Inhoud
- Wat zit er in een chloroplast - de chloroplaststructuur
- De functie van chloroplast ribosomen en thylkaoïden
- Chlorophyll: The Source of Chloroplast Energy
- De chloroplast-membranen en de intermembraanruimte
- Het Thylakoid-systeem
- De Stroma en de oorsprong van Chloroplast-DNA
- Carbon Fixing in the Dark-reacties
Chloroplasten zijn kleine plantkrachtcentrales die lichtenergie opvangen om de zetmelen en suikers te produceren die de plantengroei stimuleren.
Ze worden gevonden in plantencellen in plantenbladeren en in groene en rode algen en in cyanobacteriën. Met chloroplasten kunnen planten de complexe chemische stoffen produceren die nodig zijn voor het leven uit eenvoudige, anorganische stoffen zoals koolstofdioxide, water en mineralen.
Als voedselproducerend autotrophs, planten vormen de basis van de voedselketen en ondersteunen alle consumenten op een hoger niveau zoals insecten, vissen, vogels en zoogdieren tot aan de mens.
De celchloroplasten zijn als kleine fabrieken die brandstof produceren. Op deze manier zijn het de chloroplasten in groene plantencellen die leven op aarde mogelijk maken.
Wat zit er in een chloroplast - de chloroplaststructuur
Hoewel chloroplasten microscopische peulen in kleine plantcellen zijn, hebben ze een complexe structuur waarmee ze lichtenergie kunnen vastleggen en gebruiken om koolhydraten op moleculair niveau samen te stellen.
Belangrijke structurele componenten zijn als volgt:
De functie van chloroplast ribosomen en thylkaoïden
De ribosomen zijn clusters van eiwitten en nucleotiden die enzymen en andere complexe moleculen produceren die nodig zijn voor de chloroplast.
Ze zijn in grote aantallen aanwezig in alle levende cellen en produceren complexe celstoffen zoals eiwitten volgens de instructies van RNA-genetische codemoleculen.
De thylakoïden zijn ingebed in het stroma. In planten vormen ze gesloten schijven die in stapels worden gerangschikt grana, met een enkele stapel granum genoemd. Ze bestaan uit een thylakoïd membraan dat het lumen omgeeft, een waterig zuur materiaal dat eiwitten bevat en de chemische reacties van chloroplasten vergemakkelijkt.
lamellen vormen koppelingen tussen de grana-schijven en verbinden het lumen van de verschillende stapels.
Het lichtgevoelige deel van fotosynthese vindt plaats op het thylakoïde membraan waar chlorophyl absorbeert lichtenergie en zet het om in chemische energie die door de plant wordt gebruikt.
Chlorophyll: The Source of Chloroplast Energy
Chlorofyl is een fotoreceptor pigment gevonden in alle chloroplasten.
Wanneer licht het blad van een plant of het oppervlak van algen treft, dringt het door in de chloroplasten en reflecteert het op de thylakoïde membranen. Door het licht getroffen, geeft het chlorofyl in het membraan elektronen af die de chloroplast gebruikt voor verdere chemische reacties.
Chlorofyl in planten en groene algen is voornamelijk het groene chlorofyl, chlorofyl a genoemd, het meest voorkomende type. Het absorbeert violetblauw en roodachtig oranjerood licht terwijl het groen licht reflecteert, waardoor planten dat krijgen karakteristieke groene kleur.
Andere soorten chlorofyl zijn types b tot en met e, die verschillende kleuren absorberen en reflecteren.
Chlorofyl type b is bijvoorbeeld te vinden in algen en absorbeert naast rood ook wat groen licht. Deze groenlichtabsorptie kan het gevolg zijn van organismen die zich ontwikkelen nabij het oppervlak van de oceaan omdat groen licht slechts een korte afstand in het water kan doordringen.
Rood licht kan zich verder onder het oppervlak verplaatsen.
De chloroplast-membranen en de intermembraanruimte
Chloroplasten produceren koolhydraten zoals glucose en complexe eiwitten die elders in de plantencellen nodig zijn.
Deze materialen moeten de chloroplast kunnen verlaten en het algemene cel- en plantenmetabolisme ondersteunen. Tegelijkertijd hebben chloroplasten stoffen nodig die elders in de cellen worden geproduceerd.
De chloroplastmembranen regelen de beweging van moleculen in en uit de chloroplast door kleine moleculen te laten passeren tijdens het gebruik speciale transportmechanismen voor grote moleculen. Zowel de binnen- als buitenmembranen zijn semi-permeabel, waardoor diffusie van kleine moleculen en ionen mogelijk is.
Deze stoffen passeren de intermembraanruimte en dringen de semi-permeabele membranen binnen.
