Chloropasts kenmerken, functies en structuur

De Chloroplasten Ze zijn een type celorganellen gescheiden door een complex membranensysteem, kenmerkend voor planten en algen. In dit plastidium is chlorofyl, pigment dat verantwoordelijk is voor de processen van fotosynthese, groen van groenten en het toestaan ​​van het autotrofe leven van deze lijnen.

Bovendien zijn chloroplasten gerelateerd aan het genereren van metabole energie (ATP - adenosine tryposfaat), synthese van aminozuren, vitamines, vetzuren, lipidencomponenten van hun membranen en reductie van nitrieten. Het speelt ook een rol bij de productie van verdedigingsstoffen tegen ziekteverwekkers.

Chloroplast. Door miguelsierra [gfdl (http: // www.GNU.Org/copyleft/fdl.html) of cc by-sa 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)], van Wikimedia Commons

Deze fotosynthetische organel heeft zijn eigen circulaire genoom (DNA) en er wordt voorgesteld dat ze, net als mitochondriën, afkomstig zijn van een symbioseproces tussen een gastheer en een voorouderlijke fotosynthetische bacterie.

[TOC]

Oorsprong

Chloroplasten zijn organellen die kenmerken hebben van groepen van zeer verre organismen: algen, planten en prokaryoten. Dit bewijs suggereert dat organel afkomstig is van een prokaryotisch lichaam met het vermogen om fotosynthese uit te voeren.

Naar schatting is het eerste eukaryotische organisme, met het vermogen om fotosynthese uit te voeren, ongeveer 1 is ontstaan.000 miljoen jaar. De tests geven aan dat deze belangrijke evolutionaire sprong werd veroorzaakt door de verwerving van een cyanobacterieel door een eukaryotische gast. Dit proces gaf aanleiding tot verschillende lijnen van rode, groene en plantenalgen.

Evenzo worden secundaire en tertiaire symbiose -gebeurtenissen verhoogd waarin een eukaryotische afkomst een symbiotische relatie tot stand brengt met een andere fotosynthetische eukaryota van het vrije leven.

Tijdens de evolutie is het genoom van de veronderstelde bacterie verminderd en zijn sommige van zijn genen overgebracht en geïntegreerd in het kerngenoom.

De organisatie van het huidige chloroplastgenoom herinnert zich die van een prokaryotisch, maar het heeft ook attributen van eukaryotisch genetisch materiaal.

Endosimbiotische theorie

De endosimbiotische theorie werd voorgesteld door Lynn Margulis in een reeks boeken gepubliceerd tussen de jaren 60 en 80. Het was echter een idee dat al sinds de jaren 1900 reed, voorgesteld door Mereschkowsky.

Deze theorie verklaart de oorsprong van chloroplasten, mitochondria en de basale lichamen die aanwezig zijn in de plaags. Volgens deze hypothese waren deze structuren ooit vrije prokaryoten.

Er is niet veel bewijs dat de endosimbiotische oorsprong van basale lichamen van mobiele prokaryoten ondersteunt.

Er is daarentegen belangrijk bewijs dat de endosimbiotische oorsprong van mitochondriën van α-proteobacteriën en chloroplasten van cyanobacteriën ondersteunt. Het duidelijkste en sterkere bewijs is de gelijkenis tussen beide genomen.

Algemene kenmerken van chloroplasten

Chloroplasten zijn het meest opvallende type plastiden van plantencellen. Het zijn ovale structuren omgeven door membranen en binnen het beroemdste proces van autotrofe eukaryoten: fotosynthese. Het zijn dynamische structuren en hebben hun eigen genetische materiaal.

Ze bevinden zich meestal op de bladeren van planten. Een typische plantencel kan 10 tot 100 chloroplasten hebben, hoewel het aantal behoorlijk variabel is.

Net als de mitochondria komt de erfenis van de chloroplasten van ouders aan kinderen voor door een van de ouders en niet van beide. In feite lijken deze organellen in verschillende aspecten vrij op mitochondria, hoewel complexer.

Structuur (delen)

Chloroplast. Door Gmsotavio [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0) of gfdl (http: // www.GNU.Org/copyleft/fdl.html)], van Wikimedia Commons

Chloroplasten zijn grote organellen, 5 tot 10 µm lengte. De kenmerken van deze structuur kunnen worden gevisualiseerd onder een traditionele optische microscoop.

