Chloropasty Charakteristiky, funkcie a štruktúra

Ten Chloroplasty Sú typom bunkových organely vymedzených komplexným membránovým systémom, ktorý je charakteristický pre rastliny a riasy. V tomto plastidiu je chlorofyl, pigment zodpovedný za procesy fotosyntézy, zelená zelenina a umožňuje autotrofickú životnosť týchto línií.

Chloroplasty sú navyše spojené s tvorbou metabolickej energie (ATP - adenosín tryfosfát), syntézou aminokyselín, vitamínov, mastných kyselín, lipidových zložiek ich membrán a redukcia dusičnanov. Má tiež úlohu pri výrobe obranných látok proti patogénom.

Chloroplast. Autor: Miguelsierra [GFDL (http: // www.GNU.Org/copyleft/fdl.HTML) alebo CC By-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)], z Wikimedia Commons

Táto fotosyntetická organela má svoj vlastný kruhový genóm (DNA) a navrhuje sa, že rovnako ako mitochondrie pochádzajú z procesu symbiózy medzi hostiteľom a predkovskými fotosyntetickými baktériami.

[TOC]

Pôvod

Chloroplasty sú organely, ktoré majú charakteristiky skupín veľmi vzdialených organizmov: riasy, rastliny a prokaryoty. Tieto dôkazy naznačujú, že Organela pochádza z prokaryotického tela so schopnosťou vykonávať fotosyntézu.

Odhaduje sa, že prvý eukaryotický organizmus so schopnosťou vykonávať fotosyntézu vznikol asi 1.000 miliónov rokov. Testy naznačujú, že tento dôležitý evolučný skok bol spôsobený akvizíciou cyanobakteriálnej eukaryotickou hosťom. Tento proces spôsobil rôzne línie rias červených, zelených a rastlín.

Podobne sa zvyšujú udalosti sekundárnej a terciárnej symbiózy, v ktorých eukaryotická línia vytvára symbiotický vzťah s ďalšou fotosyntetickou eukaryotou voľného života.

V priebehu evolúcie sa genóm predpokladanej baktérie znížila a niektoré z jej génov boli prenesené a integrované do jadrového genómu.

Organizácia súčasného genómu chloroplast si pamätá genóm prokaryotického, má však aj atribúty eukaryotického genetického materiálu.

Endosimbotická teória

Endosimbotickú teóriu navrhol Lynn Margulis v sérii kníh vydaných medzi 60. a 80. rokmi. Bol to však myšlienka, ktorá už šoférovala od 20. storočia, navrhnutá spoločnosťou Mereschkowsky.

Táto teória vysvetľuje pôvod chloroplastov, mitochondrií a bazálnych telies prítomných v bráneniach. Podľa tejto hypotézy boli tieto štruktúry kedysi voľné prokaryoty.

Neexistuje veľa dôkazov, ktoré podporujú endosimbotický pôvod bazálnych orgánov z mobilných prokaryotov.

Naopak, existujú dôležité dôkazy, ktoré podporujú endosimbotický pôvod mitochondrií z a-proteobaktérií a chloroplastov z cyanobaktérií. Najjasnejším a silnejším dôkazom je podobnosť medzi oboma genómami.

Všeobecné charakteristiky chloroplastov

Chloroplasty sú najvýraznejší typ plastidov rastlinných buniek. Sú to oválne štruktúry obklopené membránami a vo vnútri sa vyskytujú najslávnejší proces autotrofických eukaryotov: fotosyntéza. Sú to dynamické štruktúry a majú svoj vlastný genetický materiál.

Zvyčajne sa nachádzajú na listoch rastlín. Typická rastlinná bunka môže mať 10 až 100 chloroplastov, hoci číslo je dosť variabilné.

Rovnako ako mitochondrie, dedičstvo chloroplastov rodičov pre deti sa vyskytuje jeden z rodičov a nie oboch. V skutočnosti sú tieto organely dosť podobné mitochondriám v rôznych aspektoch, aj keď zložitejšie.

Štruktúra (časti)

Chloroplast. Autor: Gmsotavio [CC By-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0) alebo gfdl (http: // www.GNU.Org/copyleft/fdl.html)], z Wikimedia Commons

Chloroplasty sú veľké organely, dĺžka 5 až 10 um. Charakteristiky tejto štruktúry sa dajú vizualizovať pod tradičným optickým mikroskopom.

