Kloroplastların Fonksiyonları, Fotosentezin Yapısı ve Süreci



kloroplast Bunlar, bitkilerin ve alglerin karakteristiği olan karmaşık bir membran sistemi ile sınırlandırılmış bir tür hücresel organeldir. Bu plastidde klorofil, fotosentez işlemlerinden sorumlu pigment, sebzelerin yeşil rengi ve bu soyların ototrofik ömrüne izin verilir..

Ek olarak, kloroplastlar metabolik enerji üretimi (ATP - adenozin trifosfat), amino asitlerin sentezi, vitaminler, yağ asitleri, membranlarının lipit bileşenleri ve nitritlerin indirgenmesi ile de ilgilidir. Ayrıca patojenlere karşı savunma maddelerinin üretiminde rol oynar..

Bu fotosentetik organel, kendi dairesel genomuna (DNA) sahiptir ve mitokondri gibi, bir konakçı ve bir atadan kalma fotosentetik bakteri arasındaki bir simbiyoz işleminden kaynaklandıkları düşünülmektedir..

indeks

  • 1 Menşei
    • 1.1 Endosimbiyotik teori
  • 2 Genel özellikler
  • 3 yapı
    • 3.1 Dış ve iç zarlar
    • 3.2 Tilak membranı
    • 3.3 Thylakoids
    • 3.4 Stroma
    • 3.5 Genom
  • 4 İşlev
    • 4.1 Fotosentez
    • 4.2 Biyomoleküllerin sentezi
    • 4.3 Patojenlere karşı savunma
  • 5 Diğer plastidler
  • 6 Kaynakça

kaynak

Kloroplastlar, çok uzak organizma gruplarının özelliklerine sahip organellerdir: algler, bitkiler ve prokaryotlar. Bu kanıt organelinin fotosentez yapma kabiliyetine sahip prokaryotik bir organizmadan geldiğini ortaya koymaktadır..

Fotosentez yapma kapasitesine sahip ilk ökaryotik organizmanın yaklaşık 1.000 milyon yıl önce oluştuğu tahmin edilmektedir. Kanıtlar, bu önemli evrimsel sıçramanın, bir ökaryotik konakçı tarafından bir siyanobakterinin edinilmesinden kaynaklandığını göstermektedir. Bu işlem farklı kırmızı, yeşil ve bitki yosunlarının oluşumuna yol açtı..

Aynı şekilde, bir ökaryot soyunun bir başka serbest yaşayan fotosentetik ökaryot ile sembiyotik bir ilişki kurduğu ikincil ve üçüncül simbiyoz olayları vardır..

Evrim sırasında, varsayılan bakterinin genomu azaltılmış ve bazı genleri çekirdek genomuna aktarılmış ve entegre edilmiştir..

Mevcut kloroplastların genomunun organizasyonu bir prokaryotunkine benzer, fakat aynı zamanda ökaryotların genetik materyali özelliklerine de sahiptir..

Endosimbiyotik teorisi

Endosimbiyotik teorisi Lynn Margulis tarafından 60'lar ve 80'ler arasında yayınlanan bir dizi kitapta önerilmiş, ancak 1900'lerden bu yana Mereschkowsky'nin önerdiği bir fikirdi..

Bu teori kloroplastların, mitokondrinin kökenini ve flagellada bulunan bazal cisimleri açıklar. Bu hipoteze göre, bu yapılar bir zamanlar serbest prokaryotik organizmalardı..

Bazal cisimlerin endosimbiyotik kökenini mobil prokaryotlardan destekleyen çok fazla kanıt yoktur..

Buna karşılık, a-Proteobakterilerden ve kloroplastlardan siyanobakterilerden mitokondrinin endosimbiyotik kökenini destekleyen önemli kanıtlar vardır. En net ve en güçlü kanıt her iki genom arasındaki benzerliktir.

Genel özellikler

Kloroplastlar, bitki hücrelerinde en göze çarpan plastid türüdür. Zarlarla çevrili oval yapılardır ve en ünlü ototrofik ökaryot süreci içlerinde gerçekleşir: fotosentez. Dinamik yapılar ve kendi genetik materyalleri var..

Genellikle bitkilerin yaprakları üzerinde bulunurlar. Tipik bir bitki hücresi, 10 ila 100 kloroplast içerebilir, ancak sayı oldukça değişkendir..

