Cloroplast: definiție, structură și funcție (cu diagramă)

Cloroplastele sunt centrale minuscule care captează energia luminii pentru a produce amidonuri și zaharuri care alimentează creșterea plantelor.

Se găsesc în interior celulele vegetale în frunzele plantelor și în algele verzi și roșii precum și în cianobacterii. Cloroplastele permit plantelor să producă substanțele chimice complexe necesare vieții din substanțe simple, anorganice, cum ar fi dioxidul de carbon, apa și mineralele.

Ca producătoare de alimente autotrofe, plantele formează baza lant trofic, sprijinind toți consumatorii de nivel superior, precum insecte, pești, păsări și mamifere, până la oameni.

Cloroplastele celulare sunt ca niște mici fabrici care produc combustibil. În acest fel, cloroplastele din celulele vegetale verzi sunt cele care fac posibilă viața pe Pământ.

Deși cloroplastele sunt păstăi microscopice în interiorul celulelor mici ale plantelor, ele au o structură complexă care le permite să capteze energia luminii și să o utilizeze pentru a asambla carbohidrați la nivel molecular.

Componentele structurale majore sunt următoarele:

• Un strat exterior și interior cu un spațiu intermembranar între ele.
• În interiorul membranei interioare sunt ribozomi și tilacoizi.
• Membrana interioară conține un jeleu apos numit stroma.
• Lichidul stromatic conține ADN cloroplast, precum și proteine ​​și amidon. Aici are loc formarea glucidelor din fotosinteză.

ribozomi sunt grupuri de proteine ​​și nucleotide care produc enzime și alte molecule complexe solicitate de cloroplast.

Acestea sunt prezente în număr mare în toate celulele vii și produc substanțe celulare complexe, cum ar fi proteinele, conform instrucțiunilor din Cod genetic ARN molecule.

tilacoizi sunt încorporate în stromă. La plante formează discuri închise care sunt aranjate în stive numite grana, cu o singură stivă numită granum. Acestea sunt alcătuite dintr-o membrană tilacoidă care înconjoară lumenul, un material acid apos care conține proteine ​​și facilitează reacțiile chimice ale cloroplastului.

Lamele formează legături între discurile grana, conectând lumenul diferitelor stive.

Partea sensibilă la lumină a fotosintezei are loc pe membrana tilacoidă unde clorofilă absoarbe energia luminii și o transformă în energie chimică utilizată de plantă.

Clorofilă este un fotoreceptor pigment găsit în toate cloroplastele.

Când lumina lovește frunza unei plante sau suprafața algelor, aceasta pătrunde în cloroplaste și se reflectă pe membranele tilacoide. Luptată de lumină, clorofila din membrană degajă electroni pe care cloroplastul îi folosește pentru reacții chimice suplimentare.

Clorofila din plante și algele verzi este în principal clorofila verde numită clorofilă a, cel mai frecvent tip. Absoarbe lumina albastru-violet și roșu-portocaliu-roșu în timp ce reflectă lumina verde, oferind plantelor lor culoare verde caracteristică.

Alte tipuri de clorofilă sunt tipuri de la b la e, care absorb și reflectă diferite culori.

Clorofila de tip b, de exemplu, se găsește în alge și absoarbe puțină lumină verde pe lângă roșu. Această absorbție a luminii verzi poate fi rezultatul unor organisme care evoluează în apropierea suprafeței oceanului, deoarece lumina verde poate pătrunde doar la mică distanță în apă.

Lumina roșie se poate deplasa mai departe sub suprafață.

Cloroplastele produc carbohidrați, cum ar fi glucoza și proteinele complexe, care sunt necesare în alte părți ale celulelor plantei.

Aceste materiale trebuie să poată ieși din cloroplast și să susțină metabolismul general al celulelor și plantelor. În același timp, cloroplastele au nevoie de substanțe produse în altă parte în celule.

Membranele cloroplastice reglează mișcarea moleculelor în și din cloroplast permițând moleculelor mici să treacă în timpul utilizării mecanisme speciale de transport pentru molecule mari. Atât membranele interioare, cât și cele externe sunt semipermeabile, permițând astfel difuzie de molecule mici și ioni.

Aceste substanțe traversează spațiul intermembranar și pătrund în membranele semipermeabile.

