תוֹכֶן
- מה יש בתוך כלורופלסט - מבנה הכלורופלסט
- תפקוד הריבוזומים הכלורופלסטים ותילקואואידים
- כלורופיל: מקור אנרגיית הכלורופלסט
- ממברנות הכלורופלסט וחלל הבין-ממברנה
- מערכת Thylakoid
- הסטרומה ומקורו של ה- DNA של כלורופלסט
- תיקון פחמן בתגובות האופל
כלורופלסטים הם תחנות כוח צמחיות קטנטנות אשר לוכדות אנרגיית אור לייצור העמילנים והסוכרים המדלקים את צמיחת הצומח.
הם נמצאים בתוך תאי צמחים בעלים של צמחים ובאצות ירוקות ואדומות כמו גם בציאנובקטריה. כלורופלסטים מאפשרים לצמחים לייצר את הכימיקלים המורכבים הנחוצים לחיים מחומרים פשוטים ואורגניים כמו פחמן דו חמצני, מים ומינרלים.
כמפיק מזון אוטוטרופיםצמחים מהווים את בסיס שרשרת המזון ותומכים בכל הצרכנים ברמה הגבוהה ביותר כמו חרקים, דגים, ציפורים ויונקים עד לבני אדם.
הכלורופלסטים התאיים הם כמו מפעלים קטנים המייצרים דלק. בדרך זו הכלורופלסטים בתאי צמחים ירוקים שמאפשרים את החיים על כדור הארץ.
מה יש בתוך כלורופלסט - מבנה הכלורופלסט
למרות שכלורופלסטים הם תרמילים מיקרוסקופיים בתוך תאי צמחים זעירים, הם בעלי מבנה מורכב המאפשר להם לתפוס אנרגיית אור ולהשתמש בה להרכבת פחמימות ברמה המולקולרית.
רכיבים מבניים עיקריים הם כדלקמן:
תפקוד הריבוזומים הכלורופלסטים ותילקואואידים
הריבוזומים הם אשכולות של חלבונים ונוקלאוטידים המייצרים אנזימים ומולקולות מורכבות אחרות הנדרשות על ידי הכלורופלסט.
הם קיימים במספרים גדולים בכל התאים החיים ומייצרים חומרים תאים מורכבים כמו חלבונים על פי ההוראות ממולקולות קוד גנטי של RNA.
התילקואידים משובצים בסטרומה. בצמחים הם יוצרים דיסקים סגורים המסודרים לערימות הנקראות גרנה, עם ערימה יחידה הנקראת גרנום. הם מורכבים מממברנה תילקואידית המקיפה את לומן, חומר חומצי מימי המכיל חלבונים ומאפשר את התגובות הכימיות של הכלורופלסטים.
למלות יוצרים חוליות בין דיסקי הגרנה, ומחברים בין לומן הערימות השונות.
החלק הרגיש לאור בפוטוסינתזה מתרחש על הממברנה התילאואידית שם כלורופיל סופג אנרגיית אור והופך אותה לאנרגיה כימית המשמשת את הצמח.
כלורופיל: מקור אנרגיית הכלורופלסט
כלורופיל הוא א קולטני אור הפיגמנט המצוי בכל הכלורופלסטים.
כאשר האור פוגע בעלה של צמח או לפני השטח של האצות, הוא חודר לכלורופלסטים ומשקף את הממברנות התילקואיד. כלורופיל בממברנה מכה על ידי אלקטרונים בהם כלורופלסט משמש לתגובות כימיות נוספות.
הכלורופיל בצמחים ובאצות ירוקות הוא בעיקר הכלורופיל הירוק המכונה כלורופיל א ', הסוג הנפוץ ביותר. הוא סופג אור כחול סגול ואדום כתום-אדמדם תוך כדי השתקפות של אור ירוק ומעניק לצמחים שלהם צבע ירוק אופייני.
סוגים אחרים של כלורופיל הם סוגים b עד e, הקולטים ומשקפים צבעים שונים.
כלורופיל מסוג b, למשל, נמצא באצות וסופג מעט אור ירוק בנוסף לאדום. ספיגת אור ירוק זו עשויה להיות תוצאה של אורגניזמים המתפתחים בסמוך לפני השטח של האוקיאנוס מכיוון שאור ירוק יכול לחדור רק מרחק קצר למים.
אור אדום יכול לנוע רחוק יותר מתחת לפני השטח.
ממברנות הכלורופלסט וחלל הבין-ממברנה
כלורופלסטים מייצרים פחמימות כמו גלוקוז וחלבונים מורכבים הנחוצים במקום אחר בתאי הצמחים.
על חומרים אלה להיות מסוגלים לצאת מהכלורופלסט ולתמוך במטבוליזם כללי של התא והצמחים. במקביל, כלורופלסטים זקוקים לחומרים המיוצרים במקום אחר בתאים.
ממברנות הכלורופלסט מווסתות את תנועת המולקולות אל הכלורופלסט ומחוצה לו בכך שהיא מאפשרת למולקולות קטנות לעבור תוך כדי שימוש מנגנוני תובלה מיוחדים למולקולות גדולות. הן הממברנות הפנימיות והחיצוניות הן חדירות למחצה, ומאפשרות התפשטות של מולקולות ויונים קטנים.
חומרים אלה חוצים את החלל הבין ממברני וחודרים לקרומים החדירים למחצה.
