Η λειτουργία των χλωροπλαστών στη φωτοσύνθεση

Η φωτοσύνθεση εμφανίζεται στο ευκαρυωτικό κύτταρο δομές που ονομάζονται χλωροπλάστες. Ο χλωροπλάστης είναι ένας τύπος φυτικό κύτταρο οργανίδιο γνωστό ως πλαστίδιο. Οι πλαστίδες βοηθούν στην αποθήκευση και τη συγκομιδή των απαραίτητων ουσιών για την παραγωγή ενέργειας. Ένας χλωροπλάστης περιέχει μια πράσινη χρωστική που ονομάζεται χλωροφύλλη, το οποίο απορροφά την φωτεινή ενέργεια για τη φωτοσύνθεση. Ως εκ τούτου, η ονομασία χλωροπλάστη δείχνει ότι αυτές οι δομές είναι πλαστίδες που περιέχουν χλωροφύλλη.

Αρέσει μιτοχόνδρια, οι χλωροπλάστες έχουν τη δική τους DNA, είναι υπεύθυνοι για την παραγωγή ενέργειας και αναπαράγονται ανεξάρτητα από το υπόλοιπο κύτταρο μέσω μιας διαδικασίας διαίρεσης παρόμοιας με την βακτηριακή δυαδική σχάση. Οι χλωροπλάστες είναι επίσης υπεύθυνοι για την παραγωγή αμινοξέα και λιπίδιο συστατικά που απαιτούνται για την παραγωγή μεμβρανών χλωροπλαστών. Οι χλωροπλάστες μπορούν επίσης να βρεθούν σε άλλα φωτοσυνθετικούς οργανισμούς, όπως φύκια και κυανοβακτήρια.

Οι χλωροπλάστες των φυτών συναντώνται συνήθως στο φρουρό κυττάρων που βρίσκεται στο εργοστάσιο φύλλα. Τα προστατευτικά κύτταρα περιβάλλουν μικροσκοπικούς πόρους που ονομάζονται stomata, ανοίγματος και κλεισίματος ώστε να επιτρέπεται η ανταλλαγή αερίων που απαιτείται για τη φωτοσύνθεση. Οι χλωροπλάστες και άλλα πλαστίδια αναπτύσσονται από κύτταρα που ονομάζονται προπλασίδια. Τα προπλαστικά είναι ανώριμα, αδιαφοροποίητα κύτταρα τα οποία αναπτύσσονται σε διαφορετικούς τύπους πλαστιδίων. Ένα προπλαστικό που αναπτύσσεται σε ένα χλωροπλάστη, το κάνει μόνο με την παρουσία φωτός. Οι χλωροπλάστες περιέχουν πολλές διαφορετικές δομές, οι οποίες έχουν εξειδικευμένες λειτουργίες.

Οι δομές χλωροπλαστών περιλαμβάνουν:

• Φάκελος μεμβράνης: περιέχει εσωτερικό και εξωτερικό λιπιδική διπλοστοιβάδα μεμβράνες που λειτουργούν ως προστατευτικά καλύμματα και διατηρούν κλειστές τις δομές χλωροπλαστών. Η εσωτερική μεμβράνη διαχωρίζει το στρώμα από τον διαμεμβρανικό χώρο και ρυθμίζει τη διέλευση των μορίων μέσα και έξω από τον χλωροπλάστη.
• Διαμεμβρανικός χώρος: διάστημα μεταξύ της εξωτερικής μεμβράνης και της εσωτερικής μεμβράνης.
• Σύστημα Thylakoid: σύστημα εσωτερικής μεμβράνης που αποτελείται από δομημένες δομές μεμβράνης τύπου σάκου που ονομάζονται θυλακοειδή που χρησιμεύουν ως τόποι μετατροπής της φωτεινής ενέργειας σε χημική ενέργεια.
• Thylakoid Lumen: διαμέρισμα σε κάθε θυλακοειδές.
• Grana (μοναδικός κόκκος): (10 έως 20) που χρησιμεύουν ως θέσεις μετατροπής της φωτεινής ενέργειας σε χημική ενέργεια.
• Στρώμα: πυκνό υγρό εντός του χλωροπλάστη που βρίσκεται μέσα στο περίβλημα αλλά έξω από την θυλακοειδής μεμβράνη. Αυτός είναι ο τόπος μετατροπής του διοξειδίου του άνθρακα σε υδατάνθρακες (ζάχαρη).
• Χλωροφύλλη: μια πράσινη φωτοσυνθετική χρωστική ουσία εντός του χλωροπλαστικού κόκκου που απορροφά την φωτεινή ενέργεια.

