A kloroplasztok funkciói, a fotoszintézis szerkezete és folyamata



az kloroplasztokat Ezek egyfajta celluláris organellák, amelyeket a növényekre és algákra jellemző összetett membránrendszer határol. Ebben a plasztidban a klorofill, a fotoszintézis folyamatáért felelős pigment, a zöldségek zöld színe, és lehetővé teszi ezeknek a vonalaknak az autofüggő életét..

Továbbá, kloroplasztok létrehozásával kapcsolatos metabolikus energia (ATP - adenozin-trifoszfát), szintézise aminosavak, vitaminok, zsírsavak, lipidek és komponensek azok membránok nitrit redukció. Ez is szerepet játszik a termelés anyagok elleni védekezés kórokozók.

Ez a fotoszintetikus organellum saját kört genom (DNS), és azt sugallja, hogy, mint a mitokondriumok, származó folyamat szimbiózis fogadó és egy ősi fotoszintetikus baktériumot.

index

  • 1 Eredet
    • 1.1 Az endoszimbiotikus elmélet
  • 2 Általános jellemzők
  • 3 Szerkezet
    • 3.1 Külső és belső membránok
    • 3.2 Tilakoid membrán
    • 3.3. Tylakoidok
    • 3.4 Stroma
    • 3.5 Genom
  • 4 Funkciók
    • 4.1. Fotoszintézis
    • 4.2 A biomolekulák szintézise
    • 4.3 Védelem a kórokozók ellen
  • 5 Egyéb plasztidok
  • 6 Referenciák

forrás

A kloroplasztok olyan organellák, amelyek nagyon távoli szervezetek csoportjainak jellemzői: algák, növények és prokarióták. Ez a bizonyíték arra utal, hogy az organelle egy prokarióta szervezetből származik, amely képes fotoszintézist végezni.

Becslések szerint az első eukarióta szervezet, amely képes fotoszintézis végrehajtására, körülbelül 1000 millió évvel ezelőtt keletkezett. A bizonyítékok azt mutatják, hogy ez a fontos evolúciós ugrást az eukarióta gazdaszervezet cianobaktériumának megszerzése okozza. Ez a folyamat vörös, zöld és növényi algák különböző vonalainak kialakulását eredményezte.

Hasonlóképpen, események merülnek fel szekunder és tercier szimbiózisban amelyben egy sor eukarióta szimbiotikus kapcsolat más szabadon élő eukarióta fotoszintetikus.

Az evolúció folyamán a feltételezett baktérium genomját csökkentették, és néhány génjét átadták és integrálták a mag genomjába.

A jelenlegi kloroplasztok genomjának megszervezése hasonlít egy prokarióta genomjára, de rendelkezik az eukarióták genetikai anyagának jellemzőivel is..

Az endoszimbiotikus elmélet

Endoszimbiotikus elmélet által javasolt Lynn Margulis egy sor között kiadott könyvek 60 és 80 Volt azonban, hogy egy ötlet, hogy már önmagában kezelése, mivel a 1900-as évek által javasolt Mereschkowsky.

Ez az elmélet magyarázza a kloroplasztok, a mitokondriumok és a flagellában található bazális testek eredetét. E hipotézis szerint ezek a struktúrák egyszerre szabad prokarióta szervezetek voltak.

Nincs sok bizonyíték arra, hogy támogassuk a bazális testek endoszimbiotikus eredetét a mobil prokariótáktól.

Ezzel szemben fontos bizonyítékok támasztják alá a mitokondriumok α-Proteobaktériumokból és a cianobaktériumokból származó kloroplasztok endoszimbiotikus eredetét. A legtisztább és legerősebb bizonyíték a két genom közötti hasonlóság.

Általános jellemzők

A kloroplasztok a növényi sejtekben a legnyilvánvalóbb típusok. Ezek a membránok körülvett ovális szerkezetek, és az autofobikus eukarióták legismertebb folyamata a belső térben: fotoszintézis. Dinamikus struktúrák és saját genetikai anyaguk van.

Ezek általában a növények levelein találhatók. Egy tipikus növényi sejt 10-100 kloroplasztot tartalmazhat, bár a szám igen változó.

