Функције, структура и процес фотосинтезе хлоропласта



Тхе хлоропласте То су типови ћелијских органела који су ограничени комплексним системом мембрана, карактеристичним за биљке и алге. У овом пластиду је хлорофил, пигмент одговоран за процесе фотосинтезе, зелена боја поврћа и омогућава аутотрофни живот ових линија.

Поред тога, хлоропласти се односе на стварање метаболичке енергије (АТП - аденозин трифосфат), синтезу аминокиселина, витамина, масних киселина, липидних компоненти њихових мембрана и редукцију нитрита. Она такође има улогу у производњи одбрамбених супстанци против патогена.

Ова фотосинтетска органела има свој властити кружни геном (ДНК) и сматра се да, као и митохондрије, потичу из процеса симбиозе између домаћина и предака фотосинтетске бактерије..

Индек

  • 1 Оригин
    • 1.1 Теорија ендосимбиотике
  • 2 Опште карактеристике
  • 3 Структура
    • 3.1 Вањске и унутарње мембране
    • 3.2 Тхилацоид мембрана
    • 3.3 Тхилакоидс
    • 3.4 Строма
    • 3.5 Геноме
  • 4 Функције
    • 4.1 Фотосинтеза
    • 4.2 Синтеза биомолекула
    • 4.3 Заштита од патогена
  • 5 Остале пластиде
  • 6 Референце

Оригин

Хлоропласти су органеле који имају карактеристике веома удаљених група организама: алге, биљке и прокариоте. Ови докази упућују на то да органеле потиче од прокариотског организма са способношћу да врши фотосинтезу.

Процењује се да је први еукариотски организам, са способношћу да спроводи фотосинтезу, настао пре око 1.000 милиона година. Докази указују да је овај важан еволутивни скок изазван аквизицијом цијанобактерије од стране еукариотског домаћина. Овај процес је довео до различитих линија црвених, зелених и биљних алги.

На исти начин, постоје секундарни и терцијарни симбиозни догађаји у којима лоза еукариота успоставља симбиотску везу са другим слободно живим фотосинтетичким еукариотом.

Током еволуције, геном претпостављене бактерије је смањен и неки од његових гена су пренесени и интегрисани у нуклеусни геном.

Организација генома тренутних хлоропласта је слична организацији прокариоте, али има и атрибуте генетског материјала еукариота.

Теорија ендосимбиотике

Теорију ендосимбиотике предложила је Линн Маргулис у серији књига објављених између 60-их и 80-их, међутим, то је била идеја која је функционисала од 1900-их, коју је предложио Мересцхковски.

Ова теорија објашњава порекло хлоропласта, митохондрија и базалних тела присутних у флагелама. Према овој хипотези, ове структуре су некада биле слободни прокариотски организми.

Нема много доказа који би подржали ендосимбиотско порекло базалних тела од мобилних прокариота.

Насупрот томе, постоје важни докази који подржавају ендосимбиотско порекло митохондрија од α-Протеобацтериа и од хлоропласта из цијанобактерија. Најјаснији и најјачи доказ је сличност између оба генома.

Опште карактеристике

Хлоропласти су најзапаженија врста пластида у биљним ћелијама. Они су овалне структуре окружене мембранама и најпознатији процес аутотрофних еукариота јавља се у њиховој унутрашњости: фотосинтеза. Они су динамичке структуре и имају сопствени генетски материјал.

Обично се налазе на листовима биљака. Типична биљна ћелија може имати 10 до 100 хлоропласта, иако је број прилично варијабилан.

Као и митохондрије, наслеђе хлоропласта од родитеља до деце настаје од стране једног од родитеља, а не обоје. У ствари, ове органеле су прилично сличне митохондријама у различитим аспектима, иако су сложеније.

Структура

Хлоропласти су велике органеле, дужине 5 до 10 μм. Карактеристике ове структуре могу се визуализирати под традиционалним оптичким микроскопом.

Окружени су двоструком липидном мембраном. Поред тога, имају и трећи систем унутрашњих мембрана, назван тилакоидне мембране.

Овај последњи мембрански систем формира скуп дискастих структура, познатих као тилакоиди. Сједињење тилакоида у гомилама се зове "грана" и оне су међусобно повезане.

Захваљујући овом троструком систему мембрана, унутрашња структура хлоропласта је сложена и подељена је на три простора: интермембрански простор (између две спољашње мембране), строму (која се налази у хлоропласту и изван тилакоидне мембране) и последњи лумен тилакоида.

Спољне и унутрашње мембране

Систем мембрана је повезан са генерацијом АТП. Као и мембране митохондрија, то је унутрашња мембрана која одређује пролазак молекула у органеле. Фосфатидилхолин и фосфатидилглицерол су најраспрострањенији липиди хлоропластних мембрана.

