Chloropasteneigenschaften, Funktionen und Struktur

Der Chloroplasten Sie sind eine Art von Zellorganellen, die durch ein komplexes Membranensystem, das für Pflanzen und Algen charakteristisch ist. In diesem Plastidium ist Chlorophyll, Pigment für die Prozesse der Photosynthese, Grün von Gemüse und das autotrophe Leben dieser Linien zugelassen.

Darüber hinaus sind Chloroplasten mit der Erzeugung von Stoffwechselergie (ATP -Adenosin -Tryphosphat), Synthese von Aminosäuren, Vitaminen, Fettsäuren, Lipidkomponenten ihrer Membranen und Reduktion von Nitriten verwandt. Es spielt auch eine Rolle bei der Herstellung von Verteidigungssubstanzen gegen Krankheitserreger.

Chloroplast. Von miguelsierra [gfdl (http: // www.Gnu.Org/copyleft/fdl.HTML) oder CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)] aus Wikimedia Commons

Diese photosynthetische Organelle hat ein eigenes kreisförmiges Genom (DNA) und es wird vorgeschlagen, dass sie wie Mitochondrien aus einem Symbiose -Prozess zwischen einem Wirt und einer Photosyntheserbakterien der Stamme stammen.

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Herkunft

Chloroplasten sind Organellen, die Merkmale von Gruppen von sehr entfernten Organismen aufweisen: Algen, Pflanzen und Prokaryoten. Diese Beweise legen nahe, dass Organelle aus einem prokaryotischen Körper stammt, der die Fähigkeit zur Photosynthese ausführt.

Es wird geschätzt, dass der erste eukaryotische Organismus mit der Fähigkeit, Photosynthese auszuführen, ungefähr 1 entstand.000 Millionen Jahre. Die Tests zeigen, dass dieser wichtige evolutionäre Sprung durch den Erwerb eines Cyanobakterielles durch einen eukaryotischen Gast verursacht wurde. Dieser Prozess führte zu verschiedenen Linien von Rot-, Grün- und Pflanzenalgen.

In ähnlicher Weise werden sekundäre und tertiäre Symbiose -Ereignisse angesprochen, in denen eine eukaryotische Linie eine symbiotische Beziehung zu einer anderen photosynthetischen Eukaryota des freien Lebens herstellt.

Im Verlauf der Evolution wurde das Genom des vermeintlichen Bakteriums reduziert und einige seiner Gene wurden übertragen und in das Nucleus -Genom integriert.

Die Organisation des aktuellen Chloroplastengenoms erinnert sich an das eines prokaryotischen.

Endosimbiotische Theorie

Die endosimbiotische Theorie wurde von Lynn Margulis in einer Reihe von Büchern vorgeschlagen, die zwischen den 60er und 80ern veröffentlicht wurden. Es war jedoch eine Idee, die seit den 1900er Jahren bereits gefahren war, vorgeschlagen von Mereschkowsky.

Diese Theorie erklärt den Ursprung von Chloroplasten, Mitochondrien und den in den Geißeln vorhandenen Grundkörpern. Nach dieser Hypothese waren diese Strukturen einst freie Prokaryoten.

Es gibt nicht viele Beweise, die den endosimbiotischen Ursprung von Basalkörpern aus mobilen Prokaryoten unterstützen.

Im Gegensatz dazu gibt es wichtige Hinweise, die den endosimbiotischen Ursprung von Mitochondrien aus α-Protobakterien und Chloroplasten aus Cyanobakterien unterstützen. Der klarste und stärkere Beweis ist die Ähnlichkeit zwischen beiden Genomen.

Allgemeine Eigenschaften von Chloroplasten

Chloroplasten sind die auffälligste Art von Plastiden von Pflanzenzellen. Sie sind ovale Strukturen, die von Membranen umgeben sind, und tritt darin der berühmteste Prozess der autotrophen Eukaryoten: Photosynthese. Sie sind dynamische Strukturen und haben ein eigenes genetisches Material.

Sie befinden sich normalerweise auf den Blättern der Pflanzen. Eine typische Pflanzenzelle kann 10 bis 100 Chloroplasten haben, obwohl die Zahl ziemlich variabel ist.

