คลอโรพลาสต์: ความหมาย โครงสร้าง และหน้าที่ (พร้อมแผนภาพ)

คลอโรพลาสต์เป็นโรงไฟฟ้าขนาดเล็กที่ดักจับ พลังงานแสง เพื่อผลิตแป้งและน้ำตาลที่กระตุ้นการเจริญเติบโตของพืช

พวกมันถูกพบอยู่ภายใน เซลล์พืช ในใบพืชและในสาหร่ายสีเขียวและสีแดง รวมทั้งในไซยาโนแบคทีเรีย คลอโรพลาสต์ช่วยให้พืชผลิตสารเคมีที่ซับซ้อนซึ่งจำเป็นต่อชีวิตจากสารอนินทรีย์ธรรมดา เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และแร่ธาตุ

ในการผลิตอาหาร autotrophs, พืชเป็นพื้นฐานของ ห่วงโซ่อาหารสนับสนุนผู้บริโภคระดับสูงทั้งหมด เช่น แมลง ปลา นก และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม จนถึงมนุษย์

เซลล์คลอโรพลาสต์เปรียบเสมือนโรงงานเล็กๆ ที่ผลิตเชื้อเพลิง ด้วยวิธีนี้ มันคือคลอโรพลาสต์ในเซลล์พืชสีเขียวที่ทำให้ชีวิตบนโลกเป็นไปได้

แม้ว่าคลอโรพลาสต์จะเป็นฝักขนาดเล็กมากภายในเซลล์พืชขนาดเล็ก แต่พวกมันมีโครงสร้างที่ซับซ้อนที่ช่วยให้พวกมันจับพลังงานแสงและใช้มันเพื่อประกอบคาร์โบไฮเดรตในระดับโมเลกุล

ส่วนประกอบโครงสร้างที่สำคัญมีดังนี้

• ชั้นนอกและชั้นในที่มีช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์
• ภายในเยื่อหุ้มชั้นในคือ ไรโบโซม และ ไทลาคอยด์
• เยื่อหุ้มชั้นในมีเจลลี่ที่เรียกว่า สโตรมา.
• ของเหลวสโตรมาประกอบด้วย DNA ของคลอโรพลาสต์ เช่นเดียวกับโปรตีนและแป้ง เป็นที่ที่การก่อตัวของคาร์โบไฮเดรตจากการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้น

ดิ ไรโบโซม เป็นกลุ่มของโปรตีนและนิวคลีโอไทด์ที่ผลิตเอนไซม์และโมเลกุลที่ซับซ้อนอื่นๆ ที่คลอโรพลาสต์ต้องการ

มีอยู่เป็นจำนวนมากในเซลล์ที่มีชีวิตทั้งหมด และผลิตสารเซลล์ที่ซับซ้อน เช่น โปรตีนตามคำแนะนำจาก รหัสพันธุกรรม RNA โมเลกุล

ดิ ไทลาคอยด์ ถูกฝังอยู่ในสโตรมา ในพืชจะมีลักษณะเป็นแผ่นปิดซึ่งจัดเรียงเป็นกองที่เรียกว่า กรานาโดยมีสแต็คเดียวที่เรียกว่าแกรนัม พวกมันประกอบด้วยเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ที่อยู่รอบๆ ลูเมน ซึ่งเป็นวัสดุที่เป็นกรดในน้ำซึ่งมีโปรตีนและอำนวยความสะดวกในปฏิกิริยาเคมีของคลอโรพลาสต์

ลาเมลแล สร้างการเชื่อมโยงระหว่างแผ่นกราน่า เชื่อมต่อลูเมนของกองต่างๆ

ส่วนที่ไวต่อแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นบนเยื่อหุ้มไทลาคอยด์โดยที่ คลอโรฟิลล์ ดูดซับพลังงานแสงและเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีที่พืชใช้

คลอโรฟิลล์ คือ ตัวรับแสง เม็ดสีที่พบในคลอโรพลาสต์ทั้งหมด

เมื่อแสงกระทบใบพืชหรือพื้นผิวของสาหร่าย แสงจะแทรกซึมเข้าไปในคลอโรพลาสต์และสะท้อนออกจากเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ เมื่อโดนแสง คลอโรฟิลล์ในเมมเบรนจะปล่อยอิเลคตรอนที่คลอโรพลาสต์ใช้สำหรับปฏิกิริยาเคมีต่อไป

คลอโรฟิลล์ในพืชและสาหร่ายสีเขียวส่วนใหญ่เป็นคลอโรฟิลล์สีเขียวที่เรียกว่าคลอโรฟิลล์เอซึ่งเป็นชนิดที่พบมากที่สุด โดยดูดซับแสงสีม่วง-น้ำเงิน และสีแดงส้ม-แดงในขณะที่สะท้อนแสงสีเขียว ทำให้พืชมี ลักษณะสีเขียว.