Спољна мембрана садржи низ пора. Мали молекули могу слободно да уђу кроз ове канале. Унутрашња мембрана, с друге стране, не дозвољава слободан транзит овог типа молекула мале тежине. Да би молекули ушли, они то морају учинити помоћу специфичних транспортера везаних за мембрану.

У неким случајевима постоји структура која се назива периферни ретикулум, формирана мрежом мембрана, која потиче из унутрашње мембране хлоропласта. Неки аутори их сматрају јединственим за биљке са Ц4 метаболизмом, иако су пронађене у Ц3 биљкама.

Функција ових тубула и везикула још није јасна. Предложено је да могу допринети брзом транспорту метаболита и протеина у хлоропласту или повећати површину унутрашње мембране..

Тхилакоид мембране

Ланац транспорта електрона који је укључен у фотосинтетске процесе одвија се у овом мембранском систему. Протони се пумпају кроз ову мембрану, од строме до унутрашњости тилакоида.

Овај градијент резултира синтезом АТП-а, када су протони усмјерени натраг у строму. Овај процес је еквивалентан оном који се јавља у унутрашњој мембрани митохондрија.

Тилакоидна мембрана се састоји од четири типа липида: моногалактозил диацилглицерол, дигалактозил диацилглицерол, сулфохиновосил диацилглицерол и фосфатидилглицерол. Сваки тип има посебну функцију унутар липидног двослоја овог одељка.

Тхилакоидс

Тилакоиди су мембранске структуре у облику врећица или равних дискова који су сложени у "грана"(Множина ове структуре је гранум). Ови дискови имају пречник од 300 до 600 нм. У унутрашњем простору тилакоида се назива лумен.

Архитектура тилакоидног стог се још увијек разматра. Предложена су два модела: први је хеликоидни модел, у којем су тилакоиди намотани између зрнастих зрнаца.

Насупрот томе, други модел предлаже бифуркацију. Ова хипотеза сугерише да се грана формира стромалним бифуркацијама.

Строма

Строма је желатинозна течност која окружује тилакоиде и налази се у унутрашњем подручју хлоропласта. Овај регион одговара цитосолу наводне бактерије која је изазвала овај тип пластида.

У овој области ћете наћи молекуле ДНК и велику количину протеина и ензима. Наиме, ензими укључени у Цалвинов циклус налазе се за фиксирање угљичног диоксида у фотосинтетском процесу. Такође можете наћи скробне грануле

У строми се могу наћи хлоропласти хлоропласта, јер ове структуре синтетишу сопствене протеине.

Геноме

Једна од најистакнутијих особина хлоропласта је да они имају свој генетски систем.

Генетски материјал хлоропласта састоји се од кружних молекула ДНК. Свака органела има више копија овог кружног молекула од 12 до 16 кб (килобаза). Они су организовани у структуре назване нуклеоиди и састоје се од 10 до 20 копија генома пластида, заједно са протеинима и молекулима РНК..

ДНК хлоропласта кодира приближно 120 до 130 гена. Ово резултира протеинима и РНК везаним за фотосинтетске процесе као што су компоненте фотосистема И и ИИ, АТП синтаза и једна од Рубисцо подјединица..

Рубисцо (рибулоза-1,5-бисфосфат карбоксилаза / оксигеназа) је кључни ензимски комплекс у Цалвиновом циклусу. У ствари, сматра се најобимнијим протеином на планети Земљи.

Преносне РНК и рибозоми се користе у транслацији РНА порука које су кодиране у геному хлоропласта. То укључује рибосомалне РНК 23С, 16С, 5С и 4.5С и трансфер РНК. Такође кодира за 20 рибосомских протеина и одређене подјединице РНА полимеразе.

Међутим, одређени елементи неопходни за функционисање хлоропласта су кодирани у нуклеарном геному биљне ћелије.

Функције

Хлоропласти се могу сматрати важним метаболичким центрима у биљкама, где се јављају вишеструке биохемијске реакције захваљујући широком спектру ензима и протеина везаних за мембране које садрже те органеле.

Они имају критичну функцију у биљним организмима: то је мјесто гдје се одвијају фотосинтетски процеси, гдје се сунчева свјетлост претвара у угљикохидрате, уз кисик као секундарни производ..

Низ секундарних функција биосинтезе такође се јавља у хлоропластима. Затим ћемо детаљно размотрити сваку функцију:

Фотосинтеза

Фотосинтеза се дешава захваљујући хлорофилу. Овај пигмент се налази унутар хлоропласта, у мембранама тилакоида.

Састоји се од два дијела: прстена и репа. Прстен садржи магнезијум и одговоран је за апсорпцију светлости. Може да апсорбује плаво светло и црвено светло, одражавајући зелену површину светлосног спектра.

Фотосинтетске реакције настају захваљујући трансферу електрона. Енергија која долази из светлости даје енергију пигменту хлорофила (за молекул се каже да је "узбуђен светлошћу"), изазивајући кретање тих честица у мембрани тилакоида. Хлорофил добија своје електроне из молекула воде.

