Kloroplast: opredelitev, zgradba in funkcija (z diagramom)

Kloroplasti so majhne elektrarne, ki zajemajo svetlobna energija za proizvodnjo škroba in sladkorjev, ki spodbujajo rast rastlin.

Najdemo jih v notranjosti rastlinske celice v rastlinskih listih in v zelenih in rdečih algah ter v cianobakterijah. Kloroplasti omogočajo rastlinam, da iz preprostih anorganskih snovi, kot so ogljikov dioksid, voda in minerali, proizvajajo zapletene kemikalije, potrebne za življenje.

Kot pridelava hrane avtotrofi, rastline tvorijo osnovo prehranjevalna veriga, ki podpira vse potrošnike na višji ravni, kot so žuželke, ribe, ptice in sesalci, vse do ljudi.

Celični kloroplasti so kot majhne tovarne, ki proizvajajo gorivo. Na ta način življenje na Zemlji omogočajo kloroplasti v zelenih rastlinskih celicah.

Čeprav so kloroplasti mikroskopski stroki znotraj drobnih rastlinskih celic, imajo zapleteno strukturo, ki jim omogoča, da zajemajo svetlobno energijo in jo uporabljajo za sestavljanje ogljikovih hidratov na molekularni ravni.

Glavne strukturne komponente so naslednje:

• Zunanja in notranja plast z medmembranskim prostorom med njimi.
• Znotraj notranje membrane so ribosomi in tilakoidi.
• Notranja membrana vsebuje vodni žele, imenovan stroma.
• Tekočina v stromi vsebuje DNA kloroplasta, pa tudi beljakovine in škrob. Tam poteka nastajanje ogljikovih hidratov iz fotosinteze.

The ribosomi so grozdi beljakovin in nukleotidov, ki proizvajajo encime in druge kompleksne molekule, ki jih zahteva kloroplast.

Prisotni so v velikem številu v vseh živih celicah in po navodilih iz njih proizvajajo zapletene celične snovi, kot so beljakovine Genetska koda RNA molekul.

The tilakoidi so vdelani v stromo. V rastlinah tvorijo zaprte diske, ki so razporejeni v tako imenovane sklade grana, z enim skladom, imenovanim granum. Sestavljeni so iz tilakoidne membrane, ki obdaja lumen, vodnega kislega materiala, ki vsebuje beljakovine in olajša kemijske reakcije kloroplasta.

Lamele tvorijo povezave med diski grana, ki povezujejo lumen različnih skladov.

Svetlobno občutljiv del fotosinteze poteka na tilakoidni membrani, kjer klorofil absorbira svetlobno energijo in jo spremeni v kemično energijo, ki jo uporablja rastlina.

Klorofil je fotoreceptor pigment, ki ga najdemo v vseh kloroplastih.

Ko svetloba zadene list rastline ali površino alg, prodre v kloroplaste in se odbije od tilakoidnih membran. Ob svetlobi klorofil v membrani oddaja elektrone, ki jih kloroplast uporablja za nadaljnje kemijske reakcije.

Klorofil v rastlinah in zelenih algah je v glavnem zeleni klorofil, imenovan klorofil a, najpogostejši tip. Absorbira vijolično modro in rdečkasto oranžno rdečo svetlobo, hkrati pa odbija zeleno svetlobo in daje rastlinam svoje značilna zelena barva.

Drugo vrste klorofila so vrste od b do e, ki absorbirajo in odsevajo različne barve.

Klorofil tipa b na primer najdemo v algah in poleg rdeče absorbira tudi nekaj zelene svetlobe. Ta absorpcija zelene svetlobe je lahko posledica organizmov, ki se razvijajo v bližini površine oceana, ker lahko zelena svetloba prodre v vodo le na kratki razdalji.

Rdeča luč lahko potuje dlje pod gladino.

Kloroplasti proizvajajo ogljikove hidrate, kot so glukoza in kompleksni proteini, ki so potrebni drugje v rastlinskih celicah.

Ti materiali morajo biti sposobni izstopiti iz kloroplasta in podpirati splošno presnovo celic in rastlin. Hloroplasti hkrati potrebujejo snovi, proizvedene drugje v celicah.

Kloroplastne membrane uravnavajo gibanje molekul v in iz kloroplasta tako, da med uporabo omogočajo prehod majhnih molekul posebni transportni mehanizmi za velike molekule. Tako notranja kot zunanja membrana sta polprepustna, kar omogoča difuzija majhnih molekul in ionov.

Te snovi prečkajo medmembranski prostor in prodrejo v polprepustne membrane.

