Хлоропласты - это крошечные электростанции, способные улавливать Световая энергия для производства крахмала и сахаров, питающих рост растений.
Они находятся внутри клетки растений в листьях растений, в зеленых и красных водорослях, а также в цианобактериях. Хлоропласты позволяют растениям производить сложные химические вещества, необходимые для жизни, из простых неорганических веществ, таких как углекислый газ, вода и минералы.
Как пищевые продукты автотрофы, растения составляют основу пищевая цепочка, поддерживая всех потребителей более высокого уровня, таких как насекомые, рыбы, птицы и млекопитающие, вплоть до людей.
Хлоропласты клеток похожи на маленькие фабрики, производящие топливо. Таким образом, именно хлоропласты в клетках зеленых растений делают возможной жизнь на Земле.
Что внутри хлоропласта - структура хлоропласта
Хотя хлоропласты представляют собой микроскопические стручки внутри крошечных растительных клеток, они имеют сложную структуру, которая позволяет им улавливать световую энергию и использовать ее для сборки углеводов на молекулярном уровне.
Основные структурные компоненты следующие:
- Внешний и внутренний слои с межмембранным пространством между ними.
- Внутри внутренней мембраны находятся рибосомы а также тилакоиды.
- Внутренняя мембрана содержит водное желе, называемое строма.
- Жидкость стромы содержит ДНК хлоропластов, а также белки и крахмалы. Здесь происходит образование углеводов в результате фотосинтеза.
Функция рибосом и тилкаоидов хлоропластов
В рибосомы представляют собой кластеры белков и нуклеотидов, которые производят ферменты и другие сложные молекулы, необходимые для хлоропласта.
Они присутствуют в большом количестве во всех живых клетках и производят сложные клеточные вещества, такие как белки, в соответствии с инструкциями от Генетический код РНК молекулы.
В тилакоиды встраиваются в строму. У растений они образуют замкнутые диски, которые складываются в стопки, называемые грана, с одной стопкой, называемой гранумом. Они состоят из тилакоидной мембраны, окружающей просвет, водного кислого материала, содержащего белки и способствующего химическим реакциям хлоропласта.
Ламели образуют связи между дисками граны, соединяя просветы разных стопок.
Светочувствительная часть фотосинтеза происходит на тилакоидной мембране, где хлорофилл поглощает световую энергию и превращает ее в химическую энергию, используемую растением.
Хлорофилл: источник энергии хлоропластов
Хлорофилл это фоторецептор пигмент содержится во всех хлоропластах.
Когда свет падает на лист растения или поверхность водорослей, он проникает в хлоропласты и отражается от мембран тилакоидов. Пораженный светом, хлорофилл в мембране испускает электроны, которые хлоропласт использует для дальнейших химических реакций.
Хлорофилл в растениях и зеленых водорослях - это в основном зеленый хлорофилл, называемый хлорофиллом А, наиболее распространенным типом. Он поглощает фиолетово-синий и красноватый оранжево-красный свет, отражая зеленый свет, придавая растениям их характерный зеленый цвет.
Другой виды хлорофилла относятся к типам от b до e, которые поглощают и отражают разные цвета.
Например, хлорофилл типа b содержится в водорослях и поглощает немного зеленого света в дополнение к красному. Это поглощение зеленого света может быть результатом развития организмов у поверхности океана, потому что зеленый свет может проникать в воду только на небольшое расстояние.
Красный свет может проходить дальше под поверхностью.
Мембраны хлоропластов и межмембранное пространство
Хлоропласты производят углеводы, такие как глюкоза, и сложные белки, которые необходимы где-то еще в клетках растения.
Эти материалы должны иметь возможность выходить из хлоропласта и поддерживать общий метаболизм клеток и растений. В то же время хлоропластам необходимы вещества, продуцируемые где-нибудь в клетках.
Мембраны хлоропластов регулируют движение молекул внутрь и наружу хлоропласта, позволяя небольшим молекулам проходить при использовании специальные транспортные механизмы для больших молекул. И внутренняя, и внешняя мембраны полупроницаемы, что позволяет распространение малых молекул и ионов.
Эти вещества проникают через межмембранное пространство и проникают через полупроницаемые мембраны.
