Značilnosti, funkcije in struktura kloropasti

The Kloroplasti So vrsta celičnih organelov, ki jih omejuje kompleksni sistem membrane, značilne za rastline in alge. V tem plastidiju je klorofil, pigment, odgovoren za procese fotosinteze, zeleno zelenjavo in omogoča avtotrofno življenjsko dobo teh rodov.

Poleg tega so kloroplasti povezani z nastajanjem presnovne energije (ATP - adenosin trifosfat), sintezo aminokislin, vitaminov, maščobnih kislin, lipidnih sestavnih delov njihovih membran in zmanjšanjem nitritov. Prav tako ima vlogo pri proizvodnji obrambnih snovi proti patogenom.

Kloroplast. Avtor Miguelsierra [gfdl (http: // www.GNU.Org/copyleft/fdl.html) ali cc by-sa 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)], iz Wikimedia Commons

Ta fotosintetska organela ima svoj krožni genom (DNK) in predlaga se, da tako kot mitohondrije izvirajo iz procesa simbioze med gostiteljem in fotosintetskimi bakterijami prednikov.

[TOC]

Izvor

Kloroplasti so organele, ki imajo značilnosti skupin zelo oddaljenih organizmov: alge, rastline in prokariote. Ti dokazi kažejo, da je organela izvirala iz prokariotskega telesa s sposobnostjo izvajanja fotosinteze.

Ocenjujejo, da je prvi evkariontski organizem s sposobnostjo fotosinteze nastal okoli 1.000 milijonov let. Testi kažejo, da je ta pomemben evolucijski preskok povzročil pridobitev cianobakterijske goste. Ta postopek je povzročil različne rodove rdečih, zelenih in rastlin alg.

Podobno se sprostijo sekundarni in terciarni simbiozični dogodki, v katerih evkariontska linija vzpostavlja simbiotski odnos z drugo fotosintetsko evkarioto prostega življenja.

Med evolucijo se je genom domnevne bakterije zmanjšal, nekateri njegovi geni.

Organizacija sedanjega genoma kloroplasta se spominja organizacije prokariotke, vendar ima tudi atribute evkariontskega genetskega materiala.

Endosimbiotična teorija

Endosimbiotsko teorijo je predlagala Lynn Margulis v vrsti knjig, objavljenih med 60. in 80. leti. Vendar je bila ideja, ki je že vozila od 1900 -ih, ki jo je predlagal Meresckowsky.

Ta teorija pojasnjuje izvor kloroplastov, mitohondrijev in bazalnih teles, ki so prisotni v nadloge. V skladu s to hipotezo so bile te strukture nekoč brezplačne prokariote.

Ni veliko dokazov, ki podpirajo endosimbiotski izvor bazalnih teles iz mobilnih prokariotov.

V nasprotju s tem obstajajo pomembni dokazi, ki podpirajo endosimbiotski izvor mitohondrijev iz α-proteobakterij in kloroplastov iz cianobakterij. Najbolj jasni in močnejši dokaz je podobnost obeh genomov.

Splošne značilnosti kloroplastov

Kloroplasti so najbolj vidni tip plastidov rastlinskih celic. So ovalne strukture, obkrožene z membranami in v notranjosti se pojavljajo najbolj znan postopek avtotrofičnih evkariotov: fotosinteza. So dinamične strukture in imajo svoj genetski material.

Običajno se nahajajo na listih rastlin. Tipična rastlinska celica ima lahko 10 do 100 kloroplastov, čeprav je število precej spremenljivo.

Tako kot mitohondriji se tudi dedovanje kloroplastov staršev do otrok zgodi eden od staršev in ne obeh. Pravzaprav so te organele v različnih vidikih precej podobne mitohondrijem, čeprav bolj zapletene.

Struktura (deli)

Kloroplast. Avtor GmsOtavio [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0) ali gfdl (http: // www.GNU.Org/copyleft/fdl.html)], iz Wikimedia Commons

Kloroplasti so velike organele, dolžine od 5 do 10 µm. Značilnosti te strukture lahko vizualiziramo v tradicionalnem optičnem mikroskopu.

