Chloroplasts פונקציות, מבנה ותהליך של פוטוסינתזה

ה כלורופלסטים הם סוג של אברונים הסלולר התוחם על ידי מערכת מורכבת של ממברנות, המאפיינים של צמחים ואצות. ב פלסטיד זה הוא כלורופיל, פיגמנט האחראי על תהליכי הפוטוסינתזה, צבע ירוק של ירקות ולאפשר את החיים autotrophic של השושלות האלה.

יתר על כן, כלורופלסטים קשורים דור האנרגיה מטבולית (ATP - אדנוזין אדנוזין), הסינתזה של חומצות אמינו, ויטמינים, חומצות שומן, שומנים ורכיבים של הקרומים שלהם הפחתת ניטריט. כמו כן, יש לה תפקיד בהפקה של חומרים הגנה נגד פתוגנים.

אברון פוטוסינתזה זה יש בגנום המעגל משלה (DNA) ומציע, כמו המיטוכונדריה, שמקורם בתהליך של סימביוזה בין מארח חיידק פוטוסינתזת אבות.

אינדקס

• 1 מוצא
  • 1.1 התיאוריה האנדוסימביוטית
• מאפיינים כלליים
• 3 מבנה
  • 3.1 ממברנות חיצוניות ופנימיות
  • 3.2 קרום Thilacoid
  • 3.3 תילקואידים
  • 3.4 סטרומה
  • 3.5 הגנום
• 4 פונקציות
  • 4.1 פוטוסינתזה
  • 4.2 סינתזה של ביומולקולות
  • 4.3 הגנה מפני פתוגנים
• 5 פלסטידים אחרים
• 6 הפניות

מוצא

כלורופלסטים הם אברונים בעלי מאפיינים של קבוצות רחוקות מאוד של אורגניזמים: אצות, צמחים ופרוקריוטים. עדות זו מצביעה על כך שהאורגנל מקורו באורגניזם פרוקריוטי עם היכולת לבצע פוטוסינתזה.

ההערכה היא כי האורגניזם האיקריוטי הראשון, עם היכולת לבצע פוטוסינתזה, שמקורו לפני כ -1,000 מיליון שנה. הראיות מצביעות על כך שקפיצה אבולוציונית חשובה זו נגרמה כתוצאה מרכישת ציאנובקטריום על ידי המארח האיקריוטי. תהליך זה הוליד שושלות שונות של אצות אדומות, ירוקות וצמחיות.

בדומה לכך, אירועים להתעורר סימביוזה משני ושלישוני שבו שורה של אווקריוטיים יחסים סימביוטיים עם פוטוסינתזה איקריוטיים חופשית-חיים אחרים.

במהלך האבולוציה, הגנום של החיידק putative הופחת וחלק הגנים שלו הועברו ושולבו לתוך הגנום הגרעיני.

ארגון הגנום של הכלורופלסטים הנוכחי דומה לזה של פרוקריוט, אבל יש לו גם תכונות של החומר הגנטי של eukaryotes.

התיאוריה האנדוסימביוטית

תאורית Endosymbiotic הוצעה על ידי לין מרגוליס בסדרת ספרים שפורסמה בין 60 ו 80. עם זאת, זה היה רעיון שכבר הייתה בטיפול עצמו מאז שנת 1900, שהציע Mereschkowsky.

תיאוריה זו מסבירה את מקורם של chloroplasts, המיטוכונדריה ואת הגופים הבסיסיים הנוכחי flagella. לפי ההשערה הזאת, מבנים אלה היו פעם אורגניזמים פרוקריוטים חופשיים.

אין עדויות רבות לתמיכה במוצא האנדוסימביוטי של הגופים הבסיסיים של פרוקריוטים ניידים.

לעומת זאת, ישנן ראיות חשובות התומכות במוצא האנדוסימביוטי של המיטוכונדריה מ- α-Proteobacteria ומ- chloroplasts מ cyanobacteria. העדות הברורה והחזקה ביותר היא הדמיון בין שני הגנומים.

מאפיינים כלליים

Chloroplasts הם סוג בולט ביותר של פלסטידים בתאי הצמח. הם מבנים סגלגלים מוקפים ממברנות התהליך המפורסם ביותר של eukaryotes autotrophic מתרחשת בפנים שלהם: פוטוסינתזה. הם מבנים דינמיים ויש להם חומר גנטי משלהם.

הם ממוקמים בדרך כלל על עלים של צמחים. תא צמחים טיפוסי יכול להיות 10 עד 100 chloroplasts, אם כי מספר משתנה למדי.

