Περιεχόμενο
- Τι υπάρχει μέσα σε ένα Χλωρόπλαστο - τη Δομή Χλωροπλαστών
- Η λειτουργία των ριβοσωμάτων του χλωροπλάστη και των θυλκαοειδών
- Χλωροφύλλη: Η πηγή της ενέργειας χλωροπλάστης
- Οι μεμβράνες χλωροπλαστών και ο διαμεμβρανικός χώρος
- Το σύστημα Thylakoid
- Το Stroma και η προέλευση του DNA του χλωροπλάστη
- Καθορισμός άνθρακα στις σκοτεινές αντιδράσεις
Οι χλωροπλάστες είναι μικροσκοπικές εργοστασιακές μονάδες που συλλαμβάνουν φωτεινή ενέργεια για να παράγουν τα άμυλα και τα σάκχαρα που τροφοδοτούν την ανάπτυξη των φυτών.
Βρίσκονται μέσα στα φυτικά κύτταρα στα φύλλα των φυτών και στα πράσινα και κόκκινα φύκια καθώς και στα κυανοβακτήρια. Οι χλωροπλάστες επιτρέπουν στα φυτά να παράγουν τα πολύπλοκα χημικά που είναι απαραίτητα για τη ζωή από απλές ανόργανες ουσίες όπως διοξείδιο του άνθρακα, νερό και μεταλλικά στοιχεία.
Ως τρόφιμα που παράγουν autotrophs, τα φυτά αποτελούν τη βάση της τροφικής αλυσίδας, υποστηρίζοντας όλους τους καταναλωτές υψηλότερου επιπέδου, όπως τα έντομα, τα ψάρια, τα πτηνά και τα θηλαστικά, μέχρι τον άνθρωπο.
Οι χλωροπλάστες κυττάρων είναι σαν μικρά εργοστάσια που παράγουν καύσιμα. Με αυτόν τον τρόπο, οι χλωροπλάστες του σε πράσινα φυτικά κύτταρα που καθιστούν δυνατή τη ζωή στη Γη.
Τι υπάρχει μέσα σε ένα Χλωρόπλαστο - τη Δομή Χλωροπλαστών
Αν και οι χλωροπλάστες είναι μικροσκοπικά λοβό μέσα στα μικροσκοπικά φυτικά κύτταρα, έχουν μια σύνθετη δομή που τους επιτρέπει να συλλάβουν την φωτεινή ενέργεια και να την χρησιμοποιήσουν για να συγκεντρώσουν υδατάνθρακες σε μοριακό επίπεδο.
Τα κύρια κατασκευαστικά στοιχεία είναι τα εξής:
Η λειτουργία των ριβοσωμάτων του χλωροπλάστη και των θυλκαοειδών
Τα ριβοσώματα είναι συστάδες πρωτεϊνών και νουκλεοτιδίων που παράγουν ένζυμα και άλλα πολύπλοκα μόρια που απαιτούνται από τον χλωροπλάστη.
Παρέχονται σε μεγάλους αριθμούς σε όλα τα ζωντανά κύτταρα και παράγουν πολύπλοκες κυτταρικές ουσίες όπως πρωτεΐνες σύμφωνα με τις οδηγίες από μόρια γενετικού κώδικα RNA.
Τα θυλακοειδή είναι ενσωματωμένα στο στρώμα. Στα φυτά σχηματίζουν κλειστούς δίσκους που είναι διατεταγμένοι σε στοίβες που ονομάζονται grana, με μία μόνο στοίβα που ονομάζεται granum. Αποτελούνται από μεμβράνη θυλακοειδούς που περιβάλλει τον αυλό, ένα υδατικό όξινο υλικό που περιέχει πρωτεΐνες και διευκολύνει τις χημικές αντιδράσεις των χλωροπλαστών.
Λαμέλια σχηματίζουν συνδέσμους μεταξύ των δίσκων grana, που συνδέουν τον αυλό των διαφορετικών στοίβων.
Το ευαίσθητο στο φως τμήμα της φωτοσύνθεσης λαμβάνει χώρα στην θυλακοειδής μεμβράνη όπου χλωροφύλλη απορροφά την φωτεινή ενέργεια και την μετατρέπει σε χημική ενέργεια που χρησιμοποιείται από το φυτό.
Χλωροφύλλη: Η πηγή της ενέργειας χλωροπλάστης
Η χλωροφύλλη είναι α φωτοϋποδοχέα χρωστική που βρέθηκε σε όλους τους χλωροπλάστες.
Όταν το φως χτυπά στο φύλλο ενός φυτού ή στην επιφάνεια των φυκών, διεισδύει στους χλωροπλάστες και αντανακλά τις μεμβράνες θυλακοειδούς. Το χτύπημα από το φως, η χλωροφύλλη στη μεμβράνη εκπέμπει ηλεκτρόνια που χρησιμοποιεί ο χλωροπλάστης για περαιτέρω χημικές αντιδράσεις.
