Chloroplast: definicja, struktura i funkcja (z diagramem)

Chloroplasty to małe elektrownie, które wychwytują energia świetlna do produkcji skrobi i cukrów, które napędzają wzrost roślin.

Znajdują się w środku komórki roślinne w liściach roślin oraz w algach zielonych i czerwonych, a także w sinicach. Chloroplasty pozwalają roślinom wytwarzać złożone chemikalia niezbędne do życia z prostych, nieorganicznych substancji, takich jak dwutlenek węgla, woda i minerały.

Jako produkujący żywność autotrofyrośliny stanowią podstawę łańcuch pokarmowy, wspierając wszystkich konsumentów wyższego rzędu, takich jak owady, ryby, ptaki i ssaki, aż po ludzi.

Chloroplasty komórkowe są jak małe fabryki produkujące paliwo. W ten sposób to chloroplasty w zielonych komórkach roślinnych umożliwiają życie na Ziemi.

Chociaż chloroplasty to mikroskopijne strąki wewnątrz maleńkich komórek roślinnych, mają złożoną strukturę, która pozwala im wychwytywać energię świetlną i wykorzystywać ją do gromadzenia węglowodanów na poziomie molekularnym.

Główne elementy konstrukcyjne to:

• Warstwy zewnętrzne i wewnętrzne z przestrzenią międzybłonową między nimi.
• Wewnątrz wewnętrznej membrany znajdują się rybosomy i tylakoidy.
• Wewnętrzna membrana zawiera wodnistą galaretkę zwaną stroma.
• Płyn zrębowy zawiera DNA chloroplastów oraz białka i skrobie. To tam ma miejsce powstawanie węglowodanów z fotosyntezy.

rybosomy to skupiska białek i nukleotydów, które wytwarzają enzymy i inne złożone cząsteczki wymagane przez chloroplast.

Są one obecne w dużych ilościach we wszystkich żywych komórkach i wytwarzają złożone substancje komórkowe, takie jak białka, zgodnie z instrukcjami z Kod genetyczny RNA molekuły.

tylakoidy są osadzone w zrębie. W roślinach tworzą zamknięte krążki, które układają się w stosy zwane grana, z pojedynczym stosem zwanym granum. Zbudowane są z tylakoidowej błony otaczającej światło, wodnego, kwaśnego materiału zawierającego białka i ułatwiającego reakcje chemiczne chloroplastu.

Lamele tworzą połączenia między krążkami grana, łącząc światła różnych stosów.

Światłoczuła część fotosyntezy zachodzi na błonie tylakoidów, gdzie chlorofil pochłania energię świetlną i zamienia ją w energię chemiczną wykorzystywaną przez roślinę.

Chlorofil jest fotoreceptor pigment znajdujący się we wszystkich chloroplastach.

Gdy światło pada na liść rośliny lub powierzchnię glonów, przenika ono do chloroplastów i odbija się od błon tylakoidowych. Uderzony światłem chlorofil w membranie wydziela elektrony, które chloroplast wykorzystuje do dalszych reakcji chemicznych.

Chlorofil w roślinach i zielonych algach to głównie zielony chlorofil zwany chlorofilem a, najbardziej rozpowszechniony. Pochłania światło fioletowo-niebieskie i czerwonawo pomarańczowo-czerwone, jednocześnie odbijając światło zielone, nadając roślinom ich charakterystyczny zielony kolor.

Inny rodzaje chlorofilu to typy od b do e, które pochłaniają i odbijają różne kolory.

Na przykład chlorofil typu b występuje w algach i oprócz czerwonego pochłania trochę zielonego światła. Ta absorpcja zielonego światła może być wynikiem ewolucji organizmów w pobliżu powierzchni oceanu, ponieważ zielone światło może przenikać do wody tylko na niewielką odległość.

Czerwone światło może podróżować głębiej pod powierzchnią.

Chloroplasty wytwarzają węglowodany, takie jak glukoza i złożone białka, które są potrzebne w innych komórkach rośliny.

Materiały te muszą być w stanie opuścić chloroplast i wspierać ogólny metabolizm komórkowy i roślinny. Jednocześnie chloroplasty potrzebują substancji wytwarzanych w innych miejscach w komórkach.

Membrany chloroplastowe regulują ruch cząsteczek do i z chloroplastu, umożliwiając przechodzenie małych cząsteczek podczas używania specjalne mechanizmy transportowe dla dużych cząsteczek. Zarówno membrana wewnętrzna, jak i zewnętrzna są półprzepuszczalne, co pozwala na dyfuzja małych cząsteczek i jonów.

Substancje te przechodzą przez przestrzeń międzybłonową i przenikają przez błony półprzepuszczalne.

