ฟังก์ชั่นคลอโรพลาสต์โครงสร้างและกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

คลอโรพลา พวกเขาเป็นประเภทของ organelles เซลล์คั่นด้วยระบบที่ซับซ้อนของเยื่อหุ้มเซลล์ลักษณะของพืชและสาหร่าย ในพลาสมิดนี้คือคลอโรฟิลล์, รงควัตถุที่รับผิดชอบกระบวนการสังเคราะห์แสง, สีเขียวของผักและให้อายุการใช้งานโดยอัตโนมัติของเชื้อสายเหล่านี้.

นอกจากนี้คลอโรพลาสต์ยังเกี่ยวข้องกับการสร้างพลังงานเมตาบอลิก (ATP - adenosine triphosphate) การสังเคราะห์กรดอะมิโนวิตามินกรดไขมันส่วนประกอบไขมันของเยื่อหุ้มเซลล์และการลดไนไตรต์ นอกจากนี้ยังมีบทบาทในการผลิตสารป้องกันกับเชื้อโรค.

organelle สังเคราะห์แสงนี้มีจีโนมวงกลมของตัวเอง (DNA) และมันก็คิดว่าเหมือนไมโทคอนเดรียพวกมันเกิดจากกระบวนการ symbiosis ระหว่างโฮสต์และแบคทีเรียสังเคราะห์แสงสังเคราะห์บรรพบุรุษ.

ดัชนี

• 1 ต้นกำเนิด
  • 1.1 ทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติก
• 2 ลักษณะทั่วไป
• 3 โครงสร้าง
  • 3.1 เยื่อหุ้มภายนอกและภายใน
  • 3.2 Thilacoid membrane
  • 3.3 Thylakoids
  • 3.4 Stroma
  • 3.5 จีโนม
• 4 ฟังก์ชั่น
  • 4.1 การสังเคราะห์ด้วยแสง
  • 4.2 การสังเคราะห์ชีวโมเลกุล
  • 4.3 การป้องกันเชื้อโรค
• 5 พลาสมิดอื่น ๆ
• 6 อ้างอิง

แหล่ง

คลอโรพลาสต์เป็นออร์แกเนลล์ที่มีลักษณะของสิ่งมีชีวิตกลุ่มไกลมากเช่นสาหร่ายพืชและโปรคาริโอต หลักฐานนี้แสดงให้เห็นว่าออร์แกเนลล์นั้นมีต้นกำเนิดมาจากสิ่งมีชีวิตแบบโปรคาริโอตที่มีความสามารถในการสังเคราะห์ด้วยแสง.

เป็นที่คาดกันว่าสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตแรกที่มีความสามารถในการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 1,000 ล้านปีที่แล้ว หลักฐานบ่งชี้ว่าการก้าวกระโดดครั้งสำคัญนี้เกิดจากการได้มาของไซยาโนแบคทีเรียโดยโฮสต์ยูคาริโอต กระบวนการนี้ก่อให้เกิดเชื้อสายที่แตกต่างกันของสีแดง, สีเขียวและสาหร่ายพืช.

ในทำนองเดียวกันมีเหตุการณ์ symbiosis ทุติยภูมิและตติยภูมิซึ่งเชื้อสายของยูคาริโอตสร้างความสัมพันธ์ทางชีวภาพกับยูคาริโอสังเคราะห์แสงที่มีชีวิตอิสระอีกตัวหนึ่ง.

ในช่วงของการวิวัฒนาการจีโนมของแบคทีเรียที่สมมุติขึ้นได้ลดลงและมีการถ่ายโอนยีนบางส่วนและรวมเข้ากับจีโนมนิวเคลียส.

องค์กรของจีโนมของคลอโรพลาสต์ในปัจจุบันมีลักษณะคล้ายกับโปรคาริโอต แต่ก็มีคุณสมบัติของสารพันธุกรรมของยูคาริโอต.

ทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติก

ทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติกถูกเสนอโดย Lynn Margulis ในหนังสือหลายเล่มที่ตีพิมพ์ระหว่างยุค 60 และยุค 80 อย่างไรก็ตามมันเป็นแนวคิดที่ทำงานมาตั้งแต่ปี 1900 โดย Mereschkowsky.

ทฤษฎีนี้อธิบายที่มาของคลอโรพลาสต์ไมโตคอนเดรียและฐานร่างกายที่อยู่ในแฟลเจลล่า ตามสมมติฐานนี้โครงสร้างเหล่านี้เคยเป็นสิ่งมีชีวิตแบบโปรคาริโอตฟรี.

ไม่มีหลักฐานมากนักที่จะสนับสนุนแหล่งกำเนิดเอนโดซิมไบโอติกของฐานร่างกายจากโปรคาริโอตมือถือ.

ในทางตรงกันข้ามมีหลักฐานสำคัญที่สนับสนุนแหล่งกำเนิดเอนโดซิมไบโอติกของไมโตคอนเดรียจากα-Proteobacteria และจากคลอโรพลาสต์จากไซยาโนแบคทีเรีย หลักฐานที่ชัดเจนและแข็งแกร่งที่สุดคือความคล้ายคลึงกันระหว่างจีโนมทั้งสอง.

ลักษณะทั่วไป

คลอโรพลาสต์เป็นพลาสมิดที่เด่นชัดที่สุดในเซลล์พืช พวกมันคือโครงสร้างรูปไข่ที่ล้อมรอบด้วยเมมเบรนและกระบวนการยูคาริโอตที่มีชื่อเสียงที่สุดเกิดขึ้นในการตกแต่งภายใน: การสังเคราะห์ด้วยแสง พวกเขาเป็นโครงสร้างแบบไดนามิกและมีสารพันธุกรรมของตัวเอง.

พวกเขามักจะตั้งอยู่บนใบของพืช เซลล์พืชทั่วไปสามารถมีคลอโรพลาสต์ได้ 10 ถึง 100 แม้ว่าจำนวนจะค่อนข้างแปรผัน.

เช่นเดียวกับไมโตคอนเดรียการสืบทอดคลอโรพลาสต์จากพ่อแม่สู่ลูกเกิดขึ้นในส่วนหนึ่งของพ่อแม่ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง ในความเป็นจริงแล้วออร์แกเนลล์เหล่านี้ค่อนข้างคล้ายกับไมโตคอนเดรียในหลาย ๆ ด้านแม้ว่าจะซับซ้อนกว่าก็ตาม.

โครงสร้าง

คลอโรพลาสต์เป็นออร์แกเนลล์ขนาดใหญ่ยาว 5 ถึง 10 ไมครอน ลักษณะของโครงสร้างนี้สามารถมองเห็นได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบดั้งเดิม.

พวกมันถูกล้อมรอบด้วยเมมเบรนไขมันสองชั้น นอกจากนี้พวกมันยังมีระบบภายในที่สามคือเยื่อหุ้ม thylakoid.

ระบบเมมเบรนสุดท้ายนี้สร้างชุดโครงสร้างคล้ายดิสก์ซึ่งรู้จักกันในชื่อ thylakoids การรวมกันของ thylakoids ในกองเรียกว่า "grana" และพวกเขาเชื่อมต่อกัน.

ด้วยระบบสามชั้นนี้ทำให้โครงสร้างภายในของคลอโรพลาสต์นั้นซับซ้อนและแบ่งออกเป็นสามส่วนคือพื้นที่ intermembrane (ระหว่างเยื่อหุ้มชั้นนอกทั้งสอง) สโตรมา (ที่พบในคลอโรพลาสต์และนอกเยื่อหุ้ม thylakoid) และ มีอายุการใช้งานเซลล์ของ thylakoid.

