CHLOROPLAS: MGA KATANGIAN, PAG-ANDAR AT ISTRAKTURA - BIOLOGY - 2025

Ang mga chloroplast ay isang uri ng mga cell organelles na tinatanggal ng isang kumplikadong sistema ng lamad, tipikal ng mga halaman at algae. Sa plastid na ito ay kloropila, ang pigment na responsable para sa mga proseso ng fotosintesis, ang berdeng kulay ng mga halaman at pinapayagan ang autotrophic life ng mga linya na ito.

Bukod dito, ang mga chloroplast ay nauugnay sa henerasyon ng metabolic energy (ATP - adenosine triphosphate), synthesis ng amino acid, bitamina, fatty acid, lipid na sangkap ng kanilang mga lamad at pagbawas ng mga nitrites. Mayroon din itong papel sa paggawa ng mga sangkap ng depensa laban sa mga pathogen.

Chloroplast. Ni Miguelsierra, mula sa Wikimedia Commons

Ang photosynthetic organelle na ito ay may sariling pabilog na genome (DNA) at iminungkahi na, tulad ng mitochondria, nagmula sila sa isang proseso ng symbiosis sa pagitan ng isang host at isang ancesty photosynthetic bacterium.

Pinagmulan

Ang mga chloroplast ay mga organelles na may mga katangian ng napakalayo na grupo ng mga organismo: algae, halaman, at prokaryotes. Ang katibayan na ito ay nagmumungkahi na ang organelle ay nagmula sa isang prokaryotic na organismo na may kakayahang i-photosynthesize.

Tinatayang ang unang eukaryotic organism, na may kakayahang i-photosynthesize, nagmula mga 1 bilyong taon na ang nakalilipas. Ang katibayan ay nagpapahiwatig na ang pangunahing paglaki ng ebolusyon na ito ay sanhi ng pagkuha ng isang cyanobacterium ng isang eukaryotic host. Ang prosesong ito ay nagdulot ng iba't ibang mga linya ng pula at berde na algae at halaman.

Sa parehong paraan, ang mga kaganapan sa pangalawang at tersiyaryo na mga kaganapan sa simbiyosis ay iminungkahi kung saan ang isang linya ng eukaryotes ay nagtatatag ng isang simbolong simbolo sa isa pang malayang photosynthetic eukaryote.

Sa panahon ng paglaki ng ebolusyon, ang genome ng putative bacterium ay pinaikling at ang ilan sa mga gen nito ay inilipat at isinama sa genus ng nucleus.

Ang samahan ng genome ng kasalukuyang mga chloroplast ay nakapagpapaalaala sa isang prokaryote, gayunpaman mayroon din itong mga katangian ng genetic material ng eukaryotes.

Ang teoryang endosymbiotic

Ang teoryang endosymbiotic ay iminungkahi ni Lynn Margulis sa isang serye ng mga libro na nai-publish sa pagitan ng 60s at 80. Gayunman, ito ay isang ideya na naging mula pa noong 1900s, na iminungkahi ni Mereschkowsky.

Ipinapaliwanag ng teoryang ito ang pinagmulan ng mga chloroplast, mitochondria at ang mga basal na katawan na naroroon sa flagella. Ayon sa hypothesis na ito, ang mga istrukturang ito ay dating libreng mga prokaryotic na organismo.

Walang gaanong katibayan upang suportahan ang endosymbiotic na pinagmulan ng mga basal na katawan mula sa motile prokaryotes.

Sa kaibahan, may mahalagang katibayan na sumusuporta sa endosymbiotic na pinagmulan ng mitochondria mula sa α-Proteobacteria at ng mga chloroplast mula sa cyanobacteria. Ang pinakamaliwanag at pinakamalakas na katibayan ay ang pagkakapareho sa pagitan ng dalawang genom.

