Chloroplast: definícia, štruktúra a funkcia (s diagramom)

Chloroplasty sú malé elektrárne, ktoré zachytávajú svetelná energia na výrobu škrobov a cukrov, ktoré podporujú rast rastlín.

Nachádzajú sa vo vnútri rastlinné bunky v listoch rastlín a v zelených a červených riasach, ako aj v siniciach. Chloroplasty umožňujú rastlinám vyrábať zložité chemikálie potrebné pre život z jednoduchých anorganických látok, ako je oxid uhličitý, voda a minerály.

Ako potravinársky autotrofy, rastliny tvoria základ potravinový reťazec, podpora všetkých spotrebiteľov na vyššej úrovni, ako sú hmyz, ryby, vtáky a cicavce, až po človeka.

Bunkové chloroplasty sú ako malé továrne na výrobu paliva. Týmto spôsobom umožňujú život na Zemi chloroplasty v bunkách zelených rastlín.

Aj keď sú chloroplasty mikroskopické struky vo vnútri drobných rastlinných buniek, majú zložitú štruktúru, ktorá im umožňuje zachytiť svetelnú energiu a použiť ju na zostavenie sacharidov na molekulárnej úrovni.

Hlavné štrukturálne komponenty sú tieto:

• Vonkajšia a vnútorná vrstva s medzimembránovým priestorom medzi nimi.
• Vo vnútri vnútornej membrány sú ribozómy a tylakoidy.
• Vnútorná membrána obsahuje vodnú kašičku zvanú strómy.
• Stromová tekutina obsahuje chloroplastovú DNA, ako aj proteíny a škroby. Je to miesto, kde dochádza k tvorbe sacharidov z fotosyntézy.

The ribozómy sú zhluky proteínov a nukleotidov, ktoré vyrábajú enzýmy a ďalšie zložité molekuly vyžadované chloroplastom.

Sú prítomné vo veľkom množstve vo všetkých živých bunkách a podľa pokynov od produkujú zložité bunkové látky, ako sú proteíny Genetický kód RNA molekuly.

The tylakoidy sú zaliate do strómy. V rastlinách vytvárajú uzavreté disky, ktoré sú usporiadané do stohov tzv grana, s jediným stackom nazývaným granum. Skladajú sa z tylakoidnej membrány obklopujúcej lúmen, vodného kyslého materiálu obsahujúceho proteíny a uľahčujúceho chemické reakcie chloroplastov.

Lamely tvoria spojenia medzi diskami grana a spájajú lúmen rôznych stohov.

Svetlocitlivá časť fotosyntézy prebieha na tylakoidnej membráne kde chlorofyl absorbuje svetelnú energiu a mení ju na chemickú energiu použitú v rastline.

Chlorofyl je a fotoreceptor pigment nájdený vo všetkých chloroplastoch.

Keď svetlo udrie na list rastliny alebo na povrch rias, preniká do chloroplastov a odráža sa od tylakoidných membrán. Chromovaným svetlom chlorofyl v membráne vydáva elektróny, ktoré chloroplast používa na ďalšie chemické reakcie.

Chlorofyl v rastlinách a zelených riasach je hlavne zelený chlorofyl nazývaný chlorofyl a, najbežnejší typ. Pohlcuje fialovo-modré a červenkasto-oranžovo-červené svetlo a odráža zelené svetlo, čo dáva rastlinám ich charakteristická zelená farba.

Iné typy chlorofylu sú typy b až e, ktoré absorbujú a odrážajú rôzne farby.

Napríklad chlorofyl typu b sa nachádza v riasach a okrem červenej absorbuje aj určité množstvo zeleného svetla. Táto absorpcia zeleného svetla môže byť výsledkom organizmov vyvíjajúcich sa blízko povrchu oceánu, pretože zelené svetlo môže preniknúť iba kúsok do vody.

Červené svetlo môže cestovať ďalej pod povrch.

Chloroplasty produkujú sacharidy, ako je glukóza a komplexné bielkoviny, ktoré sú potrebné inde v bunkách rastliny.

Tieto materiály musia byť schopné opustiť chloroplast a podporovať všeobecný metabolizmus buniek a rastlín. Chloroplasty zároveň potrebujú látky produkované inde v bunkách.

Membrány chloroplastov regulujú pohyb molekúl do a z chloroplastu tým, že umožňujú malým molekulám prechádzať počas používania špeciálne dopravné mechanizmy pre veľké molekuly. Vnútorná aj vonkajšia membrána sú polopriepustné, čo umožňuje difúzia malých molekúl a iónov.

Tieto látky prechádzajú medzimembránovým priestorom a prenikajú cez polopriepustné membrány.

