Kloroplaster Funksjoner, struktur og prosess for fotosyntese

den kloroplaster De er en type cellulære organeller avgrenset av et komplekst system av membraner, karakteristiske for planter og alger. I dette plastidet er klorofyllet, pigmentet ansvarlig for prosessene for fotosyntese, den grønne fargen på grønnsaker og tillater autotrofisk levetid for disse linjene.

Videre er kloroplaster relatert til genereringen av metabolsk energi (ATP - adenosintrifosfat), syntese av aminosyrer, vitaminer, fettsyrer, lipider og komponenter til sine membraner nitritt reduksjon. Det har også en rolle i produksjonen av forsvarsstoffer mot patogener.

Denne fotoorganeller har sin egen krets genom (DNA), og tyder på at, som mitokondrier, som stammer fra en prosess med symbiose mellom en vert og en anen fotosyntetisk bakterie.

index

• 1 opprinnelse
  • 1.1 Endosymbiotisk teori
• 2 Generelle egenskaper
• 3 Struktur
  • 3.1 Eksterne og indre membraner
  • 3.2 Thilacoid membran
  • 3.3 Thylakoider
  • 3.4 Stroma
  • 3,5 genom
• 4 funksjoner
  • 4.1 Fotosyntese
  • 4.2 Syntese av biomolekyler
  • 4.3 Forsvar mot patogener
• 5 Andre plastider
• 6 Referanser

kilde

Kloroplaster er organeller som har egenskaper av svært fjerne grupper av organismer: alger, planter og prokaryoter. Dette beviset antyder at organellen stammer fra en prokaryot organisme med evne til å utføre fotosyntese.

Det anslås at den første eukaryotiske organismen, med kapasitet til å utføre fotosyntese, oppsto for ca. 1000 millioner år siden. Beviset indikerer at dette viktige evolusjonære spranget ble forårsaket av oppkjøpet av et cyanobakterium av en eukaryot vert. Denne prosessen ga opphav til forskjellige linjer av røde, grønne og plantealger.

På samme måte oppstår hendelser sekundære og tertiære symbiose i hvilken en linje av eukaryot et symbiotisk forhold med andre frittlevende eukaryot fotosyntese.

Under utviklingen har genomet av den formodede bakterien blitt redusert og noen av dens gener blitt overført og integrert i kjernen genomet.

Organiseringen av genomet av de nåværende kloroplastene ligner det av en prokaryot, men har også egenskaper av det genetiske materialet til eukaryoter.

Endosymbiotisk teori

Endosymbiotic teorien ble foreslått av Lynn Margulis i en serie bøker utgitt mellom 60 og 80. Men det var en idé som allerede var håndtering seg siden 1900-tallet, foreslått av Mereschkowsky.

Denne teorien forklarer opprinnelsen til kloroplaster, mitokondrier og de basale legemene som finnes i flagella. Ifølge denne hypotesen var disse strukturene en gang fri prokaryotiske organismer.

Det er ikke mye bevis for å støtte den endosymbiotiske opprinnelsen til basale legemer fra mobile prokaryoter.

Derimot er det viktige bevis som støtter den endosymbiotiske opprinnelsen til mitokondrier fra a-Proteobacteria og fra kloroplaster fra cyanobakterier. Det klareste og sterkeste beviset er likheten mellom begge genomene.

Generelle egenskaper

Kloroplaster er den mest iøynefallende typen plastider i planteceller. De er ovale strukturer omgitt av membraner, og den mest kjente prosessen med autotrofiske eukaryoter forekommer i deres interiør: fotosyntese. De er dynamiske strukturer og har sitt eget genetiske materiale.

De er vanligvis plassert på plantens blader. En typisk plantecelle kan ha 10 til 100 kloroplaster, selv om tallet er ganske variabelt.

Som mitokondrier oppstår arveligheten av kloroplaster fra foreldre til barn hos en av foreldrene og ikke begge. Faktisk er disse organeller ganske lik mitokondrier i ulike aspekter, selv om de er mer komplekse.

struktur

Kloroplaster er store organeller, 5 til 10 μm i lengde. Egenskapene til denne strukturen kan visualiseres under et tradisjonelt optisk mikroskop.

De er omgitt av en dobbelt lipidmembran. I tillegg har de et tredje system med indre membraner, kalt thylakoidmembraner.

Dette siste membranøse systemet danner et sett med skivelignende strukturer, kjent som thylakoider. Foreningen av thylakoider i hauger kalles "grana" og de er forbundet med hverandre.

Takket være denne tredoble membransystem, er den indre strukturen i kloroplast-komplekset og er delt i tre områder: intermembranrommet (mellom de to ytre membraner), stroma (finnes i kloroplasten og utenfor thylakoid membranen) og siste tymakoidens lumen.

Eksterne og indre membraner

Membransystemet er relatert til genereringen av ATP. Som membranene i mitokondriene er det den indre membranen som bestemmer molekylernes passasje i organellen. Fosfatidylkolin og fosfatidylglyserol er de mest omfattende lipidene av kloroplastmembraner.