כמו המיטוכונדריה, הירושה של כלורופלסטים מהורים לילדים מתרחשת מצד אחד ההורים ולא בשניהם. למעשה, האברונים האלה דומים למדי למיטוכונדריה בהיבטים שונים, אם כי מורכבים יותר.

מבנה

Chloroplasts הם גדולים האברונים, 5 עד 10 מיקרומטר אורך. המאפיינים של מבנה זה יכול להיות דמיינו תחת מיקרוסקופ אופטי מסורתי.

הם מוקפים קרום השומנים כפול. בנוסף, יש להם מערכת שלישית של ממברנות פנימיות, הקרויים ממברנות thylakoid.

זו מערכת קרום האחרון יוצר סדרה של מבנים דמויי דיסק, הידועה בשם thylacoids. האיחוד של thylakoids בערימות נקרא "גרנה" והם מחוברים אחד לשני.

הודות למערכת קרום משולשת זו, המבנה הפנימי של הכלורופלסט מורכב מחולק לשלושה מרחבים: מרחב intermembrane (בין שני הקרומים החיצוניים), את stroma (נמצא הכלורופלסט ומחוץ קרום תילקואיד) ו האחרון לומן של thylakoid.

קרום חיצוני ופנימי

מערכת הממברנה קשורה לדור ה- ATP. בדומה לקרום המיטוכונדריה, זהו הממברנה הפנימית שקובעת את מעבר המולקולות לתוך האורגנל. Phosphatidylcholine ו phosphatidylglycerol הם השומנים הנפוצים ביותר של ממברנות chloroplast.

הקרום החיצוני מכיל סדרה של נקבוביות. מולקולות קטנות יכולות להיכנס באופן חופשי דרך ערוצים אלה. הקרום הפנימי, לעומת זאת, אינו מאפשר מעבר חופשי של סוג זה של מולקולות במשקל נמוך. כדי שהמולקולות יכנסו, עליהן לעשות זאת באמצעות מובילים ספציפיים המעוגנים בקרום.

בחלק מהמקרים יש מבנה הנקרא "רטיקולום הפריפריה", שנוצר על ידי רשת של ממברנות, שמקורן במיוחד בקרום הפנימי של הכלורופלסט. מחברים מסוימים רואים אותם ייחודי לצמחים עם מטבוליזם C4, למרות שהם נמצאו צמחים C3.

הפונקציה של tubules ו שלפוחית ​​זה עדיין לא ברור. מוצע כי הם יכולים לתרום הובלה מהירה של מטבוליטים וחלבונים בתוך chloroplast או כדי להגדיל את פני השטח של הממברנה הפנימית.

קרום תיליקואיד

שרשרת ההובלה האלקטרונית המעורבת בתהליכים פוטוסינתטיים מתרחשת במערכת הממברנה. פרוטונים הם שאוב דרך קרום זה, מן stroma אל פנים של thylacoids.

זה שיפוע התוצאות של סינתזה של ATP, כאשר הפרוטונים מכוונים חזרה stroma. תהליך זה שווה לזה המתרחש בקרום הפנימי של המיטוכונדריה.

קרום תילקואיד נוצר על ידי ארבעה סוגים של שומנים: diacylglycerol monogalactosyl, diacylglycerol digalactosyl, diacylglycerol sulfoquinovosyl ו phosphatidylglycerol. לכל סוג יש תפקיד מיוחד בתוך bilayer השומנים של סעיף זה.

תילקואידים

Theylakoids הם מבנים קרומיים בצורה של שקיות או דיסקיות שטוח כי הם מוערמים "גראנה"(הרבים של המבנה הזה הוא גרגר). דיסקים אלה יש קוטר של 300-600 ננומטר. בחלל הפנימי של הטילקואיד נקרא לומן.

האדריכלות של ערימת thylakoid עדיין מתלבט. שני דגמים מוצעים: הראשון הוא המודל הסלילי, שבו תילקואידים הם הפצע בין גרעיני בצורת סליל.

לעומת זאת, המודל האחר מציע פיצול. השערה זו מציעה כי גרנה נוצרים על ידי bifurcations stromal.

סטרומה

הסטרומה היא הנוזל הג'לטין המקיף את הטילקואידים ונמצאת באזור הפנימי של הכלורופלסט. אזור זה מתאים cytosol של חיידקים לכאורה שגרם זה סוג של פלסטיד.

