Kloroplast: Definition, struktur och funktion (med diagram)

Kloroplaster är små växtkraftverk som fångar upp ljusenergi att producera stärkelse och sockerarter som driver växttillväxt.

De finns inne växtceller i växtblad och i gröna och röda alger samt i cyanobakterier. Kloroplaster tillåter växter att producera de komplexa kemikalier som är nödvändiga för livet av enkla, oorganiska ämnen som koldioxid, vatten och mineraler.

Som livsmedelsproducerande autotroferväxter utgör grunden för näringskedja, stödja alla högre konsumenter som insekter, fiskar, fåglar och däggdjur ända upp till människor.

Cellkloroplasterna är som små fabriker som producerar bränsle. På detta sätt är det kloroplasterna i gröna växtceller som gör livet på jorden möjligt.

Även om kloroplaster är mikroskopiska skida i små växtceller, har de en komplex struktur som gör att de kan fånga ljusenergi och använda den för att samla kolhydrater på molekylär nivå.

De viktigaste strukturella komponenterna är som följer:

• Ett yttre och inre lager med ett mellanrum mellan dem.
instagram story viewer
• Inuti det inre membranet finns ribosomer och thylakoids.
• Det inre membranet innehåller en vattenhaltig gelé som kallas stroma.
• Stroma-vätskan innehåller kloroplast-DNA såväl som proteiner och stärkelse. Det är där bildandet av kolhydrater från fotosyntes sker.

De ribosomer är kluster av proteiner och nukleotider som tillverkar enzymer och andra komplexa molekyler som krävs av kloroplasten.

De finns i stort antal i alla levande celler och producerar komplexa cellämnen som proteiner enligt instruktionerna från RNA-genetisk kod molekyler.

De thylakoids är inbäddade i stroma. I växter bildar de stängda skivor som är ordnade i staplar som kallas grana, med en enda stack kallad granum. De består av ett tylakoidmembran som omger lumen, ett vattenhaltigt surt material som innehåller proteiner och underlättar kloroplastens kemiska reaktioner.

Lamellae bilda länkar mellan grana-skivorna som förbinder lumen hos de olika staplarna.

Den ljuskänsliga delen av fotosyntes äger rum på tylakoidmembranet där klorofyll absorberar ljusenergi och förvandlar den till kemisk energi som används av växten.

Klorofyll är en fotoreceptor pigment som finns i alla kloroplaster.

När ljus träffar en växt eller algernas yta, tränger det in i kloroplasterna och reflekteras från tylakoidmembranen. Slagen av ljus avger klorofyllen i membranet elektroner som kloroplasten använder för ytterligare kemiska reaktioner.

Klorofyll i växter och gröna alger är främst den gröna klorofyllen som kallas klorofyll a, den vanligaste typen. Det absorberar violettblått och rödaktigt orange-rött ljus samtidigt som det reflekterar grönt ljus och ger växterna sitt karakteristisk grön färg.

Övrig typer av klorofyll är typ b till e som absorberar och reflekterar olika färger.

Klorofyll typ b finns till exempel i alger och absorberar lite grönt ljus förutom rött. Denna absorption av grönt ljus kan vara resultatet av att organismer utvecklas nära havsytan, eftersom grönt ljus bara kan tränga in i vattnet.

Rött ljus kan färdas längre under ytan.

Kloroplaster producerar kolhydrater som glukos och komplexa proteiner som behövs någon annanstans i växtens celler.

Dessa material måste kunna lämna kloroplasten och stödja allmän cell- och växtmetabolism. Samtidigt behöver kloroplaster ämnen som produceras någon annanstans i cellerna.

Kloroplastmembranen reglerar förflyttningen av molekyler in i och ut ur kloroplasten genom att låta små molekyler passera under användning särskilda transportmekanismer för stora molekyler. Både det inre och det yttre membranet är halvgenomträngligt och tillåter diffusion av små molekyler och joner.

Dessa ämnen passerar intermembranutrymmet och tränger igenom de halvgenomträngliga membranen.