เยื่อหุ้มภายนอกและภายใน

ระบบเมมเบรนเกี่ยวข้องกับการสร้าง ATP เช่นเดียวกับเยื่อหุ้มของไมโทคอนเดรียมันเป็นเยื่อหุ้มชั้นในที่กำหนดเส้นทางของโมเลกุลเข้าสู่ออร์แกเนลล์ ฟอสฟาติดิลโคลีนและฟอสฟาติดิลกลีเซอรอลเป็นไขมันที่มากที่สุดของเยื่อหุ้มคลอโรพลาสต์.

เยื่อหุ้มชั้นนอกประกอบด้วยชุดของรูขุมขน โมเลกุลขนาดเล็กสามารถป้อนผ่านช่องทางเหล่านี้ได้อย่างอิสระ ในขณะที่เยื่อหุ้มชั้นในไม่อนุญาตให้มีการเคลื่อนย้ายของโมเลกุลน้ำหนักเบาชนิดนี้ เพื่อให้โมเลกุลเข้ามาพวกมันจะต้องทำโดยวิธีการขนย้ายที่เฉพาะเจาะจงที่ยึดกับเมมเบรน.

ในบางกรณีมีโครงสร้างที่เรียกว่า reticulum ส่วนปลายซึ่งเกิดจากเครือข่ายของเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากเยื่อหุ้มชั้นในของคลอโรพลาสต์โดยเฉพาะ ผู้เขียนบางคนคิดว่าเป็นพืชที่มีเมตาบอลิซึมของ C4 แม้ว่าพวกเขาจะพบในพืช C3.

ฟังก์ชั่นของ tubules และถุงเหล่านี้ยังไม่ชัดเจน มันเสนอว่าพวกเขาสามารถนำไปสู่การขนส่งอย่างรวดเร็วของสารและโปรตีนภายในคลอโรพลาสต์หรือเพื่อเพิ่มพื้นผิวของเยื่อหุ้มชั้นใน.

เยื่อ Thylakoid

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นในระบบเมมเบรนนี้ โปรตอนจะถูกปั๊มผ่านเยื่อหุ้มเซลล์นี้จาก stroma ไปจนถึงการตกแต่งภายในของ thylakoids.

การไล่ระดับสีนี้ส่งผลให้เกิดการสังเคราะห์เอทีพีเมื่อโปรตอนถูกส่งกลับไปยังสโตรมา กระบวนการนี้เทียบเท่ากับสิ่งที่เกิดขึ้นในเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย.

thylakoid membrane ประกอบด้วยไขมันสี่ชนิด ได้แก่ monogalactosyl diacylglycerol, digalactosyl diacylglycerol, sulfoquinovosil diacylglycerol และ phosphatidylglycerol แต่ละประเภทมีฟังก์ชั่นพิเศษภายในไขมัน bilayer ของส่วนนี้.

tilacoides

thylakoids มีโครงสร้างเป็นเมือกในรูปแบบของถุงหรือแผ่นแบนที่เรียงซ้อนกันใน "คอชินีล"พหูพจน์ของโครงสร้างนี้คือ Granum) แผ่นเหล่านี้มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 300 ถึง 600 นาโนเมตร ในพื้นที่ภายในของ thylakoid เรียกว่าลูเมน.

สถาปัตยกรรมของสแต็ค thylakoid ยังคงเป็นที่ถกเถียงกัน มีการเสนอแบบจำลองสองแบบ: แบบแรกคือแบบจำลองแบบขดซึ่งใน thylakoids นั้นมีบาดแผลอยู่ระหว่างธัญพืชรูปเกลียว.

ในทางตรงกันข้ามรุ่นอื่นเสนอการแยกไปสองทาง สมมติฐานนี้แสดงให้เห็นว่า grana เกิดขึ้นจาก stifal bifurcations.

stromal

Stroma เป็นของเหลวที่มีลักษณะเป็นวุ้นซึ่งล้อมรอบ thylakoids และพบได้ในบริเวณด้านในของคลอโรพลาสต์ ภูมิภาคนี้สอดคล้องกับ cytosol ของแบคทีเรียที่ถูกกล่าวหาที่ทำให้เกิดพลาสมิดประเภทนี้.

