葉緑体は、捕獲する小さな植物の大国です 光エネルギー 植物の成長を促進するでんぷんと砂糖を生産します。
それらは内部にあります 植物細胞 植物の葉、緑藻、紅藻、シアノバクテリアに含まれます。 葉緑体は、植物が二酸化炭素、水、ミネラルなどの単純な無機物質から生命に必要な複雑な化学物質を生成することを可能にします。
食料生産として 独立栄養生物、植物はの基礎を形成します 食物連鎖、昆虫、魚、鳥、哺乳類など、人間に至るまでのすべての高レベルの消費者をサポートします。
細胞の葉緑体は、燃料を生産する小さな工場のようなものです。 このように、地球上の生命を可能にするのは、緑の植物細胞の葉緑体です。
葉緑体の中身–葉緑体構造
葉緑体は小さな植物細胞内の微細な鞘ですが、光エネルギーを取り込み、それを使用して分子レベルで炭水化物を組み立てることができる複雑な構造を持っています。
主な構造部品は次のとおりです。
- それらの間に膜間腔がある外層と内層。
- 内膜の内側は リボソーム そして チラコイド。
- 内膜には、 間質.
- ストロマ液には、葉緑体DNA、タンパク質、デンプンが含まれています。 それは光合成からの炭水化物の形成が起こる場所です。
葉緑体リボソームとチルカオイドの機能
ザ・ リボソーム 葉緑体に必要な酵素やその他の複雑な分子を製造するタンパク質とヌクレオチドのクラスターです。
それらはすべての生細胞全体に多数存在し、からの指示に従ってタンパク質などの複雑な細胞物質を生成します RNA遺伝暗号 分子。
ザ・ チラコイド ストロマに埋め込まれています。 植物では、それらは呼ばれるスタックに配置された閉じたディスクを形成します グラナ、グラナムと呼ばれる単一のスタックを使用します。 それらは、内腔を取り囲むチラコイド膜、タンパク質を含み、葉緑体の化学反応を促進する水性酸性物質で構成されています。
ラメラ グラナディスク間にリンクを形成し、異なるスタックの内腔を接続します。
光合成の感光性部分は、チラコイド膜で起こります。 クロロフィル 光エネルギーを吸収し、それを植物が使用する化学エネルギーに変換します。
クロロフィル：葉緑体エネルギーの源
クロロフィル は 光受容体 すべての葉緑体に見られる色素。
光が植物の葉や藻類の表面に当たると、葉緑体に浸透し、チラコイド膜で反射します。 光が当たると、膜のクロロフィルは、葉緑体がさらなる化学反応に使用する電子を放出します。
植物や緑藻に含まれるクロロフィルは、主にクロロフィルaと呼ばれる緑色のクロロフィルで、最も一般的なタイプです。 緑の光を反射しながら紫青と赤みがかったオレンジレッドの光を吸収し、植物に 特徴的な緑色.
