Informacije

2.20: Kloroplasti - Biologija

2.20: Kloroplasti - Biologija


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Kaj imajo skupnega palačinke in kloroplasti?

Kloroplast je mesto fotosinteze. Del reakcij fotosinteze poteka v notranji membrani znotraj organele. Kloroplast vsebuje veliko teh notranjih membran, zaradi česar je fotosinteza zelo učinkovita. Te notranje membrane se zlagajo ena na drugo, tako kot kup palačink.

Faze fotosinteze

Fotosinteza poteka v dveh fazah, ki sta prikazani v Slika spodaj.

  1. I. stopnja se imenuje svetlobne reakcije. Ta stopnja uporablja vodo in spreminja svetlobno energijo iz sonca v kemično energijo, shranjeno v ATP in NADPH (druga molekula, ki nosi energijo). Ta stopnja sprošča tudi kisik kot odpadni produkt.
  2. Faza II se imenuje Calvinov cikel. Ta stopnja združuje ogljik iz ogljikovega dioksida v zraku in uporablja kemično energijo v ATP in NADPH za izdelavo glukoze.

Dve stopnji fotosinteze sta svetlobne reakcije in Calvinov cikel. Ali vidite, kako sta ti dve stopnji povezani?

Preden podrobneje preberete o teh dveh stopnjah fotosinteze, morate vedeti več o kloroplastu, kjer potekata obe stopnji.

Kloroplast

Kloroplasti: gledališča za fotosintezo

Fotosinteza, proces pretvarjanja energije sončne svetlobe v 'hrano' je razdeljen na dva osnovna sklopa reakcij, znane kot svetlobne reakcije in Calvinov cikel, ki uporablja ogljikov dioksid. Ko preučujete podrobnosti v drugih konceptih, se pogosto sklicujte na kemično enačbo fotosinteze: 6CO2 + 6H2O + svetlobna energija → C6H12O6 + 6O2. Fotosinteza poteka v kloroplastu, organeli, ki je značilna za rastlinske celice.

Če pregledate en sam list zimskega jasmina, prikazanega na Slika spodaj, pod mikroskopom, boste v vsaki celici videli na desetine majhnih zelenih ovalov. To so kloroplasti, organele, ki izvajajo fotosintezo v rastlinah in algah. Kloroplasti so zelo podobni nekaterim vrstam bakterij in vsebujejo celo svojo krožno DNK in ribosome. Pravzaprav je endosimbiotska teorija meni, da so bili kloroplasti nekoč neodvisno živeče bakterije (prokarioti). Ko torej rečemo, da se fotosinteza dogaja znotraj kloroplastov, ne govorimo le o organelah v rastlinah in algah, ampak tudi o nekaterih bakterijah – z drugimi besedami, o skoraj vseh fotosintetskih avtotrofih.

Mikroskopska fotografija visoke moči zgornjega dela lista zimskega jasmina. Pod mikroskopom je vidnih veliko zelenih kloroplastov.

Vsak kloroplast vsebuje urejene kupčke, imenovane grana (ednina, granum). Grana je sestavljena iz vrečastih membran, znanih kot tilakoid membrane. Te membrane vsebujejo fotosistemi, ki so skupine molekul, ki vključujejo klorofil, zeleni pigment. Svetlobne reakcije fotosinteze potekajo v tilakoidnih membranah. The stroma je prostor zunaj tilakoidnih membran, kot je prikazano v Slika spodaj. Tu se odvijajo reakcije Calvinovega cikla. Poleg encimov sta dve osnovni vrsti molekul - pigmenti in nosilci elektronov – so ključni akterji v tem procesu in jih najdemo tudi v tilakoidnih membranah.

Video ogled kloroplasta si lahko ogledate na Enciklopedija Britannica: kloroplast:www.britannica.com/EBchecked/...in-plant-cells.

Kloroplast je sestavljen iz tilakoidnih membran, obdanih s stromo. Tilakoidne membrane vsebujejo molekule zelenega pigmenta klorofila.