ในบริเวณนี้คุณจะพบโมเลกุลดีเอ็นเอและโปรตีนและเอนไซม์จำนวนมาก โดยเฉพาะเอ็นไซม์ที่เกี่ยวข้องในวัฏจักรคาลวินถูกค้นพบสำหรับการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการสังเคราะห์แสง คุณยังสามารถค้นหาเม็ดแป้ง

ในสโตรมาคุณจะพบคลอโรพลาสต์ของคลอโรพลาสต์เนื่องจากโครงสร้างเหล่านี้สังเคราะห์โปรตีนของตัวเอง.

จีโนม

หนึ่งในคุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดของคลอโรพลาสต์คือพวกมันมีระบบพันธุกรรมของตัวเอง.

สารพันธุกรรมของคลอโรพลาสต์ประกอบด้วยโมเลกุลวงกลมของ DNA แต่ละออร์แกเนลล์มีสำเนาของโมเลกุลวงกลมนี้จำนวน 12 ถึง 16 kb (กิโลกรัม) พวกมันถูกจัดระเบียบเป็นโครงสร้างที่เรียกว่านิวคลีนและประกอบด้วยสำเนาจีโนมพลาสมิด 10 ถึง 20 ตัวพร้อมกับโปรตีนและโมเลกุลอาร์เอ็นเอ.

รหัส DNA ของคลอโรพลาสต์สำหรับประมาณ 120 ถึง 130 ยีน สิ่งเหล่านี้ส่งผลให้โปรตีนและ RNA เกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์แสงเช่นส่วนประกอบของ photosystem I และ II, ATP synthase และหนึ่งใน subunits Rubisco.

Rubisco (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase / oxygenase) เป็นเอนไซม์ที่มีความสำคัญในวัฏจักรคาลวิน ในความเป็นจริงมันถือเป็นโปรตีนที่มีมากที่สุดในโลก.

ถ่ายโอน RNA และไรโบโซมใช้ในการแปลข้อความ RNA ที่เข้ารหัสในจีโนมคลอโรพลาสต์ มันประกอบไปด้วย ribosomal RNAs 23S, 16S, 5S และ 4.5S และการถ่ายโอน RNA นอกจากนี้ยังมีรหัสสำหรับโปรตีน 20 ribosomal และหน่วยย่อยของ RNA polymerase.

อย่างไรก็ตามองค์ประกอบบางอย่างที่จำเป็นสำหรับการทำงานของคลอโรพลาสต์จะถูกเข้ารหัสในจีโนมนิวเคลียร์ของเซลล์พืช.

ฟังก์ชั่น

คลอโรพลาสต์ถือได้ว่าเป็นศูนย์การเผาผลาญอาหารที่สำคัญในพืชซึ่งมีปฏิกิริยาทางชีวเคมีหลายอย่างเกิดขึ้นเนื่องจากเอนไซม์และโปรตีนที่ยึดกับเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีออร์แกเนลล์เหล่านี้มีอยู่มากมาย.

พวกมันมีหน้าที่ที่สำคัญในสิ่งมีชีวิตพืช: มันเป็นสถานที่ที่กระบวนการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นที่ซึ่งแสงแดดถูกเปลี่ยนเป็นคาร์โบไฮเดรตโดยมีออกซิเจนเป็นผลิตภัณฑ์รอง.

ชุดของฟังก์ชั่นที่สองของการสังเคราะห์ทางชีวภาพยังเกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ ต่อไปเราจะหารือในรายละเอียดแต่ละฟังก์ชั่น:

การสังเคราะห์แสง

การสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นเนื่องจากคลอโรฟิลล์ เม็ดสีนี้พบได้ในคลอโรพลาสต์ในเยื่อหุ้มของ thylakoids.

มันประกอบด้วยสองส่วน: แหวนและหาง แหวนประกอบด้วยแมกนีเซียมและมีหน้าที่ในการดูดซับแสง มันสามารถดูดซับแสงสีน้ำเงินและแสงสีแดงสะท้อนพื้นที่สีเขียวของสเปกตรัมแสง.

ปฏิกิริยาสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นเนื่องจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอน พลังงานที่มาจากแสงนั้นให้พลังงานกับเม็ดสีคลอโรฟิลล์ (โมเลกุลถูกกล่าวว่าเป็น "ตื่นเต้นด้วยแสง") ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอนุภาคเหล่านี้ในเยื่อหุ้มของ thylakoids คลอโรฟิลล์รับอิเล็กตรอนจากโมเลกุลน้ำ.

กระบวนการนี้ส่งผลในการก่อตัวของการไล่ระดับสีเคมีไฟฟ้าที่ช่วยให้การสังเคราะห์ ATP ในสโตรมา ระยะนี้เรียกว่า "ส่องสว่าง".

ส่วนที่สองของการสังเคราะห์ด้วยแสง (หรือเฟสมืด) เกิดขึ้นในสโตรมาและยังคงอยู่ในไซโตทอล เป็นที่รู้จักกันว่าปฏิกิริยาการตรึงคาร์บอน ในขั้นตอนนี้ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาข้างต้นจะถูกใช้เพื่อสร้างคาร์โบไฮเดรตจาก CO₂.

การสังเคราะห์ชีวโมเลกุล

นอกจากนี้คลอโรพลาสต์ยังมีฟังก์ชั่นพิเศษอื่น ๆ ที่ช่วยในการพัฒนาและเจริญเติบโตของพืช.

ในออร์กาเนลนี้เกิดการดูดกลืนของไนเตรตและซัลเฟตและมีเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์กรดอะมิโนไฟโตฮอโมนวิตามินวิตามินกรดไขมันคลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์.

การศึกษาบางอย่างได้ระบุจำนวนกรดอะมิโนที่สังเคราะห์โดยออร์แกเนลล์จำนวนมาก Kirk et al ศึกษาการผลิตกรดอะมิโนในคลอโรพลาสต์ของ Vicia faba L.

ผู้เขียนเหล่านี้พบว่ากรดอะมิโนที่ถูกสังเคราะห์มากที่สุดคือกลูตาเมตแอสพาเททและ ธ รีโอนีน ชนิดอื่น ๆ เช่นอะลานีนซีรีนและไกลซีนก็ถูกสังเคราะห์ แต่ในปริมาณที่น้อยลง ตรวจพบกรดอะมิโนที่เหลืออีก 13 ตัว.

พวกเขาสามารถแยกยีนต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องในการสังเคราะห์ไขมัน คลอโรพลาสต์มีเส้นทางที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ไอโซพรีนอยด์ไขมันจำเป็นสำหรับการผลิตคลอโรฟิลล์และเม็ดสีอื่น ๆ.

ป้องกันเชื้อโรค

พืชไม่มีระบบภูมิคุ้มกันที่ได้รับการพัฒนาเช่นเดียวกับสัตว์ ดังนั้นโครงสร้างของเซลล์จะต้องผลิตสารต้านจุลชีพเพื่อป้องกันสารที่เป็นอันตราย เพื่อจุดประสงค์นี้พืชสามารถสังเคราะห์สายพันธุ์ออกซิเจนปฏิกิริยา (ROS) หรือกรดซาลิไซลิ.

คลอโรพลาสต์เกี่ยวข้องกับการผลิตสารเหล่านี้ซึ่งกำจัดเชื้อโรคที่เป็นไปได้ที่เข้ามาในโรงงาน.

ในทำนองเดียวกันพวกเขาทำหน้าที่เป็น "เซ็นเซอร์ระดับโมเลกุล" และมีส่วนร่วมในกลไกการแจ้งเตือนการสื่อสารข้อมูลไปยังอวัยวะอื่น ๆ.