Ytre membranen inneholder en serie porer. Små molekyler kan fritt komme inn gjennom disse kanalene. Den indre membran tillater ikke fri transitt av denne type lavmolekyler. For at molekylene skal komme inn, må de gjøre det ved hjelp av spesifikke transportører forankret til membranen.

I noen tilfeller er det en struktur som kalles det perifere retikulum, dannet av et nettverk av membraner, som stammer spesifikt fra kloroplastens indre membran. Noen forfattere anser dem unike for planter med C4 metabolisme, selv om de har blitt funnet i C3 planter.

Funksjonen til disse rørene og vesiklene er ennå ikke klar. Det foreslås at de kan bidra til rask transport av metabolitter og proteiner i kloroplastet eller for å øke overflaten av den indre membranen.

Thylakoid membran

Elektrontransportkjeden involvert i fotosyntetiske prosesser skjer i dette membransystemet. Protoner pumpes gjennom denne membranen, fra stroma til det indre av thylakoider.

Denne gradienten resulterer i syntese av ATP, når protonene er rettet tilbake til stroma. Denne prosessen er ekvivalent med den som oppstår i den indre membranen til mitokondriene.

Thylakoid membranen er dannet av fire typer av lipider: monogalaktosyl diacylglycerol, digalactosyl diacylglycerol, sulfoquinovosyl diacylglycerol og fosfatidylglycerol. Hver type har en spesiell funksjon innen lipid toplagget i denne delen.

tilacoides

Thylakoider er membranøse strukturer i form av sacs eller flatskiver som stables i en "cochineal"(Flertallet av denne strukturen er Granum). Disse platene har en diameter på 300 til 600 nm. I internt rom av thylakoid kalles lumen.

Arkitekturen til thylakoid-stakken diskuteres fortsatt. To modeller foreslås: den første er den spiralformede modellen, hvor thylakoidene er viklet mellom de spiralformede kornene.

I motsetning til den andre modellen foreslås en bifurcation. Denne hypotesen antyder at grana er dannet av stromal bifurcations.

stromal

Stroma er den gelatinøse væsken som omgir thylakoider og finnes i den indre regionen av kloroplast. Denne regionen tilsvarer cytosolen til de påståtte bakteriene som forårsaket denne typen plastid.

På dette området finner du DNA-molekyler og en stor mengde proteiner og enzymer. Spesifikt er enzymer involvert i Calvin-syklusen funnet for fikseringen av karbondioksid i fotosyntetisk prosess. Du kan også finne stivelseskorn

I stroma finner du kloroplastene av kloroplaster, siden disse strukturene syntetiserer sine egne proteiner.

genom

En av de mest fremragende egenskapene til kloroplaster er at de har sitt eget genetiske system.

Det genetiske materialet av kloroplaster består av sirkulære molekyler av DNA. Hver organelle har flere kopier av dette sirkulære molekylet på 12 til 16 kb (kilobaser). De er organisert i strukturer kalt nukleoider og består av 10 til 20 kopier av plastidgenomet, sammen med proteiner og RNA-molekyler.

Kloroplast-DNA koder for omtrent 120 til 130 gener. Disse resulterer i proteiner og RNA relatert til fotosyntetiske prosesser som komponentene i fotosystem I og II, ATP-syntase og en av Rubisco-underenhetene.

Rubisco (ribulose-1,5-bisfosfatkarboxylase / oksygenase) er et viktig enzymkompleks i Calvin-syklusen. Faktisk er det regnet som det mest overflødige proteinet på planeten Jorden.

Overførings-RNA og ribosomer brukes i translasjonen av RNA-meldinger som er kodet i kloroplastgenomet. Den inkluderer ribosomale RNAer 23S, 16S, 5S og 4,5S og overfører RNA. Den koder også for 20 ribosomale proteiner og visse underenheter av RNA-polymerase.

Imidlertid er visse elementer som er nødvendige for funksjonen av kloroplastkodet kodet i det nukleære genomet av plantecellen.

funksjoner

Kloroplaster kan betraktes som viktige metabolske sentre i planter, hvor flere biokjemiske reaksjoner oppstår takket være det brede spekteret av enzymer og proteiner forankret i membraner som disse organellene inneholder.

De har en kritisk funksjon i planteorganismer: det er stedet der fotosyntetiske prosesser finner sted, hvor sollyset forvandles til karbohydrater, med oksygen som et sekundært produkt..

En rekke sekundære funksjoner av biosyntese forekommer også i kloroplaster. Neste vil vi diskutere i detalj hver funksjon:

fotosyntese

Fotosyntese skjer takket være klorofyll. Dette pigmentet finnes i kloroplastene, i membranene av tylakoider.

Den består av to deler: en ring og en hale. Ringen inneholder magnesium og er ansvarlig for lysopptaket. Det kan absorbere blått lys og rødt lys som reflekterer det grønne området av lysspektret.

Fotosyntetiske reaksjoner forekommer takket være overføringen av elektroner. Energi fra lysenergi til klorofyll pigment gir (det sies at molekylet er "eksiteres av lys"), forårsaker bevegelse av disse partiklene i thylakoid membranen. Klorofyll får sine elektroner fra et vannmolekyl.