Kan u van dienst zijn: nucleosoom

Ze zijn omgeven door een dubbel lipidemembraan. Bovendien hebben ze een derde interne membranensysteem, Tilacoid Membranes genoemd.

Dit laatste membraneuze systeem vormt een reeks structuren die vergelijkbaar zijn met een album, bekend als Tilacoides. De unie van thilacoïden in batterijen wordt "grana" genoemd en zijn met elkaar verbonden.

Dankzij dit drievoudige membranensysteem is de interne structuur van de chloroplast complex en is het verdeeld in drie ruimtes: de intermembraanruimte (tussen de twee externe membranen), het stroma (gevonden in de chloroplast en buiten het membraan van de tilacoïde) en door Laatste het lumen van de tilacoïde.

Externe en interne membranen

Het membraansysteem is gerelateerd aan ATP -generatie. Net als de mitochondria -membranen is het het interne membraan dat de doorgang van moleculen in de organel bepaalt. Fosfaditilcholine en fosfaditylglycerol zijn de meest voorkomende lipiden van chloroplastmembranen.

Het buitenmembraan bevat een reeks poriën. Kleine moleculen kunnen deze kanalen vrijelijk invoeren. Het interne membraan staat ondertussen geen vrije doorvoer van dit type moleculen met een laag gewicht toe. Om de moleculen binnen te komen, moeten ze dit doen door middel van specifieke transporters die naar het membraan worden verankerd.

In sommige gevallen is er een structuur genaamd perifeer reticulum, gevormd door een membraannetwerk, specifiek afkomstig van het interne chloroplastmembraan. Sommige auteurs beschouwen ze als uniek voor planten met C4 -metabolisme, hoewel ze zijn gevonden in C3 -planten.

De functie van deze tubuli en blaasjes is nog niet duidelijk. Er wordt voorgesteld dat ze kunnen bijdragen aan het snelle transport van metabolieten en eiwitten in chloroplast of om het oppervlak van het interne membraan te vergroten.

Tilacoïde membraan

Tilacoïde membraan. Tameria Sur Wikipédia Anglais [Public Domain], via Wikimedia Commons

De elektronentransportketen die betrokken is bij fotosynthetische processen vindt plaats in dit membranensysteem. De protonen worden door dit membraan gepompt, van het stroma tot het interieur van de Tilacoides.

Deze gradiënt resulteert in ATP -synthese, wanneer protonen opnieuw worden gericht op de stroma. Dit proces is equivalent aan degene die zich voordoet in het interne membraan van de mitochondria.

Het tilacoïde membraan wordt gevormd door vier soorten lipiden: monogalactosyl diacylglycerol, digLactosyl diacylglycerol, sulfoquinovosyl diacylglycerol en fosfatidylglycerol. Elk type vervult een speciale functie binnen de lipide dubbellaag van deze sectie.

Tilacoid

Tilacoïden zijn membraneuze structuren in de vorm van zakken of platte schijven die zijn gestapeld in een "cochineaal”(Het meervoud van deze structuur is Granum)). Deze albums hebben een diameter van 300 tot 600 nm. In de interne ruimte van de tilacoïde wordt het lumen genoemd.

Tilacoid Stacking -architectuur wordt nog steeds gedebatteerd. Er worden twee modellen voorgesteld: de eerste is het spiraalvormige model, waarin de tilacoïden worden gerold tussen de pogging in de vorm van een propeller.

Het andere model daarentegen stelt een splitsing voor. Deze hypothese suggereert dat Grana wordt gevormd door stroma -bifurcaties.

Stroma

Het stroma is de gelatineuze vloeistof rondom de tilacoïde en wordt gevonden in het interne gebied van de chloroplast. Dit gebied komt overeen met de cytosol van de veronderstelde bacteriën die dit type plastidium hebben ontstaan.

In dit gebied is DNA -moleculen en een grote hoeveelheid eiwitten en enzymen. Specifiek zijn de enzymen die deelnemen aan de Calvin -cyclus, voor de fixatie van koolstofanhydride in het fotosynthetische proces. Je kunt ook zetmeelkorrels vinden

Kan u van dienst zijn: cytoplasma: functies, onderdelen en kenmerken

In stroma zijn de ribosomen van chloroplasten, omdat deze structuren hun eigen eiwitten synthetiseren.