Στη φωτοσύνθεση, η ηλιακή ενέργεια του ήλιου μετατρέπεται σε χημική ενέργεια. Η χημική ενέργεια αποθηκεύεται με τη μορφή γλυκόζη (ζάχαρη). Το διοξείδιο του άνθρακα, το νερό και το ηλιακό φως χρησιμοποιούνται για την παραγωγή γλυκόζης, οξυγόνου και νερού. Η φωτοσύνθεση συμβαίνει σε δύο στάδια. Αυτά τα στάδια είναι γνωστά ως στάδιο αντίδρασης φωτός και σκούρο στάδιο αντίδρασης.

ο ελαφρά στάδιο αντίδρασης λαμβάνει χώρα υπό την παρουσία φωτός και λαμβάνει χώρα εντός των χλωροπλαστικών κόκκων. Η κύρια χρωστική ουσία που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε χημική ενέργεια είναι χλωροφύλλη α. Άλλες χρωστικές που εμπλέκονται στην απορρόφηση φωτός περιλαμβάνουν χλωροφύλλη b, ξανθοφύλλη και καροτένιο. Στο φως της αντίδρασης το ηλιακό φως μετατρέπεται σε χημική ενέργεια υπό τη μορφή του ATP (μόριο που περιέχει ελεύθερη ενέργεια) και NADPH (μόριο που φέρει ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας). Συμπλέγματα πρωτεϊνών μέσα στην θυλακοειδής μεμβράνη, γνωστή ως φωτοσυστήματος Ι και φωτοσυστήματος II, μεσολαβούν στη μετατροπή της φωτεινής ενέργειας στη χημική ενέργεια. Τόσο το ATP όσο και το NADPH χρησιμοποιούνται στο σκοτεινό στάδιο της αντίδρασης για την παραγωγή ζάχαρης.

ο σκοτεινό στάδιο αντίδρασης είναι επίσης γνωστό ως το στάδιο σταθεροποίησης άνθρακα ή το Κύκλου Calvin. Οι σκοτεινές αντιδράσεις εμφανίζονται στο στρώμα. Το στρώμα περιέχει ένζυμα που διευκολύνουν μια σειρά αντιδράσεων που χρησιμοποιούν ΑΤΡ, NADPH και διοξείδιο του άνθρακα για να παράγουν ζάχαρη. Η ζάχαρη μπορεί να αποθηκευτεί με τη μορφή αμύλου, που χρησιμοποιείται κατά τη διάρκεια της αναπνοή, ή χρησιμοποιούνται στην παραγωγή κυτταρίνης.

• Οι χλωροπλάστες περιέχουν χλωροφύλλη οργανίδια που βρέθηκαν σε φυτά, άλγη και κυανοβακτήρια. Η φωτοσύνθεση συμβαίνει σε χλωροπλάστες.
• Η χλωροφύλλη είναι μια πράσινη φωτοσυνθετική χρωστική ουσία μέσα στους χλωροπλάστες που απορροφούν την φωτεινή ενέργεια για τη φωτοσύνθεση.
• Οι χλωροπλάστες βρίσκονται στα φυτικά φύλλα που περιβάλλουν τα προστατευτικά κύτταρα. Αυτά τα κύτταρα ανοίγουν και κλείνουν μικροσκοπικούς πόρους που επιτρέπουν την ανταλλαγή αερίων που απαιτείται για τη φωτοσύνθεση.
• Η φωτοσύνθεση συμβαίνει σε δύο στάδια: το στάδιο της αντίδρασης φωτός και το σκοτεινό στάδιο αντίδρασης.
• Τα ATP και NADPH παράγονται στο ελαφρύ στάδιο της αντίδρασης το οποίο συμβαίνει εντός των χλωροπλαστικών κόκκων.
• Στο σκοτεινό στάδιο της αντίδρασης ή στον κύκλο Calvin, τα ATP και NADPH που παράγονται κατά τη φάση αντίδρασης φωτός χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ζάχαρης. Αυτό το στάδιο εμφανίζεται στο στρώμα των φυτών.

Πηγή

Cooper, Geoffrey M. "Χλωροπλάστες και άλλοι πλαστίδες." Το κύτταρο: μια μοριακή προσέγγιση, 2η έκδοση, Sunderland: Sinauer Associates, 2000,