その他 クロロフィルの種類 タイプbからeで、さまざまな色を吸収して反射します。
たとえば、クロロフィルタイプbは藻類に見られ、赤色に加えて緑色の光を吸収します。 この緑色光の吸収は、緑色光が水中にわずかな距離しか浸透できないため、海面近くで生物が進化した結果である可能性があります。
赤色光は水面下をさらに進む可能性があります。
葉緑体膜と膜間腔
葉緑体は、植物の細胞の他の場所で必要とされるブドウ糖や複雑なタンパク質などの炭水化物を生成します。
これらの材料は、葉緑体を出て、一般的な細胞や植物の代謝をサポートできる必要があります。 同時に、葉緑体は細胞の他の場所で生成された物質を必要とします。
葉緑体膜は、使用中に小分子が通過できるようにすることで、葉緑体に出入りする分子の動きを調節します 特別な輸送メカニズム 大きな分子の場合。 内膜と外膜の両方が半透膜であり、 拡散 小分子とイオンの。
これらの物質は膜間腔を通過し、半透膜に浸透します。
複雑なタンパク質などの大きな分子は、2つの膜によってブロックされます。 代わりに、そのような複雑な物質の場合、特定の物質が2つの膜を通過し、他の物質はブロックされるようにするための特別な輸送メカニズムが利用できます。
外膜には、膜を横切って特定の物質を輸送するための転座タンパク質複合体があり、内膜には、その特定の遷移に対応する同様の複合体があります。
内膜が脂質を合成するため、これらの選択的輸送メカニズムは特に重要です。 脂肪酸 そして カロテノイド 葉緑体自身の代謝に必要なものです。
チラコイドシステム
チラコイド膜は、光合成の最初の段階でアクティブなチラコイドの一部です。
植物では、チラコイド膜は一般に、閉じた薄い袋または円盤を形成し、それらはグラナに積み重ねられ、ストロマ液に囲まれて所定の位置に留まります。
らせん状のスタックにチラコイドを配置することにより、チラコイドの密な充填と、チラコイド膜の複雑で高表面積の構造が可能になります。
より単純な生物の場合、チラコイドは不規則な形状であり、浮遊する可能性があります。 いずれの場合も、チラコイド膜に当たる光は、生物の光反応を開始します。
クロロフィルによって放出される化学エネルギーは、水分子を水素と酸素に分解するために使用されます。 酸素は生物が呼吸に使用するか、水素が炭水化物の形成に使用されている間に大気に放出されます。
このプロセスの炭素は、次のプロセスで二酸化炭素に由来します。 炭素固定.
ストロマと葉緑体DNAの起源
のプロセス 光合成 2つの部分で構成されています： 光依存反応 それはクロロフィルと相互作用する光と 暗い反応 （別名 光に依存しない反応）炭素を固定し、ブドウ糖を生成します。
光反応は、光エネルギーが植物に当たる日中にのみ発生しますが、暗反応はいつでも発生する可能性があります。 明るい反応はチラコイド膜で始まり、暗い反応の炭素固定は、チラコイドを取り巻くゼリー状の液体であるストロマで起こります。
暗い反応とチラコイドをホストすることに加えて、ストロマは葉緑体DNAと葉緑体リボソームを含みます。
その結果、葉緑体は独自のエネルギー源を持ち、細胞分裂に依存することなく、独自に増殖することができます。
真核細胞の関連する細胞小器官について学ぶ：細胞膜と 細胞壁.
この能力は、単純な細胞やバクテリアの進化にまでさかのぼることができます。 シアノバクテリアは初期の細胞に入ったに違いなく、その配置が相互に有益なものになったので、とどまることが許されました。
やがて、シアノバクテリアは葉緑体に進化しました オルガネラ.
暗所での炭素固定反応
葉緑体ストロマの炭素固定は、光反応中に水が水素と酸素に分解された後に起こります。
水素原子からのプロトンはチラコイド内の内腔に送り込まれ、酸性になります。 光合成の暗い反応では、プロトンは内腔からストロマに拡散し、 ATP合成酵素.
ATPシンターゼを介したこのプロトン拡散は ATP、細胞用のエネルギー貯蔵化学物質。
酵素 RuBisCO ストロマに見られ、CO2から炭素を固定して、不安定な6炭素炭水化物分子を生成します。
不安定な分子が分解すると、ATPを使用してそれらを単純な糖分子に変換します。 糖質炭水化物を組み合わせて、グルコース、フルクトース、スクロース、デンプンなどのより大きな分子を形成することができます。これらはすべて、細胞代謝に使用できます。
光合成プロセスの最後に炭水化物が形成されると、植物の葉緑体は除去されます 大気からの炭素は、植物のために、そして最終的には他のすべての生活のために食物を作るためにそれを使用しました 物事。
食物連鎖の基礎を形成することに加えて、植物の光合成は二酸化炭素の量を減らします 温室効果ガス 雰囲気の中で。 このように、植物や藻類は、葉緑体での光合成を通じて、気候変動や地球温暖化の影響を軽減するのに役立ちます。