Две мембраны блокируют большие молекулы, такие как сложные белки. Вместо этого для таких сложных веществ доступны специальные транспортные механизмы, позволяющие определенным веществам проходить через две мембраны, в то время как другие блокируются.
Наружная мембрана имеет комплекс белков транслокации для транспортировки определенных материалов через мембрану, а внутренняя мембрана имеет соответствующий и аналогичный комплекс для своих специфических переходов.
Эти селективные транспортные механизмы особенно важны, потому что внутренняя мембрана синтезирует липиды, жирные кислоты а также каротиноиды которые необходимы для собственного метаболизма хлоропластов.
Тилакоидная система
Тилакоидная мембрана - это часть тилакоида, которая активна на первой стадии фотосинтеза.
У растений тилакоидная мембрана обычно образует закрытые тонкие мешочки или диски, которые сложены в грану и остаются на месте, окруженные жидкостью стромы.
Расположение тилакоидов в виде спиральных стопок обеспечивает плотную упаковку тилакоидов и сложную структуру тилакоидной мембраны с большой площадью поверхности.
У более простых организмов тилакоиды могут иметь неправильную форму и могут свободно плавать. В каждом случае попадание света на тилакоидную мембрану вызывает в организме световую реакцию.
Химическая энергия, выделяемая хлорофиллом, используется для расщепления молекул воды на водород и кислород. Кислород используется организмом для дыхания или выделяется в атмосферу, в то время как водород используется для образования углеводов.
Углерод для этого процесса образуется из двуокиси углерода в процессе, называемом фиксация углерода.
Строма и происхождение ДНК хлоропластов
Процесс фотосинтез состоит из двух частей: светозависимые реакции которые начинаются с взаимодействия света с хлорофиллом и темные реакции (он же светонезависимые реакции), которые связывают углерод и производят глюкозу.
Световые реакции происходят только днем, когда на растение попадает световая энергия, в то время как темные реакции могут иметь место в любое время. Световые реакции начинаются в тилакоидной мембране, в то время как фиксация углерода темных реакций происходит в строме, желеобразной жидкости, окружающей тилакоиды.
В дополнение к темным реакциям и тилакоидам строма содержит ДНК хлоропластов и рибосомы хлоропластов.
В результате хлоропласты имеют собственный источник энергии и могут размножаться самостоятельно, не полагаясь на деление клеток.
Узнайте о связанных клеточных органеллах в эукариотических клетках: клеточной мембране и клеточная стенка.
Эта способность восходит к эволюции простых клеток и бактерий. Цианобактерия, должно быть, проникла в раннюю клетку и ей позволили остаться, потому что договоренность стала взаимовыгодной.
Со временем цианобактерии превратились в хлоропласт. органелла.
Реакции фиксации углерода в темноте
Фиксация углерода в строме хлоропласта происходит после расщепления воды на водород и кислород в ходе легких реакций.
Протоны от атомов водорода закачиваются в просвет внутри тилакоидов, делая его кислым. В темных реакциях фотосинтеза протоны диффундируют обратно из просвета в строму через фермент, называемый АТФ-синтаза.
Эта диффузия протонов через АТФ-синтазу производит АТФ, химикат для хранения энергии для клеток.
Фермент RuBisCO обнаруживается в строме и связывает углерод из CO2, чтобы производить молекулы шестиуглеродных углеводов, которые являются нестабильными.
Когда нестабильные молекулы распадаются, АТФ превращает их в простые молекулы сахара. Углеводы сахара могут быть объединены с образованием более крупных молекул, таких как глюкоза, фруктоза, сахароза и крахмал, все из которых могут использоваться в метаболизме клеток.
Когда в конце процесса фотосинтеза образуются углеводы, хлоропласты растения удаляются. углерод из атмосферы и использовал его для создания пищи для растений и, в конечном итоге, для всего живого вещи.
Фотосинтез растений не только составляет основу пищевой цепи, но и снижает количество углекислого газа. парниковый газ в атмосфере. Таким образом, растения и водоросли посредством фотосинтеза в своих хлоропластах помогают уменьшить последствия изменения климата и глобального потепления.