Pangkalahatang katangian ng mga chloroplast

Ang mga chloroplast ay ang pinaka-nakakasamang uri ng mga plastik sa mga selula ng halaman. Ang mga ito ay mga hugis-itlog na istraktura na napapalibutan ng mga lamad at sa loob nito ang pinakasikat na proseso ng autotrophic eukaryotes ay nangyayari: fotosintesis. Ang mga ito ay mga dynamic na istruktura at may sariling genetic material.

Karaniwan silang matatagpuan sa mga dahon ng mga halaman. Ang isang tipikal na cell ng halaman ay maaaring magkaroon ng 10 hanggang 100 chloroplas, kahit na ang bilang ay medyo variable.

Tulad ng mitochondria, ang mana ng mga chloroplast mula sa mga magulang hanggang sa mga bata ay nangyayari sa pamamagitan ng isa sa mga magulang at hindi sa pareho. Sa katunayan, ang mga organelles na ito ay halos kapareho ng mitochondria sa ilang mga respeto, bagaman mas kumplikado.

Istraktura (bahagi)

Chloroplast. Ni Gmsotavio, mula sa Wikimedia Commons

Ang mga chloroplast ay malaking mga organelles, 5 hanggang 10 µm ang haba. Ang mga katangian ng istraktura na ito ay maaaring makita sa ilalim ng isang tradisyunal na ilaw na mikroskopyo.

Napapalibutan sila ng isang dobleng lamad. Bilang karagdagan, mayroon silang isang ikatlong sistema ng mga panloob na lamad, na tinatawag na thylakoid membranes.

Ang huling sistema ng lamad na ito ay bumubuo ng isang hanay ng mga istrukturang tulad ng disk, na kilala bilang thylakoids. Ang kantong ng thylakoids sa mga tambak ay tinatawag na "grana" at sila ay konektado sa bawat isa.

Salamat sa triple system ng mga lamad, ang panloob na istraktura ng chloroplast ay kumplikado at nahahati sa tatlong puwang: ang intermembrane space (sa pagitan ng dalawang panlabas na lamad), ang stroma (na matatagpuan sa chloroplast at sa labas ng thylakoid lamad) at sa pamamagitan ng huling lumen ng thylakoid.

Outer at panloob na lamad

Ang sistema ng lamad ay nauugnay sa henerasyon ng ATP. Tulad ng mga lamad ng mitochondria, ito ang panloob na lamad na tumutukoy sa pagpasa ng mga molekula sa organelle. Ang Phosphaditylcholine at phosphaditylglycerol ay ang pinaka-masaganang lipid sa mga lamad ng chloroplast.

Ang panlabas na lamad ay naglalaman ng isang serye ng mga pores. Ang maliliit na molekula ay malayang makapasok sa mga channel na ito. Ang panloob na lamad, para sa bahagi nito, ay hindi pinapayagan ang libreng paglipat ng ganitong uri ng mga mababang molekulang timbang. Para makapasok ang mga molekula, dapat nilang gawin ito sa pamamagitan ng mga tukoy na transporter na naka-angkla sa lamad.

Sa ilang mga kaso mayroong isang istraktura na tinatawag na peripheral reticulum, na nabuo ng isang network ng mga lamad, na partikular na nagmula sa panloob na lamad ng chloroplast. Ang ilang mga may-akda ay itinuturing silang natatangi mula sa mga halaman na may C4 metabolismo, bagaman natagpuan sila sa mga halaman ng C3.

Ang pag-andar ng mga tubule at vesicle na ito ay hindi pa malinaw. Iminumungkahi na maaari silang magbigay ng kontribusyon sa mabilis na transportasyon ng mga metabolite at protina sa loob ng chloroplast o upang madagdagan ang ibabaw ng panloob na lamad.

Thylakoid lamad

Thylakoid lamad. Par Tameeria sur Wikipédia anglais, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

Ang chain ng transportasyon ng elektron na kasangkot sa mga proseso ng photosynthetic ay nangyayari sa sistemang lamad na ito. Ang mga proton ay pumped sa pamamagitan ng lamad na ito, mula sa stroma papunta sa thylakoids.

