Kloroplastlar, fotosentezin gerçekleştiği zar yapılarıdır. Daha yüksek bitkiler ve siyanobakterilerdeki bu süreç, gezegenin karbondioksiti kullanarak ve oksijen konsantrasyonunu yenileyerek yaşamı destekleme yeteneğini sürdürmesine izin verdi. Fotosentezin kendisi, tilakoidler gibi yapılarda gerçekleşir. Bunlar, proton transferi, su fotolizi, glikoz ve ATP sentezinin gerçekleştiği kloroplastların zar "modülleridir".
Bitki kloroplastlarının yapısı
Kloroplastlar, bitki hücrelerinin ve klamidomonaların sitoplazmasında bulunan çift zarlı yapılar olarak adlandırılır. Buna karşılık, siyanobakteriyel hücreler, kloroplastlarda değil, tilakoidlerde fotosentez gerçekleştirir. Bu, beslenmesini sitoplazmanın çıkıntılarında bulunan fotosentez enzimleri yoluyla sağlayabilen az gelişmiş bir organizma örneğidir.
Yapısına göre kloroplast, balon şeklinde iki zarlı bir organeldir. Fotosentetik bitkilerin hücrelerinde çok sayıda bulunurlar ve sadece aşağıdaki durumlarda gelişirler.ultraviyole ışık ile temas. Kloroplastın içinde sıvı stroması bulunur. Bileşiminde hyaloplazmayı andırır ve elektrolitlerin çözüldüğü ve proteinlerin askıya alındığı% 85 sudan oluşur. Kloroplastların stroması, fotosentezin aydınlık ve karanlık fazlarının doğrudan ilerlediği yapılar olan tilakoidleri içerir.
Kloroplast kalıtsal aparat
Tilakoidlerin yanında, fotosentez sonucu elde edilen glikozun polimerizasyonunun bir ürünü olan nişastalı granüller vardır. Stromada serbestçe dağılmış ribozomlarla birlikte plastid DNA bulunur. Birkaç DNA molekülü olabilir. Biyosentetik aparatla birlikte kloroplastların yapısını restore etmekten sorumludurlar. Bu, hücre çekirdeğinin kalıtsal bilgilerini kullanmadan gerçekleşir. Bu fenomen ayrıca hücre bölünmesi durumunda kloroplastların bağımsız büyüme ve üreme olasılığını değerlendirmeyi mümkün kılar. Bu nedenle, kloroplastlar bazı açılardan hücre çekirdeğine bağlı değildir ve sanki simbiyotik az gelişmiş bir organizmayı temsil eder.
Tilakoidlerin yapısı
Thylakoids, kloroplastların stromasında yer alan disk şeklindeki zar yapılarıdır. Siyanobakterilerde, bağımsız kloroplastları olmadığı için tamamen sitoplazmik zarın invajinasyonlarında bulunurlar. İki tür thylakoid vardır: birincisi lümenli bir thylakoid ve ikincisi lamellar. Lümenli thylakoid çapı daha küçüktür ve bir disktir. Dikey olarak düzenlenmiş birkaç thylakoids bir grana oluşturur.
Lamellar thylakoids, lümeni olmayan geniş plakalardır. Ancak birden fazla tahılın bağlı olduğu bir platformdur. Onlarda, hücreye mekanik hasara dayanıklı güçlü bir yapı oluşturmaları gerektiğinden, pratik olarak fotosentez gerçekleşmez. Toplamda, kloroplastlar, fotosentez yapabilen bir lümene sahip 10 ila 100 tilakoid içerebilir. Tilakoidlerin kendileri fotosentezden sorumlu temel yapılardır.
Tilakoidlerin fotosentezdeki rolü
Fotosentezin en önemli reaksiyonları thylakoidlerde gerçekleşir. Birincisi, su molekülünün fotoliz bölünmesi ve oksijen sentezidir. İkincisi, bir protonun sitokrom b6f moleküler kompleksi ve elektrotransport zinciri yoluyla zardan geçişidir. Tilakoidlerde ayrıca yüksek enerjili ATP molekülünün sentezi gerçekleşir. Bu işlem, thylakoid membran ve kloroplast stroma arasında gelişen bir proton gradyanı kullanılarak gerçekleşir. Bu, thylakoidlerin işlevlerinin fotosentezin tüm ışık evresini gerçekleştirmeyi mümkün kıldığı anlamına gelir.
Fotosentezin ışık evresi
Fotosentezin varlığı için gerekli bir koşul, bir zar potansiyeli oluşturma yeteneğidir. Mitokondriyal zarlardan 1000 kat daha büyük olan bir H + gradyanı oluşması nedeniyle elektronların ve protonların transferi yoluyla elde edilir. Bir hücrede elektrokimyasal potansiyel oluşturmak için su moleküllerinden elektron ve proton almak daha avantajlıdır. Tilakoid zarlar üzerindeki bir ultraviyole fotonun etkisi altında, bu kullanılabilir hale gelir. Bir su molekülünden bir elektron koparılır.pozitif bir yük alır ve bu nedenle onu nötralize etmek için bir proton bırakmak gerekir. Sonuç olarak 4 su molekülü elektronlara, protonlara ayrışır ve oksijeni oluşturur.
Fotosentez süreçleri zinciri
Suyun fotolizinden sonra zar yeniden şarj olur. Tilakoidler, proton transferi sırasında asidik pH'a sahip olabilen yapılardır. Bu sırada kloroplastın stromasındaki pH hafif alkalidir. Bu, ATP sentezini mümkün kılan bir elektrokimyasal potansiyel üretir. Adenozin trifosfat molekülleri daha sonra enerji ihtiyaçları ve fotosentezin karanlık fazı için kullanılacaktır. Özellikle ATP, hücre tarafından, bunlara dayalı glikoz moleküllerinin yoğunlaşması ve sentezi ile elde edilen karbondioksiti kullanmak için kullanılır.
Karanlık fazda, NADP-H+ NADP'ye indirgenir. Toplamda, bir glikoz molekülünün sentezi 18 ATP molekülü, 6 karbon dioksit molekülü ve 24 hidrojen protonu gerektirir. Bu, 6 karbon dioksit molekülünü kullanmak için 24 su molekülünün fotolizini gerektirir. Bu süreç, daha sonra diğer organizmalar tarafından enerji ihtiyaçları için kullanılacak olan 6 oksijen molekülünü serbest bırakmanıza izin verir. Aynı zamanda, thylakoidler (biyolojide) güneş enerjisinin kullanımına ve onları kimyasal bağların enerjisine dönüştürmek için pH gradyanına sahip bir transmembran potansiyeline izin veren bir zar yapısının bir örneğidir.