Η χλωροφύλλη στα φυτά και τα πράσινα φύκια είναι κυρίως η πράσινη χλωροφύλλη που ονομάζεται χλωροφύλλη α, ο πιο συνηθισμένος τύπος. Απορροφά το βιολετί-μπλε και κόκκινο πορτοκαλί-κόκκινο φως, ενώ αντανακλά το πράσινο φως, δίνοντας τα φυτά τους χαρακτηριστικό πράσινο χρώμα.
Άλλοι τύποι χλωροφύλλης είναι τύποι b έως e, οι οποίοι απορροφούν και αντανακλούν διαφορετικά χρώματα.
Ο χλωροφύλλης τύπου b, για παράδειγμα, βρίσκεται στα φύκη και απορροφά λίγο πράσινο φως επιπλέον του κόκκινου. Αυτή η απορρόφηση από το πράσινο φως μπορεί να είναι το αποτέλεσμα οργανισμών που εξελίσσονται κοντά στην επιφάνεια του ωκεανού, επειδή το πράσινο φως μπορεί να διεισδύσει μόνο σε μικρή απόσταση στο νερό.
Το κόκκινο φως μπορεί να ταξιδέψει μακρύτερα κάτω από την επιφάνεια.
Οι μεμβράνες χλωροπλαστών και ο διαμεμβρανικός χώρος
Οι χλωροπλάστες παράγουν υδατάνθρακες όπως γλυκόζη και σύνθετες πρωτεΐνες που χρειάζονται αλλού στα φυτικά κύτταρα.
Αυτά τα υλικά πρέπει να είναι σε θέση να βγουν από τον χλωροπλάστη και να υποστηρίξουν το γενικό μεταβολισμό των κυττάρων και των φυτών. Ταυτόχρονα, οι χλωροπλάστες χρειάζονται ουσίες που παράγονται αλλού στα κύτταρα.
Οι μεμβράνες χλωροπλαστών ρυθμίζουν την κίνηση μορίων εντός και εκτός του χλωροπλάστη επιτρέποντας τη διέλευση μικρών μορίων κατά τη χρήση ειδικούς μηχανισμούς μεταφοράς για μεγάλα μόρια. Τόσο η εσωτερική όσο και η εξωτερική μεμβράνες είναι ημιδιαπερατές, επιτρέποντας τη διάχυση μικρών μορίων και ιόντων.
Αυτές οι ουσίες διασχίζουν το διαμεμβρανικό διάστημα και διεισδύουν στις ημι-διαπερατές μεμβράνες.
Μεγάλα μόρια όπως οι πολύπλοκες πρωτεΐνες δεσμεύονται από τις δύο μεμβράνες. Αντίθετα, για τέτοιες σύνθετες ουσίες, είναι διαθέσιμοι ειδικοί μηχανισμοί μεταφοράς που επιτρέπουν σε συγκεκριμένες ουσίες να διασχίσουν τις δύο μεμβράνες ενώ άλλες μπλοκάρουν.
Η εξωτερική μεμβράνη έχει ένα σύμπλοκο πρωτεϊνικής μετατόπισης για τη μεταφορά ορισμένων υλικών διαμέσου της μεμβράνης και η εσωτερική μεμβράνη έχει ένα αντίστοιχο και παρόμοιο σύμπλεγμα για τις συγκεκριμένες μεταβάσεις της.
Αυτοί οι εκλεκτικοί μηχανισμοί μεταφοράς είναι ιδιαίτερα σημαντικοί επειδή η εσωτερική μεμβράνη συνθέτει λιπίδια, λιπαρά οξέα και λιπαρά οξέα καροτενοειδή που απαιτούνται για τον μεταβολισμό του χλωροπλάστη.
Το σύστημα Thylakoid
Η θυλακοειδής μεμβράνη είναι το τμήμα του θυλακοειδούς που είναι ενεργό στο πρώτο στάδιο της φωτοσύνθεσης.
Στα φυτά, η θυλακοειδής μεμβράνη σχηματίζει γενικά κλειστούς, λεπτούς σάκους ή δίσκους που στοιβάζονται σε κοκκιά και παραμένουν στη θέση τους, που περιβάλλεται από το υγρό στρώματος.
Η διάταξη των θυλακοειδών στις ελικοειδείς στοίβες επιτρέπει μια σφιχτή συσκευασία των θυλακοειδών και μια σύνθετη δομή μεγάλης επιφανειακής περιοχής της θυλακοειδούς μεμβράνης.
Για τους απλούστερους οργανισμούς, τα θυλακοειδή μπορεί να είναι ακανόνιστου σχήματος και μπορούν να είναι ελεύθερα επιπλέουν. Σε κάθε περίπτωση, το φως που χτυπά την μεμβράνη θυλακοειδούς προκαλεί την αντίδραση του φωτός στον οργανισμό.