Môže vám slúžiť: nukleozóm

Sú obklopené dvojitou lipidovou membránou. Okrem toho majú tretí systém vnútorných membrán, ktorý sa nazýva tilakoidné membrány.

Tento posledný membránový systém tvorí súbor štruktúr podobných albumu, známym ako tilakoidy. Únia thilakoidov v batériách sa nazýva „grana“ a sú navzájom spojené.

Vďaka tomuto systému trojitých membrán je vnútorná štruktúra chloroplastu zložitá a je rozdelená do troch priestorov: intermembránový priestor (medzi dvoma vonkajšími membránami), stróma (nachádzajúc sa v chloroplaste a mimo membrány tilakoidu) a cez vydrží lúmen tilakoidu.

Vonkajšie a vnútorné membrány

Membránový systém súvisí s generovaním ATP. Rovnako ako mitochondrie membrány, aj interná membrána určuje priechod molekúl vo vnútri organely. Fosfaditilcholín a fosfaditylglycerol sú najhojnejšie lipidy chloroplastových membrán.

Vonkajšia membrána obsahuje sériu pórov. Malé molekuly môžu voľne vstúpiť do týchto kanálov. Vnútorná membrána medzitým neumožňuje voľný tranzit tohto typu molekúl s nízkou hmotnosťou. Aby sa molekuly vstúpili, musia tak urobiť pomocou špecifických transportérov ukotvených k membráne.

V niektorých prípadoch existuje štruktúra nazývaná periférna retikula, tvorená membránovou sieťou, konkrétne pochádza z vnútornej chloroplastovej membrány. Niektorí autori ich považujú za jedinečné pre rastliny s metabolizmom C4, hoci sa našli v rastlinách C3.

Funkcia týchto tubulov a vezikúl ešte nie je jasná. Navrhuje sa, že by mohli prispieť k rýchlemu transportu metabolitov a proteínov v chloroplaste alebo zvýšiť povrch vnútornej membrány.

Membrána

Membrána. Tameria Sur Wikipédia Anglais [verejná doména], cez Wikimedia Commons

V tomto membránovom systéme sa vyskytuje reťazec elektrónového dopravníka zapojený do fotosyntetických procesov. Protóny sa čerpajú cez túto membránu, od strómy do vnútra tilakoidov.

Tento gradient má za následok syntézu ATP, keď sú protóny znova nasmerované na strómu. Tento proces je rovnocenný s tým, ktorý sa vyskytuje vo vnútornej membráne mitochondrií.

Tilakoidná membrána je tvorená štyrmi typmi lipidov: monogalaktozyl diacylglycerol, diglaktozyl diacylglycerol, sulfozchinovozylglycerol a fosfatidylglycerol. Každý typ spĺňa špeciálnu funkciu v lipidovej dvojvrstve tejto časti.

Tilalakoidný

Tilalakoidy sú membránové štruktúry vo forme vreciek alebo plochých diskov, ktoré sú naskladané v a “kochinal“(Množné číslo tejto štruktúry je Granum). Tieto albumy majú priemer 300 až 600 nm. Vo vnútornom priestore tilakoidu sa nazýva lúmen.

Architektúra stohovania tilakoidov sa stále diskutuje. Navrhujú sa dva modely: prvý je špirálový model, v ktorom sú tilakoidy valcované medzi podpora vo forme vrtule.

Naopak, druhý model navrhuje rozdvojenie. Táto hypotéza naznačuje, že grana je tvorená bifurkáciami strómu.

Struka

Stroma je želatínová tekutina obklopujúca tilakoid a nachádza sa vo vnútornej oblasti chloroplastu. Táto oblasť zodpovedá cytosólu predpokladaných baktérií, ktoré vznikli v tomto type plastidium.

V tejto oblasti sú molekuly DNA a veľké množstvo proteínu a enzýmov. Konkrétne sú enzýmy, ktoré sa zúčastňujú na cykle Calvin, na fixáciu karbonového anhydridu vo fotosyntetickom procese. Môžete tiež nájsť škrobové granule

Môže vám slúžiť: cytoplazma: funkcie, časti a vlastnosti

V strome sú ribozómy chloroplastov, pretože tieto štruktúry syntetizujú svoje vlastné proteíny.