Mitokondri gibi, kloroplastların ebeveynlerden çocuklara mirası, her ikisinden de değil ebeveynlerden birinin kısmında meydana gelir. Aslında, bu organelleri daha karmaşık olmasına rağmen, çeşitli yönlerden mitokondriya oldukça benzer.

yapı

Kloroplastlar 5 ila 10 inm uzunluğunda büyük organellerdir. Bu yapının özellikleri geleneksel bir optik mikroskop altında görselleştirilebilir.

Bunlar çift lipid membranla çevrilidir. Ek olarak, thylakoid membranlar denilen üçüncü bir dahili membran sistemi vardır..

Bu son membranöz sistem, thylakoids olarak bilinen bir dizi disk benzeri yapı oluşturur. Thylakoids'in yığınlar içindeki birliğine "grana" denir ve birbirlerine bağlanırlar.

Bu üçlü membran sistemi sayesinde, kloroplastın iç yapısı karmaşıktır ve üç boşluğa ayrılır: intermembran boşluk (iki dış zar arasında), stroma (kloroplastta ve thylakoid zarın dışında bulunur) ve Thylakoid lümeninin son.

Dış ve iç zarlar

Membran sistemi ATP üretimi ile ilgilidir. Mitokondri zarları gibi, moleküllerin organel içerisine geçişini belirleyen iç zardır. Fosfatidilkolin ve fosfatidilgliserol, kloroplast membranlarının en bol bulunan lipidleridir.

Dış membran bir dizi gözenek içerir. Küçük moleküller bu kanallardan serbestçe girebilir. Diğer taraftan, iç membran bu tür düşük ağırlıktaki moleküllerin serbest geçişine izin vermemektedir. Moleküllerin girmesi için, bunu zara tutturulmuş spesifik taşıyıcılar vasıtasıyla yapmaları gerekir..

Bazı durumlarda, özellikle kloroplastın iç zarından kaynaklanan bir membran ağı tarafından oluşturulan periferik retikulum adı verilen bir yapı vardır. Bazı yazarlar, C3 bitkilerinde bulunmasına rağmen, C4 metabolizmasına sahip bitkilere özgü olduğunu düşünür..

Bu boruların ve veziküllerin işlevi henüz net değildir. Kloroplast içindeki metabolitlerin ve proteinlerin hızlı taşınmasına katkıda bulunmaları veya iç zarın yüzeyini arttırmaları önerilmektedir..

Thylakoid membranı

Fotosentetik işlemlerde yer alan elektron taşıma zinciri bu membran sisteminde meydana gelir. Protonlar stromadan thylakoids'in iç kısmına kadar bu membrandan pompalanır..

Bu gradyan, protonlar tekrar stromaya yönlendirildiğinde ATP'nin sentezi ile sonuçlanır. Bu işlem mitokondrinin iç zarında gerçekleşen ile eşdeğerdir..

Thylakoid membranı dört tip lipitten oluşur: monogalaktosil diasilgliserol, digalaktosil diasilgliserol, sülfokinovosil diasilgliserol ve fosfatidilgliserol. Her tip, bu bölümün lipit çift katmanında özel bir işleve sahiptir..

tilacoides

Thylakoids, "içinde istiflenmiş keseler veya yassı diskler şeklindeki membranöz yapılardır.kırmız"(Bu yapının çoğulu Granum). Bu disklerin çapı 300 ila 600 nm'dir. Thylakoid iç alanda lümen denir.

Thylakoid yığınının mimarisi hala tartışılmaktadır. İki model önerilmiştir: ilki, thylakoids'in helis şeklindeki taneler arasına sarıldığı helisel modeldir..

Buna karşılık, diğer model bir çatallanma önermektedir. Bu hipotez, büyükannenin stromal çatallanmalardan oluştuğunu düşündürmektedir..

stromal

Stroma, thylakoids'i çevreleyen ve kloroplastın iç bölgesinde bulunan jelatinli sıvıdır. Bu bölge, bu tip plastidlere neden olduğu iddia edilen bakterilerin sitozolüne tekabül eder..

Bu alanda DNA moleküllerini ve çok miktarda protein ve enzimi bulacaksınız. Spesifik olarak, Calvin döngüsüne dahil olan enzimlerin fotosentez işleminde karbon dioksitin sabitlenmesi için bulunurlar. Ayrıca nişasta granüllerini de bulabilirsiniz.

