Kloroplaster Funktioner, struktur och process för fotosyntes



den kloroplaster De är en typ av cellulära organeller avgränsade av ett komplext membransystem som är karakteristiskt för växter och alger. I denna plastid är klorofyllet, pigmentet ansvarigt för fotosyntesprocesserna, grönsakens gröna färg och tillåter de autotrofa livslängden hos dessa härdar.

Dessutom är kloroplaster relaterade till generering av metabolisk energi (ATP-adenosintrifosfat), syntes av aminosyror, vitaminer, fettsyror, lipidkomponenter i deras membran och reduktion av nitrit. Det har också en roll i produktionen av försvarsämnen mot patogener.

Denna fotosyntetiska organell har sitt eget cirkulära genom (DNA) och man tror att de, som mitokondrier, härrörde från en symbiosprocess mellan en värd och en förfäderlig fotosyntetisk bakterie.

index

  • 1 Ursprung
    • 1.1 Endosymbiotiska teorin
  • 2 Allmänna egenskaper
  • 3 struktur
    • 3.1 Externa och inre membran
    • 3.2 Thilacoid membran
    • 3,3 tylakoider
    • 3.4 Stroma
    • 3,5 genom
  • 4 funktioner
    • 4.1 Fotosyntes
    • 4.2 Syntes av biomolekyler
    • 4.3 Försvar mot patogener
  • 5 Andra plastider
  • 6 referenser

källa

Kloroplaster är organeller som har egenskaper hos mycket avlägsna grupper av organismer: alger, växter och prokaryoter. Detta bevis tyder på att organellen härstammar från en prokaryot organism med förmågan att utföra fotosyntes.

Det beräknas att den första eukaryotiska organismen, med förmågan att utföra fotosyntes, uppstod för cirka 1 000 miljoner år sedan. Beviset indikerar att detta viktiga utvecklingshopp orsakades av förvärv av en cyanobakterium av en eukaryot värd. Denna process gav upphov till olika rader av röda, gröna och växtalger.

På samma sätt finns det sekundära och tertiära symbioshändelser där en linje av eukaryoter etablerar ett symbiotiskt förhållande med en annan fritt levande fotosyntetisk eukaryot.

Under utvecklingen har genomet av den förmodade bakterien minskats och några av dess gener har överförts och integrerats i kärngenometet.

Organisationen av genomet hos de aktuella kloroplasterna liknar den för en prokaryot, men har också attribut av det genetiska materialet av eukaryoter.

Endosymbiotiska teorin

Endosymbiotiska teorin föreslogs av Lynn Margulis i en serie böcker som publicerades mellan 60- och 80-talen. Det var dock en idé som hade funnits sedan 1900-talet, föreslagen av Mereschkowsky.

Denna teori förklarar ursprunget för kloroplaster, mitokondrier och de basala kropparna som finns i flagellen. Enligt denna hypotes var dessa strukturer en gång fritt prokaryota organismer.

Det finns inte mycket bevis för att stödja endosymbiotiskt ursprung hos basala kroppar från mobila prokaryoter.

Däremot finns det viktiga bevis som stöder mitokondriernas endosymbiotiska ursprung från a-Proteobacteria och från kloroplaster från cyanobakterier. Det tydligaste och starkaste beviset är likheten mellan båda genomen.

Allmänna egenskaper

Kloroplaster är den mest iögonfallande typen av plastider i växtceller. De är ovala strukturer omgivna av membran och den mest kända processen med autotrofa eukaryoter förekommer i deras interiör: fotosyntes. De är dynamiska strukturer och har egna genetiska material.

De är vanligtvis placerade på plantens löv. En typisk växtcell kan ha 10 till 100 kloroplaster, även om antalet är ganska variabel.

Liksom mitokondrier förekommer arv av kloroplaster från föräldrar till barn hos en av föräldrarna och inte båda. Faktum är att dessa organeller ganska liknar mitokondrier i olika aspekter, även om de är mer komplexa.

struktur

Kloroplaster är stora organeller, 5 till 10 μm i längd. Egenskaperna hos denna struktur kan visualiseras under ett traditionellt optiskt mikroskop.

De är omgivna av ett dubbel lipidmembran. Dessutom har de ett tredje system med inre membran, kallade thylakoidmembran.

Detta sista membranösa system bildar en uppsättning skivliknande strukturer, kända som tylakoider. Förening av thylakoider i högar kallas "grana" och de är kopplade till varandra.

Tack vare denna trippelmembransystem, är komplext den inre strukturen av kloroplasten och är indelad i tre utrymmen: intermembrane utrymme (mellan de två yttre membranen), stroman (som finns i kloroplasten och utanför tylakoid membranet) och sista tylakoidens lumen.

Externa och inre membran

Membransystemet är relaterat till genereringen av ATP. Liksom mitokondrierens membraner är det inre membranet som bestämmer molekylernas passage i organellen. Fosfatidylkolin och fosfatidylglycerol är de vanligaste lipiderna av kloroplastmembran.

