Chloroplaster Funktioner, struktur og proces af fotosyntese



den kloroplaster De er en type cellulære organeller afgrænset af et komplekst membransystem, der er karakteristisk for planter og alger. I dette plastid er chlorofylen, pigmentet ansvarlig for fotosyntesens processer, grøn grøn farve og tillader det autotrofe liv i disse afstamninger.

Endvidere er chloroplaster relateret til frembringelsen af ​​metabolisk energi (ATP - adenosintriphosphat), syntese af aminosyrer, vitaminer, fedtsyrer, lipider og komponenter i deres membraner nitrit reduktion. Det har også en rolle i produktionen af ​​forsvarsstoffer mod patogener.

Denne fotosyntetiske organel har sin egen kreds genom (DNA), og foreslår, at de ligesom mitochondrier, der stammer fra en proces med symbiose mellem en vært og en nedarvet fotosyntetiske bakterie.

indeks

  • 1 Oprindelse
    • 1.1 Endosymbiotisk teori
  • 2 Generelle egenskaber
  • 3 struktur
    • 3.1 Eksterne og indre membraner
    • 3.2 Thilacoid membran
    • 3.3 Thylakoider
    • 3.4 Stroma
    • 3,5 genom
  • 4 funktioner
    • 4.1 Fotosyntese
    • 4.2 Syntese af biomolekyler
    • 4.3 Forsvar mod patogener
  • 5 Andre plastider
  • 6 referencer

kilde

Kloroplaster er organeller, der har karakteristika for meget fjerne grupper af organismer: alger, planter og prokaryoter. Dette bevis tyder på, at organellen stammede fra en prokaryot organisme med evnen til at udføre fotosyntese.

Det skønnes, at den første eukaryote organisme, der har kapacitet til at udføre fotosyntese, stammer fra omkring 1.000 millioner år siden. Beviserne viser, at dette vigtige evolutionære spring blev forårsaget af erhvervelsen af ​​et cyanobakterium af en eukaryot vært. Denne proces gav anledning til forskellige linjer af røde, grønne og plantealger.

På samme måde er der sekundære og tertiære symbiose begivenheder, hvor en række eukaryoter etablerer et symbiotisk forhold med en anden frit levende fotosyntetisk eukaryot.

I løbet af evolutionen er genomet af den formodede bakterie blevet reduceret, og nogle af dets gener er blevet overført og integreret i nucleusgenomet.

Organiseringen af ​​genomet af de nuværende chloroplaster ligner den af ​​en prokaryote, men har også attributter af det genetiske materiale af eukaryoter.

Den endosymbiotiske teori

Endosymbiotisk teori blev foreslået af Lynn Margulis i en række bøger udgivet mellem 60'erne og 80'erne. Det var imidlertid en ide, der havde fungeret siden 1900'erne, foreslået af Mereschkowsky.

Denne teori forklarer oprindelsen af ​​chloroplaster, mitokondrier og de basale legemer, der findes i flagellaen. Ifølge denne hypotese var disse strukturer en gang fri prokaryote organismer.

Der er ikke meget bevis for at understøtte den endosymbiotiske oprindelse af de basale legemer fra mobile prokaryoter.

Derimod er der vigtige beviser til støtte for mitokondrieres endosymbiotiske oprindelse fra a-Proteobacteria og fra chloroplaster fra cyanobakterier. Det klareste og stærkeste bevis er ligheden mellem begge genomer.

Generelle egenskaber

Kloroplaster er den mest iøjnefaldende type plastider i planteceller. De er ovale strukturer omgivet af membraner, og den mest berømte proces af autotrofe eukaryoter forekommer i deres indre: fotosyntese. De er dynamiske strukturer og har deres eget genetiske materiale.

De er normalt placeret på planterne. En typisk plantecelle kan have 10 til 100 chloroplaster, selvom antallet er ret variabel.

Ligesom mitokondrier forekommer arve af kloroplaster fra forældre til børn hos en af ​​forældrene og ikke begge. Faktisk er disse organeller meget ligner mitokondrier i forskellige aspekter, selv om de er mere komplekse.

struktur

Kloroplaster er store organeller med en længde på 5 til 10 μm. Karakteristikaene ved denne struktur kan visualiseres under et traditionelt optisk mikroskop.

De er omgivet af en dobbelt lipidmembran. Derudover har de et tredje system af indre membraner, kaldet thylakoid membraner.

Dette sidste membraniske system danner et sæt disklignende strukturer, kendt som thylakoider. Foreningen af ​​thylakoider i bunker kaldes "grana" og de er forbundet med hinanden.

Takket være denne tredobbelte membransystem, den indre struktur af chloroplasten er kompleks og er opdelt i tre rum: det intermembrane rum (mellem de to ydre membraner), den stroma (findes i chloroplasten og uden for thylakoid membran) og sidste tylakoidens lumen.

Eksterne og indre membraner

Membransystemet er relateret til dannelsen af ​​ATP. Ligesom mitokondrierens membraner er det den indre membran, som bestemmer molekylernes passage i organellen. Phosphatidylcholin og phosphatidylglycerol er de mest almindelige lipider af chloroplastmembraner.

