Kloropastin ominaisuudet, toiminnot ja rakenne

Se Kloroplastit Ne ovat eräänlainen soluorganelleja, jotka ovat rajaita kompleksinen kalvojärjestelmä, joka on ominaista kasveille ja leville. Tässä plastidiumissa on klorofylli, pigmentti, joka vastaa fotosynteesin prosesseista, vihannesten vihreä ja näiden linjojen autotrofisen elämän salliminen.

Lisäksi kloroplastit liittyvät metabolisen energian (ATP -adenosiinin ym. Sillä on myös rooli puolustusaineiden tuotannossa taudinaiheuttajia vastaan.

Kloroplasti. Kirjoittanut Miguelsierra [GFDL (http: // www.GNU.Org/copyleft/fdl.html) tai cc by-sa 4.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/4.0)], Wikimedia Commons

Tällä fotosynteettisellä organellella on oma pyöreä genomi (DNA), ja ehdotetaan, että kuten mitokondrioista, ne ovat peräisin isännän ja esi -isien fotosynteettisten bakteerien välisestä symbioosiprosessista.

[TOC]

Alkuperä

Kloroplastit ovat organeleja, joilla on erittäin kaukaisten organismien ryhmät: levät, kasvit ja prokaryootit. Nämä todisteet viittaavat siihen, että organelle on peräisin prokaryoottisesta kehosta, jolla on kyky suorittaa fotosynteesi.

On arvioitu, että ensimmäinen eukaryoottinen organismi, jolla on kyky suorittaa fotosynteesi, syntyi noin 1.000 miljoonaa vuotta. Testit osoittavat, että tämä tärkeä evoluutiohyppy johtui eukaryoottisen vieraan syanobakteerisen hankkimisesta. Tämä prosessi sai aikaan erilaisia ​​punaisia, vihreitä ja kasveja koskevia linjoja.

Samoin kerätään sekundaarisia ja tertiäärisiä symbioositapahtumia, joissa eukaryoottinen linja muodostaa symbioottisen suhteen toisen fotosynteettisen eukaryotan kanssa vapaan elämän.

Evoluution aikana oletetun bakteerin genomi on vähentynyt ja jotkut sen geeneistä on siirretty ja integroitu ytimen genomiin.

Nykyisen kloroplastien genomin organisointi muistaa prokaryoottisen, mutta sillä on myös eukaryoottisen geneettisen materiaalin ominaisuuksia.

Endosimbioottinen teoria

Lynn Margulis ehdotti endosimbioottista teoriaa 60-80 -luvun välillä julkaistussa kirjojen sarjassa. Se oli kuitenkin idea, joka oli jo ajautunut 1900 -luvulta lähtien, ehdotti Mereschkowsky.

Tämä teoria selittää kloroplastien, mitokondrioiden ja vitsausten pohjarunkojen alkuperä. Tämän hypoteesin mukaan nämä rakenteet olivat kerran vapaita prokaryooteja.

Ei ole paljon todisteita, jotka tukevat mobiiliprokaryootien peruskappaleiden endosimbioottista alkuperää.

Sitä vastoin on tärkeitä todisteita, jotka tukevat mitokondrioiden endosimbioottista alkuperää a-proteobakteereista ja syanobakteerien kloroplasteista. Selkein ja vahvempi näyttö on samankaltaisuus molempien genomien välillä.

Kloroplastien yleiset ominaisuudet

Kloroplastit ovat kasvisolujen plastidien näkyvin tyyppi. Ne ovat membraanien ympäröimiä soikeita rakenteita ja sen sisällä tapahtuu kuuluisin autotrofisten eukaryootien prosessi: fotosynteesi. Ne ovat dynaamisia rakenteita ja niillä on oma geneettinen materiaali.

Ne sijaitsevat yleensä kasvien lehdillä. Tyypillisessä kasvisolussa voi olla 10 - 100 kloroplastiä, vaikka luku on melko muuttuva.

Kuten mitokondriat, vanhempien kloroplastien perintö lapsille tapahtuu yksi vanhemmista eikä molemmista. Itse asiassa nämä organelit ovat melko samanlaisia ​​kuin mitokondriot eri näkökohdissa, vaikkakin monimutkaisempia.

Rakenne (osat)

Kloroplasti. Kirjoittanut GmSotavio [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0) tai gfdl (http: // www.GNU.Org/copyleft/fdl.html)], Wikimedia Commons

Kloroplastit ovat suuria organeleja, 5–10 um. Tämän rakenteen ominaisuudet voidaan visualisoida perinteisen optisen mikroskoopin alla.