Veľké molekuly, ako napríklad komplexné proteíny, sú blokované týmito dvoma membránami. Namiesto toho sú pre také zložité látky k dispozícii špeciálne transportné mechanizmy, ktoré umožňujú konkrétnym látkam prekonať dve membrány, zatiaľ čo iné sú blokované.

Vonkajšia membrána má translokačný proteínový komplex na prepravu určitých materiálov cez membránu a vnútorná membrána má zodpovedajúci a podobný komplex pre svoje špecifické prechody.

Tieto selektívne transportné mechanizmy sú obzvlášť dôležité, pretože vnútorná membrána syntetizuje lipidy, mastné kyseliny a karotenoidy ktoré sú potrebné pre vlastný metabolizmus chloroplastov.

Tylakoidná membrána je časť tylakoidu, ktorá je aktívna v prvom štádiu fotosyntézy.

V rastlinách tylakoidná membrána všeobecne vytvára uzavreté tenké vrecia alebo disky, ktoré sú naskladané na granu a zostávajú na svojom mieste obklopené tekutinou strómy.

Usporiadanie tylakoidov v špirálovitých vrstvách umožňuje tesné zabalenie tylakoidov a zložitú štruktúru povrchu veľkého množstva tylakoidnej membrány.

Pre jednoduchšie organizmy môžu mať tylakoidy nepravidelný tvar a môžu voľne plávať. V obidvoch prípadoch iniciuje svetlo dopadajúce na tylakoidnú membránu svetelnú reakciu v organizme.

Chemická energia uvoľnená chlorofylom sa používa na rozdelenie molekúl vody na vodík a kyslík. Kyslík je organizmom využívaný na dýchanie alebo je uvoľňovaný do atmosféry, zatiaľ čo vodík sa využíva pri tvorbe sacharidov.

Uhlík pre tento proces pochádza z oxidu uhličitého v procese tzv uhlíková fixácia.

Proces fotosyntéza sa skladá z dvoch častí: reakcie závislé od svetla ktoré začínajú svetlom interagujúcim s chlorofylom a temné reakcie (aka reakcie nezávislé od svetla), ktoré fixujú uhlík a produkujú glukózu.

Svetelné reakcie prebiehajú iba počas dňa, keď na rastlinu zasiahne svetelná energia, zatiaľ čo tmavé môžu prebiehať kedykoľvek. Svetelné reakcie začínajú v tylakoidnej membráne, zatiaľ čo uhlíkové fixácie tmavých reakcií prebiehajú v stróme, rôsolovitej tekutine obklopujúcej tylakoidy.

Okrem hostenia temných reakcií a tylakoidov obsahuje stroma aj chloroplastovú DNA a chloroplastové ribozómy.

Výsledkom je, že chloroplasty majú svoj vlastný zdroj energie a môžu sa samy množiť bez toho, aby sa spoliehali na delenie buniek.

Dozviete sa viac o príbuzných bunkových organelách v eukaryotických bunkách: bunková membrána a bunková stena.

Túto schopnosť možno vysledovať až k vývoju jednoduchých buniek a baktérií. Sinica musela vstúpiť do ranej bunky a bolo jej umožnené zostať, pretože usporiadanie sa stalo vzájomne prospešným.

Sinice sa časom vyvinuli do chloroplastov organela.

K fixácii uhlíka v stróme chloroplastov dochádza po rozdelení vody na vodík a kyslík počas svetelných reakcií.

Protóny z atómov vodíka sa čerpajú do lúmenu vo vnútri tylakoidov, čím sa stávajú kyslé. V temných reakciách fotosyntézy protóny difundujú späť z lúmenu do strómy prostredníctvom enzýmu tzv. ATP syntáza.

Táto difúzia protónov cez ATP syntázu produkuje ATP, chemická látka na akumuláciu energie pre bunky.

Enzým RuBisCO sa nachádza v stróme a fixuje uhlík z CO2 na produkciu šesťuhlíkových molekúl uhľohydrátov, ktoré sú nestabilné.

Keď sa nestabilné molekuly rozpadnú, použije sa ATP na ich premenu na jednoduché molekuly cukru. Sacharidy cukru môžu byť kombinované za vzniku väčších molekúl, ako sú glukóza, fruktóza, sacharóza a škrob, ktoré všetky môžu byť použité v bunkovom metabolizme.

Keď sa na konci procesu fotosyntézy tvoria sacharidy, chloroplasty rastliny sa odstránili uhlík z atmosféry a použil ho na výrobu potravy pre rastlinu a nakoniec pre všetky ostatné živé bytosti veci.

Okrem toho, že tvorí základ potravinového reťazca, fotosyntéza v rastlinách znižuje množstvo oxidu uhličitého skleníkový plyn v atmosfére. Týmto spôsobom rastliny a riasy prostredníctvom fotosyntézy v ich chloroplastoch pomáhajú znižovať účinky zmeny podnebia a globálneho otepľovania.