Den ydre membran indeholder en række porer. Små molekyler kan frit komme ind gennem disse kanaler. Den indre membran tillader på den anden side ikke fri transit af denne type lavmolekyler. For at molekyler skal komme ind, skal de gøre det ved hjælp af specifikke transportører forankret til membranen.

I nogle tilfælde er der en struktur kaldet det perifere retikulum, dannet af et netværk af membraner, der stammer specifikt fra den indre membran af chloroplast. Nogle forfattere anser dem unikke for planter med C4-stofskifte, selv om de er blevet fundet i C3-planter.

Funktionen af ​​disse rør og vesikler er endnu ikke klar. Det foreslås, at de kan bidrage til hurtig transport af metabolitter og proteiner i chloroplast eller for at forøge overfladen af ​​den indre membran.

Thylakoid membran

Elektrontransportkæden involveret i fotosyntetiske processer forekommer i dette membransystem. Protoner pumpes gennem denne membran, fra stroma til det indre af thylakoiderne.

Denne gradient resulterer i syntesen af ​​ATP, når protonerne er rettet tilbage til stroma. Denne proces svarer til den, der forekommer i mitokondrierens indre membran.

Den thylakoid membran er dannet af fire typer af lipider: monogalactosyldiglycerid diacylglycerol, digalactosyl diacylglycerol, sulfoquinovosyl diacylglycerol og phosphatidylglycerol. Hver type har en særlig funktion inden for lipid dobbeltlaget i dette afsnit.

tilacoides

Thylakoiderne er membranstrukturer i form af sacs eller fladskiver, der er stablet i en "cochenille"(Flertallet af denne struktur er Granum). Disse diske har en diameter på 300 til 600 nm. I internt rum af thylakoid kaldes lumen.

Arkitekturen af ​​thylakoid-stakken debatteres stadig. Der foreslås to modeller: Den første er den spiralformede model, hvor thylakoiderne vikles mellem de spiralformede korn.

I modsætning hertil foreslår den anden model en bifurcation. Denne hypotese antyder, at grana er dannet af stromal bifurcations.

stromale

Stroma er den gelatinøse væske, der omgiver thylakoiderne og findes i den indre region af chloroplast. Denne region svarer til cytosolen af ​​de påståede bakterier, der forårsagede denne type plastid.

På dette område finder du DNA molekyler og en stor mængde proteiner og enzymer. Specifikt findes de enzymer, der er involveret i Calvin-cyklen, til fiksering af carbondioxid i den fotosyntetiske proces. Du kan også finde stivelseskorn

I stroma kan du finde chloroplasternes chloroplaster, da disse strukturer syntetiserer deres egne proteiner.

genom

Et af de mest fremragende egenskaber ved chloroplast er, at de har deres eget genetiske system.

Det genetiske materiale af kloroplaster består af cirkulære molekyler af DNA. Hver organelle har flere kopier af dette cirkulære molekyle på 12 til 16 kb (kilobaser). De er organiseret i strukturer kaldet nukleoider og består af 10 til 20 kopier af plastidgenomet sammen med proteiner og RNA molekyler.

Kloroplast-DNA koder for ca. 120 til 130 gener. Disse resulterer i proteiner og RNA relateret til fotosyntetiske processer, såsom komponenterne i fotosystem I og II, ATP-syntase og en af ​​Rubisco-underenhederne.

Rubisco (ribulose-1,5-bisphosphatcarboxylase / oxygenase) er et afgørende enzymkompleks i Calvin-cyklen. Faktisk betragtes det som det mest almindelige protein på planeten Jorden.

Overførings-RNA'er og ribosomer anvendes i translationen af ​​RNA-meddelelser, som er kodet i chloroplastgenomet. Den indbefatter ribosomale RNA'er 23S, 16S, 5S og 4,5S og overfører RNA. Den koder også for 20 ribosomale proteiner og visse underenheder af RNA-polymerase.

Imidlertid kodes visse elementer, der er nødvendige for kloroplastens funktion, i kernens genomkernes genome.

funktioner

Kloroplaster kan betragtes som vigtige metaboliske centre i planter, hvor der forekommer flere biokemiske reaktioner takket være det brede spektrum af enzymer og proteiner forankret i membraner, som disse organeller indeholder.

De har en kritisk funktion i planteorganismer: Det er stedet, hvor fotosyntiske processer finder sted, hvor sollys er omdannet til kulhydrater, med ilt som et sekundært produkt..

En række sekundære funktioner af biosyntese forekommer også i chloroplaster. Næste vil vi diskutere detaljeret hver funktion:

fotosyntese

Fotosyntese opstår takket være klorofyl. Dette pigment findes inden i chloroplasterne, i membranerne af thylakoiderne.

Den består af to dele: en ring og en hale. Ringen indeholder magnesium og er ansvarlig for absorptionen af ​​lys. Det kan absorbere blåt lys og rødt lys, der afspejler det grønne område af lys spektret.