Stromada, kloroplastların kloroplastlarını bulabilirsiniz, çünkü bu yapılar kendi proteinlerini sentezlemektedir..

genom

Kloroplastların en göze çarpan özelliklerinden biri, kendi genetik sistemlerine sahip olmalarıdır..

Kloroplastların genetik materyali, DNA'nın dairesel moleküllerinden oluşur. Her organel, bu dairesel molekülün 12 ila 16 kb'lik (kilobazlar) çoklu kopyalarına sahiptir. Nükleoidler adı verilen yapılar halinde düzenlenmişlerdir ve proteinler ve RNA molekülleri ile birlikte plastid genomunun 10 ila 20 kopyasından oluşurlar..

Kloroplast DNA, yaklaşık 120 ila 130 gen kodlar. Bunlar, fotosistem I ve II, ATP sentaz ve Rubisco alt ünitelerinden birinin bileşenleri gibi fotosentetik işlemlerle ilgili proteinler ve RNA ile sonuçlanır..

Rubisco (ribuloz-1,5-bisfosfat karboksilaz / oksijenaz), Calvin döngüsünde önemli bir enzim kompleksidir. Aslında, Dünya gezegeninde en bol bulunan protein olarak kabul edilir..

Transfer RNA'ları ve ribozomları, kloroplast genomunda kodlanan RNA mesajlarının çevirisinde kullanılır. Ribozomal RNA'ları 23S, 16S, 5S ve 4.5S ve transfer RNA'yı içerir. Ayrıca 20 ribozomal protein ve RNA polimerazının bazı alt birimlerini de kodlar.

Bununla birlikte, kloroplastın çalışması için gerekli bazı elementler bitki hücresinin nükleer genomunda kodlanmıştır..

fonksiyonlar

Kloroplastlar, bu organellerin içerdiği zarlara tutturulmuş geniş enzim ve protein spektrumu sayesinde çoklu biyokimyasal reaksiyonların meydana geldiği bitkilerde önemli metabolik merkezler olarak kabul edilebilir..

Bitki organizmalarında kritik bir işlevi vardır: Güneş ışığının karbonhidrata dönüştürüldüğü fotosentetik işlemlerin yapıldığı yer, ikincil ürün olarak oksijen..

Kloroplastlarda bir dizi ikincil biyosentez işlevi de ortaya çıkar. Daha sonra her bir işlevi ayrıntılı olarak tartışacağız:

fotosentez

Fotosentez, klorofil sayesinde gerçekleşir. Bu pigment kloroplastların içinde, thylakoids zarlarında bulunur.

İki parçadan oluşur: bir halka ve bir kuyruk. Halka magnezyum içerir ve ışığın emilmesinden sorumludur. Işık spektrumunun yeşil alanını yansıtan mavi ışığı ve kırmızı ışığı absorbe edebilir.

Elektron transferi sayesinde fotosentetik reaksiyonlar meydana gelir. Işıktan gelen enerji, klorofil pigmentine enerji verir (molekülün "ışıkla heyecanlandırdığı"), bu parçacıkların thylakoidlerin zarında bir hareketine neden olur. Klorofil elektronlarını bir su molekülünden alır.

Bu işlem, stromadaki ATP'nin sentezlenmesine izin veren bir elektrokimyasal gradyan oluşumu ile sonuçlanır. Bu aşama aynı zamanda "ışık" olarak da bilinir..

Fotosentezin (veya karanlık fazın) ikinci kısmı stromada meydana gelir ve sitozolde devam eder. Aynı zamanda karbon fiksasyon reaksiyonları olarak da bilinir. Bu aşamada, yukarıdaki reaksiyonların ürünleri CO'dan karbonhidratlar oluşturmak için kullanılır2.

Biyomoleküllerin sentezi

Ek olarak, kloroplastlar bitkinin gelişmesini ve büyümesini sağlayan diğer özel fonksiyonlara sahiptir..

Bu organelde nitratlar ve sülfatların asimilasyonu oluşur ve amino asitlerin, fitohormonların, vitaminlerin, yağ asitlerinin, klorofil ve karotenoidlerin sentezi için gerekli enzimlere sahiptir..

Bazı çalışmalar bu organel tarafından sentezlenen önemli sayıda amino asidi tanımlamıştır. Kirk ve arkadaşları, kloroplastlardaki amino asitlerin üretimini incelediler. Vicia faba L.