A mitokondriumokhoz hasonlóan a szülőktől a gyerekekig a kloroplasztok öröksége az egyik szülő részéről, nem pedig mindkettőtől származik. Valójában ezek a organellák meglehetősen hasonlóak a mitokondriumokhoz különböző szempontok, bár összetettebbek.

struktúra

A kloroplasztok nagy organellák, 5-10 μm hosszúak. Ennek a szerkezetnek a jellemzői hagyományos optikai mikroszkóp alatt láthatóak.

Ezeket kettős lipidmembrán veszi körül. Emellett harmadik belső membránrendszerük van, amit thylakoid membránoknak neveznek.

Ez az utolsó membránrendszer a lemezszerű szerkezetek halmazát alkotja, amelyet thylakoidoknak neveznek. A halakoidok cölöpökben való egyesülését "granának" nevezik, és egymáshoz kapcsolódnak.

Ennek köszönhetően a hármas membrán rendszer, a belső szerkezet a kloroplaszt összetett, és van osztva három terek: intermembránján teret (a két külső membránját), a stroma (megtalálható a kloroplaszt és kívül a tilakoid membrán) és a Végül a tilakoid lumen.

Külső és belső membránok

A membránrendszer az ATP előállításához kapcsolódik. A mitokondriumok membránjaihoz hasonlóan a belső membrán határozza meg a molekulák átjutását az organellába. A foszfatidil-kolin és a foszfatidil-glicerin a kloroplaszt membránok leggyakoribb lipidjei..

A külső membrán pórusokat tartalmaz. A kis molekulák szabadon léphetnek be ezeken a csatornákon. A belső membrán viszont nem teszi lehetővé az ilyen típusú kis tömegű molekulák szabad áthaladását. Ahhoz, hogy a molekulák bejussanak, a membránhoz rögzített specifikus transzporterekkel kell ezt megtenniük.

Bizonyos esetekben a perifériás retikulumnak nevezett szerkezete van, amelyet membránhálózat alakít ki, amely kifejezetten a kloroplaszt belső membránjából származik. Egyes szerzők egyedülállónak tekintik azokat a C4 anyagcserével rendelkező növények számára, bár a C3 növényekben találtak.

Ezeknek a tubulusoknak és vezikuláknak a funkciója még nem tisztázott. Javasoljuk, hogy hozzájáruljanak a metabolitok és fehérjék gyors kloroplasztba történő szállításához vagy a belső membrán felületének növeléséhez..

Thylakoid membrán

Ebben a membránrendszerben a fotoszintetikus folyamatokban részt vevő elektronszállító lánc. A protonokat a membránon keresztül a sztóma és a tylakoidok belsejébe szivattyúzzák.

Ez a gradiens az ATP szintézisét eredményezi, amikor a protonok a stromához irányulnak. Ez az eljárás megegyezik a mitokondriumok belső membránjában előforduló eljárással.

A tilakoid membrán van kialakítva négy típusú lipidek: monogalaktozil diacilglicerin, digalaktozil diacilglicerin, sulfoquinovosyl diacilglicerin és foszfatidil-glicerin. Mindegyik típus egy speciális funkciója a lipid kettős réteg ebben a szakaszban.

tilacoides

A tylakoidok membránszerkezetek, zsákok vagy lapos lemezek formájában, amelyek egymásra rakva vannak.kosenil"(Ez a szerkezet többes számú Granum). Ezek a lemezek átmérője 300-600 nm. A tylakoid belső terében lumennek nevezik.

A tylakoid verem architektúrája még mindig vitatott. Két modellt javasolunk: az első a spirális modell, amelyben a tylakoidok a spirál alakú szemcsék között vannak tekercselve.

Ezzel szemben a másik modell bifurkációt javasol. Ez a hipotézis arra utal, hogy a granát stromális bifurkációk képezik.

stroma

A stroma a zselatin folyadék, amely körülveszi a tilakoidokat, és a kloroplaszt belső régiójában található. Ez a régió megfelel az ilyen típusú plasztidot okozó állítólagos baktériumok citoszoljának.

Ezen a területen DNS-molekulákat és nagy mennyiségű fehérjét és enzimet talál. Pontosabban, a Calvin ciklusban részt vevő enzimeket a szén-dioxid rögzítésére a fotoszintetikus folyamatban találjuk. Meg lehet találni keményítő granulátumot is

A stromában megtalálhatók a kloroplasztok kloroplasztjai, mivel ezek a struktúrák saját fehérjéket szintetizálnak.

genom

A kloroplasztok egyik legkiválóbb jellemzője, hogy saját genetikai rendszerük van.

