Хлоропласти - це крихітні електростанції рослин, які захоплюють світлова енергія для виробництва крохмалів та цукрів, що підживлюють ріст рослин.
Вони знайдені всередині клітини рослин у листі рослин, у зелених і червоних водоростях, а також у ціанобактеріях. Хлоропласти дозволяють рослинам виробляти складні хімічні речовини, необхідні для життя, з простих неорганічних речовин, таких як вуглекислий газ, вода та мінерали.
Як харчовий автотрофи, рослини складають основу харчовий ланцюг, підтримуючи всіх споживачів вищого рівня, таких як комахи, риби, птахи та ссавці, аж до людини.
Клітинні хлоропласти схожі на невеликі заводи, які виробляють паливо. Таким чином, саме хлоропласти в зелених рослинних клітинах роблять можливим життя на Землі.
Що всередині хлоропласту - структура хлоропласту
Хоча хлоропласти є мікроскопічними стручками всередині крихітних рослинних клітин, вони мають складну структуру, яка дозволяє їм захоплювати світлову енергію та використовувати її для збирання вуглеводів на молекулярному рівні.
Основними структурними компонентами є наступні:
- Зовнішній і внутрішній шари з міжмембранним простором між ними.
- Усередині внутрішньої мембрани знаходяться рибосоми і тилакоїди.
- Внутрішня мембрана містить водний желе, який називається строма.
- Рідина строми містить ДНК хлоропласту, а також білки та крохмалі. Саме там відбувається утворення вуглеводів в результаті фотосинтезу.
Функція хлоропластових рибосом та тилкаоїдів
рибосоми є скупченнями білків і нуклеотидів, які виробляють ферменти та інші складні молекули, необхідні хлоропласту.
Вони присутні у великій кількості у всіх живих клітинах і виробляють складні клітинні речовини, такі як білки, відповідно до інструкцій Генетичний код РНК молекули.
тилакоїди вбудовані в строму. У рослин вони утворюють замкнені диски, які розташовані в стоси, що називаються грана, з одним стосом, який називається гранум. Вони складаються з тилакоїдної мембрани, яка оточує просвіт, водного кислого матеріалу, що містить білки та полегшує хімічні реакції хлоропласту.
Ламелі утворюють зв'язки між дисками зерна, з'єднуючи просвіт різних стопок.
Світлочутлива частина фотосинтезу відбувається на тилакоїдній мембрані, де хлорофіл поглинає світлову енергію і перетворює її в хімічну енергію, що використовується рослиною.
Хлорофіл: джерело енергії хлоропласту
Хлорофіл є фоторецептор пігмент, що міститься у всіх хлоропластах.
Коли світло потрапляє на лист рослини або на поверхню водоростей, воно проникає в хлоропласти і відбивається від мембран тилакоїдів. Вражений світлом, хлорофіл у мембрані віддає електрони, які хлоропласт використовує для подальших хімічних реакцій.
Хлорофіл у рослинах та зелених водоростях - це головним чином зелений хлорофіл, який називається хлорофіл а, найпоширеніший тип. Він поглинає фіолетово-синій і червонуватий оранжево-червоний світло, одночасно відбиваючи зелене світло, надаючи рослинам своє характерний зелений колір.
Інший типи хлорофілу це типи від b до e, які поглинають та відображають різні кольори.
Наприклад, хлорофіл типу b міститься в водоростях і поглинає трохи зеленого світла на додаток до червоного. Це поглинання зеленого світла може бути результатом розвитку організмів поблизу поверхні океану, оскільки зелене світло може проникати у воду лише на невеликій відстані.
Червоне світло може рухатися далі під поверхнею.
Хлоропластові мембрани та міжмембранний простір
Хлоропласти виробляють такі вуглеводи, як глюкоза та складні білки, які необхідні в інших клітинах рослини.
Ці матеріали повинні мати можливість виходити з хлоропласту і підтримувати загальний метаболізм клітин і рослин. У той же час хлоропласти потребують речовин, що виробляються в інших місцях клітин.
Хлоропластові мембрани регулюють рух молекул у хлоропласт і з нього, дозволяючи малим молекулам проходити під час використання спеціальні транспортні механізми для великих молекул. Як внутрішня, так і зовнішня мембрани є напівпроникними, що дозволяє дифузія малих молекул та іонів.
Ці речовини перетинають міжмембранний простір і проникають в напівпроникні мембрани.