מולקולות גדולות כמו חלבונים מורכבים חסומות על ידי שני הממברנות. במקום זאת, עבור חומרים מורכבים כאלה, קיימים מנגנוני תובלה מיוחדים המאפשרים לחומרים ספציפיים לחצות את שני הממברנות בעוד שאחרים חסומים.
לקרום החיצוני יש קומפלקס חלבון טרנסלוקציה להעברת חומרים מסוימים על פני הממברנה, ולממברנה הפנימית יש קומפלקס מקביל ודומה למעברים הספציפיים שלו.
מנגנוני הובלה סלקטיביים אלה חשובים במיוחד מכיוון שהקרום הפנימי מסנתז ליפידים, חומצות שומן ו קרוטנואידים הנדרשים למטבוליזם של הכלורופלסטים עצמם.
מערכת Thylakoid
הממברנה התילאואידית היא החלק של התילאואיד הפעיל בשלב הראשון של הפוטוסינתזה.
בצמחים, הממברנה התילאואידית יוצרת בדרך כלל שקים או דיסקים סגורים ודקים הנערמים בגרנה ונשארים במקום, מוקפים בנוזל הסטרומה.
סידור התילקואידים בערימות סליליות מאפשר אריזה הדוקה של התילקואידים ומבנה שטח מורכב וגבוה של הממברנה התילקואיד.
עבור אורגניזמים פשוטים יותר, התילקואידים עשויים להיות בעלי צורה לא סדירה ויכולים להיות צפים בחופשיות. בכל מקרה, אור הפוגע בקרום התילקואיד יוזם את תגובת האור באורגניזם.
האנרגיה הכימית שמשחררת הכלורופיל משמשת לפיצול מולקולות מים למימן וחמצן. החמצן משמש על ידי האורגניזם להנשמה או משתחרר לאטמוספרה ואילו המימן משמש ליצירת פחמימות.
הפחמן לתהליך זה מגיע מפחמן דו חמצני בתהליך שנקרא קיבוע פחמן.
הסטרומה ומקורו של ה- DNA של כלורופלסט
תהליך הפוטוסינתזה מורכב משני חלקים: התגובות התלויות באור המתחילות באור המקיים אינטראקציה עם הכלורופיל תגובות חשוכות (aka תגובות עצמאיות לאור) המקבעים פחמן ומייצרים גלוקוז.
תגובות אור מתרחשות רק במהלך היום כאשר אנרגיית האור מכה בצמח בזמן שתגובות כהות יכולות להתרחש בכל עת. התגובות האור מתחילות בקרום התילקואיד ואילו קיבוע הפחמן של התגובות הכהות מתרחש בסטרומה, הנוזל הדומה לג'לי המקיף את התילקואידים.
בנוסף לאירוח התגובות הכהות והתילקואידים, הסטרומה מכילה את ה- DNA של כלורופלסט ואת הריבוזומים של הכלורופלסט.
כתוצאה, לכלורופלסטים מקור אנרגיה משלהם והם יכולים להתרבות בעצמם, מבלי להסתמך על חלוקת תאים.
למדו על אברוני תאים קשורים בתאים אוקריוטיים: קרום התא ודופן התא.
ניתן לייחס יכולת זו להתפתחות של תאים וחיידקים פשוטים. ציאנובקטריום כנראה נכנס לתא מוקדם והותר לו להישאר מכיוון שהסידור הפך לאחד המועיל הדדית.
עם הזמן, הציאנובקטריום התפתח לאברון הכלורופלסט.
תיקון פחמן בתגובות האופל
קיבוע פחמן בסטרומה של כלורופלסט מתרחש לאחר פיצול מים למימן וחמצן במהלך תגובות האור.
הפרוטונים מאטומי המימן מוזרמים לומן שבתוך התילקואידים, מה שהופך אותו לחומצי. בתגובות החשוכות של הפוטוסינתזה, הפרוטונים מתפזרים חזרה מהלומן לסטרומה דרך אנזים הנקרא ATP synthase.
דיפוזיה זו של פרוטונים באמצעות ATP synthase מייצרת ATP, כימיקל לאגירת אנרגיה לתאים.
האנזים RuBisCO נמצא בסטרומה ומקבע פחמן מ- CO2 לייצור מולקולות פחמימות של שישה פחמימות שאינן יציבות.
כאשר מולקולות לא יציבות מתפרקות, ATP משמש להמרתן למולקולות סוכר פשוטות. ניתן לשלב את פחמימות הסוכר ליצירת מולקולות גדולות יותר כמו גלוקוז, פרוקטוז, סוכרוז ועמילן, וניתן להשתמש בהן בכל מטבוליזם של התאים.
כאשר נוצרים פחמימות בסוף תהליך הפוטוסינתזה, הצמחים כלורופלסטים הוציאו פחמן מהאטמוספרה והשתמשו בו כדי ליצור מזון לצמח ובסופו של דבר, לכל שאר היצורים החיים.
בנוסף ליצירת בסיס שרשרת המזון, פוטוסינתזה בצמחים מפחיתה את כמות גז החממה הפחמן דו חמצני באטמוספרה. באופן זה, צמחים ואצות, באמצעות פוטוסינתזה בכלורופלסטים שלהם, עוזרים להפחית את השפעות שינויי האקלים וההתחממות הגלובלית.