Hloroplasti ir niecīgas augu spēkstacijas, kas uztver gaismas enerģija ražot cietes un cukurus, kas veicina augu augšanu.
Tie ir atrodami iekšā augu šūnas augu lapās un zaļajās un sarkanajās aļģēs, kā arī zilaļģēs. Hloroplasti ļauj augiem no vienkāršām, neorganiskām vielām, piemēram, oglekļa dioksīda, ūdens un minerālvielām, ražot dzīvībai nepieciešamās sarežģītās ķīmiskās vielas.
Kā pārtikas ražošanas uzņēmums autotrofi, augi ir pamats barības ķēde, atbalstot visus augstāka līmeņa patērētājus, piemēram, kukaiņus, zivis, putnus un zīdītājus līdz pat cilvēkiem.
Šūnu hloroplasti ir kā mazas rūpnīcas, kas ražo degvielu. Tādā veidā zaļo augu šūnu hloroplasti padara dzīvību uz Zemes iespējamu.
Kas ir hloroplasta iekšpusē - hloroplasta struktūra
Kaut arī hloroplasti ir mikroskopiskas pākstis mazu augu šūnu iekšienē, tām ir sarežģīta struktūra, kas ļauj uztvert gaismas enerģiju un izmantot to ogļhidrātu savākšanai molekulārā līmenī.
Galvenās strukturālās sastāvdaļas ir šādas:
- Ārējais un iekšējais slānis ar starpmembrānu atstarpi starp tiem.
- Iekšējās membrānas iekšpusē ir ribosomas un tilakoīdi.
- Iekšējā membrāna satur ūdens želeju, ko sauc par stroma.
- Stromas šķidrums satur hloroplastu DNS, kā arī olbaltumvielas un cietes. Tajā notiek ogļhidrātu veidošanās no fotosintēzes.
Hloroplastu ribosomu un tilkaīdu funkcija
The ribosomas ir olbaltumvielu un nukleotīdu kopas, kas ražo fermentus un citas sarežģītas molekulas, kas nepieciešamas hloroplastam.
Tie lielā skaitā atrodas visās dzīvajās šūnās un saskaņā ar instrukcijām ražo sarežģītas šūnu vielas, piemēram, olbaltumvielas RNS ģenētiskais kods molekulas.
The tilakoīdi ir iestrādātas stromā. Augos tie veido slēgtus diskus, kas ir sakārtoti kaudzēs, ko sauc grana, ar vienu kaudzi, ko sauc par granumu. Tie sastāv no tilakoīda membrānas, kas ieskauj lūmenu, skābā ūdens materiālā, kas satur olbaltumvielas un atvieglo hloroplasta ķīmiskās reakcijas.
Lamellae veido saites starp grana diskiem, savienojot dažādu kaudzīšu lūmenu.
Gaismas jutīgā fotosintēzes daļa notiek uz tilakoīda membrānas, kur hlorofils absorbē gaismas enerģiju un pārvērš to par ķīmisko enerģiju, ko iekārta izmanto.
Hlorofils: hloroplastu enerģijas avots
Hlorofils ir fotoreceptors pigments, kas atrodams visos hloroplastos.
Kad gaisma skar auga lapu vai aļģu virsmu, tā iekļūst hloroplastos un atstaro no tilakoīda membrānām. Gaismas pārņemts hlorofils membrānā izdala elektronus, kurus hloroplasts izmanto turpmākajām ķīmiskām reakcijām.
Hlorofils augos un zaļajās aļģēs galvenokārt ir zaļais hlorofils, ko sauc par hlorofilu a, kas ir visizplatītākais veids. Tas absorbē violeti zilo un sarkanīgi oranžsarkano gaismu, vienlaikus atstarojot zaļo gaismu, dodot augiem to raksturīga zaļa krāsa.
Cits hlorofila veidi ir b līdz e tips, kas absorbē un atspoguļo dažādas krāsas.
Piemēram, b tipa hlorofils ir sastopams aļģēs un papildus sarkanai absorbē nedaudz zaļās gaismas. Šī zaļās gaismas absorbcija var būt organismu attīstība okeāna virsmas tuvumā, jo zaļā gaisma ūdenī var iekļūt tikai nelielu attālumu.
Sarkanā gaisma var virzīties tālāk zem virsmas.
Hloroplastu membrānas un starpmembrānu telpa
Hloroplasti ražo ogļhidrātus, piemēram, glikozi un sarežģītus proteīnus, kas nepieciešami citur augu šūnās.
Šiem materiāliem jāspēj iziet no hloroplasta un atbalstīt šūnu un augu vispārējo metabolismu. Tajā pašā laikā hloroplastiem ir nepieciešamas vielas, kas ražotas citur šūnās.
Hloroplasta membrānas regulē molekulu kustību hloroplastā un no tā, ļaujot mazajām molekulām iziet, vienlaikus izmantojot īpaši transporta mehānismi lielām molekulām. Gan iekšējā, gan ārējā membrāna ir daļēji caurlaidīga, ļaujot difūzija mazu molekulu un jonu.