Moleculele mari, cum ar fi proteinele complexe, sunt blocate de cele două membrane. În schimb, pentru astfel de substanțe complexe, sunt disponibile mecanisme speciale de transport pentru a permite substanțelor specifice să traverseze cele două membrane în timp ce altele sunt blocate.

Membrana exterioară are un complex proteic de translocație pentru a transporta anumite materiale prin membrană, iar membrana interioară are un complex corespunzător și similar pentru tranzițiile sale specifice.

Aceste mecanisme de transport selectiv sunt deosebit de importante deoarece membrana interioară sintetizează lipide, acizi grași și carotenoizi care sunt necesare pentru metabolismul propriu al cloroplastului.

Membrana tilacoidă este partea din tilacoid care este activă în prima etapă a fotosintezei.

La plante, membrana tilacoidă formează în general saci sau discuri închise, subțiri, care sunt stivuite în grana și rămân la locul lor, înconjurate de fluidul stromatic.

Dispunerea tilacoidelor în stive elicoidale permite o împachetare strânsă a tilacoidelor și o structură complexă, cu suprafață ridicată a membranei tilacoide.

Pentru organismele mai simple, tilacoidele pot avea o formă neregulată și pot fi plutitoare. În fiecare caz, lumina care lovește membrana tilacoidă inițiază reacția luminii în organism.

Energia chimică eliberată de clorofilă este utilizată pentru a împărți moleculele de apă în hidrogen și oxigen. Oxigenul este folosit de organism pentru respirație sau este eliberat în atmosferă în timp ce hidrogenul este utilizat în formarea carbohidraților.

Carbonul pentru acest proces provine din dioxidul de carbon într-un proces numit fixarea carbonului.

Procesul de fotosinteză este alcătuit din două părți: reacții dependente de lumină care încep cu lumina care interacționează cu clorofila și reacții întunecate (aka reacții independente de lumină) care fixează carbonul și produc glucoză.

Reacțiile la lumină au loc numai în timpul zilei, când energia luminii lovește planta, în timp ce reacțiile întunecate pot avea loc în orice moment. Reacțiile de lumină încep în membrana tilacoidă, în timp ce fixarea cu carbon a reacțiilor întunecate are loc în stromă, lichidul de tip jeleu care înconjoară tilacoidele.

Pe lângă găzduirea reacțiilor întunecate și tilacoidelor, stroma conține ADN-ul cloroplastului și ribozomii cloroplastului.

Ca urmare, cloroplastii au propria sursă de energie și se pot înmulți singuri, fără a se baza pe diviziunea celulară.

Aflați despre organele celulare conexe din celulele eucariote: membrana celulară și perete celular.

Această capacitate poate fi urmărită până la evoluția celulelor și bacteriilor simple. O cianobacterie trebuie să fi intrat într-o celulă timpurie și i s-a permis să rămână, deoarece aranjamentul a devenit unul reciproc benefic.

În timp, cianobacteria a evoluat în cloroplast organet.

Fixarea carbonului în stroma cloroplastului are loc după divizarea apei în hidrogen și oxigen în timpul reacțiilor luminoase.

Protonii din atomii de hidrogen sunt pompați în lumenul din interiorul tilacoidelor, făcându-l acid. În reacțiile întunecate ale fotosintezei, protonii difuzează înapoi din lumen în stroma printr-o enzimă numită ATP sintază.

Această difuzie de protoni prin ATP sintază produce ATP, un produs chimic pentru stocarea energiei pentru celule.

Enzima RuBisCO se găsește în stromă și fixează carbonul din CO2 pentru a produce molecule de carbohidrați cu șase carbon care sunt instabile.

Când moleculele instabile se descompun, ATP este utilizat pentru a le converti în molecule simple de zahăr. Carbohidrații din zahăr pot fi combinați pentru a forma molecule mai mari, cum ar fi glucoza, fructoza, zaharoza și amidonul, toate acestea putând fi utilizate în metabolismul celular.

Când se formează carbohidrați la sfârșitul procesului de fotosinteză, cloroplastele plantei s-au îndepărtat carbon din atmosferă și l-a folosit pentru a crea hrană pentru plantă și, în cele din urmă, pentru toți ceilalți lucruri.

Pe lângă formarea bazei lanțului alimentar, fotosinteza la plante reduce cantitatea de dioxid de carbon gaze cu efect de seră în atmosferă. În acest fel, plantele și algele, prin fotosinteză în cloroplastele lor, contribuie la reducerea efectelor schimbărilor climatice și ale încălzirii globale.