Molekule nosilcev elektronov so običajno razporejene verige za transport elektronov (ETC). Ti sprejemajo in prenašajo elektrone, ki nosijo energijo, v majhnih korakih (Slika spodaj). Na ta način proizvajajo ATP in NADPH, ki začasno hranita kemično energijo. Elektroni v transportnih verigah se obnašajo podobno kot žoga, ki se odbija po stopnicah – z vsakim odbojom se izgubi malo energije. Vendar pa energija, "izgubljena" na vsakem koraku v verigi transporta elektronov, opravi malo dela, kar na koncu povzroči sintezo ATP.

Ta slika prikazuje svetlobne reakcije fotosinteze. Ta faza fotosinteze se začne s fotosistemom II (tako imenovanim, ker je bil odkrit po fotosistemu I). Poiščite dva elektrona (2 e-) v fotosistemu II, nato pa jim sledimo skozi verigo transporta elektronov (imenovano tudi veriga prenosa elektronov) do tvorbe NADPH. Kje so vodikovi ioni (H+) prihajajo iz tega, da pomagajo narediti ATP?

Povzetek

  • Fotosinteza poteka v kloroplastu, organeli, ki je značilna za rastlinske celice.
  • Svetlobne reakcije fotosinteze potekajo v tilakoidnih membranah kloroplasta.
  • Molekule nosilcev elektronov so razporejene v verige za transport elektronov, ki proizvajajo ATP in NADPH, ki začasno hranita kemično energijo.

Raziščite več

Uporabite ta vir, da odgovorite na vprašanja, ki sledijo.

  • http://www.hippocampus.org/Biology → Non-Majors Biology → Išči: Fotosintetske strukture
  1. Kakšne so funkcije listov rastline?
  2. Kje se pojavijo fotosintetske reakcije?
  3. Kaj je stomata? Kakšna je njihova vloga?
  4. Opiši notranjo zgradbo kloroplasta.
  5. Kakšne reakcije se pojavijo v tilakoidnih membranah?

Pregled

  1. Opiši vlogo kloroplasta pri fotosintezi.
  2. Pojasnite, kako struktura kloroplasta (njegove membrane in tilakoidi) naredi njegovo delovanje (kemične reakcije fotosinteze) učinkovitejše.
  3. Opišite nosilce elektronov in transportno verigo elektronov.

Kloroplasti - Pokaži mi zeleno

Kloroplasti so proizvajalci hrane celice. Organele najdemo le v rastlinskih celicah in nekaterih protistih, kot so alge. Živalske celice nimajo kloroplastov. Kloroplasti delujejo tako, da pretvorijo svetlobno energijo sonca v sladkorje, ki jih lahko uporabljajo celice. Celoten proces se imenuje fotosinteza in je vse odvisno od majhnih zelenih molekul klorofila v vsakem kloroplastu.

Rastline so osnova vsega življenja na Zemlji. Uvrščajo se med proizvajalce sveta. V procesu fotosinteze rastline ustvarjajo sladkorje in sproščajo kisik (O2). Kisik, ki ga sproščajo kloroplasti, je enak kisiku, ki ga dihamo vsak dan. Mitohondriji delujejo v nasprotni smeri. Uporabljajo kisik v procesu sproščanja kemične energije iz sladkorjev.


2.20: Kloroplasti - Biologija

Za ogled te vsebine je potrebna naročnina na J o VE. Videli boste lahko samo prvih 20 sekund.

Video predvajalnik JoVE je združljiv s HTML5 in Adobe Flash. Starejši brskalniki, ki ne podpirajo HTML5 in video kodeka H.264, bodo še vedno uporabljali video predvajalnik, ki temelji na Flashu. Priporočamo, da tukaj prenesete najnovejšo različico Flasha, vendar podpiramo vse različice 10 in novejše.

Če to ne pomaga, nas obvestite.

V rastlinah fotosinteza poteka v mezofilnih celičnih plasteh listov, kjer je največje število kloroplastov.

Po teh specializiranih organelah z dvojno membrano je raztresen še en sklop predelkov. S tekočino napolnjene membranske vrečke, imenovane tilakoidi, ki so med seboj povezane in se tvorijo v več skladov, imenovanih grana.