อื่นๆ ชนิดของคลอโรฟิลล์ เป็นประเภท b ถึง e ซึ่งดูดซับและสะท้อนสีที่ต่างกัน

ตัวอย่างเช่น คลอโรฟิลล์ชนิด b พบในสาหร่ายและดูดซับแสงสีเขียวนอกเหนือจากสีแดง การดูดกลืนแสงสีเขียวนี้อาจเป็นผลมาจากสิ่งมีชีวิตที่วิวัฒนาการใกล้พื้นผิวมหาสมุทร เนื่องจากแสงสีเขียวสามารถทะลุเข้าไปในน้ำได้ในระยะสั้นๆ

แสงสีแดงสามารถเดินทางได้ไกลกว่าพื้นผิว

คลอโรพลาสต์ผลิตคาร์โบไฮเดรต เช่น กลูโคสและโปรตีนเชิงซ้อน ซึ่งมีความจำเป็นในส่วนอื่นๆ ในเซลล์ของพืช

วัสดุเหล่านี้จะต้องสามารถออกจากคลอโรพลาสต์และสนับสนุนการเผาผลาญของเซลล์และพืชโดยทั่วไป ในเวลาเดียวกัน คลอโรพลาสต์ต้องการสารที่ผลิตในที่อื่นในเซลล์

เยื่อหุ้มคลอโรพลาสต์ควบคุมการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเข้าและออกจากคลอโรพลาสต์โดยปล่อยให้โมเลกุลขนาดเล็กผ่านไปในขณะที่ใช้ กลไกการขนส่งพิเศษ สำหรับโมเลกุลขนาดใหญ่ เยื่อหุ้มชั้นในและชั้นนอกเป็นแบบกึ่งซึมผ่านได้ ทำให้ การแพร่กระจาย ของโมเลกุลและไอออนขนาดเล็ก

สารเหล่านี้ข้ามช่องว่างระหว่างเยื่อและทะลุผ่านเยื่อหุ้มกึ่งซึมผ่านได้

โมเลกุลขนาดใหญ่เช่นโปรตีนที่ซับซ้อนถูกปิดกั้นโดยเยื่อหุ้มทั้งสอง แต่สำหรับสารที่ซับซ้อนดังกล่าว กลไกการขนส่งพิเศษมีไว้เพื่อให้สารเฉพาะเจาะจงข้ามเยื่อทั้งสองได้ในขณะที่สารอื่นๆ ถูกปิดกั้น

เยื่อหุ้มชั้นนอกมีสารเชิงซ้อนของโปรตีนการเคลื่อนย้ายเพื่อขนส่งวัสดุบางอย่างผ่านเมมเบรน และเยื่อหุ้มชั้นในนั้นมีความซับซ้อนที่สอดคล้องกันและคล้ายกันสำหรับการเปลี่ยนแปลงที่เฉพาะเจาะจง

กลไกการลำเลียงแบบคัดเลือกเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากเยื่อหุ้มชั้นในสังเคราะห์ไขมัน กรดไขมัน และ แคโรทีนอยด์ ที่จำเป็นสำหรับการเผาผลาญของคลอโรพลาสต์เอง

เยื่อหุ้มไทลาคอยด์เป็นส่วนหนึ่งของไทลาคอยด์ที่ทำงานในระยะแรกของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ในพืช เยื่อหุ้มไทลาคอยด์มักจะสร้างเป็นกระสอบหรือแผ่นบาง ๆ แบบปิดที่เรียงซ้อนกันในกรานาและอยู่ในตำแหน่งที่ล้อมรอบด้วยของเหลวสโตรมา

การจัดเรียงของไทลาคอยด์ในกองเกลียวช่วยให้มีการบรรจุไทลาคอยด์อย่างแน่นหนาและโครงสร้างที่ซับซ้อนและมีพื้นที่ผิวสูงของเมมเบรนไทลาคอยด์

สำหรับสิ่งมีชีวิตที่ง่ายกว่า thylakoids อาจมีรูปร่างผิดปกติและสามารถลอยได้อย่างอิสระ ในแต่ละกรณี แสงที่กระทบเยื่อหุ้มไทลาคอยด์จะเริ่มต้นปฏิกิริยาของแสงในสิ่งมีชีวิต

พลังงานเคมีที่ปล่อยออกมาจากคลอโรฟิลล์ใช้เพื่อแยกโมเลกุลของน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ออกซิเจนถูกใช้โดยสิ่งมีชีวิตในการหายใจหรือถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศในขณะที่ไฮโดรเจนถูกใช้ในการก่อตัวของคาร์โบไฮเดรต

คาร์บอนสำหรับกระบวนการนี้มาจากคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการที่เรียกว่า การตรึงคาร์บอน.