באזור זה תוכלו למצוא מולקולות דנ"א כמות גדולה של חלבונים ואנזימים. באופן ספציפי, האנזימים המעורבים במחזור קלווין נמצאים עבור קיבוע פחמן דו חמצני בתהליך פוטוסינתטי. אתה יכול גם למצוא גרגרי עמילן

ב stroma אתה יכול למצוא את chloroplasts של chloroplasts, שכן מבנים אלה לסנתז חלבונים שלהם.

גנום

אחד המאפיינים הבולטים של chloroplasts הוא שיש להם מערכת גנטית משלהם.

החומר הגנטי של כלורופלסטים מורכב ממולקולות עגולות של דנ"א. לכל אברון יש מספר עותקים של המולקולה העגולה הזאת של 12 עד 16 קילו-בתים. הם מאורגנים במבנים הנקראים נוקלאואידים וכוללים 10 עד 20 עותקים של הגנום הפלסטטי, יחד עם חלבונים ומולקולות רנ"א.

ה- DNA chloroplast קודי עבור כ 120 עד 130 גנים. אלה תוצאה של חלבונים ו- RNA הקשורים לתהליכים פוטוסינתטיים כגון הרכיבים של photosystem I ו- II, ATP synthase ואחד של יחידות משנה Rubisco.

Rubisco (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase / oxygenase) הוא קומפלקס אנזים מכריע במחזור קלווין. למעשה, זה נחשב חלבון בשפע ביותר על כדור הארץ.

העברת RNAs והריבוזומים משמשים בתרגום של הודעות RNA המקודדות בגנום הכלורופלאסט. הוא כולל RNAs ribosomal 23S, 16S, 5S ו 4.5S ולהעביר RNA. זה גם קודי עבור 20 חלבונים ribosomal ו יחידות משנה מסוימות של פולימראז RNA.

עם זאת, אלמנטים מסוימים הדרושים לתפקוד של chloroplast מקודדים בגנום הגרעיני של התא הצמח.

פונקציות

כלורופלסטים יכולים להיחשב כמרכזים מטבוליים חשובים בצמחים, שבהם מתרחשות תגובות ביוכימיות מרובות בזכות הספקטרום הרחב של אנזימים וחלבונים המעוגנים בקרום, שאורגנים אלה מכילים.

יש להם תפקיד קריטי באורגניזמים הצמחיים: זה המקום שבו מתרחשים תהליכים פוטוסינתטיים, שבהם אור השמש הופך לפחמימות, כאשר החמצן הוא מוצר משני..

סדרה של פונקציות משניות של ביוסינתזה מתרחשת גם chloroplasts. להלן נדון בפירוט בכל פונקציה:

פוטוסינתזה

פוטוסינתזה מתרחשת בזכות כלורופיל. פיגמנט זה נמצא בתוך chloroplasts, בקרום של thylacoids.

הוא מורכב משני חלקים: טבעת וזנב. הטבעת מכילה מגנזיום והיא אחראית לקליטת האור. הוא יכול לספוג אור כחול ואור אדום, המשקף את השטח הירוק של ספקטרום האור.

תגובות פוטוסינתטיות מתרחשות הודות להעברת אלקטרונים. האנרגיה המגיעה מן האור מעניקה אנרגיה לפיגמנט הכלורופיל (המולקולה נקראת "נרגשת מאור"), מה שגורם לתנועה של חלקיקים אלה בקרום התילקואידים. כלורופיל מקבל את האלקטרונים שלו ממולקולת מים.

תהליך זה גורם להיווצרות של שיפוע אלקטרוכימי המאפשר סינתזה של ATP ב stroma. שלב זה ידוע גם בשם "זוהר".

החלק השני של הפוטוסינתזה (או שלב כהה) מתרחשת stroma וממשיך cytosol. זה ידוע גם בשם קיבוע פחמן התגובות. בשלב זה, המוצרים של התגובות לעיל משמשים לבניית פחמימות מ CO₂.

סינתזה של ביומולקולות

בנוסף, chloroplasts יש פונקציות מיוחדות אחרות המאפשרות את הפיתוח והצמיחה של הצמח.

ב אורגנל זה מתרחש הטמיעה של חנקות וגופרית, וכן להחזיק את האנזימים הדרושים לסינתזה של חומצות אמינו, phytohormones, ויטמינים, חומצות שומן, כלורופיל וקרוטנואידים.

מחקרים מסוימים זיהו מספר משמעותי של חומצות אמינו מסונתז על ידי זה organell. קירק ועמיתיו למדו את ייצור חומצות האמינו בכלורופלסטים Vicia פאבה L.

