Хлоропласт: Дефиниција, структура и функција (са дијаграмом)

Хлоропласти су мале електране које хватају светлосна енергија за производњу скроба и шећера који подстичу раст биљака.

Пронађени су унутра биљне ћелије у лишћу биљака и у зеленим и црвеним алгама као и у цијанобактеријама. Хлоропласти омогућавају биљкама да производе сложене хемикалије неопходне за живот из једноставних, неорганских супстанци као што су угљен-диоксид, вода и минерали.

Као производња хране аутотрофи, биљке чине основу ланац исхране, подржавајући све потрошаче на вишем нивоу, попут инсеката, риба, птица и сисара, све до људи.

Хлоропласти у ћелијама су попут малих фабрика које производе гориво. На тај начин, хлоропласти у зеленим биљним ћелијама чине живот на Земљи могућим.

Иако су хлоропласти микроскопске махуне унутар сићушних биљних ћелија, имају сложену структуру која им омогућава да ухвате светлосну енергију и користе је за сакупљање угљених хидрата на молекуларном нивоу.

Главне структурне компоненте су следеће:

• Спољни и унутрашњи слој са међу-мембранским размаком између њих.
• Унутар унутрашње мембране су рибозоми и тилакоиди.
• Унутрашња мембрана садржи водени желе под називом строма.
• Течност строме садржи ДНК хлоропласта, као и протеине и скробове. Ту се одвија формирање угљених хидрата из фотосинтезе.

Тхе рибозоми су грозди протеина и нуклеотида који производе ензиме и друге сложене молекуле потребне хлоропласту.

Присутни су у великом броју у свим живим ћелијама и производе сложене ћелијске супстанце као што су протеини према упутствима из РНК генетски код молекула.

Тхе тилакоиди уграђени су у строму. У биљкама формирају затворене дискове који су сложени у хрпе тзв грана, са једном хрпом која се назива гранум. Састоје се од тилакоидне мембране која окружује лумен, воденог киселог материјала који садржи протеине и олакшава хемијске реакције хлоропласта.

Ламеле формирају везе између дискова гране, повезујући лумен различитих наслага.

Светлосно осетљиви део фотосинтезе одвија се на тилакоидној мембрани где хлорофил апсорбује светлосну енергију и претвара је у хемијску енергију коју биљка користи.

Хлорофил је фоторецептор пигмент који се налази у свим хлоропластима.

Када светлост удари у лист биљке или површину алги, она продире у хлоропласте и одбија се од тилакоидних мембрана. Захваћен светлошћу, хлорофил у мембрани одаје електроне које хлоропласт користи за даље хемијске реакције.

Хлорофил у биљкама и зеленим алгама је углавном зелени хлорофил зван хлорофил а, најчешћи тип. Апсорбује љубичасто-плаву и црвенкасто наранџасто-црвену светлост док рефлектује зелено светло, дајући биљкама своје карактеристична зелена боја.

Остало врсте хлорофила су типови од б до е, који упијају и одражавају различите боје.

На пример, хлорофил тип б се налази у алгама и поред црвене упија и мало зелене светлости. Ова апсорпција зелене светлости може бити резултат организама који се развијају у близини површине океана, јер зелено светло може продрети у воду само на мало удаљености.

Црвено светло може путовати даље испод површине.

Хлоропласти производе угљене хидрате као што су глукоза и сложени протеини који су потребни другде у биљним ћелијама.

Ови материјали морају да могу да изађу из хлоропласта и да подрже општи метаболизам ћелија и биљака. Истовремено, хлоропластима су потребне супстанце произведене негде другде у ћелијама.

Мембране хлоропласта регулишу кретање молекула у и из хлоропласта омогућавајући малим молекулима да пролазе током употребе посебни транспортни механизми за велике молекуле. И унутрашња и спољашња мембрана су полупропусне, што омогућава дифузија малих молекула и јона.

Ове супстанце прелазе међу-мембрански простор и продиру у полупропусне мембране.