Šīs vielas šķērso starpmembrānas telpu un iekļūst daļēji caurlaidīgajās membrānās.
Abas membrānas bloķē lielas molekulas, piemēram, sarežģītus proteīnus. Tā vietā šādām sarežģītām vielām ir pieejami īpaši transporta mehānismi, kas ļauj konkrētām vielām šķērsot abas membrānas, kamēr citas ir bloķētas.
Ārējai membrānai ir translokācijas olbaltumvielu komplekss, lai transportētu noteiktus materiālus pa membrānu, un iekšējai membrānai ir atbilstošs un līdzīgs komplekss tās specifiskajām pārejām.
Šie selektīvie transporta mehānismi ir īpaši svarīgi, jo iekšējā membrāna sintezē lipīdus, taukskābes un karotinoīdi kas nepieciešami paša hloroplasta metabolismam.
Tilakoīdu sistēma
Tilakoīda membrāna ir tilakoīda daļa, kas ir aktīva fotosintēzes pirmajā posmā.
Augos tilakoīda membrāna parasti veido slēgtus, plānus maisus vai diskus, kas sakrauti granā un paliek vietā, ko ieskauj stromas šķidrums.
Tilakoidu izvietojums spirālveida kaudzēs ļauj stingri tilakoidus sapakot un tilakoīdu membrānas sarežģītu, lielu virsmas struktūru.
Vienkāršākiem organismiem tilakoīdi var būt neregulāras formas un brīvi peldoši. Katrā gadījumā gaisma, kas satriec tilakoidu membrānu, organismā sāk gaismas reakciju.
Ķīmisko enerģiju, ko atbrīvo hlorofils, izmanto, lai sadalītu ūdens molekulas ūdeņradī un skābeklī. Skābekli organisms izmanto elpošanai vai izlaiž atmosfērā, savukārt ūdeņradi izmanto ogļhidrātu veidošanā.
Ogleklis šim procesam rodas no oglekļa dioksīda procesā, ko sauc oglekļa fiksācija.
Stroma un hloroplastu DNS izcelsme
Process fotosintēze sastāv no divām daļām: no gaismas atkarīgas reakcijas kas sākas ar gaismas mijiedarbību ar hlorofilu un tumšas reakcijas (aka no gaismas neatkarīgas reakcijas), kas fiksē oglekli un ražo glikozi.
Gaismas reakcijas notiek tikai dienā, kad gaismas enerģija skar augu, savukārt tumšās reakcijas var notikt jebkurā laikā. Gaismas reakcijas sākas tilakoīda membrānā, savukārt tumšo reakciju oglekļa fiksācija notiek stromā - želejas veida šķidrumā, kas ieskauj tilakoīdus.
Papildus tumšo reakciju un tilakoīdu uzņemšanai stroma satur hloroplastu DNS un hloroplastu ribosomas.
Tā rezultātā hloroplastiem ir savs enerģijas avots, un tie var paši vairoties, nepaļaujoties uz šūnu dalīšanos.
Uzziniet par radniecīgajiem šūnu organoīdiem eikariotu šūnās: šūnu membrānu un šūnapvalki.
Šī spēja meklējama vienkāršu šūnu un baktēriju attīstībā. Zilaļģu baktērijai noteikti jāieiet agrīnā šūnā, un tai bija atļauts palikt, jo izkārtojums kļuva par abpusēji izdevīgu.
Ar laiku cianobaktērija pārtapa hloroplastā organelle.
Oglekļa fiksēšana tumšās reakcijās
Oglekļa fiksācija hloroplastu stromā notiek pēc tam, kad gaismas reakciju laikā ūdens tiek sadalīts ūdeņradī un skābeklī.
Ūdeņraža atomu protoni tiek iesūknēti tilakoīdu iekšpusē, padarot to skābu. Tumšajās fotosintēzes reakcijās protoni difūzē no lūmena stromā caur fermentu, ko sauc ATP sintāze.
Šī protonu difūzija caur ATP sintāzi rada ATP, enerģijas uzglabāšanas ķīmiska viela šūnām.
Ferments RuBisCO ir atrodams stromā un fiksē oglekli no CO2, lai iegūtu sešu oglekļa ogļhidrātu molekulas, kas ir nestabilas.
Kad nestabilas molekulas sadalās, ATP tiek izmantots, lai tās pārveidotu par vienkāršām cukura molekulām. Cukura ogļhidrātus var apvienot, veidojot lielākas molekulas, piemēram, glikozi, fruktozi, saharozi un cieti, kuras visas var izmantot šūnu metabolismā.
Kad fotosintēzes procesa beigās veidojas ogļhidrāti, auga hloroplasti ir atdalīti oglekli no atmosfēras un izmantoja to, lai radītu barību augam un, visbeidzot, visai pārējai dzīvošanai lietas.
Fotosintēze augos papildus barības ķēdes veidošanai samazina oglekļa dioksīda daudzumu siltumnīcefekta gāze atmosfērā. Tādā veidā augi un aļģes, izmantojot hloroplastu fotosintēzi, palīdz mazināt klimata pārmaiņu un globālās sasilšanas sekas.