Voi palvella sinua: nukleosomi

Niitä ympäröi kaksinkertainen lipidikalvo. Lisäksi heillä on kolmas sisäinen kalvojärjestelmä, nimeltään Tilcoid -kalvot.

Tämä viimeinen kalvojärjestelmä muodostaa joukon rakenteita, jotka ovat samanlaisia ​​kuin albumi, joka tunnetaan nimellä Tilacoides. Karkojen liitosta paristoissa kutsutaan "grana" ja ne on kytketty toisiinsa.

Tämän kolminkertaisen kalvojärjestelmän ansiosta kloroplastien sisäinen rakenne on monimutkainen ja jaetaan kolmeen tilaan: membraanin välinen tila (kahden ulkoisen kalvon välillä), strooma (löytyy kloroplastien ja Tilcoidin kalvon ulkopuolelta) ja BY Viimeinen tilakoidin luumen.

Ulkoiset ja sisäiset kalvot

Kalvojärjestelmä liittyy ATP -sukupolveen. Kuten mitokondriokalvot, myös sisäinen kalvo määrittelee molekyylien kulku organellin sisällä. Fosfaditilkoliini ja fosfaditylglyseroli ovat kloroplastikalvojen runsaimpia lipidejä.

Ulkoskalvo sisältää sarjan huokosia. Pienet molekyylit voivat syöttää nämä kanavat vapaasti. Sillä välin sisäinen kalvo ei salli tämän tyyppisten matalan painon molekyylien vapaata kauttakulkua. Molekyylien sisäänpääsy, heidän on tehtävä niin erityisillä kalvoon ankkuroitujen kuljettajien avulla.

Joissain tapauksissa on rakenne, jota kutsu. Jotkut kirjoittajat pitävät niitä ainutlaatuisina kasveille, joilla on C4 -aineenvaihdunta, vaikka niitä on löydetty C3 -kasveista.

Näiden tubulaarien ja vesikkelien toiminta ei ole vielä selvä. Ehdotetaan, että ne voisivat edistää metaboliittien ja proteiinien nopeaa kuljetusta kloroplastien sisällä tai lisätä sisäkalvon pintaa.

Tilinsilakalvo

Tilinsilakalvo. Tameria sur Wikipédia Anglais [julkinen alue], Wikimedia Commons

Tässä kalvojärjestelmässä tapahtuu fotosynteettisiin prosesseihin osallistuva elektronikuljetinketju. Protonit pumpataan tämän kalvon läpi, stroomasta Tilacoides -sisälle.

Tämä gradientti johtaa ATP -synteesiin, kun protonit ohjataan uudelleen stroomaan. Tämä prosessi vastaa sitä, joka tapahtuu mitokondrioiden sisäisessä kalvossa.

Tilakoidikalvo muodostuu neljästä lipidityypistä: monogalaktosyylidiasyyliglyseroli, diglactosyylidiasyyliglyseroli, sulfokinovosyylidiasyyliglyseroli ja fosfatidyyliglyseroli. Jokainen tyyppi täyttää tämän osan lipidikerroksen erityistoiminnon.

Tilinlokki

Tilakoidit ovat kalvorakenteita pussin tai litteiden levyjen muodossa, jotka on pinottu A: iin "kokenilli”(Tämän rakenteen monikko on Granum-A. Näiden albumien halkaisija on 300–600 nm. Tilakoidin sisätilassa sitä kutsutaan luumeniksi.

Tilakoidipinoamisarkkitehtuurista keskustellaan edelleen. Ehdotetaan kahta mallia: ensimmäinen on kierteinen malli, jossa tilakoidit rullataan potkurin muodossa.

Sitä vastoin toinen malli ehdottaa haaroittumista. Tämä hypoteesi viittaa siihen, että grana muodostuu stroma -bifuraatioilla.

Strooma

Strooma on tilakoidia ympäröivä gelatiininen neste ja sitä löytyy kloroplastien sisäisestä alueesta. Tämä alue vastaa tämän tyyppisistä plastidiumista peräisin olevien bakteerien sytosolia.

Tällä alueella on DNA -molekyylit ja suuri määrä proteiineja ja entsyymejä. Erityisesti ovat entsyymit, jotka osallistuvat Calvin -sykliin hiilihydridin kiinnittämiseksi fotosynteettisessä prosessissa. Löydät myös tärkkelysrakeita

Voi palvella sinua: sytoplasma: toiminnot, osat ja ominaisuudet

Stromassa ovat kloroplastien ribosomit, koska nämä rakenteet syntetisoivat omat proteiinit.