Grote moleculen zoals complexe eiwitten worden geblokkeerd door de twee membranen. In plaats daarvan zijn voor dergelijke complexe stoffen speciale transportmechanismen beschikbaar waarmee specifieke stoffen de twee membranen kunnen passeren, terwijl andere worden geblokkeerd.
Het buitenmembraan heeft een translocatie-eiwitcomplex om bepaalde materialen door het membraan te transporteren, en het binnenmembraan heeft een overeenkomstig en vergelijkbaar complex voor zijn specifieke overgangen.
Deze selectieve transportmechanismen zijn vooral belangrijk omdat het binnenmembraan lipiden, vetzuren en synthetiseert carotenoïden die nodig zijn voor het eigen metabolisme van de chloroplasten.
Het Thylakoid-systeem
Het thylakoïde membraan is het deel van het thylakoïde dat actief is in de eerste fase van fotosynthese.
In planten vormt het thylakoïde membraan in het algemeen gesloten, dunne zakken of schijven die in grana worden gestapeld en op hun plaats blijven, omringd door de stromavloeistof.
De opstelling van de thylakoïden in spiraalvormige stapels maakt een dichte pakking van de thylakoïden en een complexe structuur met een groot oppervlak van het thylakoïde membraan mogelijk.
Voor eenvoudiger organismen kunnen de thylakoïden een onregelmatige vorm hebben en vrij zweven. In beide gevallen initieert licht dat op het thylakoïde membraan valt de lichtreactie in het organisme.
De chemische energie die vrijkomt door chlorofyl wordt gebruikt om watermoleculen op te splitsen in waterstof en zuurstof. De zuurstof wordt door het organisme gebruikt voor ademhaling of komt vrij in de atmosfeer, terwijl de waterstof wordt gebruikt bij de vorming van koolhydraten.
De koolstof voor dit proces is afkomstig van koolstofdioxide in een proces genaamd Koolstoffixatie.
De Stroma en de oorsprong van Chloroplast-DNA
Het fotosyntheseproces bestaat uit twee delen: de lichtafhankelijke reacties die beginnen met de wisselwerking van licht met chlorofyl en de donkere reacties (aka lichtonafhankelijke reacties) die koolstof fixeren en glucose produceren.
Lichtreacties vinden alleen plaats gedurende de dag wanneer de energie de plant treft, terwijl donkere reacties op elk moment kunnen plaatsvinden. De lichte reacties beginnen in het thylakoïde membraan terwijl de koolstoffixatie van de donkere reacties plaatsvindt in het stroma, de gelei-achtige vloeistof die de thylakoïden omringt.
Naast het hosten van de donkere reacties en de thylakoïden, bevat de stroma het chloroplast-DNA en de chloroplast-ribosomen.
Als gevolg hiervan hebben de chloroplasten hun eigen energiebron en kunnen ze zichzelf vermenigvuldigen, zonder te vertrouwen op celdeling.
Meer informatie over gerelateerde celorganellen in eukaryote cellen: celmembraan en celwand.
Deze mogelijkheid is terug te voeren op de evolutie van eenvoudige cellen en bacteriën. Een cyanobacterium moet een vroege cel zijn binnengegaan en mocht blijven omdat de regeling een wederzijds voordelige werd.
Na verloop van tijd evolueerde de cyanobacterium in het chloroplast-organel.
Carbon Fixing in the Dark-reacties
Koolstoffixatie in de stroma van chloroplast vindt plaats nadat water tijdens de lichtreacties in waterstof en zuurstof is gesplitst.
De protonen van de waterstofatomen worden in het lumen in de thylakoïden gepompt, waardoor het zuur wordt. In de donkere reacties van fotosynthese diffunderen de protonen terug uit het lumen in het stroma via een genoemd enzym ATP-synthase.
Deze protondiffusie door ATP-synthase produceert ATP, een chemische opslagstof voor cellen.
Het enzym RuBisCO wordt aangetroffen in het stroma en fixeert koolstof uit CO2 om koolhydraatmoleculen met zes koolstofatomen te produceren die instabiel zijn.
Wanneer de instabiele moleculen afbreken, wordt ATP gebruikt om ze in eenvoudige suikermoleculen om te zetten. De suiker koolhydraten kunnen worden gecombineerd om grotere moleculen te vormen zoals glucose, fructose, sucrose en zetmeel, die allemaal kunnen worden gebruikt in het celmetabolisme.
Wanneer zich koolhydraten vormen aan het einde van het fotosyntheseproces, hebben de chloroplasten van de planten koolstof uit de atmosfeer verwijderd en gebruikt om voedsel voor de plant en, uiteindelijk, voor alle andere levende wezens te creëren.
Naast de basis van de voedselketen, vermindert fotosynthese in planten de hoeveelheid koolstofdioxide-broeikasgas in de atmosfeer. Op deze manier helpen planten en algen, door fotosynthese in hun chloroplasten, de effecten van klimaatverandering en opwarming van de aarde te verminderen.