Ang gradient na ito ay nagreresulta sa synthesis ng ATP, kapag ang mga proton ay nakadirekta pabalik sa stroma. Ang prosesong ito ay katumbas ng nangyayari sa panloob na lamad ng mitochondria.

Ang thylakoid membrane ay binubuo ng apat na uri ng lipids: monogalactosyl diacylglycerol, digalactosyl diacylglycerol, sulfoquinovosyl diacylglycerol, at phosphatidylglycerol. Ang bawat uri ay nagtutupad ng isang espesyal na pag-andar sa loob ng lipid bilayer ng seksyong ito.

Thylakoids

Ang mga Thylakoids ay mga membranous na istruktura sa anyo ng mga sako o flat disc na nakasalansan sa isang "grana" (ang plural ng istraktura na ito ay granum). Ang mga disc na ito ay may diameter na 300 hanggang 600 nm. Ang panloob na puwang ng thylakoid ay tinatawag na lumen.

Ang arkitektura ng thylakoid stack ay pinagtatalunan pa rin. Ang dalawang modelo ay iminungkahi: ang una ay ang helical model, kung saan ang mga thylakoids ay sugat sa pagitan ng mga butil sa isang hugis ng helix.

Sa kaibahan, ang iba pang modelo ay nagmumungkahi ng isang bifurcation. Ang hypothesis na ito ay nagmumungkahi na ang grana ay nabuo ng mga bifurcations ng stroma.

Stroma

Ang stroma ay ang likidong gelatinous na pumapalibot sa thylakoids at matatagpuan sa panloob na rehiyon ng chloroplast. Ang rehiyon na ito ay tumutugma sa cytosol ng dapat na bacterium na nagmula sa ganitong uri ng plastid.

Sa lugar na ito ay ang mga molekula ng DNA at isang malaking halaga ng mga protina at enzyme. Partikular ang mga enzymes na lumahok sa siklo ng Calvin, para sa pag-aayos ng carbon dioxide sa proseso ng potosintetik. Maaari ka ring makahanap ng mga butil ng starch

Ang mga chloroplast ribosom ay matatagpuan sa stroma, dahil ang mga istrukturang ito ay synthesize ang kanilang sariling mga protina.

Genome

Ang isa sa mga pinakamahalagang katangian ng mga chloroplast ay ang pagkakaroon ng kanilang sariling genetic system.

Ang genetic na materyal ng mga chloroplast ay binubuo ng mga molekular na molekula ng DNA. Ang bawat organelle ay may maraming mga kopya ng pabilog na molekula 12-16 kb (kilobase) na ito. Ang mga ito ay naayos sa mga istruktura na tinatawag na mga nucleoid at binubuo ng 10 hanggang 20 kopya ng plastid genome, kasama ang mga protina at RNA molekula.

Ang mga code ng Chloroplast DNA para sa humigit-kumulang na 120 hanggang 130 genes. Nagreresulta ito sa mga protina at RNA na nauugnay sa mga proseso ng photosynthetic tulad ng mga sangkap ng photosystem I at II, syntyase ng ATP at isa sa mga subunits ng Rubisco.

Ang Rubisco (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase / oxygenase) ay isang mahalagang enzyme complex sa siklo ng Calvin. Sa katunayan, ito ay itinuturing na pinaka-masaganang protina sa mundo ng planeta.

Ang paglipat at ribosomal RNA ay ginagamit sa pagsasalin ng mensahe na RNA na naka-encode sa genomasyong chloroplast. Kasama dito ang 23S, 16S, 5S at 4.5S ribosomal RNAs at ilipat ang mga RNA. Ito rin ang mga code para sa 20 ribosomal protein at ilang mga subunits ng RNA polymerase.

Gayunpaman, ang ilang mga elemento na kinakailangan para sa paggana ng chloroplast ay naka-encode sa nuclear genome ng cell cell.

Mga Tampok

Ang mga kloroplas ay maaaring isaalang-alang bilang mahalagang mga sentro ng metabolic sa mga halaman, kung saan naganap ang maraming mga reaksiyong biochemical salamat sa malawak na spectrum ng mga enzyme at protina na naka-angkla sa lamad na naglalaman ng mga organelles na ito.