Det yttre membranet innehåller en serie porer. Små molekyler kan fritt komma in genom dessa kanaler. Det inre membranet tillåter å andra sidan inte fri transitering av denna typ av lågviktmolekyler. För att molekyler ska komma in måste de göra det med hjälp av specifika transportörer förankrade i membranet.

I vissa fall finns en struktur som kallas perifer retikulum, bildad av ett nätverk av membran, som härrör från specifikt från kloroplastens inre membran. Vissa författare anser att de är unika för växter med C4-metabolism, även om de har hittats i C3-växter.

Funktionen hos dessa rör och vesiklar är ännu inte klar. Det föreslås att de kan bidra till snabb transport av metaboliter och proteiner i kloroplast eller för att öka ytan av det inre membranet.

Thylakoid membran

Elektrontransportkedjan involverad i fotosyntetiska processer förekommer i detta membransystem. Protoner pumpas genom detta membran, från strom till det inre av tylakoiderna.

Denna gradient resulterar i syntesen av ATP, när protonerna riktas tillbaka till stroma. Denna process motsvarar den som uppträder i mitokondriernas inre membran.

Den tylakoid membranet är bildat av fyra typer av lipider: monogalactosyl diacylglycerol, digalactosyl diacylglycerol, sulfokinovosyl diacylglycerol och fosfatidylglycerol. Varje typ har en speciell funktion inom lipids dubbelskiktet i denna sektion.

tilacoides

Thylakoiderna är membranformiga strukturer i form av säckar eller plana skivor som staplas i en "cochineal"(Flertalet av denna struktur är Granum). Dessa skivor har en diameter av 300 till 600 nm. I internt utrymme av thylakoid kallas lumen.

Arkitekturen av thylakoidstacken debatteras fortfarande. Två modeller föreslås: den första är den spiralformade modellen, i vilken tylakoiderna lindas mellan de spiralformade kornen.

Däremot föreslår den andra modellen en bifurkation. Denna hypotes föreslår att grana bildas av stromala bifurcationer.

stromala

Stroma är den gelatinösa vätskan som omger thylakoiderna och finns i kloroplastens inre region. Denna region motsvarar cytosolen hos de påstådda bakterierna som orsakade denna typ av plastid.

På detta område hittar du DNA-molekyler och en stor mängd proteiner och enzymer. Specifikt hittas de enzymer som är involverade i Calvin-cykeln för fixering av koldioxid i fotosyntetiska processen. Du kan också hitta stärkelsegranuler

I stroma hittar du kloroplasterna av kloroplasterna, eftersom dessa strukturer syntetiserar sina egna proteiner.

genomet

En av de mest framstående egenskaperna hos kloroplaster är att de har sitt eget genetiska system.

Det genetiska materialet av kloroplaster består av cirkulära molekyler av DNA. Varje organell har flera kopior av denna cirkulära molekyl med 12 till 16 kb (kilobaser). De är organiserade i strukturer som kallas nukleoider och består av 10 till 20 kopior av plastidgenomet, tillsammans med proteiner och RNA-molekyler.

Kloroplast-DNA kodar för cirka 120 till 130 gener. Dessa resulterar i proteiner och RNA relaterat till fotosyntetiska processer såsom komponenterna i fotosystem I och II, ATP-syntas och en av Rubisco-subenheterna.

Rubisco (ribulos-1,5-bisfosfatkarboxylas / oxygenas) är ett viktigt enzymkomplex i Calvin-cykeln. Faktum är att det anses vara det mest rikliga proteinet på planeten Jorden.

Överförings-RNA och ribosomer används vid translation av RNA-meddelanden som kodas i kloroplastgenomet. Den innefattar ribosomala RNA 23S, 16S, 5S och 4,5S och överför RNA. Den kodar också för 20 ribosomala proteiner och vissa subenheter av RNA-polymeras.

Vissa element som är nödvändiga för kloroplastens funktion kodas emellertid i växtcellens kärngenom.

funktioner

Kloroplaster kan betraktas som viktiga metaboliska centra i växter där flera biokemiska reaktioner uppstår tack vare det breda spektret av enzymer och proteiner förankrade i membran som dessa organeller innehåller.

De har en kritisk funktion i växtorganismer: det är platsen där fotosyntetiska processer äger rum, där solljus omvandlas till kolhydrater, med syre som sekundärprodukt..

En serie sekundära funktioner av biosyntes förekommer även i kloroplaster. Nästa kommer vi att diskutera i detalj varje funktion:

fotosyntes

Fotosyntes uppstår tack vare klorofyll. Detta pigment hittas inuti kloroplasterna, i membranerna av tylakoiderna.

Den består av två delar: en ring och en svans. Ringen innehåller magnesium och är ansvarig för absorptionen av ljus. Det kan absorbera blått ljus och rött ljus, vilket återspeglar ljusområdeets gröna område.