Na zunanjih robovih vsakega granula, vgrajenih v tilakoidne membrane, so multiproteinski kompleksi, kot so fotosistemi. Te strukture vsebujejo antenske proteine, vezane na številne pigmentne molekule, kot so klorofili, da absorbirajo svetlobo in začnejo prvo stopnjo svetlobno odvisnih reakcij.

Medtem se druga faza, Calvinov cikel, odvija v stromi, vodni votlini zunaj dvosloja lipidov tilakoidov. Ker oba procesa delujeta skupaj, rastline proizvajajo lastno hrano zaradi biokemičnih tovarn, ki jih najdemo v kloroplastu.

9.3: Anatomija kloroplastov

Zelene alge in rastline, vključno z zelenimi stebli in nezrelim sadjem, skrivajo kloroplaste in vitalne organele, kjer poteka fotosinteza. V rastlinah je največja gostota kloroplastov v mezofilnih celicah listov.

Kloroplaste obdaja dvojna membrana. Zunanja membrana je obrnjena proti citoplazmi rastlinske celice na eni strani in medmembranskemu prostoru kloroplasta na drugi strani. Notranja membrana ločuje ozek intermembranski prostor od vodne notranjosti kloroplasta, imenovane stroma.

Znotraj strome tvori še en sklop membran v obliki diskov, znanih kot tilakoidi. Notranjost tilakoida se imenuje tilakoidni lumen. Pri večini rastlinskih vrst so tilakoidi med seboj povezani in tvorijo sklade, imenovane grana.

V tilakoidne membrane so vgrajeni večbeljakovinski kompleksi (ali antene) za zbiranje svetlobe. Ti kompleksi so sestavljeni iz beljakovin in pigmentov, kot je klorofil, ki zajemajo svetlobno energijo za izvajanje svetlobno odvisnih reakcij fotosinteze. Ti procesi sproščajo kisik in proizvajajo kemično energijo v obliki ATP in NADPH.

Drugi del fotosinteze&mdashcalvinov cikel&mdashi je od svetlobe neodvisen in poteka v stromi kloroplasta. Calvinov cikel zajema CO2 in uporablja ATP in NADPH za končno proizvodnjo sladkorja.

Kloroplasti usklajujejo dve stopnji fotosinteze. Fotosinteza sprošča kisik in sladkorje ter osnovo rastlinske biomase, ki neposredno ali posredno hrani večino življenja na Zemlji.

Jensen, Poul Erik in Dario Leister. &ldquoRazvoj, struktura in funkcije kloroplasta.&rdquo Poročila F1000Prime 6 (2. junij 2014). [Vir]

Bobik, Krzysztof in Tessa M. Burch-Smith. &ldquoKloroplastna signalizacija znotraj, med in zunaj celic.&rdquo Meje v znanosti o rastlinah 6 (2015). [Vir]


Umetni kloroplasti spremenijo sončno svetlobo in ogljikov dioksid v organske spojine

Tako kot mehaniki združujejo stare dele motorja za izdelavo novega roadsterja, so sintetični biologi predelali kloroplaste, motor v središču fotosinteze. Znanstveniki poročajo, da so z združevanjem strojev za nabiranje svetlobe v rastlinah špinače z encimi iz devetih različnih organizmov izdelali umetni kloroplast, ki deluje zunaj celic za zbiranje sončne svetlobe in uporabo nastale energije za pretvorbo ogljikovega dioksida (CO2) v energijsko bogate molekule. Raziskovalci upajo, da bo njihov napolnjen sistem fotosinteze sčasoma pretvoril CO2 neposredno v uporabne kemikalije – ali pomagajte gensko spremenjenim rastlinam absorbirati do 10-krat večjo količino ogljikovega dioksida iz atmosfere2 rednih.

"[To] je zelo ambiciozno," pravi Frances Arnold, kemijski inženir na Kalifornijskem inštitutu za tehnologijo, ki ni bil vključen v raziskavo. Pravi, da bi prizadevanja za reprogramiranje biologije lahko izboljšala poskuse pretvorbe CO2 neposredno v uporabne kemikalije.