Mayroon silang isang kritikal na pag-andar sa mga organismo ng halaman: ito ay ang lugar kung saan nagaganap ang mga proseso ng photosynthetic, kung saan ang sikat ng araw ay binago sa mga karbohidrat, na mayroong pagkakaroon ng oxygen bilang pangalawang produkto.

Ang isang serye ng pangalawang biosynthetic function ay nagaganap din sa mga chloroplast. Sa ibaba tatalakayin namin nang detalyado ang bawat pag-andar:

Photosynthesis

Photosynthesis (kaliwa) at paghinga (kanan). Larawan sa kanan na nakuha mula sa BBC

Ang photosynthesis ay nangyayari salamat sa kloropila. Ang pigment na ito ay matatagpuan sa loob ng mga chloroplast, sa mga lamad ng thylakoids.

Binubuo ito ng dalawang bahagi: isang singsing at isang buntot. Ang singsing ay naglalaman ng magnesiyo at may pananagutan sa pagsipsip ng ilaw. Maaari itong sumipsip ng asul na ilaw at pulang ilaw, na sumasalamin sa berdeng lugar ng light spectrum.

Ang mga photosynthetic reaksyon ay nangyayari salamat sa paglipat ng mga electron. Ang enerhiya na nagmumula sa ilaw ay nagbibigay lakas sa chlorophyll pigment (ang molekula ay sinasabing "nasasabik sa pamamagitan ng ilaw"), na nagiging sanhi ng paggalaw ng mga particle na ito sa thylakoid membrane. Nakukuha ng Chlorophyll ang mga electron mula sa isang molekula ng tubig.

Ang prosesong ito ay nagreresulta sa pagbuo ng isang electrochemical gradient na nagpapahintulot sa synthesis ng ATP sa stroma. Ang phase na ito ay kilala rin bilang "ilaw".

Ang pangalawang bahagi ng fotosintesis (o madilim na yugto) ay nangyayari sa stroma at nagpapatuloy sa cytosol. Kilala rin ito bilang reaksyon ng pag-aayos ng carbon. Sa yugtong ito, ang mga produkto ng nakaraang mga reaksyon ay ginagamit upang bumuo ng mga karbohidrat mula sa CO ₂ .

Sintesis ng biomolecules

Bilang karagdagan, ang mga chloroplast ay may iba pang mga dalubhasang pag-andar na nagbibigay-daan sa pag-unlad at paglago ng halaman.

Sa organelle na ito ang assimilation ng nitrates at sulfates ay nangyayari, at mayroon silang kinakailangang mga enzymes para sa synthesis ng amino acid, phytohormones, bitamina, fatty acid, chlorophyll at carotenoids.

Ang ilang mga pag-aaral ay nakilala ang isang makabuluhang bilang ng mga amino acid na synthesized ng organelle na ito. Pinag-aralan ng Kirk at mga kasamahan ang paggawa ng mga amino acid sa mga chloroplas ng Vicia faba L.

Nalaman ng mga may-akda na ang pinaka-masaganang synthesized amino acid ay glutamate, aspartate, at threonine. Ang iba pang mga uri, tulad ng alanine, serine at glycine, ay din synthesized ngunit sa mas maliit na dami. Ang natitirang labintatlong amino acid ay napansin din.

Ang iba't ibang mga gen na kasangkot sa lipid synthesis ay na-hiwalay. Ang mga kloroplas ay nagtataglay ng mga kinakailangang landas para sa synthesis ng isoprenoid lipids, na mahalaga para sa paggawa ng chlorophyll at iba pang mga pigment.

Depensa laban sa mga pathogens

Ang mga halaman ay walang nabuo na immune system na katulad ng sa mga hayop. Samakatuwid, ang mga istruktura ng cell ay dapat gumawa ng mga sangkap na antimicrobial upang maprotektahan ang kanilang sarili laban sa mga nakasisirang mga ahente. Para sa layuning ito, ang mga halaman ay maaaring synthesize ng reaktibo na species ng oxygen (ROS) o salicylic acid.