กระบวนการของ การสังเคราะห์แสง ประกอบด้วยสองส่วน: ปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสง ที่เริ่มด้วยแสงที่ทำปฏิกิริยากับคลอโรฟิลล์และ ปฏิกิริยามืด (อาคา ปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสง) ที่ตรึงคาร์บอนและผลิตกลูโคส

ปฏิกิริยาแสงเกิดขึ้นเฉพาะในตอนกลางวันเมื่อพลังงานแสงตกกระทบต้นไม้ ในขณะที่ปฏิกิริยาความมืดสามารถเกิดขึ้นได้ทุกเมื่อ ปฏิกิริยาแสงเริ่มต้นในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ ในขณะที่ปฏิกิริยาคาร์บอนจับตัวกับปฏิกิริยาความมืดเกิดขึ้นในสโตรมา ซึ่งเป็นของเหลวคล้ายเยลลี่ที่อยู่รอบๆ ไทลาคอยด์

นอกเหนือจากการจัดการปฏิกิริยามืดและไทลาคอยด์แล้ว สโตรมายังมีดีเอ็นเอของคลอโรพลาสต์และไรโบโซมของคลอโรพลาสต์อีกด้วย

เป็นผลให้คลอโรพลาสมีแหล่งพลังงานของตัวเองและสามารถคูณด้วยตัวเองโดยไม่ต้องอาศัยการแบ่งเซลล์

เรียนรู้เกี่ยวกับออร์แกเนลล์ของเซลล์ที่เกี่ยวข้องในเซลล์ยูคาริโอต: เยื่อหุ้มเซลล์และ ผนังเซลล์.

ความสามารถนี้สามารถสืบย้อนไปถึงวิวัฒนาการของเซลล์และแบคทีเรียอย่างง่าย ไซยาโนแบคทีเรียจะต้องเข้าสู่เซลล์แรกเริ่มและได้รับอนุญาตให้อยู่ได้เพราะการจัดเรียงกลายเป็นประโยชน์ร่วมกัน

ใน ที่ สุด ไซยาโนแบคทีเรีย ได้ วิวัฒนาการ เป็น คลอโรพลาสต์ ออร์แกเนลล์.

การตรึงคาร์บอนในคลอโรพลาสต์สโตรมาเกิดขึ้นหลังจากที่น้ำถูกแยกออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนระหว่างปฏิกิริยาแสง

โปรตอนจากอะตอมของไฮโดรเจนถูกสูบเข้าไปในลูเมนภายในไทลาคอยด์ ทำให้มันเป็นกรด ในปฏิกิริยาที่มืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง โปรตอนจะกระจายกลับออกจากลูเมนไปยังสโตรมาผ่านเอนไซม์ที่เรียกว่า เอทีพีสังเคราะห์.

การแพร่กระจายโปรตอนนี้ผ่าน ATP synthase ทำให้เกิด ATP, สารเคมีกักเก็บพลังงานสำหรับเซลล์

เอนไซม์ RuBisCO พบในสโตรมาและแก้ไขคาร์บอนจาก CO2 เพื่อผลิตโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตหกคาร์บอนที่ไม่เสถียร

เมื่อโมเลกุลที่ไม่เสถียรสลายตัว ATP จะถูกใช้เพื่อแปลงเป็นโมเลกุลน้ำตาลอย่างง่าย คาร์โบไฮเดรตจากน้ำตาลสามารถนำมารวมกันเพื่อสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ขึ้น เช่น กลูโคส ฟรุกโตส ซูโครส และแป้ง ซึ่งทั้งหมดนี้สามารถใช้ในการเผาผลาญของเซลล์

เมื่อคาร์โบไฮเดรตก่อตัวขึ้นเมื่อสิ้นสุดกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง คลอโรพลาสต์ของพืชก็ถูกกำจัดออกไป คาร์บอนจากชั้นบรรยากาศและนำไปใช้เป็นอาหารสำหรับพืชและสุดท้ายสำหรับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ สิ่งของ

นอกจากจะเป็นการสร้างพื้นฐานของห่วงโซ่อาหารแล้ว การสังเคราะห์ด้วยแสงในพืชยังช่วยลดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์อีกด้วย ก๊าซเรือนกระจก ในบรรยากาศ ด้วยวิธีนี้ พืชและสาหร่าย ผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสงในคลอโรพลาสต์ ช่วยลดผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและภาวะโลกร้อน