Stora molekyler såsom komplexa proteiner blockeras av de två membranen. Istället för sådana komplexa ämnen finns speciella transportmekanismer tillgängliga för att tillåta specifika ämnen att passera de två membranen medan andra blockeras.

Det yttre membranet har ett translokationsproteinkomplex för att transportera vissa material över membranet, och det inre membranet har ett motsvarande och liknande komplex för sina specifika övergångar.

Dessa selektiva transportmekanismer är särskilt viktiga eftersom det inre membranet syntetiserar lipider, fettsyror och karotenoider som krävs för kloroplastens egen metabolism.

Thylakoidmembranet är den del av thylakoid som är aktiv i det första steget av fotosyntes.

I växter bildar thylakoidmembranet i allmänhet slutna, tunna säckar eller skivor som staplas i grana och förblir på plats, omgivna av stromavätskan.

Arrangemanget av tylakoiderna i spiralformade staplar möjliggör en tät packning av tylakoiderna och en komplex, hög ytareastruktur av tylakoidmembranet.

För enklare organismer kan tylakoiderna ha en oregelbunden form och kan vara fritt flytande. I båda fallen initierar ljus som träffar tylakoidmembranet ljusreaktionen i organismen.

Den kemiska energin som frigörs av klorofyll används för att dela upp vattenmolekyler i väte och syre. Syret används av organismen för andning eller släpps ut i atmosfären medan vätet används vid bildandet av kolhydrater.

Kolet för denna process kommer från koldioxid i en process som kallas kolfixering.

Processen fotosyntes består av två delar: ljusberoende reaktioner som börjar med att ljus interagerar med klorofyll och mörka reaktioner (aka ljusoberoende reaktioner) som fixerar kol och producerar glukos.

Ljusreaktioner sker bara under dagen när ljusenergi träffar växten medan mörka reaktioner kan äga rum när som helst. Ljusreaktionerna börjar i tylakoidmembranet medan kolfixeringen av de mörka reaktionerna sker i stroma, den geléliknande vätskan som omger thylakoids.

Förutom att vara värd för de mörka reaktionerna och tylakoiderna innehåller stroma kloroplast-DNA och kloroplastribosomer.

Som ett resultat har kloroplasterna sin egen energikälla och kan multiplicera på egen hand utan att förlita sig på celldelning.

Lär dig om relaterade cellorganeller i eukaryota celler: cellmembran och cellvägg.

Denna förmåga kan spåras tillbaka till utvecklingen av enkla celler och bakterier. En cyanobakterie måste ha kommit in i en tidig cell och fick stanna eftersom arrangemanget blev en ömsesidigt fördelaktig.

Med tiden utvecklades cyanobakteriet till kloroplast organell.

Kolbindning i kloroplaststroma sker efter att vatten har delats i väte och syre under ljusreaktionerna.

Protonerna från väteatomerna pumpas in i lumen inuti tylakoiderna, vilket gör det surt. I fotosyntesens mörka reaktioner diffunderar protonerna ut ur lumen in i stroma via ett enzym som kallas ATP-syntas.

Denna protondiffusion genom ATP-syntas producerar ATP, en kemikalie för energilagring för celler.

Enzymet RuBisCO finns i stroma och fixerar kol från CO2 för att producera sexkolhydratmolekyler som är instabila.

När de instabila molekylerna bryts ner används ATP för att omvandla dem till enkla sockermolekyler. Sockerkolhydraterna kan kombineras för att bilda större molekyler såsom glukos, fruktos, sackaros och stärkelse, som alla kan användas vid cellmetabolism.

När kolhydrater bildas i slutet av fotosyntesprocessen har växtens kloroplaster tagits bort kol från atmosfären och använde det för att skapa mat för växten och så småningom för alla andra levande saker.

Förutom att ligga till grund för livsmedelskedjan minskar fotosyntesen i växter mängden koldioxid växthusgas i atmosfären. På detta sätt hjälper växter och alger genom fotosyntes i sina kloroplaster att minska effekterna av klimatförändringar och global uppvärmning.