Chloroplastas: apibrėžimas, struktūra ir funkcijos (su diagrama)

Chloroplastai yra mažos augalų jėgainės, kurios užfiksuoja šviesos energija gaminti krakmolus ir cukrus, kurie skatina augalų augimą.

Jie randami viduje augalų ląstelės augalų lapuose ir žaliuose bei raudonuose dumbliuose, taip pat cianobakterijose. Chloroplastai leidžia augalams iš paprastų, neorganinių medžiagų, tokių kaip anglies dioksidas, vanduo ir mineralai, gaminti sudėtingus chemikalus, reikalingus gyvybei.

Kaip maisto gamybos autotrofai, augalai yra pagrindas mitybos grandinė, remianti visus aukštesnio lygio vartotojus, tokius kaip vabzdžiai, žuvys, paukščiai ir žinduoliai iki pat žmonių.

Ląstelių chloroplastai yra tarsi mažos gamyklos, gaminančios kurą. Tokiu būdu gyvųjų Žemėje gyvybę suteikia žaliųjų augalų ląstelių chloroplastai.

Nors chloroplastai yra mikroskopinės ankštys mažų augalų ląstelių viduje, jos turi sudėtingą struktūrą, leidžiančią užfiksuoti šviesos energiją ir panaudoti ją angliavandeniams kaupti molekuliniu lygiu.

Pagrindiniai struktūriniai komponentai yra šie:

• Išorinis ir vidinis sluoksniai, tarp kurių yra tarpmembraninė erdvė.
• Vidinės membranos viduje yra ribosomos ir tilakoidai.
• Vidinėje membranoje yra vandeninė želė, vadinama stroma.
• Stromos skystyje yra chloroplasto DNR, taip pat baltymų ir krakmolo. Čia vyksta angliavandenių susidarymas iš fotosintezės.

ribosomos yra baltymų ir nukleotidų sankaupos, gaminančios fermentus ir kitas sudėtingas molekules, reikalingas chloroplastui.

Jų yra daug visose gyvose ląstelėse ir pagal instrukcijas gaminamos sudėtingos ląstelių medžiagos, tokios kaip baltymai RNR genetinis kodas molekulės.

tilakoidai yra įterptos į stromos. Augaluose jie formuoja uždarus diskus, kurie yra išdėstyti į vadinamus kaminus grana, su vienu kaminu, vadinamu granumu. Juos sudaro tilakoidinė membrana, supanti spindį, vandeninė rūgštinė medžiaga, turinti baltymų ir palengvinanti chloroplasto chemines reakcijas.

Lamelės suformuokite ryšius tarp „grana“ diskų, sujungdami skirtingų kaminų liumeną.

Šviesai jautri fotosintezės dalis vyksta ant tilakoidinės membranos, kur chlorofilas sugeria šviesos energiją ir paverčia ją chemine energija, kurią naudoja augalas.

Chlorofilas yra fotoreceptorius pigmentas, esantis visuose chloroplastuose.

Šviesai pataikius į augalo lapą ar dumblių paviršių, ji prasiskverbia į chloroplastus ir atspindi tilakoidines membranas. Šviesos paveiktas chlorofilas membranoje išskiria elektronus, kuriuos chloroplastas naudoja tolesnėms cheminėms reakcijoms.

Augalų ir žaliųjų dumblių chlorofilas daugiausia yra žalias chlorofilas, vadinamas chlorofilu a, labiausiai paplitęs tipas. Jis sugeria violetinę-mėlyną ir rausvai oranžinę-raudoną šviesas, tuo pačiu atspindėdamas žalią šviesą, suteikdamas augalams jų būdinga žalia spalva.

Kita chlorofilo rūšys yra b – e tipai, kurie sugeria ir atspindi skirtingas spalvas.

Pavyzdžiui, b tipo chlorofilas yra dumbliuose ir, be raudonos spalvos, sugeria šiek tiek žalios šviesos. Ši žaliosios šviesos absorbcija gali būti organizmų, išsivysčiusių netoli vandenyno paviršiaus, rezultatas, nes žalia šviesa gali prasiskverbti į vandenį tik nedideliu atstumu.

Raudona šviesa gali sklisti toliau po paviršiumi.

Chloroplastai gamina angliavandenius, tokius kaip gliukozė, ir kompleksinius baltymus, kurie reikalingi kitur augalo ląstelėse.

Šios medžiagos turi turėti galimybę išeiti iš chloroplasto ir palaikyti bendrą ląstelių ir augalų metabolizmą. Tuo pačiu metu chloroplastams reikia medžiagų, gaminamų kitur ląstelėse.

Chloroplasto membranos reguliuoja molekulių judėjimą į chloroplastą ir iš jo, leisdamos mažoms molekulėms praeiti specialūs transporto mechanizmai didelėms molekulėms. Tiek vidinė, tiek išorinė membranos yra pusiau laidžios, leidžiančios difuzija mažų molekulių ir jonų.