Великі молекули, такі як складні білки, блокуються двома мембранами. Натомість для таких складних речовин доступні спеціальні транспортні механізми, які дозволяють певним речовинам перетинати дві мембрани, тоді як інші заблоковані.
Зовнішня мембрана має білковий комплекс для транслокації для транспортування певних матеріалів через мембрану, а внутрішня мембрана має відповідний і подібний комплекс для своїх специфічних переходів.
Ці селективні транспортні механізми особливо важливі, оскільки внутрішня мембрана синтезує ліпіди, жирні кислоти і каротиноїди які необхідні для власного метаболізму хлоропласту.
Тилакоїдна система
Тилакоїдна мембрана - це частина тилакоїду, яка активна на першій стадії фотосинтезу.
У рослин тилакоїдна мембрана, як правило, утворює закриті тонкі мішки або диски, які складаються в грану і залишаються на місці в оточенні рідини строми.
Розташування тилакоїдів у гвинтових штабелях забезпечує щільне накладання тилакоїдів та складну, високу структуру площі поверхні тилакоїдної мембрани.
Для простих організмів тилакоїди можуть мати неправильну форму і можуть вільно плавати. У кожному випадку світло, що потрапляє на тилакоїдну мембрану, ініціює світлову реакцію в організмі.
Хімічна енергія, що виділяється хлорофілом, використовується для розщеплення молекул води на водень та кисень. Кисень використовується організмом для дихання або виділяється в атмосферу, тоді як водень використовується для утворення вуглеводів.
Вуглець для цього процесу отримується з вуглекислого газу в процесі, який називається вуглецева фіксація.
Строма та походження ДНК хлоропласту
Процес фотосинтез складається з двох частин: світлозалежні реакції які починаються зі світла, що взаємодіє з хлорофілом та темні реакції (він же світлонезалежні реакції), які фіксують вуглець і виробляють глюкозу.
Світлові реакції відбуваються лише вдень, коли світлова енергія вражає рослину, тоді як темні реакції можуть відбуватися в будь-який час. Світлові реакції починаються в тилакоїдній мембрані, тоді як вуглецеве закріплення темних реакцій відбувається в стромі - желеподібній рідині, що оточує тилакоїди.
Окрім темних реакцій та тилакоїдів, строма містить ДНК хлоропласту та рибосоми хлоропласту.
Як результат, хлоропласти мають власне джерело енергії і можуть розмножуватися самостійно, не покладаючись на поділ клітин.
Дізнайтеся про споріднені клітинні органели в еукаріотичних клітинах: клітинна мембрана та Клітинна стінка.
Цю здатність можна простежити ще до еволюції простих клітин та бактерій. Ціанобактерія, мабуть, потрапила в ранню клітину і їй було дозволено залишатися, оскільки композиція стала взаємовигідною.
З часом ціанобактерія еволюціонувала в хлоропласт органела.
Фіксація вуглецю в темряві Реакції
Фіксація вуглецю в стромі хлоропласту відбувається після розщеплення води на водень та кисень під час світлових реакцій.
Протони з атомів водню перекачуються у просвіт всередині тилакоїдів, роблячи його кислим. У темних реакціях фотосинтезу протони дифундують назад із просвіту в строму за допомогою ферменту, який називається АТФ-синтаза.
Ця дифузія протона через АТФ-синтазу виробляє АТФ, хімічна речовина для накопичення енергії для клітин.
Фермент RuBisCO міститься в стромі і фіксує вуглець із CO2 для утворення шестивуглецевих молекул вуглеводів, які є нестабільними.
Коли нестабільні молекули розпадаються, АТФ використовується для перетворення їх у прості молекули цукру. Вуглеводи цукру можуть поєднуватися з утворенням більших молекул, таких як глюкоза, фруктоза, сахароза та крохмаль, які всі можуть бути використані в метаболізмі клітин.
Коли вуглеводи утворюються в кінці процесу фотосинтезу, хлоропласти рослини видаляються вуглець з атмосфери і використовував його для створення їжі для рослини і, врешті-решт, для всього іншого живого речі.
Окрім того, що фотосинтез у рослинах є основою харчового ланцюга, зменшує кількість вуглекислого газу парникових газів в атмосфері. Таким чином, рослини та водорості завдяки фотосинтезу в своїх хлоропластах допомагають зменшити наслідки зміни клімату та глобального потепління.