Η χημική ενέργεια που απελευθερώνεται από τη χλωροφύλλη χρησιμοποιείται για τη διάσπαση μορίων νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο. Το οξυγόνο χρησιμοποιείται από τον οργανισμό για αναπνοή ή απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα ενώ το υδρογόνο χρησιμοποιείται για το σχηματισμό υδατανθράκων.
Ο άνθρακας για αυτή τη διαδικασία προέρχεται από διοξείδιο του άνθρακα σε μια διαδικασία που ονομάζεται σταθεροποίηση άνθρακα.
Το Stroma και η προέλευση του DNA του χλωροπλάστη
Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης αποτελείται από δύο μέρη: τις αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως και αρχίζουν από το φως που αλληλεπιδρά με την χλωροφύλλη και την σκοτεινές αντιδράσεις (γνωστές και ως αντιδράσεις ανεξάρτητες από το φως) που σταθεροποιούν τον άνθρακα και παράγουν γλυκόζη.
Οι αντιδράσεις του φωτός πραγματοποιούνται μόνο κατά τη διάρκεια της ημέρας όταν η φωτεινή ενέργεια χτυπά στο εργοστάσιο ενώ οι σκοτεινές αντιδράσεις μπορούν να γίνουν ανά πάσα στιγμή. Οι αντιδράσεις φωτός αρχίζουν στην μεμβράνη θυλακοειδούς ενώ η σταθεροποίηση του άνθρακα των σκοτεινών αντιδράσεων λαμβάνει χώρα στο στρώμα, το ζελατινώδες υγρό που περιβάλλει τα θυλακοειδή.
Εκτός από τη φιλοξενία των σκοτεινών αντιδράσεων και των θυλακοειδών, το στρώμα περιέχει το DNA του χλωροπλάστη και τα ριβοσώματα του χλωροπλάστη.
Ως αποτέλεσμα, οι χλωροπλάστες έχουν τη δική τους πηγή ενέργειας και μπορούν να πολλαπλασιάζονται μόνοι τους, χωρίς να βασίζονται στην κυτταρική διαίρεση.
Μάθετε για τα σχετικά οργανίδια κυττάρων σε ευκαρυωτικά κύτταρα: κυτταρική μεμβράνη και κυτταρικό τοίχωμα.
Αυτή η δυνατότητα μπορεί να ανιχνευθεί στην εξέλιξη απλών κυττάρων και βακτηρίων. Ένα κυανοβακτήριο πρέπει να έχει εισέλθει σε ένα πρώιμο κελί και να επιτραπεί να παραμείνει επειδή η ρύθμιση έγινε αμοιβαία επωφελής.
Με τον καιρό, το κυανοβακτήριο εξελίχθηκε στο οργανίδιο χλωροπλάστη.
Καθορισμός άνθρακα στις σκοτεινές αντιδράσεις
Η στερέωση με άνθρακα στο στρώμα χλωροπλάστης λαμβάνει χώρα αφού διασπαστεί το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο κατά τη διάρκεια των αντιδράσεων του φωτός.
Τα πρωτόνια από τα άτομα υδρογόνου αντλούνται στον αυλό μέσα στα θυλακοειδή, καθιστώντας τα όξινα. Στις σκοτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης, τα πρωτόνια διαχέονται πίσω από τον αυλό στο στρώμα μέσω ενός ενζύμου που ονομάζεται Συνθετάση ΑΤΡ.
Αυτή η διάχυση πρωτονίων μέσω της συνθετάσης ΑΤΡ παράγει ΑΤΡ, μια χημική ουσία αποθήκευσης ενέργειας για τα κύτταρα.
Το ένζυμο RuBisCO βρίσκεται στο στρώμα και καθορίζει τον άνθρακα από το CO2 για να παράγει μόρια υδατάνθρακα έξι-άνθρακα που είναι ασταθή.
Όταν τα ασταθή μόρια καταρρέουν, το ΑΤΡ χρησιμοποιείται για να τα μετατρέψει σε απλά μόρια σακχάρου. Οι υδατάνθρακες σακχάρου μπορούν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν μεγαλύτερα μόρια όπως η γλυκόζη, η φρουκτόζη, η σακχαρόζη και το άμυλο, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον μεταβολισμό των κυττάρων.
Όταν σχηματίζονται υδατάνθρακες στο τέλος της διαδικασίας φωτοσύνθεσης, τα φυτά χλωροπλάστες έχουν αφαιρέσει τον άνθρακα από την ατμόσφαιρα και το χρησιμοποίησαν για τη δημιουργία τροφής για το φυτό και, τελικά, για όλα τα άλλα ζωντανά πράγματα.
Εκτός από το σχηματισμό της βάσης της τροφικής αλυσίδας, η φωτοσύνθεση στα φυτά μειώνει την ποσότητα του αερίου θερμοκηπίου του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Με αυτό τον τρόπο, τα φυτά και τα φύκια, μέσω της φωτοσύνθεσης στους χλωροπλάστες τους, συμβάλλουν στη μείωση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής και της υπερθέρμανσης του πλανήτη.