Wie die Mitochondrien erfolgt die Erbe der Chloroplasten der Eltern an Kinder durch einen der Eltern und nicht von beiden. Tatsächlich sind diese Organellen in verschiedenen Aspekten den Mitochondrien ziemlich ähnlich, obwohl sie komplexer sind.

Struktur (Teile)

Chloroplast. Von gmsotavio [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0) oder GFDL (http: // www.Gnu.Org/copyleft/fdl.html)] aus Wikimedia Commons

Chloroplasten sind große Organellen, 5 bis 10 µm Länge. Die Eigenschaften dieser Struktur können unter einem herkömmlichen optischen Mikroskop sichtbar gemacht werden.

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Sie sind von einer doppelten Lipidmembran umgeben. Darüber hinaus haben sie ein drittes internes Membranensystem, genannt Tilacoid -Membranen.

Dieses letzte membranöse System bildet eine Reihe von Strukturen, die einem Album ähnlich sind, das als Tilacoides bekannt ist. Die Vereinigung von Thilacoiden in Batterien heißt "Grana" und ist miteinander verbunden.

Dank dieses dreifachen Membranensystems ist die innere Struktur des Chloroplasten komplex und in drei Räume unterteilt: den Intermembranraum (zwischen den beiden äußeren Membranen), das Stroma (gefunden im Chloroplasten und außerhalb der Membran des Tilacoids) und durch Letzte das Lumen des Tilacoids.

Außen- und Innenmembranen

Das Membransystem hängt mit der ATP -Generation zusammen. Wie die Mitochondrienmembranen ist es die innere Membran, die den Durchgang von Molekülen innerhalb der Organelle bestimmt. Phosphaditilcholin und Phosphaditylglycerin sind die am häufigsten vorkommenden Lipide von Chloroplastenmembranen.

Die äußere Membran enthält eine Reihe von Poren. Kleine Moleküle können diese Kanäle frei betreten. Die innere Membran erlaubt inzwischen keinen freien Transit dieser Art von Molekülen mit niedrigem Gewicht. Damit die Moleküle eintreten können, müssen sie dies mittels spezifischer Transporter tun, die an der Membran verankert sind.

In einigen Fällen gibt es eine Struktur, die als peripheres Retikulum bezeichnet wird und von einem Membrannetzwerk gebildet wird, das speziell aus der internen Chloroplastenmembran stammt. Einige Autoren betrachten sie als einzigartig für Pflanzen mit C4 -Stoffwechsel, obwohl sie in C3 -Pflanzen gefunden wurden.

Die Funktion dieser Tubuli und Vesikel ist noch nicht klar. Es wird vorgeschlagen, dass sie zum schnellen Transport von Metaboliten und Proteinen in Chloroplasten oder zur Erhöhung der Oberfläche der Innenmembran beitragen könnten.

Tilacoidmembran

Tilacoidmembran. Tameria Sur Wikipédia Anglais [Public Domain] über Wikimedia Commons

In diesem Membransystem tritt die an photosynthetische Prozesse beteiligte Elektronenförderkette auf. Die Protonen werden durch diese Membran gepumpt, vom Stroma bis zum Inneren der Tilacoides.

Dieser Gradient führt zur ATP -Synthese, wenn Protonen wieder auf das Stroma gerichtet sind. Dieser Prozess entspricht dem, der in der inneren Membran der Mitochondrien auftritt.

Die Tilacoidmembran wird durch vier Arten von Lipiden gebildet: Monogalactosyldiacylglycerol, Diglactosyldiacylglycerin, Sulfochinovosyldiacylglycerin und Phosphatidylglycerol. Jeder Typ erfüllt eine spezielle Funktion innerhalb der Lipiddoppelschicht dieses Abschnitts.

Tilacoid

Tilacoide sind membranöse Strukturen in Form von Taschen oder flachen Scheiben, die in einem "in einem" gestapelt sindKoschenille”(Der Plural dieser Struktur ist Körnchen). Diese Alben haben einen Durchmesser von 300 bis 600 nm. Im inneren Raum des Tilacoids heißt es Lumen.

