסיס של שרשרת המזון, תמיכה בכל הצרכנים ברמה הגבוהה יותר כמו חרקים, דגים, ציפורים ויונקים עד לבני אדם.

כלורופלסטים של תאים הם כמו מפעלים קטנים המייצרים דלק. באופן זה הכלורופלסטים בתאי הצמח הירוקים הם שמאפשרים את החיים על כדור הארץ.

למרות שהכלורופלסטים הם תרמילים מיקרוסקופיים בתוך תאי צמח זעירים, יש להם מבנה מורכב המאפשר להם לתפוס אנרגיית אור ולהשתמש בה להרכבת פחמימות ברמה המולקולרית.

המרכיבים המבניים העיקריים הם כדלקמן:

• שכבות חיצוניות ופנימיות וביניהן חלל בין-ממברני.
• בתוך הממברנה הפנימית הם ריבוזומים ו תילקואידים.
• הקרום הפנימי מכיל ג'לי מימי הנקרא סטרומה.
• נוזל הסטרומה מכיל את ה- DNA של הכלורופלסט, כמו גם חלבונים ועמילנים. זה המקום בו מתרחשת היווצרות פחמימות מפוטוסינתזה.

ה ריבוזומים הם מקבצי חלבונים ונוקליאוטידים המייצרים אנזימים ומולקולות מורכבות אחרות הנדרשות על ידי הכלורופלסט.

הם קיימים בכמויות גדולות בכל התאים החיים ומייצרים חומרים מורכבים של תאים כגון חלבונים על פי ההוראות של קוד גנטי של RNA מולקולות.

ה תילקואידים מוטבעים בסטרומה. בצמחים הם יוצרים דיסקים סגורים שמסודרים לערימות שנקראות גרנה, עם ערימה אחת הנקראת גרנום. הם מורכבים מקרום תילקואידי המקיף את הלומן, חומר חומצי מימי המכיל חלבונים ומקל על התגובות הכימיות של הכלורופלסט.

למלות יוצרים קישורים בין דיסקי הגרנה, המחברים את לומן הערימות השונות.

החלק הרגיש לאור בפוטוסינתזה מתרחש על קרום התילקואיד שבו כלורופיל סופג אנרגיית אור והופך אותה לאנרגיה כימית המשמשת את הצמח.

כלורופיל הוא קולטן קול פיגמנט שנמצא בכל הכלורופלסטים.

כאשר האור פוגע בעלה של הצמח או על פני האצות, הוא חודר לכלורופלסטים ומשקף את קרומי התילקואיד. מוכה האור, הכלורופיל בקרום פולט אלקטרונים שהכלורופלסט משתמש בהם לתגובות כימיות נוספות.

כלורופיל בצמחים ובאצות ירוקות הוא בעיקר הכלורופיל הירוק הנקרא כלורופיל a, הסוג הנפוץ ביותר. הוא סופג אור סגול-כחול ואדום-כתום-אדמדם תוך שהוא מחזיר אור ירוק, ומעניק לצמחים את שלהם צבע ירוק אופייני.

אַחֵר סוגי כלורופיל הם סוגים b עד e, הסופגים ומשקפים צבעים שונים.

כלורופיל מסוג b, למשל, נמצא באצות וסופג מעט אור ירוק בנוסף לאדום. ספיגת אור ירוק זו עשויה להיות תוצאה של התפתחות אורגניזמים בקרבת פני האוקיאנוס מכיוון שאור ירוק יכול לחדור רק מרחק קצר למים.

אור אדום יכול לנוע מתחת לפני השטח.

כלורופלסטים מייצרים פחמימות כגון גלוקוז וחלבונים מורכבים הנחוצים במקומות אחרים בתאי הצמח.

חומרים אלה צריכים להיות מסוגלים לצאת מהכלורופלסט ולתמוך בחילוף החומרים הכללי בתאים ובצמחים. יחד עם זאת, כלורופלסטים זקוקים לחומרים המיוצרים במקום אחר בתאים.

ממברנות הכלורופלסט מווסתות את תנועת המולקולות אל תוך הכלורופלסט ומחוצה לו בכך שהן מאפשרות למולקולות קטנות לעבור תוך שימוש. מנגנוני תחבורה מיוחדים למולקולות גדולות. הן הממברנות הפנימיות והן החיצוניות חדירות למחצה, ומאפשרות את ריכוך של מולקולות ויונים קטנים.

חומרים אלה חוצים את החלל הבין-ממברני וחודרים לקרומים החדירים-חדירים.

מולקולות גדולות כמו חלבונים מורכבים חסומות על ידי שני הממברנות. במקום זאת, עבור חומרים מורכבים כאלה קיימים מנגנוני תחבורה מיוחדים המאפשרים לחומרים ספציפיים לחצות את שני הממברנות בעוד שאחרים חסומים.