Genoom

Een van de belangrijkste kenmerken van chloroplasten is dat ze hun eigen genetische systeem hebben.

Het genetische materiaal van chloroplasten bestaat uit cirkelvormige DNA -moleculen. Elke organel heeft meerdere kopieën van dit circulaire molecuul van 12 tot 16 kb (kilobasen). Ze zijn georganiseerd in structuren die nucleoïden worden genoemd en bestaan ​​uit 10 tot 20 kopieën van het plastic genoom, samen met eiwitten en RNA -moleculen.

Chloroplast -DNA codeert voor ongeveer 120 tot 130 genen. Deze resulteren in eiwitten en RNA's gerelateerd aan fotosynthetische processen zoals de component van fotosysteem I en II, de ATP -synthase en een van de Rubisco -subeenheden.

Rubisco (ribulosa-1,5-bishoposfaatcarboxylase/oxygenase) is een cruciaal enzymatisch complex in de calvijncyclus. In feite wordt het meest voorkomende eiwit op de planeet Aarde overwogen.

Overdracht RNA's en ribosomales worden gebruikt bij de vertaling van berichten die zijn gecodeerd in het chloroplastgenoom. Inclusief ribosomales 23s, 16s, 5s en 4,5s en 30 overdrachtrib. Het codeert ook voor 20 ribosomale eiwitten en bepaalde subeenheden van RNA -polymerase.

Bepaalde elementen die nodig zijn voor de werking van de chloroplast worden echter gecodeerd in het nucleaire genoom van de groentecellen.

Functie

Chloroplasten kunnen worden beschouwd als belangrijk metabolisch centrum in planten, waar meerdere biochemische reacties optreden dankzij het brede spectrum van enzymen en eiwitten die verankerd zijn aan membranen die deze organellen bevatten.

Ze hebben een kritieke functie in plantenorganismen: het is de plaats waar fotosynthetische processen plaatsvinden, waarbij zonlicht wordt omgezet in koolhydraten, met zuurstof als secundair product.

In chloroplasten ook een reeks secundaire functies van biosynthese. Vervolgens zullen we elke functie in detail bespreken:

Fotosynthese

Fotosynthese (links) en ademhaling (DCHA). Afbeelding van de rechter geëxtraheerd uit BBC

Fotosynthese treedt op dankzij chlorofyl. Dit pigment ligt binnen de chloroplasten, in de tilacoïde membranen.

Het bestaat uit twee delen: een ring en een staart. De ring bevat magnesium en is verantwoordelijk voor de absorptie van licht. Het kan blauw en rood licht absorberen, wat de groene zone van het lichtspectrum weerspiegelt.

Fotosynthetische reacties komen op dankzij elektronenoverdracht. Energie van licht verleent energie aan chlorofylpigment (er wordt gezegd dat het molecuul "opgewonden is door licht"), waardoor een beweging van deze deeltjes in het tilacoïde membraan wordt veroorzaakt. Chlorofyl verkrijgt zijn elektronen uit een watermolecuul.

Dit proces resulteert in de vorming van een elektrochemische gradiënt die de synthese van ATP in het stroma mogelijk maakt. Deze fase staat ook bekend als "lichtgevend".

Het tweede deel van de fotosynthese (of donkere fase) vindt plaats in het stroma en gaat door in de cytosol. Het staat ook bekend als koolstoffixerende reacties. In dit stadium worden de producten van de bovenstaande reacties gebruikt om koolhydraten uit CO te bouwen₂.

Biomoleculen synthese

Bovendien hebben chloroplasten andere gespecialiseerde functies die de ontwikkeling en groei van de plant mogelijk maken.

In deze organel treedt de assimilatie van nitraten en sulfaten op en hebben ze de nodige enzymen voor de synthese van aminozuren, fytohormonen, vitamines, vetzuren, chlorofyl en carotenoïden.

Kan u van dienst zijn: integrines: kenmerken, structuur en functies

Bepaalde studies hebben een belangrijk aantal aminozuren geïdentificeerd gesynthetiseerd door deze organel. Kirk en medewerkers bestudeerden de productie van aminozuren in de chloroplasten van Vicia Faba L.