Duże cząsteczki, takie jak złożone białka, są blokowane przez dwie błony. Zamiast tego w przypadku tak złożonych substancji dostępne są specjalne mechanizmy transportowe, które umożliwiają określonym substancjom przechodzenie przez dwie błony, podczas gdy inne są blokowane.

Błona zewnętrzna ma kompleks białka translokacyjnego do transportu pewnych materiałów przez błonę, a błona wewnętrzna ma odpowiedni i podobny kompleks do specyficznych przejść.

Te selektywne mechanizmy transportu są szczególnie ważne, ponieważ błona wewnętrzna syntetyzuje lipidy, Kwasy tłuszczowe i karotenoidy które są wymagane do własnego metabolizmu chloroplastu.

Błona tylakoidów jest częścią tylakoidów, która jest aktywna w pierwszym etapie fotosyntezy.

U roślin błona tylakoidów zazwyczaj tworzy zamknięte, cienkie worki lub dyski, które są ułożone w granę i pozostają na miejscu, otoczone płynem zrębowym.

Ułożenie tylakoidów w stosy śrubowe umożliwia ciasne upakowanie tylakoidów i złożoną strukturę błony tylakoidów o dużej powierzchni.

W przypadku prostszych organizmów tylakoidy mogą mieć nieregularny kształt i mogą swobodnie pływać. W każdym przypadku światło padające na błonę tylakoidów inicjuje reakcję świetlną w organizmie.

Energia chemiczna uwalniana przez chlorofil jest wykorzystywana do rozbijania cząsteczek wody na wodór i tlen. Tlen jest wykorzystywany przez organizm do oddychania lub jest uwalniany do atmosfery, natomiast wodór jest wykorzystywany do tworzenia węglowodanów.

Węgiel do tego procesu pochodzi z dwutlenku węgla w procesie zwanym Mocowanie węglowe.

Proces fotosynteza składa się z dwóch części: reakcje zależne od światła które zaczynają się od interakcji światła z chlorofilem i ciemne reakcje (znany jako reakcje niezależne od światła), które wiążą węgiel i wytwarzają glukozę.

Reakcje świetlne mają miejsce tylko w ciągu dnia, kiedy energia świetlna uderza w roślinę, podczas gdy reakcje ciemne mogą zachodzić w dowolnym momencie. Reakcje jasne rozpoczynają się w błonie tylakoidów, podczas gdy wiązanie węgla w reakcjach ciemnych ma miejsce w zrębie, galaretowatej cieczy otaczającej tylakoidy.

Oprócz prowadzenia ciemnych reakcji i tylakoidów, zrąb zawiera DNA chloroplastów i rybosomy chloroplastów.

W rezultacie chloroplasty mają własne źródło energii i mogą się rozmnażać samodzielnie, nie polegając na podziale komórek.

Dowiedz się o pokrewnych organellach komórkowych w komórkach eukariotycznych: błonie komórkowej i Ściana komórkowa.

Zdolność tę można przypisać ewolucji prostych komórek i bakterii. Sinica musiała wejść we wczesną komórkę i mogła pozostać, ponieważ układ stał się korzystny dla obu stron.

Z czasem sinica przekształciła się w chloroplast organelle.

Wiązanie węgla w zrębie chloroplastów następuje po rozbiciu wody na wodór i tlen podczas reakcji światła.

Protony z atomów wodoru są pompowane do światła wewnątrz tylakoidów, czyniąc je kwaśnym. W ciemnych reakcjach fotosyntezy protony dyfundują z powrotem ze światła do zrębu za pośrednictwem enzymu zwanego Syntaza ATP.

Ta dyfuzja protonów przez syntazę ATP wytwarza ATP, substancja chemiczna magazynująca energię w komórkach.

Enzym RuBisCO znajduje się w zrębie i wiąże węgiel z CO2 w celu wytworzenia sześciowęglowych cząsteczek węglowodanów, które są niestabilne.

Kiedy niestabilne cząsteczki rozpadają się, ATP jest używany do przekształcenia ich w proste cząsteczki cukru. Węglowodany cukrowe można łączyć w większe cząsteczki, takie jak glukoza, fruktoza, sacharoza i skrobia, z których wszystkie można wykorzystać w metabolizmie komórkowym.

Kiedy pod koniec procesu fotosyntezy tworzą się węglowodany, chloroplasty rośliny są usuwane węgiel z atmosfery i wykorzystał go do stworzenia pożywienia dla rośliny, a ostatecznie dla wszystkich innych żywych rzeczy.

Oprócz tego, że stanowi podstawę łańcucha pokarmowego, fotosynteza w roślinach zmniejsza ilość dwutlenku węgla gaz cieplarniany w atmosferze. W ten sposób rośliny i glony, poprzez fotosyntezę w swoich chloroplastach, pomagają zmniejszyć skutki zmian klimatycznych i globalnego ocieplenia.