לקרום החיצוני קומפלקס חלבון טרנסלוקציה להובלת חומרים מסוימים על פני הממברנה, ולקרום הפנימי מתחם מקביל ודומה למעברים הספציפיים שלו.

מנגנוני הובלה סלקטיביים אלה חשובים במיוחד מכיוון שהקרום הפנימי מסנתז שומנים, חומצות שומן ו קרוטנואידים הנדרשים לחילוף החומרים של הכלורופלסט עצמו.

קרום התילקואיד הוא החלק של תילקואיד הפעיל בשלב הראשון של הפוטוסינתזה.

בצמחים, קרום התילקואיד בדרך כלל יוצר שקים סגורים ודקים או דיסקים הנערמים בגראנה ונשארים במקומם, מוקפים בנוזל הסטרומה.

סידור התילקואידים בערימות סליליות מאפשר אריזה הדוקה של התילקואידים ומבנה שטח פנים מורכב וגבוה של קרום התילקואיד.

עבור אורגניזמים פשוטים יותר, התילאקואידים עשויים להיות בעלי צורה לא סדירה ויכולים להיות צפים חופשיים. בשני המקרים, אור הפוגע בקרום התילאקואיד יוצר את תגובת האור באורגניזם.

האנרגיה הכימית שמשחררת כלורופיל משמשת לפיצול מולקולות מים למימן וחמצן. החמצן משמש את האורגניזם לנשימה או משוחרר לאטמוספירה בזמן שהמימן משמש ליצירת פחמימות.

הפחמן לתהליך זה מגיע מפחמן דו חמצני בתהליך שנקרא קיבוע פחמן.

התהליך של פוטוסינתזה מורכב משני חלקים: ה תגובות תלויות אור שמתחילים באור האינטראקציה עם כלורופיל ו תגובות חשוכות (aka תגובות עצמאיות לאור) המקבעים פחמן ומייצרים גלוקוז.

תגובות אור מתרחשות רק במהלך היום כאשר אנרגיית האור פוגעת בצמח ואילו תגובות כהות יכולות להתרחש בכל עת. תגובות האור מתחילות בקרום התילאקואי ואילו קיבוע הפחמן של התגובות הכהות מתרחש בסטרומה, הנוזל הדומה לג'לי המקיף את התילקואידים.

בנוסף לאירוח התגובות הכהות והתילאקואידים, הסטרומה מכילה את ה- DNA של הכלורופלסט והריבוזומים של הכלורופלסט.

כתוצאה מכך, לכלורופלסטים יש מקור אנרגיה משלהם והם יכולים להתרבות בעצמם, מבלי להסתמך על חלוקת תאים.

למד על אברוני תאים קשורים בתאים אוקריוטיים: קרום התא ו- דופן תא.

ניתן לייחס יכולת זו להתפתחות של תאים וחיידקים פשוטים. ציאנובקטריום בוודאי נכנס לתא מוקדם והורשה להישאר מכיוון שההסדר הפך למערך המועיל הדדית.

עם הזמן התפתח הציאנובקטריום לכלורופלסט אברון.

קיבוע פחמן בסטרומה הכלורופלסטית מתרחש לאחר פיצול המים למימן וחמצן במהלך תגובות האור.

הפרוטונים מאטומי המימן נשאבים לומן בתוך התילאקואידים, מה שהופך אותו לחומצי. בתגובות החשוכות של הפוטוסינתזה, הפרוטונים מתפזרים חזרה מהלומן לסטרומה באמצעות אנזים הנקרא ATP סינתזה.

דיפוזיה זו של פרוטונים באמצעות סינתזה של ATP מייצרת ATP, כימיקל לאחסון אנרגיה לתאים.

האנזים RuBisCO נמצא בסטרומה ומתקן פחמן מ- CO2 כדי לייצר מולקולות פחמימות בעלות שש פחמן שאינן יציבות.

כאשר המולקולות הלא יציבות מתפרקות, משתמשים ב- ATP להמיר אותן למולקולות סוכר פשוטות. ניתן לשלב את פחמימות הסוכר ליצירת מולקולות גדולות יותר כמו גלוקוז, פרוקטוז, סוכרוז ועמילן, אשר כולן יכולות לשמש במטבוליזם בתאים.

כאשר נוצרים פחמימות בסוף תהליך הפוטוסינתזה, כלורופלסטים של הצמח הוסרו פחמן מהאטמוספרה והשתמש בו בכדי ליצור מזון לצמח ובסופו של דבר לכל החיים האחרים דברים.

בנוסף ליצירת הבסיס לשרשרת המזון, פוטוסינתזה בצמחים מפחיתה את כמות הפחמן הדו חמצני גזי חממה באווירה. באופן זה, צמחים ואצות, באמצעות פוטוסינתזה בכלורופלסטים שלהם, מסייעים בהפחתת השפעות שינויי האקלים וההתחממות הגלובלית.