Perimä

Yksi kloroplastien tärkeimmistä ominaisuuksista on, että heillä on oma geneettinen järjestelmä.

Kloroplastien geneettinen materiaali koostuu pyöreistä DNA -molekyyleistä. Jokaisessa organelissa on useita kopioita tästä pyöreästä molekyylistä, joka on 12-16 kb (kilobaasit). Ne on järjestetty rakenteisiin, joita kutsutaan nukleoideiksi ja koostuvat 10-20 kopiosta muovigenomista sekä proteiineja ja RNA -molekyylejä.

Kloroplasti -DNA koodaa noin 120 - 130 geeniä. Nämä johtavat proteiineihin ja RNA: iin, jotka liittyvät fotosynteettisiin prosesseihin, kuten fotosysteemin I ja II komponentti, ATP -syntaasi ja yksi Rubiscon alayksiköistä.

Rubisco (ribulosa-1,5-bishoposfaattikarboksylaasi/oksygenaasi) on ratkaiseva entsymaattinen kompleksi Calvin-syklissä. Itse asiassa planeetan runsain proteiini otetaan huomioon.

Siirto -RNA: ita ja ribosomaleja käytetään kloroplastien genomiin koodattujen viestien kääntämisessä. Sisältää Ribosomales 23S, 16S, 5S ja 4,5 ja 30 siirto kylkiluun. Se koodaa myös 20 ribosomaalista proteiinia ja tiettyjä RNA -polymeraasin alayksiköitä.

Tietyt kloroplastien toimintaan tarvittavat elementit koodataan kuitenkin kasvisolujen ydingenomiin.

Funktiot

Kloroplastiesia voidaan pitää tärkeänä aineenvaihduntakeskuksena kasveissa, joissa tapahtuu useita biokemiallisia reaktioita, jotka johtuvat kalvoille ankkuroitujen entsyymien ja proteiinien, jotka nämä organelit sisältävät.

Niillä on kriittinen tehtävä kasvien organismeissa: se on paikka, jossa fotosynteettisiä prosesseja tapahtuu, missä auringonvalo muuttuu hiilihydraateiksi, joilla on happea toissijaisena tuotteena.

Kloroplasteissa myös sarja biosynteesin sekundaarisia toimintoja. Seuraavaksi keskustelemme jokaisesta toiminnosta yksityiskohtaisesti:

Fotosynteesi

Fotosynteesi (vasen) ja hengitys (DCHA). Kuva oikealta uutetusta BBC: stä

Fotosynteesi tapahtuu klorofyllin ansiosta. Tämä pigmentti on kloroplastien sisällä, tilakalvoissa.

Se koostuu kahdesta osasta: rengas ja häntä. Rengas sisältää magnesiumia ja vastaa valon imeytymisestä. Se voi absorboida sinistä ja punaista valoa, heijastaen valon spektrin vihreää aluetta.

Fotosynteettiset reaktiot tapahtuvat elektroninsiirron ansiosta. Energia valosta antaa energiaa klorofyllipigmenttiin (sanotaan, että molekyyli on "valon herättäminen") aiheuttaen näiden hiukkasten liikkumisen Tilcoid -kalvossa. Klorofylli saa elektronit vesimolekyylistä.

Tämä prosessi johtaa sähkökemiallisen gradientin muodostumiseen, joka mahdollistaa ATP: n synteesin stroomassa. Tämä vaihe tunnetaan myös nimellä "valoinen".

Fotosynteesin (tai tumma faasi) toinen osa tapahtuu stroomassa ja jatkuu sytosolissa. Se tunnetaan myös hiilen kiinnitysreaktioina. Tässä vaiheessa yllä olevien reaktioiden tuotteita käytetään rakentamaan hiilihydraatteja Co: sta₂.

Biomolekyylisynteesi

Lisäksi kloroplastilla on muita erikoistuneita toimintoja, jotka sallivat kasvin kehittymisen ja kasvun.

Tässä organelissa tapahtuu nitraattien ja sulfaattien assimilaatio, ja niillä on tarvittavat entsyymit aminohappojen, fytohormonien, vitamiinien, rasvahappojen, klorofyllien ja karotenoidien synteesiksi.

Voi palvella sinua: integriinit: ominaisuudet, rakenne ja toiminnot

Tietyt tutkimukset ovat tunnistaneet tärkeän määrän aminohappoja, jotka tämä organelle syntetisoi. Kirk ja yhteistyökumppanit tutkivat aminohappojen tuotantoa klooroplastien kanssa Vicia Faba Lens.