Die Tilacoid -Stapelarchitektur wird noch diskutiert. Es werden zwei Modelle vorgeschlagen: Das erste ist das helikale Modell, bei dem die Tilacoiden in Form eines Propellers unter den Pogging gerollt sind.

Im Gegensatz dazu schlägt das andere Modell eine Bifurkation vor. Diese Hypothese legt nahe, dass Grana durch Stroma -Bifurkationen gebildet wird.

Stroma

Das Stroma ist die gallertartige Flüssigkeit, die das Tilacoid umgibt und sich im Innenbereich des Chloroplasten befindet. Diese Region entspricht dem Cytosol der vermeintlichen Bakterien, die diese Art von Plastidium entstanden haben.

In diesem Bereich befinden sich DNA -Moleküle und eine große Menge an Protein und Enzymen. Insbesondere sind die Enzyme, die am Calvin -Zyklus beteiligt sind. Sie können auch Stärkegranulat finden

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In Stroma sind die Ribosomen von Chloroplasten, da diese Strukturen ihre eigenen Proteine ​​synthetisieren.

Genom

Eines der wichtigsten Merkmale von Chloroplasten ist, dass sie über ein eigenes genetisches System verfügen.

Das genetische Material von Chloroplasten besteht aus kreisförmigen DNA -Molekülen. Jede Organelle hat mehrere Kopien dieses kreisförmigen Moleküls von 12 bis 16 kb (Kilobasen). Sie sind in Strukturen organisiert, die als Nukleoide bezeichnet werden und bestehen aus 10 bis 20 Kopien des plastischen Genoms sowie Proteine ​​und RNA -Moleküle.

Chloroplasten -DNA codiert ca. 120 bis 130 Gene. Diese führen zu Proteinen und RNAs im Zusammenhang mit photosynthetischen Prozessen wie der Komponente des Photosystems I und II, der ATP -Synthase und einer der Rubisco -Untereinheiten.

Rubisco (Ribulosa-1,5-Bischoposphat-Carboxylase/Oxygenase) ist ein entscheidender enzymatischer Komplex im Calvin-Zyklus. Tatsächlich wird das am häufigsten vorkommende Protein auf dem Planeten Erde in Betracht gezogen.

Transfer RNAs und Ribosomales werden zur Übersetzung von Nachrichten verwendet, die im Chloroplastengenom codiert sind. Beinhaltet Ribosomales 23s, 16s, 5s und 4,5s und 30 Transferrippen. Es codiert auch 20 ribosomale Proteine ​​und bestimmte Untereinheiten der RNA -Polymerase.

Bestimmte Elemente, die für den Betrieb des Chloroplasten erforderlich sind.

Funktionen

Chloroplasten können als wichtiges Stoffwechselzentrum in Pflanzen angesehen werden, bei denen dank des breiten Spektrums von Enzymen und Proteinen, die an Membranen verankert sind, die diese Organellen enthalten, mehrere biochemische Reaktionen auftreten.

Sie haben eine kritische Funktion in Pflanzenorganismen: Es ist der Ort, an dem photosynthetische Prozesse vorkommen.

In Chloroplasten auch eine Reihe von Sekundärfunktionen der Biosynthese. Als nächstes diskutieren wir jede Funktion im Detail:

Photosynthese

Photosynthese (links) und Atmung (DCHA). Bild der von BBC extrahierten Rechten

Photosynthese tritt dank Chlorophyll auf. Dieses Pigment befindet sich in den Chloroplasten, in den Tilacoid -Membranen.

Es besteht aus zwei Teilen: einem Ring und einem Schwanz. Der Ring enthält Magnesium und ist für die Absorption von Licht verantwortlich. Es kann blaues und rotes Licht aufnehmen und die grüne Zone des Lichtspektrums reflektieren.

Photosynthetische Reaktionen treten dank Elektronentransfer auf. Energie aus Licht verleiht Chlorophyllpigment Energie (es wird gesagt, dass das Molekül "durch Licht" angeregt ist) und verursacht eine Bewegung dieser Partikel in der Tilacoid -Membran. Chlorophyll erhält seine Elektronen aus einem Wassermolekül.