A kloroplasztok genetikai anyaga a DNS körkörös molekuláiból áll. Mindegyik organelle ennek a körkörös molekulának többszörös példánya van, 12–16 kb (kilobázis). Olyan struktúrákba szerveződnek, amelyeket nukleoidoknak neveznek, és a plasztid genom 10-20 példányából állnak, valamint a fehérjék és az RNS molekulák..

A kloroplaszt-DNS körülbelül 120-130 gént kódol. Ezek olyan fehérjéket és RNS-t eredményeznek, amelyek a fotoszintetikus folyamatokhoz kapcsolódnak, mint például az I és II fotórendszer komponensei, az ATP szintáz és az egyik Rubisco alegység..

A Rubisco (ribulóz-1,5-biszfoszfát-karboxiláz / oxigenáz) a Calvin-ciklusban meghatározó enzimkomplex. Valójában a Föld bolygón a leggyakoribb fehérje.

A transzfer RNS-eket és riboszómákat a kloroplaszt-genomban kódolt RNS-üzenetek transzlációjában használjuk. Magában foglalja a 23S, 16S, 5S és 4.5S riboszomális RNS-eket és transzfer RNS-t. 20 riboszomális fehérjét és bizonyos RNS polimeráz alegységeket is kódol.

Azonban a kloroplaszt működéséhez szükséges bizonyos elemeket a növényi sejt nukleáris genomjában kódoljuk.

funkciók

A kloroplasztok fontos anyagcsere-centrumoknak tekinthetők a növényekben, ahol több biokémiai reakció jelentkezik a membránokhoz rögzített enzimek és fehérjék széles spektrumának köszönhetően, amelyeket ezek a organellek tartalmaznak.

Kritikus funkciójuk van a növényi szervezetekben: ez az a hely, ahol fotoszintetikus folyamatok zajlanak, ahol a napfény szénhidrátokká alakul, másodlagos termékként oxigént..

A bioszintézis másodlagos funkcióinak sorozata a kloroplasztokban is előfordul. Ezután részletesen megvitatjuk az egyes funkciókat:

fotoszintézis

A fotoszintézis klorofillnek köszönhető. Ez a pigment a kloroplasztok belsejében található, a tylakoidok membránjaiban.

Két részből áll: egy gyűrűből és egy farokból. A gyűrű magnéziumot tartalmaz, és felelős a fény felszívódásáért. Elnyelheti a kék fényt és a vörös fényt, ami a fényspektrum zöld területét tükrözi.

A fotoszintetikus reakciók az elektronok átvitelének köszönhetőek. A fényből származó energia energiát ad a klorofill pigmentnek (a molekula a fény "izgatott"), ami a részecskék mozgását okozza a tylakoidok membránjában. A klorofill az elektronjait egy vízmolekulából kapja.

Ez az eljárás olyan elektrokémiai gradiens kialakulását eredményezi, amely lehetővé teszi az ATP szintézisét a stromában. Ez a fázis "fényes" néven is ismert..

A fotoszintézis második része (vagy sötét fázis) a stromában jelentkezik, és a citoszolban folytatódik. Szénmegkötő reakcióként is ismert. Ebben a szakaszban a fenti reakciók termékeit szénhidrátok előállítására használjuk2.

A biomolekulák szintézise

Ezen túlmenően a kloroplasztoknak vannak más speciális funkciói, amelyek lehetővé teszik a növény fejlődését és növekedését.

Ebben az organellában a nitrátok és szulfátok asszimilálódnak, és az aminosavak, fitohormonok, vitaminok, zsírsavak, klorofill és karotinoidok szintéziséhez szükséges enzimek vannak..

Bizonyos tanulmányok jelentős számú aminosavat szintetizálnak az organelle által. Kirk és munkatársai az aminosavak termelését kloroplasztikában vizsgálták Vicia faba L.

Ezek a szerzők megállapították, hogy a leggyakoribb szintetizált aminosavak a glutamát, az aszpartát és a treonin. Más típusokat, például alanint, szerint és glicint is szintetizáltunk, de kisebb mennyiségben. A fennmaradó tizenhárom aminosavat is kimutatták.