พลาสติกอื่น ๆ

คลอโรพลาสต์อยู่ในตระกูลออร์แกเนลล์ของพืชที่เรียกว่าพลาสมิดหรือพลาสมิด คลอโรพลาสต์แตกต่างจากพลาสมิดส่วนที่เหลือเป็นส่วนใหญ่เพราะมีเม็ดสีคลอโรฟิลล์ plastids อื่น ๆ :

-Chromoplasts: โครงสร้างเหล่านี้มีแคโรทีนอยด์อยู่ในดอกไม้และดอกไม้ ขอบคุณเม็ดสีเหล่านี้โครงสร้างผักมีสีเหลืองส้มและสีแดง.

-Leucoplastos: plastidios เหล่านี้ไม่มีเม็ดสีจึงเป็นสีขาว พวกมันทำหน้าที่เป็นตัวสำรองและพบในอวัยวะที่ไม่ได้รับแสงโดยตรง.

-อะไมโลพลาสต์: บรรจุแป้งและพบได้ในรากและหัว.

Plastids เกิดจากโครงสร้างที่เรียกว่า protoplastidia หนึ่งในคุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดของ plastids คือคุณสมบัติของมันที่จะเปลี่ยนรูปแบบแม้ว่ามันจะอยู่ในระยะสุกแล้วก็ตาม การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นจากสัญญาณสิ่งแวดล้อมหรือสัญญาณภายในจากโรงงาน.

ยกตัวอย่างเช่นคลอโรพลาสต์มีความสามารถในการก่อให้เกิดโครโมโซม สำหรับการเปลี่ยนแปลงนี้ thylakoid พังผืดพังทลายและ carotenoids ถูกสังเคราะห์.

การอ้างอิง

1. Allen, J. F. (2003) ทำไม Chloroplasts และ Mitochondria จึงมี Genomes. ฟังก์ชั่นเปรียบเทียบและฟังก์ชั่น, 4(1), 31-36.
2. Cooper, G. M (2000). เซลล์: วิธีโมเลกุล ฉบับที่สอง. ผู้ร่วมงาน Sinauer
3. Daniell, H. , Lin, C.-S. , Yu, M. , & Chang, W.-J. (2016) จีโนมคลอโรพลาสต์: ความหลากหลายวิวัฒนาการและการประยุกต์ในพันธุวิศวกรรม. ชีววิทยาของจีโนม, 17, 134.
4. Gracen, V.E. , Hilliard, J.H. , Brown, R.H. , & West, S.H. (1972) Reticulum reticulum ในคลอโรพลาสต์ของพืชที่แตกต่างกันในเส้นทางการตรึง CO 2 และการตอบสนองต่อแสง. โรงงาน, 107(3), 189-204.
5. สีเทา, M. W. (2017) Lynn Margulis และสมมติฐาน endosymbiont: 50 ปีต่อมา. ชีววิทยาโมเลกุลของเซลล์, 28(10), 1285-1287.
6. Jensen, P. E. , & Leister, D. (2014) วิวัฒนาการโครงสร้างและหน้าที่ของคลอโรพลาสต์. รายงานยอดฮิต F1000, 6, 40.
7. โบสถ์พี. อาร์. & ปลิงหม่อมราชวงศ์ (2515) การสังเคราะห์ทางชีวภาพของกรดอะมิโนโดย Chloroplasts ที่แยกได้ระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง . สรีรวิทยาของพืช, 50(2), 228-234.
8. โคบายาชิ, เค, และวันวาดา, H. (2016) บทบาทของไขมันในการสร้างไบโอโพลิโอคลอโรพลาส ใน ไขมันในการพัฒนาพืชและสาหร่าย (pp. 103-125) สปริงเกอร์จาม.
9. Sowden, R. G. , Watson, S.J. , & Jarvis, P. (2017) บทบาทของคลอโรพลาสต์ในโรคพืช. บทความทางชีวเคมี, EBC20170020.
10. ปรีชาญาณ, R. R. , & Hoober, J. K. (2007). โครงสร้างและหน้าที่ของพลาสมิด. Springer Science & Business Media.