Šios medžiagos kerta tarpmembraninę erdvę ir prasiskverbia į pusiau laidžias membranas.

Didelės molekulės, tokios kaip sudėtingi baltymai, blokuojamos dvi membranos. Vietoj to, tokioms sudėtingoms medžiagoms yra specialūs transportavimo mechanizmai, leidžiantys specifinėms medžiagoms kirsti abi membranas, o kitos yra užblokuotos.

Išorinė membrana turi translokacinį baltymų kompleksą tam tikroms medžiagoms pernešti per membraną, o vidinė membrana turi atitinkamą ir panašų kompleksą savo specifiniams perėjimams.

Šie selektyvūs transporto mechanizmai yra ypač svarbūs, nes vidinė membrana sintetina lipidus, riebalų rūgštys ir karotinoidai kurių reikia pačiam chloroplasto metabolizmui.

Tilakoidinė membrana yra tilakoido dalis, kuri aktyvi pirmajame fotosintezės etape.

Augaluose tilakoidinė membrana paprastai sudaro uždarus, plonus maišus ar diskus, kurie sukraunami į graną ir lieka vietoje, apsupti stromos skysčio.

Tilakoidų išsidėstymas sraigtinėse krūvelėse leidžia sandariai supakuoti tilakoidus ir sudaryti sudėtingą, didelio paviršiaus tilakoidinės membranos struktūrą.

Paprastesniems organizmams tilakoidai gali būti netaisyklingos formos ir laisvai plaukiojantys. Kiekvienu atveju šviesa, smogianti tilakoidinei membranai, pradeda šviesos reakciją organizme.

Cheminė energija, kurią išskiria chlorofilas, naudojama vandens molekulėms padalyti į vandenilį ir deguonį. Deguonis organizmas naudoja kvėpavimui arba išleidžiamas į atmosferą, o vandenilis naudojamas angliavandeniams susidaryti.

Anglis šiam procesui gaunama iš anglies dioksido vadinamajame procese anglies fiksavimas.

Procesas fotosintezė yra sudarytas iš dviejų dalių: nuo šviesos priklausomos reakcijos kurie prasideda šviesa sąveikaujant su chlorofilu ir tamsios reakcijos (dar žinomas kaip nuo šviesos nepriklausomos reakcijos), kurie fiksuoja anglį ir gamina gliukozę.

Šviesos reakcijos vyksta tik dieną, kai šviesos energija smogia augalui, o tamsios reakcijos gali vykti bet kuriuo metu. Šviesos reakcijos prasideda tilakoidinėje membranoje, o tamsių reakcijų anglies fiksavimas vyksta stromoje - į želė panašų skystį, supantį tilakoidus.

Stromoje yra ne tik tamsių reakcijų ir tilakoidų, bet ir chloroplastų DNR ir chloroplastų ribosomos.

Todėl chloroplastai turi savo energijos šaltinį ir gali patys daugintis, nepasikliaudami ląstelių dalijimusi.

Sužinokite apie susijusius ląstelių organelius eukariotinėse ląstelėse: ląstelių membraną ir ląstelių sienelės.

Šį sugebėjimą galima susieti su paprastų ląstelių ir bakterijų evoliucija. Cianobakterija turi patekti į ankstyvą ląstelę ir jai buvo leista pasilikti, nes susitarimas tapo abipusiai naudingu.

Laikui bėgant cianobakterija išsivystė į chloroplastą organelė.

Anglies fiksavimas chloroplastų stromoje vyksta vandeniui skaidantis į vandenilį ir deguonį šviesos reakcijų metu.

Vandenilio atomų protonai pumpuojami į tilakoidų viduje esantį spindį, todėl jis tampa rūgštus. Tamsiose fotosintezės reakcijose protonai difuzija atgal iš spindžio į stromos per fermentą, vadinamą ATP sintazė.

Ši protonų difuzija per ATP sintazę gamina ATP, ląstelių energijos kaupimo chemikalas.

Fermentas RuBisCO yra stromoje ir suriša anglį iš CO2, kad gautų šešių anglies angliavandenių molekules, kurios yra nestabilios.

Kai nestabilios molekulės suyra, ATP naudojamas jas paversti paprastomis cukraus molekulėmis. Iš cukraus angliavandenių galima sujungti didesnes molekules, tokias kaip gliukozė, fruktozė, sacharozė ir krakmolas, kurias visas galima panaudoti ląstelių apykaitai.

Kai fotosintezės proceso pabaigoje susidaro angliavandeniai, augalo chloroplastai pašalinami anglies iš atmosferos ir naudojo ją kurdamas maistą augalui, o galiausiai ir visiems kitiems gyviesiems daiktus.

Augalų fotosintezė ne tik sudaro maisto grandinės pagrindą, bet ir sumažina anglies dioksido kiekį šiltnamio dujos atmosferoje. Tokiu būdu augalai ir dumbliai, naudojant fotosintezę jų chloroplastuose, padeda sumažinti klimato pokyčių ir visuotinio atšilimo padarinius.