Овај процес резултира формирањем електрокемијског градијента који омогућава синтезу АТП-а у строми. Ова фаза је такође позната као "светлећа".

Други део фотосинтезе (или тамна фаза) јавља се у строми и наставља се у цитосолу. Познат је и као реакција везивања угљеника. У овој фази, производи горе наведених реакција се користе за изградњу угљених хидрата из ЦО2.

Синтеза биомолекула

Поред тога, хлоропласти имају и друге специјализоване функције које омогућавају развој и раст биљке.

У овом органелу долази до асимилације нитрата и сулфата, и поседују потребне ензиме за синтезу аминокиселина, фитохормона, витамина, масних киселина, хлорофила и каротеноида..

Неке студије су идентификовале значајан број амино киселина које синтетише ова органела. Кирк и сарадници су проучавали производњу аминокиселина у хлоропластима Вициа фаба Л.

Ови аутори су открили да су најзаступљеније синтетизоване аминокиселине глутамат, аспартат и треонин. Други типови, као што су аланин, серин и глицин, такође су синтетизовани, али у мањим количинама. Откривено је и преосталих тринаест амино киселина.

Они су били у стању да изолују различите гене који су укључени у синтезу липида. Клоропласти поседују неопходне путеве за синтезу изопреноидних липида, неопходних за производњу хлорофила и других пигмената.

Одбрана од патогена

Биљке немају развијен имунолошки систем сличан ономе код животиња. Према томе, ћелијске структуре морају да производе антимикробне супстанце да би се могле бранити од штетних агенаса. У ту сврху биљке могу синтетизовати реактивне врсте кисеоника (РОС) или салицилну киселину.

Хлоропласти се односе на производњу ових супстанци које елиминишу могуће патогене који улазе у биљку.

Исто тако, они функционишу као "молекуларни сензори" и учествују у механизмима узбуне, преносећи информације другим органелима.

Отхер пластидс

Клоропласти припадају породици биљних органела названих пластида или пластида. Хлоропласти се разликују углавном од остатка пластида јер поседују хлорофил пигмент. Остале пластиде су:

-Хромопласти: ове структуре садрже каротеноиде, присутне су у цвијећу и цвијећу. Захваљујући овим пигментима, структуре поврћа имају жуте, наранџасте и црвене боје.

-Леукопласт: ови пластидиос не садрже пигменте и зато су бели. Они служе као резерва и налазе се у органима који не примају директно светло.

-Амилопласти: садрже скроб и налазе се у корену и гомољи.

Пластиди потичу од структура званих протопластидија. Једна од најупечатљивијих особина пластида је њихова својина за промјену типа, иако су већ у зрелој фази. Ова промена је изазвана околинским или унутрашњим сигналима из постројења.

На пример, хлоропласти су способни да изазову настанак хромопласта. За ову промену, тилакоидна мембрана се распада и каротеноиди се синтетишу.

Референце

  1. Аллен, Ј.Ф. (2003). Зашто хлоропласти и митохондрије садрже геном. Компаративна и функционална геномика, 4(1), 31-36.
  2. Цоопер, Г. (2000). Ћелија: Молекуларни приступ. Друго издање. Синауер Ассоциатес
  3. Даниелл, Х., Лин, Ц.-С., Иу, М., & Цханг, В.-Ј. (2016). Геноми хлоропласта: разноликост, еволуција и примена у генетичком инжењерингу. Геноме Биологи, 17, 134.
  4. Грацен, В.Е., Хиллиард, Ј.Х., Бровн, Р.Х., & Вест, С.Х. (1972). Периферни ретикулум у хлоропластима биљака који се разликују у путевима фиксације ЦО 2 и фотоспирању. Плант, 107(3), 189-204.
  5. Греи, М.В. (2017). Лин Маргулис и хипотеза ендосимбионта: 50 година касније. Молекуларна биологија ћелије, 28(10), 1285-1287.
  6. Јенсен, П.Е., & Леистер, Д. (2014). Еволуција хлоропласта, структура и функције. Ф1000Приме Репортс, 6, 40.
  7. Кирк, П. Р., & Леецх, Р. М. (1972). Аминокиселинска биосинтеза изолованих хлоропласта током фотосинтезе . Плант Пхисиологи, 50(2), 228-234.
  8. Кобаиасхи, К., & Вада, Х. (2016). Улога липида у биогенези хлоропласта. Ин Липиди у развоју биљака и алги (стр. 103-125). Спрингер, Цхам.
  9. Совден, Р.Г., Ватсон, С.Ј., & Јарвис, П. (2017). Улога хлоропласта у биљној патологији. Есеји из биохемије, ЕБЦ20170020.
  10. Висе, Р. Р., & Хообер, Ј.К. (2007). Структура и функција пластида. Спрингер Сциенце & Бусинесс Медиа.