Genóm

Jednou z najdôležitejších charakteristík chloroplastov je to, že majú svoj vlastný genetický systém.

Genetický materiál chloroplastov pozostáva z kruhových molekúl DNA. Každá organela má viac kópií tejto kruhovej molekuly 12 až 16 kb (kilobázy). Sú organizované v štruktúrach nazývaných nukleoidy a pozostávajú z 10 až 20 kópií plastového genómu, spolu s proteínmi a molekulami RNA.

Chloroplastová DNA kóduje približne 120 až 130 génov. Výsledkom proteínov a RNA súvisí s fotosyntetickými procesmi, ako je zložka fotosystému I a II, ATP syntázy a jedna z podjednotiek Rubisco.

Rubisco (Ribulosa-1,5-bishoposfát karboxyláza/oxygenáza) je rozhodujúci enzymatický komplex v cykle Calvin. V skutočnosti sa považuje za najhojnejší proteín na planéte Zem.

Prenos RNA a ribozomal sa používajú pri preklade správ, ktoré sú kódované v genóme chloroplastov. Zahŕňa ribozomaly 23s, 16s, 5s a 4,5 s a 30 prenosových rebier. Kóduje tiež pre 20 ribozomálnych proteínov a určité podjednotky RNA polymerázy.

Niektoré prvky potrebné na prevádzku chloroplastu sú však kódované v jadrovom genóme rastlinných buniek.

Funkcia

Chloroplasty sa môžu považovať za dôležité metabolické centrum v rastlinách, kde sa vyskytujú viac biochemických reakcií vďaka širokému spektru enzýmov a proteínov ukotvených k membránám, ktoré tieto organely obsahujú.

Majú kritickú funkciu v rastlinných organizmoch: je to miesto, kde sa vyskytujú fotosyntetické procesy, kde sa slnečné svetlo transformuje na sacharidy, ktoré majú kyslík ako sekundárny produkt.

V chloroplastoch tiež séria sekundárnych funkcií biosyntézy. Ďalej budeme podrobne diskutovať o každej funkcii:

Fotosyntéza

Fotosyntéza (vľavo) a dýchanie (DCHA). Obrázok pravého extrahovaného z BBC

Fotosyntéza sa vyskytuje vďaka chlorofylu. Tento pigment je vo vnútri chloroplastov, v tilakoidných membránach.

Skladá sa z dvoch častí: prsteň a chvost. Kruh obsahuje horčík a je zodpovedný za absorpciu svetla. Môže absorbovať modré a červené svetlo, čo odráža zelenú zónu svetelného spektra.

Fotosyntetické reakcie sa vyskytujú vďaka prenosu elektrónov. Energia od svetla poskytuje energiu k pigmentu chlorofylu (hovorí sa, že molekula je „vzrušená svetlom“), čo spôsobuje pohyb týchto častíc v tilakoidnej membráne. Chlorofyll získava svoje elektróny z molekuly vody.

Tento proces vedie k tvorbe elektrochemického gradientu, ktorý umožňuje syntézu ATP v stróme. Táto fáza je známa aj ako „svetelná“.

Druhá časť fotosyntézy (alebo tmavej fázy) sa vyskytuje v stróme a pokračuje v cytosóle. Je tiež známa ako reakcie na fixačné uhlíky. V tejto fáze sa produkty vyššie uvedených reakcií používajú na výstavbu uhľohydrátov od CO₂.

Syntéza biomolekulov

Chloroplasty majú okrem toho ďalšie špecializované funkcie, ktoré umožňujú vývoj a rast rastliny.

V tejto organele dochádza k asimilácii dusičnanov a sulfátov a majú potrebné enzýmy na syntézu aminokyselín, fytohormónov, vitamínov, mastných kyselín, chlorofylu a karotenoidov.

Môže vám slúžiť: Integríny: Charakteristiky, štruktúra a funkcie

Niektoré štúdie identifikovali dôležitý počet aminokyselín syntetizovaných touto organelou. Kirk a spolupracovníci študovali produkciu aminokyselín v chloroplastoch Vicia Faba L.