Denne prosessen resulterer i dannelsen av en elektrokjemisk gradient som tillater syntese av ATP i stroma. Denne fasen er også kjent som "lysende".

Den andre delen av fotosyntese (eller mørk fase) forekommer i stroma og fortsetter i cytosolen. Det er også kjent som karbonfiksasjonsreaksjoner. I dette trinn brukes produktene av de ovennevnte reaksjonene til å bygge karbohydrater fra CO₂.

Syntese av biomolekyler

I tillegg har kloroplaster andre spesialiserte funksjoner som tillater utvikling og vekst av anlegget.

I denne organell assimilasjon forekommer det nitrater og sulfater, og ha de nødvendige aminosyresyntese enzymer karotenoider, plantehormoner, vitaminer, fettsyrer og klorofyll.

Visse studier har identifisert et betydelig antall aminosyrer syntetisert av denne organellen. Kirk et al studerte produksjonen av aminosyrer i kloroplaster av Vicia faba L.

Disse forfatterne fant at de mest omfattende syntetiserte aminosyrene var glutamat, aspartat og treonin. Andre typer, som alanin, serin og glycin ble også syntetisert, men i mindre mengder. De resterende tretten aminosyrer ble også påvist.

De har vært i stand til å isolere forskjellige gener som er involvert i syntesen av lipider. Kloroplaster har den nødvendige lipid isoprenoid syntese, trasé avgjørende for produksjonen av klorofyll og andre pigmenter.

Forsvar mot patogener

Planter har ikke et utviklet immunsystem som ligner på dyrene. Derfor må cellestrukturer produsere antimikrobielle stoffer for å kunne forsvare seg mot skadelige stoffer. Til dette formål kan planter syntetisere reaktive oksygenarter (ROS) eller salisylsyre.

Kloroplaster er knyttet til produksjonen av disse stoffene som eliminerer mulige patogener som kommer inn i planten.

På samme måte fungerer de som "molekylære sensorer" og deltar i varslingsmekanismer, formidler informasjon til andre organeller.

Andre plastider

Kloroplaster tilhører en familie av planteorganeller kalt plastider eller plastider. Kloroplaster varierer hovedsakelig fra resten av plastidene fordi de har klorofyllpigmentet. De andre plastidene er:

-Chromoplasts: Disse strukturene inneholder karotenoider, finnes i blomster og blomster. Takket være disse pigmentene har grønnsakskonstruksjonene gule, oransje og røde farger.

-Leukoplastosene: Disse plastidiene inneholder ikke pigmenter og er derfor hvite. De tjener som reserve og finnes i organer som ikke mottar direkte lys.

-Amyloplast: inneholder stivelse og finnes i røtter og knoller.

Plastids stammer fra strukturer kalt protoplastidia. En av de mest slående egenskapene til plastids er deres eiendom for å endre type, selv om de allerede er i modne scenen. Denne forandringen utløses av miljømessige eller inneboende signaler fra anlegget.

Kloroplaster kan for eksempel gi anledning til kromoplast. For denne forandringen desintegrerer thylakoidmembranen og karotenoiderne syntetiseres.

referanser

1. Allen, J. F. (2003). Hvorfor kloroplaster og mitokondrier inneholder genomer. Sammenligning og funksjonell genomikk, 4(1), 31-36.
2. Cooper, G. M (2000). Cellen: Molekylær tilnærming. Andre utgave. Sinauer Associates
3. Daniell, H., Lin, C.-S., Yu, M., & Chang, W.-J. (2016). Kloroplastgenomer: mangfold, evolusjon og anvendelser innen genteknologi. Genombiologi, 17, 134.
4. Gracen, V. E., Hilliard, J. H., Brown, R. H., & West, S. H. (1972). Perifer retikulum i kloroplaster av planter som er forskjellig i CO 2-fikseringsbaner og fotorespirasjon. anlegg, 107(3), 189-204.
5. Grey, M. W. (2017). Lynn Margulis og endosymbiont-hypotesen: 50 år senere. Molekylærbiologi av cellen, 28(10), 1285-1287.
6. Jensen, P. E., & Leister, D. (2014). Kloroplast evolusjon, struktur og funksjoner. F1000Prime Rapporter, 6, 40.
7. Kirk, P. R., og Leech, R. M. (1972). Aminosyrebiosyntese ved isolerte kloroplaster under fotosyntese . Plantfysiologi, 50(2), 228-234.
8. Kobayashi, K., & Wada, H. (2016). Rolle av lipider i kloroplastbiogenese. i Lipider i plante- og algerutvikling (s. 103-125). Springer, Cham.
9. Sowden, R.G., Watson, S.J., og Jarvis, P. (2017). Kloroplastens rolle i plantepatologi. Essays in biokjemi, EBC20170020.
10. Wise, R. R., og Hoober, J. K. (2007). Strukturen og funksjonen av plastider. Springer Science & Business Media.