Fotosinteza je dvostopenjski proces. V kloroplastih molekule klorofila absorbirajo sončno svetlobo in posredujejo dodatno energijo molekularnim partnerjem, ki jo uporabljajo za tvorbo kemikalij, ki hranijo energijo, adenozin trifosfat (ATP) in nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADPH). Skupina drugih encimov, ki delujejo v zapletenem ciklu, nato uporablja ATP in NADPH za pretvorbo CO2 iz zraka v glukozo in druge energijsko bogate organske molekule, ki jih rastlina uporablja za rast.

CO2 pretvorba se začne z encimom, imenovanim RuBisCO, ki sproži CO2 reagirati s ključno organsko spojino in sprožiti verigo reakcij, potrebnih za tvorbo vitalnih metabolitov v rastlinah. Kot je fotosinteza učinkovita, ima tudi težave, pravi Tobias Erb, sintetični biolog z Inštituta za kopensko mikrobiologijo Max Planck. "RuBisCO je superpočasen," pravi. Vsaka kopija encima lahko zgrabi in uporabi le pet do 10 CO2 molekul na sekundo. To postavlja omejitev hitrosti, kako hitro lahko rastline rastejo.

Leta 2016 so Erb in njegovi sodelavci poskušali izboljšati stvari z oblikovanjem novega nabora kemičnih reakcij. Namesto RuBisCO so nadomestili bakterijski encim, ki lahko ujame CO2 molekule in jih prisili, da reagirajo 10-krat hitreje. V kombinaciji s 16 drugimi encimi iz devetih različnih organizmov je to ustvarilo nov CO2-na-organsko-kemijski cikel so poimenovali cikel CETCH.

To je poskrbelo za drugi korak. Toda, da bi celoten proces potekal na sončni svetlobi – prvi korak –, so se Erb in njegovi sodelavci obrnili na komponente kloroplasta, imenovane tilakoidne membrane, vrečkaste sklope, ki vsebujejo klorofil in druge encime za fotosintezo. Drugi raziskovalci so pred tem pokazali, da lahko tilakoidne membrane delujejo zunaj rastlinskih celic. Tako so Erb in njegovi sodelavci iztrgali tilakoidne membrane iz celic špinačnih listov in pokazali, da lahko tudi njihovi sklopi absorbirajo svetlobo in njeno energijo prenesejo na molekule ATP in NADPH. Združevanje tilakoidov, ki zbirajo svetlobo, z njihovim sistemom cikla CETCH je ekipi omogočilo uporabo svetlobe za nenehno pretvorbo CO.2 na organski presnovek, imenovan glikolat, so včeraj poročali v Science.

Da bi integrirali aparat za zbiranje svetlobe s ciklom CETCH, so morali raziskovalci narediti nekaj popravkov, Erbovih zapiskov, zamenjati in zamenjati nekaj encimov poti CETCH. Za optimizacijo celotnega ansambla so se Erb in njegovi sodelavci združili z Jean-Christophe Baretom, strokovnjakom za mikrofluidiko v raziskovalnem centru Paul Pascal. Baretova ekipa je zasnovala napravo, ki generira na tisoče drobnih vodnih kapljic v olju in vsako vbrizga z različnimi količinami sklopov tilakoidnih membran in encimov cikla CETCH. To je raziskovalcem omogočilo, da najdejo najučinkovitejši recept za proizvodnjo glikolata. Nadaljnje primerjave vseh možnih kombinacij in koncentracij različnih elementov bi lahko naredile proces še bolj učinkovit, komentira Arnold. "To je lep način za to."

Erb pravi, da on in njegovi kolegi upajo, da bodo še dodatno spremenili svojo nastavitev, da bi proizvedli druge organske spojine, ki so še bolj dragocene od glikolata, kot so molekule zdravil. Upajo tudi, da bodo učinkoviteje pretvorili ujeti CO2 v organske spojine, ki jih rastline potrebujejo za rast. To bi odprlo vrata za inženiring genov za to novo pot fotosinteze v pridelke, da bi ustvarili nove sorte, ki rastejo veliko hitreje kot sedanje sorte - blagodat za kmetijstvo v svetu s cvetočim prebivalstvom.