Kloroplaster er membranstrukturer, hvori fotosyntesen finder sted. Denne proces i højere planter og cyanobakterier gjorde det muligt for planeten at opretholde evnen til at understøtte liv ved at bruge kuldioxid og genopbygge iltkoncentrationen. Selve fotosyntesen foregår i strukturer som thylakoider. Disse er membran-"moduler" af kloroplaster, hvori protonoverførsel, vandfotolyse, glucose og ATP-syntese finder sted.
Struktur af plantekloroplaster
Kloroplaster kaldes dobbeltmembranstrukturer, der er placeret i cytoplasmaet af planteceller og chlamydomonas. I modsætning hertil udfører cyanobakterielle celler fotosyntese i thylakoider og ikke i kloroplaster. Dette er et eksempel på en underudviklet organisme, der er i stand til at give sin næring gennem fotosynteseenzymer placeret på fremspring af cytoplasmaet.
I henhold til sin struktur er kloroplasten en to-membran organel i form af en boble. De er placeret i stort antal i cellerne i fotosyntetiske planter og udvikler sig kun i tilfælde afkontakt med ultraviolet lys. Inde i kloroplasten er dens flydende stroma. I sin sammensætning ligner den hyaloplasma og består af 85% vand, hvori elektrolytter er opløst og proteiner suspenderet. Kloroplasternes stroma indeholder thylakoider, strukturer, hvori de lyse og mørke faser af fotosyntesen fortsætter direkte.
Kloroplast arveapparat
Ved siden af thylakoiderne er der granulat med stivelse, som er et produkt af polymerisationen af glukose opnået som et resultat af fotosyntese. Frit i stroma er plastid-DNA sammen med spredte ribosomer. Der kan være flere DNA-molekyler. Sammen med det biosyntetiske apparat er de ansvarlige for at genoprette kloroplasternes struktur. Dette sker uden at bruge cellekernens arvelige information. Dette fænomen gør det også muligt at bedømme muligheden for uafhængig vækst og reproduktion af kloroplaster i tilfælde af celledeling. Derfor er kloroplaster i nogle henseender ikke afhængige af cellekernen og repræsenterer så at sige en symbiotisk underudviklet organisme.
Struktur af thylakoider
Thylakoider er skiveformede membranstrukturer placeret i kloroplasternes stroma. I cyanobakterier er de fuldstændigt placeret på invaginationer af den cytoplasmatiske membran, da de ikke har uafhængige kloroplaster. Der er to typer thylakoider: den første er en thylakoid med et lumen, og den anden er en lamellær. Thylakoiden med et lumen er mindre i diameter og er en diskus. Flere thylakoider arrangeret lodret danner en grana.
Lamellære thylakoider er brede plader, der ikke har et lumen. Men de er en platform, som flere korn er knyttet til. I dem forekommer fotosyntese praktisk t alt ikke, da de er nødvendige for at danne en stærk struktur, der er modstandsdygtig over for mekanisk skade på cellen. I alt kan kloroplaster indeholde fra 10 til 100 thylakoider med et lumen, der er i stand til fotosyntese. Selve thylakoiderne er de elementære strukturer, der er ansvarlige for fotosyntesen.
thylakoidernes rolle i fotosyntesen
De vigtigste reaktioner ved fotosyntese finder sted i thylakoider. Den første er fotolysesp altningen af vandmolekylet og syntesen af oxygen. Den anden er transit af en proton gennem membranen gennem cytochrom b6f molekylekomplekset og elektrotransportkæden. Også i thylakoiderne finder syntesen af det højenergiske ATP-molekyle sted. Denne proces sker ved brug af en protongradient, der har udviklet sig mellem thylakoidmembranen og kloroplaststroma. Det betyder, at thylakoidernes funktioner gør det muligt at realisere hele fotosyntesens lysfase.
Let fase af fotosyntesen
En nødvendig betingelse for eksistensen af fotosyntese er evnen til at skabe et membranpotentiale. Det opnås gennem overførsel af elektroner og protoner, på grund af hvilken der skabes en H + gradient, som er 1000 gange større end i mitokondriemembraner. Det er mere fordelagtigt at tage elektroner og protoner fra vandmolekyler for at skabe et elektrokemisk potentiale i en celle. Under påvirkning af en ultraviolet foton på thylakoidmembranerne bliver denne tilgængelig. En elektron er slået ud af ét vandmolekyle, somfår en positiv ladning, og derfor er det nødvendigt at tabe en proton for at neutralisere den. Som et resultat nedbrydes 4 vandmolekyler til elektroner, protoner og danner ilt.
Kæden af fotosynteseprocesser
Efter fotolyse af vand genoplades membranen. Thylakoider er strukturer, der kan have en sur pH under protonoverførsel. På dette tidspunkt er pH i kloroplastens stroma let basisk. Dette genererer et elektrokemisk potentiale, der gør ATP-syntese mulig. Adenosintrifosfatmolekyler vil senere blive brugt til energibehov og den mørke fase af fotosyntesen. Især ATP bruges af cellen til at udnytte kuldioxid, hvilket opnås ved dets kondensering og syntese af glucosemolekyler baseret på dem.
I den mørke fase reduceres NADP-H+ til NADP. I alt kræver syntesen af et glukosemolekyle 18 ATP-molekyler, 6 kuldioxidmolekyler og 24 brintprotoner. Dette kræver fotolyse af 24 vandmolekyler for at udnytte 6 kuldioxidmolekyler. Denne proces giver dig mulighed for at frigive 6 iltmolekyler, som senere vil blive brugt af andre organismer til deres energibehov. Samtidig er thylakoider (i biologien) et eksempel på en membranstruktur, der tillader brugen af solenergi og et transmembranpotentiale med en pH-gradient til at omdanne dem til energien af kemiske bindinger.