Vam lahko služi: nukleosom

Obkroženi so z dvojno lipidno membrano. Poleg tega imajo tretji sistem notranjih membran, imenovan tilakoidne membrane.

Ta zadnji membranski sistem tvori niz struktur, podobnih albumu, znane kot Tilacoides. Zveza tilakoidov v baterijah se imenuje "grana" in je med seboj povezana.

Zahvaljujoč temu sistemu trojnih membran je notranja struktura kloroplasta zapletena in je razdeljena na tri prostore: intermembranski prostor (med dvema zunanjima membranama), stromo (ki jo najdemo v kloroplastu in zunaj membrane tilakoida) in By By nazadnje lumen tilakoida.

Zunanje in notranje membrane

Membranski sistem je povezan z generacijo ATP. Tako kot membrane mitohondrijev tudi notranja membrana določa prehod molekul znotraj organele. Fosfaditilholin in fosfaditylglicerol sta najpogostejši lipidi membran kloroplasta.

Zunanja membrana vsebuje vrsto pore. Majhne molekule lahko prosto vstopajo v te kanale. Notranja membrana medtem ne omogoča prostega prehoda te vrste molekul z majhno maso. Da bi molekule vstopile, morajo to storiti s posebnimi prevozniki, zasidranimi na membrano.

V nekaterih primerih obstaja struktura, imenovana periferni retikulum, ki jo tvori membranska mreža, posebej iz notranje membrane kloroplasta. Nekateri avtorji menijo, da so edinstvene za rastline s presnovo C4, čeprav so jih našli v rastlinah C3.

Funkcija teh tubulov in veziklov še ni jasna. Predlaga se, da bi lahko prispevali k hitrem transportu presnovkov in beljakovin znotraj kloroplasta ali povečali površino notranje membrane.

Tilakoidna membrana

Tilakoidna membrana. Tameria Sur Wikipédia Anglais [Public Domain], prek Wikimedia Commons

V tem membranskem sistemu se pojavi veriga elektronskih transportnih verig, ki sodelujejo v fotosintetskih procesih. Protoni se črpajo skozi to membrano, od strome do notranjosti Tilacoides.

Ta gradient ima za posledico sintezo ATP, ko se protoni ponovno usmerijo v stromo. Ta postopek je enakovreden tistemu, ki se pojavi v notranji membrani mitohondrijev.

Tilakoidna membrana tvori štiri vrste lipidov: monogalaktozil diacilglicerol, diglaktozil diacilglicerol, sulfokinovozil diacilglicerol in fosfatidilglicerol. Vsaka vrsta izpolnjuje posebno funkcijo znotraj lipidnega dvosloja tega oddelka.

Tilakoid

Tilakoidi so membranske strukture v obliki vrečk ali ravnih diskov, ki so zloženi v a "kohinealna"(Množina te strukture je Granum). Ti albumi imajo premer od 300 do 600 nm. V notranjem prostoru tilakoida se imenuje lumen.

Arhitektura za zlaganje tilakoidov še vedno razpravlja. Predlagana sta dva modela: prvi je vijačni model, v katerem se tilakoidi valjajo med pogning v obliki propelerja.

V nasprotju s tem drugi model predlaga bifurkacijo. Ta hipoteza kaže, da Grana tvori strome bifurkacije.

Stroma

Stroma je želatinasta tekočina, ki obdaja tilakoid in jo najdemo v notranjem območju kloroplasta. Ta regija ustreza citosolu domnevnih bakterij, ki so nastale tovrstne plastidijeve.

Na tem območju so molekule DNK in velika količina beljakovin in encimov. Konkretno so encimi, ki sodelujejo v ciklu Calvin, za fiksacijo ogljikovega anhidrida v fotosintetičnem procesu. Najdete tudi škrobna zrnca

Vam lahko služi: citoplazma: funkcije, deli in značilnosti

V stromi so ribosomi kloroplastov, saj te strukture sintetizirajo svoje lastne beljakovine.