Fotosyntetiske reaktioner forekommer takket være overførslen af ​​elektroner. Den energi, der kommer fra lyset, giver energi til klorofylpigmentet (molekylet siges at være "ophidset af lys"), hvilket bevirker en bevægelse af disse partikler i membranet af thylakoiderne. Chlorophyll får sine elektroner fra et vandmolekyle.

Denne proces resulterer i dannelsen af ​​en elektrokemisk gradient, som tillader syntesen af ​​ATP i stroma. Denne fase er også kendt som "lysende".

Den anden del af fotosyntese (eller mørk fase) forekommer i stroma og fortsætter i cytosolen. Det er også kendt som carbonfiksationsreaktioner. I dette trin anvendes produkterne fra de ovennævnte reaktioner til at opbygge kulhydrater fra CO2.

Syntese af biomolekyler

Derudover har chloroplaster andre specialiserede funktioner, der tillader plantens udvikling og vækst.

I denne organelle forekommer assimileringen af ​​nitrater og sulfater og besidder de nødvendige enzymer til syntese af aminosyrer, phytohormoner, vitaminer, fedtsyrer, chlorophyll og carotenoider.

Visse undersøgelser har identificeret et betydeligt antal aminosyrer syntetiseret af denne organelle. Kirk et al studerede produktionen af ​​aminosyrer i chloroplaster af Vicia faba L.

Disse forfattere fandt ud af, at de mest rigelige syntetiserede aminosyrer var glutamat, aspartat og threonin. Andre typer, såsom alanin, serin og glycin blev også syntetiseret, men i mindre mængder. De resterende tretten aminosyrer blev også detekteret.

De har været i stand til at isolere forskellige gener, der er involveret i syntesen af ​​lipider. Kloroplaster har de nødvendige veje til syntesen af ​​isoprenoid lipider, essentielle for fremstilling af chlorophyll og andre pigmenter.

Forsvar mod patogener

Planter har ikke et udviklet immunsystem svarende til dyrenes. Derfor skal cellulære strukturer producere antimikrobielle stoffer for at kunne forsvare sig mod skadelige stoffer. Til dette formål kan planter syntetisere reaktive oxygenarter (ROS) eller salicylsyre.

Kloroplaster er relateret til produktionen af ​​disse stoffer, der eliminerer mulige patogener ind i planten.

På samme måde fungerer de som "molekylære sensorer" og deltager i alarmmekanismer, der kommunikerer information til andre organeller.

Andre plastider

Kloroplaster tilhører en familie af plantorganeller kaldet plastider eller plastider. Kloroplaster adskiller sig hovedsageligt fra resten af ​​plastiderne, fordi de har chlorofylpigmentet. De andre plastider er:

-Chromoplasterne: Disse strukturer indeholder carotenoider, findes i blomster og blomster. Takket være disse pigmenter har grøntsagsstrukturerne gule, orange og røde farver.

-Leucoplastos: disse plastidios indeholder ikke pigmenter og er derfor hvide. De tjener som reserve og findes i organer, der ikke modtager direkte lys.

-Amyloplast: indeholder stivelse og findes i rødder og knolde.

Plastider stammer fra strukturer kaldet protoplastidia. En af de mest slående træk ved plastider er deres egenskab for at ændre type, selvom de allerede er i modne fase. Denne ændring udløses af miljømæssige eller intrinsiske signaler fra anlægget.

Kloroplaster er for eksempel i stand til at give anledning til chromoplaster. Til denne ændring desintegreres thylakoidmembranen og karotenoiderne syntetiseres.

referencer

  1. Allen, J. F. (2003). Hvorfor kloroplaster og mitokondrier indeholder genomer. Comparative and Functional Genomics, 4(1), 31-36.
  2. Cooper, G. M (2000). Cellen: Molekylær tilgang. Anden udgave. Sinauer Associates
  3. Daniell, H., Lin, C.-S., Yu, M. & Chang, W.-J. (2016). Chloroplastgener: diversitet, evolution og anvendelser inden for genteknologi. Genombiologi, 17, 134.
  4. Gracen, V.E., Hilliard, J.H., Brown, R.H., & West, S.H. (1972). Perifert retikulum i kloroplaster af planter, der adskiller sig i CO 2-fixeringsveje og fotorespiration. plante, 107(3), 189-204.
  5. Gray, M. W. (2017). Lynn Margulis og endosymbiont-hypotesen: 50 år senere. Molecular Biology of the Cell, 28(10), 1285-1287.
  6. Jensen, P. E., & Leister, D. (2014). Chloroplast evolution, struktur og funktioner. F1000Prime rapporter, 6, 40.
  7. Kirk, P. R., & Leech, R. M. (1972). Aminosyrebiosyntese af isolerede chloroplaster under fotosyntese . Plantfysiologi, 50(2), 228-234.
  8. Kobayashi, K., & Wada, H. (2016). Rolle af lipider i chloroplast biogenese. i Lipider i plante- og algerudvikling (s. 103-125). Springer, Cham.
  9. Sowden, R.G., Watson, S.J., og Jarvis, P. (2017). Kloroplasters rolle i plantepatologi. Essays in biokemi, EBC20170020.
  10. Wise, R. R., & Hoober, J. K. (2007). Plastids struktur og funktion. Springer Science & Business Media.