Содержание
- Что внутри хлоропласта - структура хлоропласта
- Функция хлоропластных рибосом и тилькаоидов
- Хлорофилл: источник энергии хлоропласта
- Хлоропластовые мембраны и межмембранное пространство
- Тилакоидная система
- Строма и происхождение хлоропластной ДНК
- Углеродная фиксация в темноте
Хлоропласты - это крошечные электростанции, которые собирают световую энергию для производства крахмалов и сахаров, которые способствуют росту растений.
Они находятся внутри растительных клеток в листьях растений и в зеленых и красных водорослях, а также в цианобактериях. Хлоропласты позволяют растениям производить сложные химические вещества, необходимые для жизни, из простых неорганических веществ, таких как углекислый газ, вода и минералы.
Как производство продуктов питания автотрофырастения составляют основу пищевой цепи, поддерживая всех потребителей высокого уровня, таких как насекомые, рыба, птицы и млекопитающие, вплоть до людей.
Клеточные хлоропласты похожи на маленькие фабрики, которые производят топливо. Таким образом, хлоропласты в клетках зеленых растений делают жизнь на Земле возможной.
Что внутри хлоропласта - структура хлоропласта
Хотя хлоропласты представляют собой микроскопические капсулы внутри крошечных растительных клеток, они имеют сложную структуру, которая позволяет им улавливать световую энергию и использовать ее для сбора углеводов на молекулярном уровне.
Основные структурные компоненты:
Функция хлоропластных рибосом и тилькаоидов
Рибосомы представляют собой кластеры белков и нуклеотидов, которые производят ферменты и другие сложные молекулы, необходимые для хлоропласта.
Они присутствуют в большом количестве во всех живых клетках и продуцируют сложные клеточные вещества, такие как белки, в соответствии с инструкциями молекул генетического кода РНК.
Тилакоиды встраиваются в строму. У растений они образуют закрытые диски, которые расположены в стопки, называемые гранас одним стеком, называемым гранумом. Они состоят из тилакоидной мембраны, окружающей просвет, водного кислотного материала, содержащего белки и облегчающего химические реакции хлоропластов.
Ламели образуют связи между гранами дисков, соединяющих просвет разных стопок.
Светочувствительная часть фотосинтеза происходит на тилакоидной мембране, где хлорофилл поглощает световую энергию и превращает ее в химическую энергию, используемую растением.
Хлорофилл: источник энергии хлоропласта
Хлорофилл является фоторецепторов Пигмент обнаружен во всех хлоропластах.
Когда свет попадает на лист растения или на поверхность водорослей, он проникает в хлоропласты и отражается от тилакоидных мембран. При попадании света хлорофилл в мембране выделяет электроны, которые хлоропласт использует для дальнейших химических реакций.
Хлорофилл в растениях и зеленых водорослях - это в основном зеленый хлорофилл, называемый хлорофиллом а, наиболее распространенным типом. Он поглощает фиолетово-синий и красноватый оранжево-красный свет, отражая зеленый свет, давая растениям их характерный зеленый цвет.
Другие типы хлорофилла - это типы от b до e, которые поглощают и отражают разные цвета.
Например, хлорофилл типа b содержится в водорослях и поглощает немного зеленого света в дополнение к красному. Это поглощение зеленого света может быть результатом развития организмов вблизи поверхности океана, поскольку зеленый свет может проникать в воду лишь на небольшое расстояние.
Красный свет может распространяться дальше под поверхностью.
Хлоропластовые мембраны и межмембранное пространство
Хлоропласты производят углеводы, такие как глюкоза и сложные белки, которые необходимы в других местах в клетках растений.
Эти материалы должны быть в состоянии выйти из хлоропласта и поддерживать общий клеточный и растительный обмен. В то же время хлоропластам нужны вещества, вырабатываемые в других местах клеток.
Хлоропластовые мембраны регулируют движение молекул в и из хлоропласта, позволяя маленьким молекулам проходить при использовании специальные транспортные механизмы для больших молекул. Как внутренняя, так и внешняя мембраны являются полупроницаемыми, что позволяет диффузию небольших молекул и ионов.
Эти вещества пересекают межмембранное пространство и проникают в полупроницаемые мембраны.