Genom

Ena najpomembnejših značilnosti kloroplastov je, da imajo svoj genetski sistem.

Genetski material kloroplastov je sestavljen iz krožnih molekul DNK. Vsaka organela ima več kopij te krožne molekule od 12 do 16 kb (kilobaze). Organizirani so v strukturah, imenovanih nukleoidi in so sestavljeni iz 10 do 20 kopij plastičnega genoma, skupaj z beljakovinami in molekuli RNA.

DNK kloroplasta kodira približno 120 do 130 genov. Te rezultat v beljakovinah in RNK, povezanih s fotosintetskimi procesi, kot so sestavni del fotosistema I in II, ATP sintaza in ena od podenot Rubisco.

Rubisco (ribulosa-1,5-bishoposfat karboksilaza/oksigenaza) je ključni encimski kompleks v ciklu Calvin. Pravzaprav se upošteva najpogostejši protein na planetu Zemlje.

Prenos RNA in ribosomale se uporabljajo pri prevodu sporočil, ki so kodirana v genomu kloroplasta. Vključuje ribosomale 23S, 16S, 5S in 4,5S in 30 prenosnega rebra. Kodira tudi za 20 ribosomskih beljakovin in nekaterih podenot RNA polimeraze.

Vendar pa se nekateri elementi, potrebni za delovanje kloroplasta, kodirajo v jedrskem genomu rastlinske celice.

Funkcije

Kloroplaste lahko štejemo za pomembno presnovno središče v rastlinah, kjer se zaradi širokega spektra encimov in beljakovin, zasidranih na membrane, pojavlja več biokemičnih reakcij, ki jih vsebujejo te organele.

V rastlinskih organizmih imajo kritično funkcijo: to je kraj, kjer se pojavljajo fotosintetski procesi, kjer se sončna svetloba preoblikuje v ogljikove hidrate, ki imajo kisik kot sekundarni izdelek.

V kloroplastih je tudi vrsta sekundarnih funkcij biosinteze. Nato bomo podrobno razpravljali o vsaki funkciji:

Fotosinteza

Fotosinteza (levo) in dihanje (DCHA). Slika desnega izvlečenega iz BBC

Fotosinteza se pojavi zaradi klorofila. Ta pigment je znotraj kloroplastov, v tilakoidnih membranah.

Sestavljen je iz dveh delov: prstana in repa. Obroč vsebuje magnezij in je odgovoren za absorpcijo svetlobe. Lahko absorbira modro in rdečo svetlobo, kar odraža zeleno cono svetlobnega spektra.

Fotosintetske reakcije se pojavijo zahvaljujoč prenosu elektronov. Energija od svetlobe daje energijo do klorofilskega pigmenta (pravi se, da je molekula "navdušena s svetlobo"), kar povzroči gibanje teh delcev v tilakoidni membrani. Klorofil pridobi svoje elektrone iz molekule vode.

Ta postopek povzroči nastanek elektrokemičnega gradienta, ki omogoča sintezo ATP v stromi. Ta faza je znana tudi kot "svetlobna".

Drugi del fotosinteze (ali temne faze) se pojavi v stromi in se nadaljuje v citosolu. Znana je tudi kot reakcije pritrditve ogljika. Na tej stopnji se izdelki zgornjih reakcij uporabljajo za gradnjo ogljikovih hidratov iz CO₂.

Sinteza biomolekul

Poleg tega imajo kloroplasti druge specializirane funkcije, ki omogočajo razvoj in rast rastline.

V tem organelu se pojavi asimilacija nitratov in sulfatov in imajo potrebne encime za sintezo aminokislin, fitohormonov, vitaminov, maščobnih kislin, klorofila in karotenoidov.

Lahko vam služi: Integrins: Značilnosti, struktura in funkcije

Nekatere študije so opredelile pomembno število aminokislin, ki jih sintetizira ta organela. Kirk in sodelavci so preučevali proizvodnjo aminokislin v kloroplastih Vicia Faba L.