Bu yazarlar en bol sentezlenen amino asitlerin glutamat, aspartat ve treonin olduğunu buldular. Alanin, serin ve glisin gibi diğer tipler de sentezlendi, ancak daha küçük miktarlarda. Kalan on üç amino asit de tespit edildi.

Lipitlerin sentezinde rol oynayan farklı genleri izole edebildiler. Kloroplastlar, klorofil ve diğer pigmentlerin üretimi için gerekli olan izoprenoid lipidlerin sentezi için gerekli yolaklara sahiptir.

Patojenlere karşı savunma

Bitkiler, hayvanlara benzer gelişmiş bir bağışıklık sistemine sahip değildir. Bu nedenle, hücresel yapılar zararlı ajanlara karşı savunma yapabilmek için antimikrobiyal maddeler üretmelidir. Bu amaçla, bitkiler reaktif oksijen türlerini (ROS) veya salisilik asidi sentezleyebilir.

Kloroplastlar, tesise giren olası patojenleri ortadan kaldıran bu maddelerin üretimi ile ilgilidir..

Aynı şekilde, "moleküler sensörler" olarak da işlev görürler ve diğer organellere bilgi ileten alarm mekanizmalarına katılırlar..

Diğer plastidler

Kloroplastlar, plastitler veya plastidler adı verilen bitki organelleri ailesine aittir. Kloroplastlar esas olarak plastidlerin geri kalanından farklıdır, çünkü klorofil pigmentine sahiptirler. Diğer plastitler:

-Kromoplastlar: Bu yapılar karotenoid içerir, çiçek ve çiçeklerde bulunur. Bu pigmentler sayesinde bitkisel yapılar sarı, turuncu ve kırmızı renktedir..

-Lökoplastolar: Bu plastidioslar pigment içermez ve bu nedenle beyazdırlar. Rezerv görevi görürler ve doğrudan ışık almayan organlarda bulunurlar..

-Amiloplastlar: nişasta içerir ve köklerde ve yumrularda bulunur.

Plastidler protoplastidia denilen yapılardan kaynaklanmaktadır. Plastidlerin en çarpıcı özelliklerinden biri, halihazırda olgunlaşmış olmalarına rağmen, tip değiştirme özellikleridir. Bu değişiklik, tesisin çevresel veya içsel sinyalleri tarafından tetiklenir..

Örneğin, kloroplastlar, kromoplastlara yol açabilir. Bu değişiklik için, tiyaloid membran dağılır ve karotenoidler sentezlenir.

referanslar

  1. Allen, J.F. (2003). Kloroplast ve Mitokondri Neden Genom İçerir?. Karşılaştırmalı ve İşlevsel Genomik, 4(1), 31-36.
  2. Cooper, G.M (2000). Hücre: Moleküler yaklaşım. İkinci baskı. Sinauer Associates
  3. Daniell, H., Lin, C.-S., Yu, M., & Chang, W.-J. (2016). Kloroplast genomları: çeşitlilik, evrim ve genetik mühendisliğinde uygulamalar. Genom Biyolojisi, 17, 134.
  4. Gracen, V.E., Hilliard, J.H., Brown, R.H., & West, S.H. (1972). CO 2 fiksasyon yolları ve fotorespirasyonda farklılık gösteren bitkilerin kloroplastlarında periferik retikulum. bitki, 107(3), 189-204.
  5. Gray, M.W. (2017). Lynn Margulis ve endosymbiont hipotezi: 50 yıl sonra. Hücrenin Moleküler Biyolojisi, 28(10), 1285-1287.
  6. Jensen, P. E. ve Leister, D. (2014). Kloroplastın evrimi, yapısı ve fonksiyonları. F1000Prime Raporları, 6, 40.
  7. Kirk, P.R., & Leech, R.M. (1972). Fotosentez Sırasında İzole Kloroplastlarla Amino Asit Biyosentezi . Bitki Fizyolojisi, 50(2), 228-234.
  8. Kobayashi, K., ve Wada, H. (2016). Kloroplast biyojenezinde lipidlerin rolü. içinde Bitki ve Yosun Gelişiminde Lipitler (sf. 103-125). Springer, Cham.
  9. Sowden, R. G., Watson, S.J., & Jarvis, P. (2017). Kloroplastların bitki patolojisindeki rolü. Biyokimyada denemeler, EBC20170020.
  10. Wise, R. R. ve Hoober, J. K. (2007). Plastidlerin yapısı ve işlevi. Springer Bilim ve İş Medyası.