Зміст
- Що всередині хлоропласта - структура хлоропластів
- Функція рибосом і тилкаоїдів хлоропластів
- Хлорофіл: джерело енергії хлоропластів
- Хлоропластові мембрани та міжмембранний простір
- Тилакоїдна система
- Строма та походження ДНК хлоропласту
- Закріплення вуглецю в темних реакціях
Хлоропласти - це крихітні рослинні електростанції, які фіксують світлову енергію для отримання крохмалів та цукрів, які підживлюють ріст рослин.
Вони знаходяться всередині рослинних клітин у листках рослин, у зелених та 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 харчова продукція автотрофи, рослини складають основу харчового ланцюга, підтримуючи всіх споживачів вищого рівня, таких як комахи, риби, птахи та ссавці аж до людини.
Хлоропласти в клітинах схожі на маленькі фабрики, що виробляють паливо. Таким чином, хлоропласти в зелених рослинних клітинах роблять можливим життя на Землі.
Що всередині хлоропласта - структура хлоропластів
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:
Функція рибосом і тилкаоїдів хлоропластів
Рибосоми - це скупчення білків і нуклеотидів, які виробляють ферменти та інші складні молекули, необхідні хлоропласту.
Вони знаходяться у великій кількості у всіх живих клітинах і виробляють складні клітинні речовини, такі як білки, згідно інструкцій з молекул генетичного коду РНК.
Тилакоїди вбудовані в строму. У рослинах вони утворюють закриті диски, розташовані в стопки, звані грана, з однією стечкою, що називається гранулом. Вони складаються з тилакоїдної мембрани, що оточує просвіт, водного кислого матеріалу, що містить білки і полегшує хімічні реакції хлоропластів.
Ламелі утворюють зв’язки між гранатовими дисками, що з'єднують просвіт різних штабелів.
Світлочутлива частина фотосинтезу відбувається на тилакоїдної мембрані, де хлорофіл поглинає енергію світла і перетворює її в хімічну енергію, яку використовує рослина.
Хлорофіл: джерело енергії хлоропластів
Хлорофіл - це фоторецептор пігмент, знайдений у всіх хлоропластах.
Коли світло вражає лист рослини або поверхню водоростей, воно проникає в хлоропласти і відбивається від мембран тилакоїдів. Уражений світлом, хлорофіл у мембрані виділяє електрони, які хлоропласт використовує для подальших хімічних реакцій.
Хлорофіл у рослинах та зелених водоростях - це в основному зелений хлорофіл, який називається хлорофіл а, найпоширеніший тип. Він поглинає фіолетово-синє та червонувато-оранжево-червоне світло, одночасно відбиваючи зелене світло, даруючи рослинам своє характерний зелений колір.
Інші типи хлорофілу - це типи від b до e, які поглинають та відбивають різні кольори.
Наприклад, хлорофіл типу b міститься у водоростях і крім червоного поглинає зелене світло. Це поглинання зеленого світла може бути результатом розвитку організмів біля поверхні океану, оскільки зелене світло може проникати лише на невелику відстань у воду.
Червоне світло може подорожувати далі від поверхні.
Хлоропластові мембрани та міжмембранний простір
Хлоропласти виробляють вуглеводи, такі як глюкоза та складні білки, які потрібні в інших місцях в клітинах рослин.
Ці матеріали повинні мати можливість виходити з хлоропласту та підтримувати загальний клітинний і рослинний обмін. У той же час хлоропласти потребують речовин, що виробляються в інших місцях клітин.
Мембрани хлоропластів регулюють рух молекул у хлоропласт і назовні, дозволяючи невеликим молекулам проходити під час використання спеціальні транспортні механізми для великих молекул. І внутрішня, і зовнішня мембрани є напівпроникними, що дозволяє дифузію малих молекул та іонів.
Ці речовини перетинають міжмембранний простір і проникають у напівпроникну мембрану.
Дві мембрани блокуються великими молекулами, такими як складні білки. Натомість для таких складних речовин існують спеціальні механізми транспортування, які дозволяють певним речовинам перетинати дві мембрани, а інші заблоковані.
