Съдържание
- Какво е вътре в хлоропласта - структурата на хлоропласта
- Функцията на хлоропластните рибозоми и тилкаоидите
- Хлорофил: Източникът на енергията на хлоропласта
- Хлоропластовите мембрани и интермембранно пространство
- Тилакоидната система
- Стромата и произходът на хлоропластната ДНК
- Фиксиране на въглерод в тъмните реакции
Хлоропластите са малки растителни централи, които улавят светлинна енергия за производството на нишестета и захари, които подхранват растежа на растенията.
Те се намират вътре в растителните клетки в листата на растенията и в зелените и червените водорасли, както и в цианобактериите. Хлоропластите позволяват на растенията да произвеждат сложните химикали, необходими за живота от прости, неорганични вещества като въглероден диоксид, вода и минерали.
Като производство на храна autotrophs, растенията формират основата на хранителната верига, като подпомагат всички потребители на по-високо ниво като насекоми, риби, птици и бозайници до човека.
Клетъчните хлоропласти са като малки фабрики, които произвеждат гориво. По този начин, хлоропластите в зелените растителни клетки, които правят живота на Земята възможен.
Какво е вътре в хлоропласта - структурата на хлоропласта
Въпреки че хлоропластите са микроскопични шушулки вътре в миниатюрни растителни клетки, те имат сложна структура, която им позволява да улавят светлинна енергия и да я използват за събиране на въглехидрати на молекулно ниво.
Основните структурни компоненти са, както следва:
Функцията на хлоропластните рибозоми и тилкаоидите
Рибозомите са струпвания на протеини и нуклеотиди, които произвеждат ензими и други сложни молекули, изисквани от хлоропласта.
Те присъстват в голям брой във всички живи клетки и произвеждат сложни клетъчни вещества, като протеини, съгласно инструкциите на молекулите на генетичния код на РНК.
Тилакоидите са вградени в стромата. В растенията те образуват затворени дискове, които са подредени в купчини, наречени Grana, с един стек, наречен гранум. Те са съставени от тилакоидна мембрана, заобикаляща лумена, воден кисел материал, съдържащ протеини и улесняващ химичните реакции на хлоропластите.
Ламелите образуват връзки между дисковете grana, свързващи лумена на различните стекове.
Светлочувствителната част на фотосинтезата се осъществява върху тилакоидната мембрана, където хлорофил абсорбира светлинната енергия и я превръща в химическа енергия, използвана от растението.
Хлорофил: Източникът на енергията на хлоропласта
Хлорофилът е a фотоклетка пигмент, открит във всички хлоропласти.
Когато светлината удари листата на растение или повърхността на водораслите, тя прониква в хлоропластите и се отразява от мембраните на тилакоидите. Поразен от светлина, хлорофилът в мембраната излъчва електрони, които хлоропластът използва за по-нататъшни химични реакции.
Хлорофилът в растенията и зелените водорасли е главно зеленият хлорофил, наречен хлорофил а, най-често срещаният тип. Той абсорбира виолетово-синя и червеникаво оранжево-червена светлина, като същевременно отразява зелена светлина, давайки растенията си характерен зелен цвят.
Други видове хлорофил са типове от b до e, които абсорбират и отразяват различни цветове.
Хлорофилът тип b например се намира в водораслите и поглъща малко зелена светлина в допълнение към червената. Това поглъщане на зелена светлина може да е резултат от развитието на организми в близост до повърхността на океана, тъй като зелената светлина може да проникне само на малко разстояние във водата.
Червената светлина може да пътува по-далеч от повърхността.
Хлоропластовите мембрани и интермембранно пространство
Хлоропластите произвеждат въглехидрати като глюкоза и сложни протеини, които са необходими другаде в клетките на растенията.
Тези материали трябва да могат да излизат от хлоропласта и да поддържат общия клетъчен и растителен метаболизъм. В същото време хлоропластите се нуждаят от вещества, произведени другаде в клетките.
Хлоропластните мембрани регулират движението на молекулите във и извън хлоропласта, като позволяват преминаването на малки молекули при използване специални транспортни механизми за големи молекули. Както вътрешната, така и външната мембрана са полупропускливи, което позволява дифузия на малки молекули и йони.
Тези вещества преминават през мембранното пространство и проникват в полупропускливите мембрани.