Большие молекулы, такие как сложные белки, блокируются двумя мембранами. Вместо этого для таких сложных веществ имеются специальные транспортные механизмы, позволяющие конкретным веществам пересекать две мембраны, в то время как другие блокируются.
Наружная мембрана имеет транслокационный белковый комплекс для транспортировки определенных материалов через мембрану, а внутренняя мембрана имеет соответствующий и аналогичный комплекс для своих специфических переходов.
Эти селективные транспортные механизмы особенно важны, потому что внутренняя мембрана синтезирует липиды, жирные кислоты и каротиноиды которые необходимы для собственного метаболизма хлоропластов.
Тилакоидная система
Тилакоидная мембрана является частью тилакоида, которая активна на первой стадии фотосинтеза.
У растений тилакоидная мембрана обычно образует закрытые, тонкие мешки или диски, которые уложены в граны и остаются на месте, окруженные жидкостью стромы.
Расположение тилакоидов в спиральных пакетах обеспечивает плотную упаковку тилакоидов и сложную структуру с высокой площадью поверхности тилакоидной мембраны.
Для более простых организмов тилакоиды могут иметь неправильную форму и могут быть свободно плавающими. В каждом случае свет, попадающий на тилакоидную мембрану, инициирует световую реакцию в организме.
Химическая энергия, выделяемая хлорофиллом, используется для расщепления молекул воды на водород и кислород. Кислород используется организмом для дыхания или выделяется в атмосферу, в то время как водород используется для образования углеводов.
Углерод для этого процесса происходит из углекислого газа в процессе, называемом углеродная фиксация.
Строма и происхождение хлоропластной ДНК
Процесс фотосинтеза состоит из двух частей: светозависимых реакций, которые начинаются со взаимодействия света с хлорофиллом и темные реакции (иначе свето-независимые реакции), которые фиксируют углерод и производят глюкозу.
Световые реакции происходят только в течение дня, когда световая энергия попадает на растение, тогда как темные реакции могут происходить в любое время. Световые реакции начинаются в тилакоидной мембране, тогда как углеродная фиксация темных реакций происходит в строме, желеобразной жидкости, окружающей тилакоиды.
Помимо проведения темных реакций и тилакоидов, строма содержит хлоропластную ДНК и хлоропластные рибосомы.
В результате хлоропласты имеют собственный источник энергии и могут размножаться самостоятельно, не полагаясь на деление клеток.
Узнайте о связанных клеточных органеллах в эукариотических клетках: клеточной мембране и клеточной стенке.
Эта способность может быть прослежена до эволюции простых клеток и бактерий. Цианобактерия, должно быть, вошла в раннюю клетку и ей позволили остаться, потому что договоренность стала взаимовыгодной.
Со временем цианобактерия превратилась в органеллу хлоропластов.
Углеродная фиксация в темноте
Фиксация углерода в строме хлоропласта происходит после того, как вода расщепляется на водород и кислород во время легких реакций.
Протоны из атомов водорода закачиваются в просвет внутри тилакоидов, что делает его кислым. В темных реакциях фотосинтеза протоны диффундируют обратно из просвета в строму через фермент, называемый АТФ-синтаза.
Эта протонная диффузия через АТФ-синтазу продуцирует АТФ, химическое вещество, аккумулирующее энергию для клеток.
Фермент RuBisCO находится в строме и фиксирует углерод из CO2, чтобы произвести молекулы углеводов с шестью углеродными атомами, которые являются нестабильными.
Когда нестабильные молекулы разрушаются, АТФ используется для превращения их в простые молекулы сахара. Сахар-углеводы могут быть объединены с образованием более крупных молекул, таких как глюкоза, фруктоза, сахароза и крахмал, которые могут использоваться в метаболизме клеток.
Когда углеводы образуются в конце процесса фотосинтеза, хлоропласты растений удаляют углерод из атмосферы и используют его для создания пищи для растения и, в конечном итоге, для всего остального живого.
В дополнение к формированию основы пищевой цепи, фотосинтез в растениях уменьшает количество парниковых газов углекислого газа в атмосфере. Таким образом, растения и водоросли, посредством фотосинтеза в их хлоропластах, помогают уменьшить последствия изменения климата и глобального потепления.