Nämä kirjoittajat havaitsivat, että kaikkein runsas syntetisoidut aminohapot olivat glutamaatti, aspartaatti ja treonine. Myös muita tyyppejä, kuten alanina, seriini ja glycina, syntetisoitiin, mutta vähemmän. Myös jäljellä olevat aminohapot havaittiin.

Lipidisynteesiin osallistuvat erilaiset geenit on eristetty. Kloroplastit ovat välttämättömät tiet isapedonoidien lipidien synteesiin, välttämättömiä klorofyllin tuotantoon ja muihin pigmentteihin.

Taudinaiheuttaja

Kasveilla ei ole immuunijärjestelmää, joka on kehittynyt samanlaisia ​​kuin eläinten. Siksi solurakenteiden on tuotettava antimikrobisia aineita puolustaakseen haitallisia aineita vastaan. Tätä tarkoitusta varten kasvit voivat syntetisoida reaktiivisia happea (ROS) tai salisyylihappolajeja.

Kloroplastit liittyvät näiden aineiden tuotantoon, jotka eliminoivat mahdolliset taudinaiheuttajat, jotka tulevat laitokseen.

Ne toimivat myös "molekyylianturina" ja osallistuvat hälytysmekanismeihin, välittämällä tietoa muille organelleille.

Muut plastidit

Kloroplastit kuuluvat kasvi -organelien perheeseen, jota kutsutaan plastideiksi tai muoviksi. Kloroplastit eroavat pääasiassa muista plastideista hallussaan klorofyllipigmentti. Muut plastidit ovat:

-Kromoplastos: Nämä rakenteet sisältävät karotenoideja, on kukissa ja kukissa. Näiden pigmenttien ansiosta kasvirakenteissa on keltaisia, oransseja ja punaisia ​​värejä.

-Leukoplastit: Nämä plastidit eivät sisällä pigmenttejä ja ovat siksi valkoisia. Ne toimivat varauksena ja niitä löytyy elimistä, jotka eivät saa suoraa valoa.

-Amyloplastit: ne sisältävät tärkkelystä ja niitä löytyy juurista ja mukuloista.

Plastidit ovat peräisin rakenteista, joita kutsutaan protoplastiksi. Yksi plastidien yllättävimmistä ominaisuuksista on heidän omaisuus tyypin muuttamiseksi, vaikka ne olisivat jo kypsässä vaiheessa. Tämän muutoksen laukaisee kasvin ympäristö- tai luontaiset signaalit.

Esimerkiksi kloroplastit kykenevät luomaan kromoplasteja. Tätä muutosta varten tilakoidikalvo hajoaa ja karotenoidit syntetisoidaan.

Viitteet

1. Allen, J. F. (2003). Miksi kloroplastit ja mitechondria sisältävät genomeja. Vertaileva ja funktionaalinen genomiikka, 4(1), 31-36.
2. Cooper, G. M (2000). Solu: Lähestymismolekyyli. Toinen painos. Sinauer Associates
3. Daniell, H., Lin, c.-S., Yu, m., & Chang, W.-J -. (2016). Kloroplastien genomit: monimuotoisuus, evoluutio ja sovellukset geenitekniikassa. Genomibiologia, 17, 134.
4. Gracen, V. JA., Hilliard, J. H., Ruskea, r. H., & West, S. H. (1972). Perifaalinen resticulum kasvien kloroplastien kanssa, jotka eroavat Co 2 -kiinnityksessä ja Huttorespirion. Tehdas, 107(3), 189-204.
5. Harmaa, m. W -. (2017). Lynn Margulis ja endosymbionnt -hypoteesi: 50 vuotta myöhemmin. Solumolekyylin biologia, 28(10), 1285-1287.
6. Jensen, P. JA., & Leister, D. (2014). Kloroplastien kehitys, rakenne ja toiminnot. F1000PRIME -raportit, 6, 40.
7. Kirk, P. R -., & Leech, R. M. (1972). Aminohapon biosynteesi eristettyjen klooriplaattien avulla fotosynteesin aikana . Kasvien fysiologia, viisikymmentä(2), 228-234.
8. Kobayashi, k., & Wada, H. (2016). Lipidien rooli kloroplastien biogeneesissä. Sisään Lipidit kasvien ja levien kehityksessä (PP. 103-125). Springer, Cham.
9. Sowden, R. G., Watson, S. J -., & Jarvis, P. (2017). Kloroplastien rooli kasvipatologiassa. Esseitä biokemiassa, EBC20170020.
10. Viisaus. R -., & Hoober, J. K -k -. (2007). Plastidien rakenne ja toiminta. Springer Science & Business Media.