Велике молекуле попут сложених протеина блокирају две мембране. Уместо тога, за такве сложене супстанце доступни су посебни транспортни механизми који омогућавају одређеним супстанцама да пређу две мембране док су друге блокиране.

Спољна мембрана има комплекс транслокационог протеина за транспорт одређених материјала преко мембране, а унутрашња мембрана има одговарајући и сличан комплекс за своје специфичне прелазе.

Ови селективни транспортни механизми су посебно важни јер унутрашња мембрана синтетише липиде, масне киселине и каротеноиди који су потребни за сопствени метаболизам хлоропласта.

Тилакоидна мембрана је део тилакоида који је активан у првој фази фотосинтезе.

У биљкама тилакоидна мембрана углавном формира затворене, танке вреће или дискове који су сложени у грану и остају на месту, окружени течношћу строме.

Распоред тилакоида у спиралним наслагама омогућава чврсто паковање тилакоида и сложену структуру површине површине тилакоида са високом површином.

За једноставније организме, тилакоиди могу бити неправилног облика и могу слободно плутати. У сваком случају, светлост која погађа тилакоидну мембрану иницира светлосну реакцију у организму.

Хемијска енергија коју ослобађа хлорофил користи се за раздвајање молекула воде на водоник и кисеоник. Кисеоник користи организам за дисање или се испушта у атмосферу, док се водоник користи за стварање угљених хидрата.

Угљеник за овај процес потиче од угљен-диоксида у процесу тзв фиксација угљеника.

Процес фотосинтеза састоји се из два дела: реакције зависне од светлости који почињу светлом у интеракцији са хлорофилом и мрачне реакције (ака реакције независне од светлости) који фиксирају угљеник и производе глукозу.

Светлосне реакције се дешавају само током дана када светлосна енергија удари у биљку, док се тамне реакције могу одвијати у било ком тренутку. Светлосне реакције започињу у тилакоидној мембрани, док се учвршћивање угљеника тамних реакција одвија у строми, желеу сличној течности која окружује тилакоиде.

Поред смештаја тамних реакција и тилакоида, строма садржи ДНК хлоропласта и рибосоме хлоропласта.

Као резултат, хлоропласти имају свој извор енергије и могу се сами умножавати, не ослањајући се на деобу ћелија.

Сазнајте о сродним ћелијским органелама у еукариотским ћелијама: ћелијска мембрана и Ћелијски зид.

Ова способност се може пратити уназад до еволуције једноставних ћелија и бактерија. Цијанобактерија је сигурно ушла у рану ћелију и дозвољено јој је да остане јер је аранжман постао обострано користан.

Временом је цијанобактерија еволуирала у хлоропласт органела.

Фиксирање угљеника у строми хлоропласта одвија се након што се вода током светлосних реакција подели на водоник и кисеоник.

Протони из атома водоника пумпају се у лумен унутар тилакоида, чинећи га киселим. У мрачним реакцијама фотосинтезе, протони дифузно излазе из лумена у строму путем ензима тзв. АТП синтаза.

Ова протонска дифузија производи АТП синтазу АТП, хемикалија за складиштење енергије за ћелије.

Ензим РуБисЦО налази се у строми и фиксира угљеник из ЦО2 дајући молекуле угљених хидрата са шест угљеника који су нестабилни.

Када се нестабилни молекули распадају, АТП се користи за њихово претварање у једноставне молекуле шећера. Шећерни угљени хидрати се могу комбиновати да би се створили већи молекули попут глукозе, фруктозе, сахарозе и скроба, који се сви могу користити у ћелијском метаболизму.

Када се угљени хидрати формирају на крају процеса фотосинтезе, хлоропласти биљке се уклањају угљеник из атмосфере и користио га за стварање биљке и, на крају, за све остале живе ствари.

Поред тога што чини основу ланца исхране, фотосинтеза у биљкама смањује и количину угљен-диоксида стаклене баште у атмосфери. На овај начин биљке и алге, фотосинтезом у својим хлоропластима, помажу у смањењу ефеката климатских промена и глобалног загревања.