Ti avtorji so ugotovili, da so najpogostejše sintetizirane aminokisline glutamat, aspartat in treonin. Sintetizirane so bile tudi druge vrste, kot so Alanina, serin in glicina, vendar v manjši količini. Zaznali so tudi preostale aminokisline.

Izolirani so bili različni geni, vključeni v sintezo lipidov. Kloroplasti imajo potrebne ceste za sintezo isaproidnih lipidov, ki so bistveni za proizvodnjo klorofila in druge pigmente.

Obramba patogena

Rastline nimajo imunskega sistema, podobnega sistemu živali. Zato morajo celične strukture proizvajati protimikrobne snovi, da se lahko branijo pred škodljivimi povzročitelji. V ta namen lahko rastline sintetizirajo reaktivni kisik (ROS) ali vrste salicilne kisline.

Kloroplasti so povezani s proizvodnjo teh snovi, ki odpravljajo možne patogene, ki vstopajo v rastlino.

Delujejo tudi kot "molekularni senzorji" in sodelujejo v opozorilnih mehanizmih, ki komunicirajo z drugimi organeli.

Druge plastide

Kloroplasti spadajo v družino zelenjavnih organelov, imenovanih plastidi ali plastika. Kloroplasti se razlikujejo predvsem od preostalih plastidov, tako da imajo pigment klorofila. Drugi plastidi so:

-Chromoplastos: Te strukture vsebujejo karotenoide, so prisotni v cvetovih in cvetih. Zahvaljujoč tem pigmentom imajo rastlinske strukture rumene, oranžne in rdeče barve.

-Levkoplasti: ti plastidi ne vsebujejo pigmentov in so zato beli. Služijo kot rezervacija in jih najdemo v organih, ki ne prejemajo neposredne svetlobe.

-Amiloplasti: vsebujejo škrob in jih najdemo v koreninah in gomoljih.

Plastidi izvirajo iz struktur, imenovanih protoplast. Ena najbolj presenetljivih značilnosti plastidov je njihova lastnina za spremembo vrste, tudi če so že v zreli fazi. To spremembo sprožijo okoljski ali lastni signali rastline.

Na primer, kloroplasti lahko povzročijo kromoplaste. Za to spremembo se tilakoidna membrana razpade in karotenoidi sintetizirajo.

Reference

1. Allen, J. F. (2003). Zakaj kloroplasti in mitehondrije vsebujejo genome. Primerjalna in funkcionalna genomika, 4(1), 31–36.
2. Cooper, g. M (2000). Celica: pristopi molekularno. Druga izdaja. Sinauer Associates
3. Daniell, h., Lin, c.-S., Yu, m., & Chang, w.-J. (2016). Genomi kloroplasta: raznolikost, evolucija in aplikacije v genetskem inženirstvu. Biologija genoma, 17, 134.
4. Gracren, v. In., Hilliard, J. H., Rjava, r. H., & West, s. H. (1972). Perifalni resticulum v kloroplastih rastlin, ki se razlikujejo v fiksacijskih pavtah CO 2 in Hutortespirionu. Rastlina, 107(3), 189–204.
5. Siva, m. W. (2017). Lynn Margulis in hipoteza Endosymmbionnt: 50 let kasneje. Biologija celične molekularne, 28(10), 1285-1287.
6. Jensen, str. In., & Leister, D. (2014). Evolucija, struktura in funkcije kloroplasta. Poročila F1000Prime, 6, 40.
7. Kirk, str. R., & Leech, r. M. (1972). Amininokislinska biosinteza z izoliranimi kloroplati med fotosintezo . Rastlinska fiziologija, petdeset(2), 228-234.
8. Kobayashi, k., & Wada, h. (2016). Vloga lipidov v biogenezi kloroplasta. V Lipidi v razvoju rastlin in alg (str. 103-125). Springer, Cham.
9. Sowden, r. G., Watson, s. J., & Jarvis, str. (2017). Vloga kloroplastov v rastlinski patologiji. Eseji v biokemiji, EBC20170020.
10. Modrejši. R., & Hoober, J. K. (2007). Struktura in funkcija plastidov. Springer Science & Business Media.