Képesek voltak izolálni a lipidek szintézisében részt vevő különböző géneket. A kloroplasztok rendelkeznek az izoprenoid lipidek szintéziséhez szükséges útvonallal, amelyek elengedhetetlenek a klorofill és más pigmentek előállításához..

Védelem kórokozókkal szemben

A növények nem fejlett immunrendszerrel rendelkeznek, mint az állatoké. Ezért a celluláris struktúráknak antimikrobiális anyagokat kell előállítaniuk ahhoz, hogy megvédhessék a káros anyagokat. Ebből a célból a növények képesek reaktív oxigénfajokat (ROS) vagy szalicilsavat szintetizálni.

A kloroplasztok ezekhez az anyagokhoz kapcsolódnak, amelyek kiküszöbölik a növénybe belépő lehetséges kórokozókat.

Hasonlóképpen "molekuláris érzékelőkként" működnek, és riasztási mechanizmusokban is részt vesznek, és információt szolgáltatnak más organelláknak.

Más plasztidok

A kloroplasztok növényi organellák családjába tartoznak, úgynevezett plasztidok vagy plasztidok. A kloroplasztok főleg a plasztidok többi részétől különböznek, mivel klorofill pigmentet tartalmaznak. A többi plasztid:

-Kromoplasztok: ezek a szerkezetek karotinoidokat tartalmaznak, virágokban és virágokban vannak jelen. Ezeknek a pigmenteknek köszönhetően a növényi szerkezetek sárga, narancssárga és piros színűek.

-A leucoplastosok: ezek a plasztidok nem tartalmaznak pigmenteket, ezért fehérek. Ezek tartalékként szolgálnak, és olyan szervekben találhatók, amelyek nem kapnak közvetlen fényt.

-Amiloplasztok: keményítőt tartalmaznak, és gyökerekben és gumókban találhatók.

A plasztidok protoplasztikumoknak nevezett szerkezetekből származnak. A plasztidok egyik legszembetűnőbb tulajdonsága, hogy megváltoztatják a tulajdonságaikat, bár már az érett szakaszban vannak. Ezt a változást a növény környezeti vagy belső jelei váltják ki.

A kloroplasztok például képesek kromoplasztok kialakulására. Ehhez a változáshoz a tylakoid membrán szétesik és a karotinoidokat szintetizálják.

referenciák

  1. Allen, J. F. (2003). Miért tartalmaznak kloroplasztokat és mitokondriákat a genomokat. Összehasonlító és funkcionális genomika, 4(1), 31-36.
  2. Cooper, G. M (2000). A sejt: Molekuláris megközelítés. Második kiadás. Sinauer Associates
  3. Daniell, H., Lin, C.-S., Yu, M., és Chang, W.-J. (2016). Chloroplast genomok: sokféleség, evolúció és alkalmazások a géntechnológiában. Genombiológia, 17, 134.
  4. Gracen, V. E., Hilliard, J. H., Brown, R.H., és West, S.H. (1972). Perifériás retikulum a növények kloroplasztikájában, amelyek különböznek a CO 2 rögzítési útvonalaktól és a fotoreakciótól. növény, 107(3), 189-204.
  5. Gray, M. W. (2017). Lynn Margulis és az endoszimbiont hipotézis: 50 évvel később. A sejt molekuláris biológiája, 28(10), 1285-1287.
  6. Jensen, P. E. és Leister, D. (2014). Chloroplast evolúció, szerkezet és funkciók. F1000Prime jelentések, 6, 40.
  7. Kirk, R. R. és Leech, R. M. (1972). Aminosav-bioszintézis izolált kloroplasztokkal a fotoszintézis során . Növényi élettan, 50(2), 228-234.
  8. Kobayashi, K. és Wada, H. (2016). A lipidek szerepe a kloroplaszt biogenezisben. -ban Lipidek a növényi és az algák fejlődésében (103-125. o.). Springer, Cham.
  9. Sowden, R. G., Watson, S. J. és Jarvis, P. (2017). A kloroplasztok szerepe a növényi patológiában. A biokémiai esszé, EBC20170020.
  10. Wise, R. R. és Hoober, J. K. (2007). A plasztidok szerkezete és működése. Springer Science & Business Media.