Títo autori zistili, že najhojnejšími syntetizovanými aminokyselinami boli glutamát, aspartát a treonín. Syntetizovali sa aj iné typy, ako napríklad Alanina, serín a glycina. Zistili sa aj zostávajúce aminokyseliny.

Izolovali sa rôzne gény zapojené do syntézy lipidov. Chloroplasty majú potrebné cesty na syntézu izaprenoidných lipidov, ktoré sú nevyhnutné pre produkciu chlorofylu a ďalšie pigmenty.

Obrana patogénu

Rastliny nemajú imunitný systém vyvinutý podobne ako u zvierat. Preto musia bunkové štruktúry produkovať antimikrobiálne látky, aby boli schopné brániť proti škodlivým látkam. Na tento účel môžu rastliny syntetizovať reaktívny kyslík (ROS) alebo druhy kyseliny salicylovej.

Chloroplasty súvisia s výrobou týchto látok, ktoré eliminujú možné patogény, ktoré vstupujú do rastliny.

Fungujú tiež ako „molekulárne senzory“ a zúčastňujú sa na výstražných mechanizmoch, ktoré oznamujú informácie iným organelom.

Ostatné plasty

Chloroplasty patria do rodiny zeleninových organelov nazývaných plastidy alebo plasty. Chloroplasty sa líšia hlavne od zvyšku plastidov vlastnením pigmentu chlorofylu. Ostatné plasty sú:

-Chromoplastos: Tieto štruktúry obsahujú karotenoidy, sú prítomné v kvetoch a kvetoch. Vďaka týmto pigmentom majú rastlinné štruktúry žlté, oranžové a červené farby.

-Leukoplasty: Tieto plastidy neobsahujú pigmenty, a preto sú biele. Slúžia ako rezervácia a nachádzajú sa v orgánoch, ktoré nedostávajú priame svetlo.

-Amyloplasty: obsahujú škrob a nachádzajú sa v koreňoch a hľuzach.

Plastidy pochádzajú zo štruktúr nazývaných protoplast. Jednou z najprekvapivejších charakteristík plastidov je ich vlastnosť na zmenu typu, aj keď už sú v zrelej fáze. Táto zmena je vyvolaná environmentálnymi alebo vnútornými signálmi rastliny.

Napríklad chloroplasty sú schopné viesť k chromoplastom. Na túto zmenu sa syntetizujú dezintegrácie tilakoidu a karotenoidy.

Odkazy

1. Allen, J. F. (2003). Prečo chloroplasty a mitechondrie obsahujú genómy. Porovnávacia a funkčná genomika, 4(1), 31-36.
2. Cooper, G. M (2000). Bunka: Priblížte sa molekulárne. Druhé vydanie. Sinaueroví spolupracovníci
3. Daniell, h., Lin, C.-Siež., Yu, m., & Chang, w.-J. (2016). Genómy chloroplastov: diverzita, vývoj a aplikácie v genetickom inžinierstve. Genómová biológia, 17, 134.
4. Gracen, v. A., Hilliard, J. H., Hnedá, r. H., & West, s. H. (1972). Perifal restikulum v chloroplastoch rastlín, ktoré sa líšia v pathoways CO 2 a Hutortespirion. Zasadenie, 107(3), 189-204.
5. Šedá, m. W. (2017). Lynn Margulis a hypotéza endosymbionnt: o 50 rokov neskôr. Biológia molekulárnej bunky, 28(10), 1285-1287.
6. Jensen, P. A., & Leister, D. (2014). Vývoj chloroplastov, štruktúra a funkcie. Správy F1000Prime, 6, 40.
7. Kirk, P. R., & Leech, r. M. (1972). Biosyntéza aminininokyseliny izolovanými chloroplatmi počas fotosyntézy . Fyziológia rastlín, päťdesiat(2), 228-234.
8. Kobayashi, K., & Wada, h. (2016). Úloha lipidov v biogenéze chloroplastov. V Lipidy vo vývoji rastlín a rias (PP. 103-125). Springer, Cham.
9. Sowden, r. G., Watson, s. J., & Jarvis, P. (2017). Úloha chloroplastov v patológii rastlín. Eseje v biochémii, EBC20170020.
10. Múdrší. R., & Hoober, J. Klimatizovať. (2007). Štruktúra a funkcia plastidov. Springer Science & Business Media.