Obe membrani blokirata velike molekule, kot so kompleksne beljakovine. Namesto tega so za tako zapletene snovi na voljo posebni transportni mehanizmi, ki omogočajo, da določene snovi prečkajo obe membrani, medtem ko so druge blokirane.

Zunanja membrana ima translokacijski beljakovinski kompleks za prevoz določenih materialov čez membrano, notranja membrana pa ima ustrezen in podoben kompleks za svoje specifične prehode.

Ti selektivni transportni mehanizmi so še posebej pomembni, ker notranja membrana sintetizira lipide, maščobne kisline in karotenoidi ki so potrebne za presnovo kloroplasta.

Tilakoidna membrana je del tilakoida, ki je aktiven v prvi fazi fotosinteze.

Pri rastlinah tilakoidna membrana praviloma tvori zaprte, tanke vreče ali diske, ki so zloženi v grano in ostanejo na mestu, obdani s tekočino strome.

Razporeditev tilakoidov v spiralne sklade omogoča tesno pakiranje tilakoidov in zapleteno, visoko površinsko strukturo tilakoidne membrane.

Pri preprostejših organizmih so tilakoidi lahko nepravilne oblike in so lahko prosto plavajoči. V vsakem primeru svetloba, ki udari v tilakoidno membrano, sproži svetlobno reakcijo v organizmu.

Kemična energija, ki jo sprošča klorofil, se uporablja za razdelitev molekul vode na vodik in kisik. Kisik organizem uporablja za dihanje ali se sprošča v ozračje, medtem ko vodik uporablja za tvorbo ogljikovih hidratov.

Ogljik za ta postopek izvira iz ogljikovega dioksida v postopku, imenovanem fiksacija ogljika.

Proces fotosinteza je sestavljen iz dveh delov: svetlobno odvisne reakcije ki se začnejo s svetlobo v interakciji s klorofilom in temne reakcije (aka svetlobno neodvisne reakcije), ki fiksirajo ogljik in proizvajajo glukozo.

Svetlobne reakcije potekajo samo podnevi, ko svetloba prizadene rastlino, temne reakcije pa lahko potekajo kadar koli. Svetlobne reakcije se začnejo v tilakoidni membrani, medtem ko se ogljikova fiksacija temnih reakcij odvija v stromi, želeju podobni tekočini, ki obdaja tilakoide.

Stroma poleg tega, da gosti temne reakcije in tilakoide, vsebuje DNA kloroplasta in ribosome kloroplasta.

Posledično imajo kloroplasti svoj vir energije in se lahko razmnožujejo sami, ne da bi se zanašali na delitev celic.

Spoznajte sorodne celične organele v evkariontskih celicah: celična membrana in celične stene.

To sposobnost je mogoče izslediti do razvoja preprostih celic in bakterij. Cianobakterija je morala vstopiti v zgodnjo celico in ji je bilo dovoljeno ostati, ker je dogovor postal obojestransko koristen.

Sčasoma se je cianobakterija razvila v kloroplast organela.

Fiksiranje ogljika v stromi kloroplasta poteka po razdelitvi vode na vodik in kisik med svetlobnimi reakcijami.

Protoni iz atomov vodika se črpajo v lumen znotraj tilakoidov, zaradi česar je kisel. V temnih reakcijah fotosinteze protoni difundirajo nazaj iz lumna v stromo preko encima, imenovanega ATP sintaza.

Ta difuzija protona skozi ATP sintazo proizvaja ATP, kemikalija za shranjevanje energije za celice.

Encim RuBisCO se nahaja v stromi in veže ogljik iz CO2, da tvori šest-ogljikove molekule ogljikovih hidratov, ki so nestabilne.

Ko se nestabilne molekule razgradijo, jih ATP pretvori v enostavne molekule sladkorja. Sladkorni ogljikovi hidrati se lahko kombinirajo in tvorijo večje molekule, kot so glukoza, fruktoza, saharoza in škrob, ki se vse lahko uporabljajo pri celičnem metabolizmu.

Ko na koncu procesa fotosinteze nastanejo ogljikovi hidrati, se rastlinski kloroplasti odstranijo ogljika iz ozračja in ga uporabil za ustvarjanje hrane za rastlino in sčasoma tudi za vse ostale žive stvari.

Fotosinteza v rastlinah poleg tega, da tvori osnovo prehranjevalne verige, zmanjšuje količino ogljikovega dioksida toplogrednih plinov v ozračju. Na ta način rastline in alge s pomočjo fotosinteze v svojih kloroplastih pomagajo zmanjšati učinke podnebnih sprememb in globalnega segrevanja.