Зовнішня мембрана має транслокаційний білковий комплекс для транспортування певних матеріалів по мембрані, а внутрішня мембрана має відповідний і подібний комплекс за своїми специфічними переходами.
Ці селективні транспортні механізми особливо важливі, оскільки внутрішня мембрана синтезує ліпіди, жирні кислоти та каротиноїди які необхідні для власного метаболізму хлоропластів.
Тилакоїдна система
Тилакоїдна мембрана - це частина тилакоїда, яка є активною на першій стадії фотосинтезу.
У рослин тилакоїдна мембрана, як правило, утворює закриті тонкі мішечки або диски, які укладаються в грану і залишаються на місці, оточені стромою рідиною.
Розташування тилакоїдів у гвинтових штабелях дозволяє щільно упакувати тилакоїди та складну структуру тилакоїдної мембрани з високою поверхневою поверхнею.
Для більш простих організмів тилакоїди можуть мати неправильну форму і можуть бути вільно плаваючими. У кожному випадку світло, що вражає тилакоїдну мембрану, ініціює світлову реакцію в організмі.
Хімічна енергія, що виділяється хлорофілом, використовується для розщеплення молекул води на водень і кисень. Кисень використовується організмом для дихання або виділяється в атмосферу, тоді як водень використовується для утворення вуглеводів.
Вуглець для цього процесу надходить з вуглекислого газу в процесі, який називається фіксація вуглецю.
Строма та походження ДНК хлоропласту
Процес фотосинтезу складається з двох частин: залежно від світла реакцій, що починаються зі світла, що взаємодіє з хлорофілом, і темні реакції (він же незалежно від світла), що фіксує вуглець і виробляє глюкозу.
Реакції світла відбуваються лише протягом дня, коли світла енергія вражає рослину, тоді як темні реакції можуть відбуватися в будь-який час. Світлові реакції починаються в тилакоїдної мембрані, тоді як фіксація вуглецю темних реакцій відбувається в стромі, желеподібній рідині, що оточує тилакоїди.
Окрім влаштування темних реакцій та тилакоїдів, в стромі містяться ДНК хлоропласту та рибосоми хлоропласту.
В результаті 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.
Ця здатність простежується до еволюції простих клітин і бактерій. Ціанобактерія, мабуть, увійшла до ранньої клітини, і їй було дозволено залишитися, оскільки домовленість стала взаємовигідною.
З часом ціанобактерія перетворилася в хлоропластну органелу.
Закріплення вуглецю в темних реакціях
Фіксація вуглецю в стромі хлоропластів відбувається після розщеплення води на водень і кисень під час світлових реакцій.
Протони з атомів водню закачуються в просвіт всередині тилакоїдів, роблячи його кислим. У темних реакціях фотосинтезу протони дифундують назад з просвіту в строму за допомогою ферменту, званого АТФ-синтаза.
Ця протонна дифузія через АТФ-синтазу виробляє АТФ, хімічну речовину для зберігання енергії для клітин.
Фермент RuBisCO знаходиться в стромі і фіксує вуглець із СО2, утворюючи шість вуглеводних молекул вуглеводів, які нестабільні.
Коли нестабільні молекули руйнуються, АТФ використовується для перетворення їх у прості молекули цукру. Вуглеводи цукру можна комбінувати для утворення більших молекул, таких як глюкоза, фруктоза, сахароза та крохмаль, всі вони можуть бути використані в клітинному метаболізмі.
Коли вуглеводи утворюються в кінці процесу фотосинтезу, рослинні хлоропласти виводили вуглець з атмосфери і використовували його для створення їжі для рослини і, зрештою, для всього іншого живого.
Крім формування основи харчового ланцюга, фотосинтез у рослинах зменшує кількість парникових газів вуглекислого газу в атмосфері. Таким чином рослини та водорості завдяки фотосинтезу в своїх хлоропластах допомагають зменшити наслідки зміни клімату та глобального потепління.