Ang mga chloroplast ay nauugnay sa paggawa ng mga sangkap na ito na nag-aalis ng mga posibleng pathogen na pumapasok sa halaman.

Gayundin, gumagana sila bilang "mga molekular na sensor" at lumahok sa mga mekanismo ng alerto, pakikipag-ugnay ng impormasyon sa iba pang mga organelles.

Iba pang mga plastik

Ang mga chloroplast ay kabilang sa isang pamilya ng mga organelles ng halaman na tinatawag na mga plastik o plastik. Ang mga kloroplas ay higit sa lahat naiiba mula sa natitirang bahagi ng mga plastid sa pamamagitan ng pagkakaroon ng pigmentor na may pigment. Ang iba pang mga plastik ay:

-Ang mga chromoplas: ang mga istrukturang ito ay naglalaman ng mga carotenoids, naroroon sila sa mga bulaklak at bulaklak. Salamat sa mga pigment na ito, ang mga istruktura ng halaman ay may dilaw, orange at pulang kulay.

-Leukoplast: ang mga plastik na ito ay hindi naglalaman ng mga pigment at samakatuwid ay puti. Nagsisilbi silang reserba at matatagpuan sa mga organo na hindi nakatatanggap ng direktang ilaw.

-Amyloplast: naglalaman ng almirol at matatagpuan sa mga ugat at tubers.

Ang mga plastik ay nagmula sa mga istruktura na tinatawag na protoplastids. Ang isa sa mga nakakagulat na katangian ng mga plastik ay ang kanilang pag-aari na magbago ng uri, kahit na nasa isang yugto na sila. Ang pagbabagong ito ay na-trigger ng mga signal ng kapaligiran o intrinsic mula sa halaman.

Halimbawa, ang mga chloroplas ay may kakayahang magpataas ng mga chromoplas. Para sa pagbabagong ito, ang thylakoid lamad na disintegrates at carotenoids ay synthesized.

Mga Sanggunian

1. Allen, JF (2003). Bakit Ang Mga Chloroplast at Mitochondria ay Naglalaman ng Mga Genom. Comparative at Functional Genomics, 4 (1), 31–36.
2. Cooper, G. M (2000). Ang cell: Molekular na diskarte. Ikalawang edisyon. Mga Associate ng Sinauer
3. Daniell, H., Lin, C.-S., Yu, M., & Chang, W.-J. (2016). Ang genlor ng Chloroplast: pagkakaiba-iba, ebolusyon, at aplikasyon sa genetic engineering. Genome Biology, 17, 134.
4. Gracen, VE, Hilliard, JH, Brown, RH, & West, SH (1972). Ang peripheral reticulum sa chloroplast ng mga halaman na naiiba sa mga daanan ng pag-aayos ng CO 2 at photorespiration. Plant, 107 (3), 189-204.
5. Grey, MW (2017). Lynn Margulis at ang endosymbiont hypothesis: 50 taon mamaya. Molekular na Biology ng Cell, 28 (10), 1285–1287.
6. Jensen, PE, & Leister, D. (2014). Ang ebolusyon ng kloroplas, istraktura at pag-andar. Mga Ulat sa F1000Prime, 6, 40.
7. Kirk, PR, & Leech, RM (1972). Ang Amino Acid Biosynthesis ni Isolated Chloroplasts sa panahon ng Photosynthesis. Plant Physiology, 50 (2), 228-234.
8. Kobayashi, K., & Wada, H. (2016). Papel ng mga lipid sa chloroplast biogenesis. Sa Lipids sa Plant at Development ng Algae (pp. 103-125). Springer, Cham.
9. Sowden, RG, Watson, SJ, & Jarvis, P. (2017). Ang papel ng mga chloroplast sa patolohiya ng halaman. Mga sanaysay sa biochemistry, EBC20170020.
10. Matalino, RR, & Hoober, JK (2007). Ang istraktura at pag-andar ng mga plastik. Springer Science & Business Media.