Големите молекули като сложни протеини са блокирани от двете мембрани. Вместо това за такива сложни вещества са налични специални транспортни механизми, които позволяват на определени вещества да преминават през двете мембрани, докато други са блокирани.
Външната мембрана има транслокационен протеинов комплекс за транспортиране на определени материали през мембраната, а вътрешната мембрана има съответен и подобен комплекс за специфичните си преходи.
Тези селективни транспортни механизми са особено важни, тъй като вътрешната мембрана синтезира липиди, мастни киселини и каротеноиди които са необходими за собствения метаболизъм на хлоропластите.
Тилакоидната система
Тилакоидната мембрана е частта от тилакоида, която е активна в първия етап на фотосинтезата.
При растенията тилакоидната мембрана обикновено образува затворени, тънки чували или дискове, които се подреждат в грана и остават на място, заобиколени от стромалната течност.
Подреждането на тилакоидите в спирални стекове позволява плътно опаковане на тилакоидите и сложна структура с висока повърхностна площ на тилакоидната мембрана.
За по-прости организми тилакоидите могат да имат неправилна форма и могат да бъдат свободно плаващи. Във всеки случай светлината, удряща тилакоидната мембрана, инициира светлинната реакция в организма.
Химичната енергия, отделяна от хлорофила, се използва за разделяне на водните молекули във водород и кислород. Кислородът се използва от организма за дишане или се отделя в атмосферата, докато водородът се използва при образуването на въглехидрати.
Въглеродът за този процес идва от въглероден диоксид в процес, наречен въглеродна фиксация.
Стромата и произходът на хлоропластната ДНК
Процесът на фотосинтеза е съставен от две части: светлинно зависимите реакции, които започват със светлината, взаимодействаща с хлорофила и тъмни реакции (известни като светлинно независими реакции), които фиксират въглерода и произвеждат глюкоза.
Светлинните реакции се провеждат само през деня, когато светлинната енергия удари растението, докато тъмните реакции могат да се провеждат по всяко време. Светлинните реакции започват в тилакоидната мембрана, докато фиксирането на въглерода на тъмните реакции се осъществява в стромата, желеобразна течност, заобикаляща тилакоидите.
Освен че е домакин на тъмните реакции и тилакоидите, стромата съдържа хлоропластната ДНК и хлоропластните рибозоми.
В резултат на това хлоропластите имат собствен източник на енергия и могат да се размножават самостоятелно, без да разчитат на клетъчното делене.
Научете за свързани клетъчни органели в еукариотните клетки: клетъчна мембрана и клетъчна стена.
Тази способност може да се проследи до еволюцията на прости клетки и бактерии. Цианобактерията трябва да е влязла в ранна клетка и е оставена да остане, тъй като подредбата става взаимноизгодна.
С течение на времето цианобактерията еволюира в органолата на хлоропласта.
Фиксиране на въглерод в тъмните реакции
Фиксирането на въглерода в стромата на хлоропласта става след разделянето на водата на водород и кислород по време на светлинните реакции.
Протоните от водородните атоми се изпомпват в лумена вътре в тилакоидите, което го прави кисел. В тъмните реакции на фотосинтезата протоните дифундират обратно от лумена в стромата чрез ензим, наречен ATP синтаза.
Тази протонна дифузия чрез АТФ синтаза произвежда ATP, химикал за съхранение на енергия за клетките.
Ензимът Rubisco се намира в стромата и фиксира въглерод от CO2, за да се получат шест-въглеродни въглехидратни молекули, които са нестабилни.
Когато нестабилните молекули се разпадат, ATP се използва за превръщането им в прости захарни молекули. Захарните въглехидрати могат да се комбинират, за да образуват по-големи молекули като глюкоза, фруктоза, захароза и нишесте, всички от които могат да бъдат използвани в клетъчния метаболизъм.
Когато въглехидратите се образуват в края на процеса на фотосинтеза, хлоропластите на растенията отстраняват въглерода от атмосферата и го използват за създаване на храна за растението и в крайна сметка за всички останали живи същества.
Освен че представлява основата на хранителната верига, фотосинтезата в растенията намалява количеството на парникови газове с въглероден диоксид в атмосферата. По този начин растенията и водораслите чрез фотосинтеза в своите хлоропласти спомагат за намаляване на последиците от климатичните промени и глобалното затопляне.