Fotosyntetiska reaktioner uppstår tack vare överföringen av elektroner. Den energi som kommer från ljuset ger energi till klorofyllpigmentet (molekylen sägs vara "upphetsad av ljus"), vilket orsakar en rörelse av dessa partiklar i membranet av tylakoiderna. Klorofyll får sina elektroner från en vattenmolekyl.

Denna process resulterar i bildandet av en elektrokemisk gradient som möjliggör syntesen av ATP i stroma. Denna fas är också känd som "lysande".

Den andra delen av fotosyntesen (eller mörkfasen) inträffar i stroma och fortsätter i cytosolen. Det är också känt som kolfixeringsreaktioner. I detta steg används produkterna av ovanstående reaktioner för att bygga kolhydrater från CO2.

Syntes av biomolekyler

Dessutom har kloroplaster andra specialfunktioner som möjliggör växtens utveckling och tillväxt.

I denna organell förekommer assimileringen av nitrater och sulfater och har de nödvändiga enzymerna för syntesen av aminosyror, fytohormoner, vitaminer, fettsyror, klorofyll och karotenoider.

Vissa studier har identifierat ett betydande antal aminosyror syntetiserade av denna organella. Kirk et al studerade produktionen av aminosyror i kloroplaster av Vicia faba L.

Dessa författare fann att de mest rikliga syntetiserade aminosyrorna var glutamat, aspartat och treonin. Andra typer, såsom alanin, serin och glycin syntetiserades också men i mindre kvantiteter. De återstående tretton aminosyrorna detekterades också.

De har kunnat isolera olika gener som är involverade i syntesen av lipider. Kloroplaster har de nödvändiga vägarna för syntesen av isoprenoidlipider, essentiella för framställning av klorofyll och andra pigment.

Försvar mot patogener

Växter har inte ett utvecklat immunsystem liknande det hos djur. Därför måste cellulära strukturer producera antimikrobiella ämnen för att kunna försvara sig mot skadliga ämnen. För detta ändamål kan växter syntetisera reaktiva syrearter (ROS) eller salicylsyra.

Kloroplaster är relaterade till produktionen av dessa substanser som eliminerar möjliga patogener som kommer in i växten.

På samma sätt fungerar de som "molekylära sensorer" och deltar i varningsmekanismer, kommunicerar information till andra organeller.

Andra plastider

Kloroplaster hör till en familj av plantorganeller som kallas plastider eller plastider. Kloroplaster skiljer sig huvudsakligen från resten av plastiderna eftersom de har klorofyllpigmentet. De andra plastiderna är:

-Kromoplasterna: Dessa strukturer innehåller karotenoider, finns i blommor och blommor. Tack vare dessa pigment har grönsaksstrukturerna gula, orange och röda färger.

-Leucoplastos: dessa plastidios innehåller inte pigment och därför är de vita. De tjänar som en reserv och finns i organ som inte får direkt ljus.

-Amyloplaster: innehåller stärkelse och finns i rötter och knölar.

Plastider härrör från strukturer som kallas protoplastidia. En av de mest slående egenskaperna hos plastider är deras egenskap att ändra typ, även om de redan är i mogna etapper. Denna förändring utlöses av miljömässiga eller inneboende signaler från anläggningen.

Kloroplaster kan till exempel ge upphov till kromoplaster. För denna förändring sönderdelas thylakoidmembranet och karotenoiderna syntetiseras.

referenser

  1. Allen, J. F. (2003). Varför kloroplaster och mitokondrier innehåller genom. Jämförande och funktionell genomik, 4(1), 31-36.
  2. Cooper, G. M (2000). Cellen: Molekylär tillvägagångssätt. Andra upplagan. Sinauer Associates
  3. Daniell, H., Lin, C.-S., Yu, M., & Chang, W.-J. (2016). Kloroplastgenom: diversitet, utveckling och tillämpningar inom genteknik. Genombiologi, 17, 134.
  4. Gracen, V.E., Hilliard, J.H., Brown, R.H., och West, S.H. (1972). Perifer retikulum i kloroplaster av växter som skiljer sig i CO 2 fixeringsvägar och fotorespiration. växt, 107(3), 189-204.
  5. Gray, M. W. (2017). Lynn Margulis och endosymbiont-hypotesen: 50 år senare. Molecular Biology of the Cell, 28(10), 1285-1287.
  6. Jensen, P. E., & Leister, D. (2014). Kloroplastutveckling, struktur och funktioner. F1000Prime rapporter, 6, 40.
  7. Kirk, P.R., och Leech, R.M. (1972). Aminosyrabiosyntes av isolerade kloroplaster under fotosyntesen . Växtfysiologi, 50(2), 228-234.
  8. Kobayashi, K., & Wada, H. (2016). Rolle av lipider i kloroplastbiogenes. i Lipider i utveckling av växter och alger (sid 103-125). Springer, Cham.
  9. Sowden, R.G., Watson, S.J., och Jarvis, P. (2017). Kloroplasternas roll i växtpatologi. Uppsatser inom biokemi, EBC20170020.
  10. Wise, R. R., & Hoober, J. K. (2007). Plastids struktur och funktion. Springer Science & Business Media.