מחברים אלה מצאו כי חומצות האמינו השופעות ביותר הן גלוטמט, אספרטט ותריונין. סוגים אחרים, כגון alanine, serine וגליצין היו גם מסונתז אבל בכמויות קטנות יותר. הנותרים שלוש עשרה חומצות אמינו התגלו גם.

הם הצליחו לבודד גנים שונים המעורבים בסינתזה של שומנים. Chloroplasts יש את המסלולים הדרושים לסינתזה של ליפידים isoprenoid, חיוני לייצור של כלורופיל פיגמנטים אחרים.

הגנה מפני פתוגנים

לצמחים אין מערכת חיסונית מפותחת הדומה לזו של בעלי חיים. לכן, מבנים הסלולר חייב לייצר חומרים מיקרוביאליים כדי להיות מסוגל להגן מפני חומרים מזיקים. לשם כך, צמחים יכולים לסנתז מינים חמצן תגובתי (ROS) או חומצה סליצילית.

Chloroplasts קשורות לייצור של חומרים אלה לחסל פתוגנים אפשריים הזנת הצמח.

כמו כן, הם מתפקדים כ "חיישנים מולקולריים" ומשתתפים במנגנוני התראה, מעבירים מידע לאברונים אחרים.

פלסטידים אחרים

כלורופלסטים שייכים למשפחה של אברי צמחים צמחיים הנקראים פלסטידים או פלסטידים. Chloroplasts שונים בעיקר משאר plastids כי הם בעלי פיגמנט chlorophyll. שאר הפלסטידים הם:

-Chromoplasts: מבנים אלה מכילים קרוטנואידים, נמצאים פרחים ופרחים. בזכות פיגמנטים אלה, מבני הירקות יש צהוב, כתום ואדום צבעים.

-Leucoplastos: plastidios אלה אינם מכילים פיגמנטים ולכן הם לבנים. הם משמשים כמילואים ונמצאים באיברים שאינם מקבלים אור ישיר.

-Amyloplasts: מכילים עמילן נמצאים השורשים פקעות.

פלסטידים מקורם במבנים הנקראים protoplastidia. אחת התכונות הבולטות ביותר של פלסטידים היא רכושם לשנות סוג, למרות שהם כבר בשלב הבשלה. שינוי זה מופעל על ידי אותות סביבתיים או מהותי מהצמח.

לדוגמה, chloroplasts מסוגלים לייצר chromoplasts. לשם שינוי זה, הממברנה התילקואידית מתפוררת והקרוטנואידים מסונתזים.

הפניות

1. אלן, י 'פ. (2003). למה כלורופלסטים ומיטוכונדריה מכילים גנומים. גנומיקה השוואתית ופונקציונלית, 4(1), 31-36.
2. קופר, ג 'מ (2000). התא: גישה מולקולרית. מהדורה שנייה. סינואר
3. דניאל, ה ', לין, ס.ס., יו, מ', & צ'אנג, W.-J. (2016). גנום כלורופלסט: גיוון, אבולוציה ויישומים בהנדסה גנטית. ביולוגיה של הגנום, 17, 134.
4. Gracen, V.E., Hilliard, J.H., Brown, R.H., & West, S.H. (1972). Rticulum היקפי chloroplasts של צמחים שונים ב CO 2 קיבוע מסלולים photorespiration. הצמח, 107(3), 189-204.
5. גריי, מ 'וו (2017). לין מרגוליס וההיפותזת האנדוסימביונט: 50 שנה מאוחר יותר. ביולוגיה מולקולרית של התא, 28(10), 1285-1287.
6. Jensen, P. E., & Leister, D. (2014). כלורופלסט אבולוציה, מבנה ופונקציות. דוחות F1000, 6, 40.
7. קירק, פ 'ר', & ליץ ', ר' מ '(1972). חומצת אמינו ביוסינתזה על ידי כלורופלסטים מבודדים במהלך . פיזיולוגיה של הצמח, 50(2), 228-234.
8. Kobayashi, K., & Wada, H. (2016). תפקיד של ליפידים ביוגנזה כלורופלסט. ב ליפידים בצמח ופיתוח אצות (עמ '103-125). שפרינגר, צ'אם.
9. Sowden, R. G., Watson, S.J, & Jarvis, P. (2017). תפקיד של chloroplasts הפתולוגיה צמחים. מאמרים בביוכימיה, EBC20170020.
10. Wise, R. R., & Hoober, J. K. (2007). מבנה ותפקוד של פלסטידים. ספרינגר מדע ומדיה עסקית.