Deze auteurs ontdekten dat de meest voorkomende gesynthetiseerde aminozuren glutamaat, aspartaat en Treonine waren. Andere typen, zoals Alanina, serine en glycina, werden ook gesynthetiseerd maar in minder hoeveelheid. De resterende aminozuren werden ook gedetecteerd.

Verschillende genen die betrokken zijn bij lipidesynthese zijn geïsoleerd. Chloroplasten hebben de nodige wegen voor de synthese van isaprenoïde lipiden, essentieel voor de productie van chlorofyl en andere pigmenten.

Pathogene verdediging

Planten hebben geen immuunsysteem ontwikkeld, vergelijkbaar met dat van dieren. Daarom moeten cellulaire structuren antimicrobiële stoffen produceren om zich te kunnen verdedigen tegen schadelijke agenten. Voor dit doel kunnen planten reactieve zuurstof (ROS) of salicylzuursoorten synthetiseren.

Chloroplasten zijn gerelateerd aan de productie van deze stoffen die mogelijke ziekteverwekkers elimineren die de plant binnenkomen.

Ze fungeren ook als een "moleculaire sensoren" en nemen deel aan alarmmechanismen, waarbij informatie wordt gecommuniceerd met andere organellen.

Andere plastiden

Chloroplasten behoren tot een familie van groenteorganellen genaamd plastiden of kunststoffen. Chloroplasten verschillen voornamelijk van de rest van de plastiden door het chlorofylpigment te bezitten. De andere plastiden zijn:

-Chromoplastos: deze structuren bevatten carotenoïden, zijn aanwezig in bloemen en bloemen. Dankzij deze pigmenten hebben plantstructuren gele, oranje en rode kleuren.

-De leukoplasten: deze plastiden bevatten geen pigmenten en zijn daarom blank. Ze dienen als een reservering en worden gevonden in organen die geen direct licht ontvangen.

-De amyloplasten: ze bevatten zetmeel en zijn te vinden in wortels en knollen.

De plastiden zijn afkomstig van structuren die protoplast worden genoemd. Een van de meest verrassende kenmerken van plastiden is hun eigenschap om van type te veranderen, zelfs als ze al in een volwassen stadium zijn. Deze verandering wordt geactiveerd door milieu- of intrinsieke signalen van de plant.

Chloroplasten kunnen bijvoorbeeld chromoplasten aanleiding geven. Voor deze verandering worden het tilacoïde membraan uiteengevallen en worden carotenoïden gesynthetiseerd.

Referenties

1. Allen, J. F. (2003). Waarom chloroplasten en mitechondria genomen bevatten. Vergelijkende en functionele genomics, 4(1), 31-36.
2. Cooper, G. M (2000). De cel: nader moleculair. Tweede druk. Sinauer Associates
3. Daniell, h., Lin, C.-S., Yu, m., & Chang, W.-J. (2016). Chloroplast -genomen: diversiteit, evolutie en toepassingen in genetische manipulatie. Genoombiologie, 17, 134.
4. Gracen, V. EN., Hilliard, J. H., Bruin, r. H., & West, s. H. (1972). Periphal Resticulum in chloroplasten van planten die verschillen in CO2 -fixatiepathoways en hutortespirion. Plant, 107(3), 189-204.
5. Grijs, m. W. (2017). Lynn Margulis en de endosymbionnt -hypothese: 50 jaar later. Biologie van de celmoleculair, 28(10), 1285-1287.
6. Jensen, p. EN., & Leister, D. (2014). Chloroplast evolutie, structuur en functies. F1000PRIME -rapporten, 6, 40.
7. Kirk, p. R., & Leech, r. M. (1972). Amininozuur biosynthese door geïsoleerde chloroplats tijdens fotosynthese . Plantenfysiologie, vijftig(2), 228-234.
8. Kobayashi, K., & Wada, h. (2016). Rol van lipiden in chloroplastbiogenese. In Lipiden in planten- en algenontwikkeling (PP. 103-125). Springer, Cham.
9. Sowden, r. G., Watson, s. J., & Jarvis, p. (2017). De rol van chloroplasten in plantenpathologie. Essays in biochemie, EBC20170020.
10. Verstandig. R., & Hoober, J. K. (2007). De structuur en functie van plastiden. Springer Science & Business Media.