Dieser Prozess führt zur Bildung eines elektrochemischen Gradienten, der die Synthese von ATP im Stroma ermöglicht. Diese Phase ist auch als "leuchtend" bekannt.

Der zweite Teil der Photosynthese (oder dunkle Phase) tritt im Stroma auf und setzt sich im Cytosol fort. Es ist auch als Kohlenstofffixierreaktionen bekannt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Produkte der oben genannten Reaktionen verwendet, um Kohlenhydrate von CO zu bauen₂.

Biomoleküle -Synthese

Darüber hinaus haben Chloroplasten andere spezialisierte Funktionen, die die Entwicklung und das Wachstum der Pflanze ermöglichen.

In dieser Organelle tritt die Assimilation von Nitraten und Sulfaten auf, und sie haben die notwendigen Enzyme für die Synthese von Aminosäuren, Phytohormonen, Vitaminen, Fettsäuren, Chlorophyll und Carotinoiden.

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Bestimmte Studien haben eine wichtige Anzahl von Aminosäuren identifiziert, die von dieser Organelle synthetisiert wurden. Kirk und Mitarbeiter untersuchten die Produktion von Aminosäuren in den Chloroplasten von Vicia Faba L.

Diese Autoren fanden heraus, dass die am häufigsten vorkommenden synthetisierten Aminosäuren Glutamat, Aspartat und Treonin waren. Andere Typen wie Alanina, Serin und Glycina wurden ebenfalls synthetisiert, aber in geringerer Menge. Die verbleibenden Aminosäuren wurden ebenfalls festgestellt.

Verschiedene Gene, die an der Lipidsynthese beteiligt sind, wurden isoliert. Chloroplasten haben die notwendigen Straßen für die Synthese von Isaprenoid -Lipiden, die für die Chlorophyllproduktion und andere Pigmente wesentlich sind.

Pathogenabwehr

Pflanzen haben kein Immunsystem, das ähnlich dem von Tieren entwickelt wurde. Daher müssen zelluläre Strukturen antimikrobielle Substanzen erzeugen, um sich gegen schädliche Mittel zu verteidigen. Zu diesem Zweck können Pflanzen reaktive Sauerstoff (ROS) oder Salicylsäurespezies synthetisieren.

Chloroplasten beziehen sich auf die Produktion dieser Substanzen, die mögliche Krankheitserreger beseitigen, die in die Anlage eintreten.

Sie fungieren auch als "molekulare Sensoren" und nehmen an Warnmechanismen teil, wobei sie anderen Organellen Informationen vermitteln.

Andere Plastiden

Chloroplasten gehören zu einer Familie von Pflanzenorganellen, die als Plastiden oder Kunststoffe bezeichnet werden. Chloroplasten unterscheiden sich hauptsächlich vom Rest der Plastiden, indem sie das Chlorophyllpigment besitzen. Die anderen Plastiden sind:

-Chromoplastos: Diese Strukturen enthalten Carotinoide, sind in Blumen und Blumen vorhanden. Dank dieser Pigmente haben Pflanzenstrukturen gelbe, orange und rote Farben.

-Die Leukoplasten: Diese Plastiden enthalten keine Pigmente und sind daher weiß. Sie dienen als Reservierung und sind in Organen zu finden, die kein direktes Licht erhalten.

-Die Amyloplasten: Sie enthalten Stärke und sind in Wurzeln und Knollen gefunden.

Die Plastiden stammen aus Strukturen, die als Protoplast bezeichnet werden. Eine der überraschendsten Eigenschaften von Plastiden ist ihre Eigenschaft, sich zu ändern, auch wenn sie sich bereits in der reifen Stufe befinden. Diese Änderung wird durch Umwelt- oder intrinsische Signale der Anlage ausgelöst.

Zum Beispiel können Chloroplasten Chromoplasten hervorrufen. Für diese Veränderung zerfällt die Tilacoid -Membran und Carotinoide werden synthetisiert.

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