Inhalt
- Was steckt in einem Chloroplasten? Die Chloroplastenstruktur
- Die Funktion von Chloroplasten-Ribosomen und Thylkaoiden
- Chlorophyll: Die Quelle der Chloroplastenenergie
- Die Chloroplastenmembranen und der Zwischenmembranraum
- Das Thylakoid-System
- Die Strömung und der Ursprung der Chloroplasten-DNA
- Kohlenstoffbindung bei dunklen Reaktionen
Chloroplasten sind winzige pflanzliche Kraftwerke, die Lichtenergie zur Erzeugung der Stärken und Zucker, die das Pflanzenwachstum befeuern, einfangen.
Sie kommen in Pflanzenzellen in Pflanzenblättern, in Grün- und Rotalgen sowie in Cyanobakterien vor. Mit Chloroplasten können Pflanzen aus einfachen anorganischen Stoffen wie Kohlendioxid, Wasser und Mineralien die komplexen lebensnotwendigen Chemikalien herstellen.
Als Lebensmittelproduzent Autotrophen, Pflanzen bilden die Grundlage der Nahrungskette und unterstützen alle übergeordneten Verbraucher wie Insekten, Fische, Vögel und Säugetiere bis hin zum Menschen.
Die Zellchloroplasten sind wie kleine Fabriken, die Brennstoff produzieren. Auf diese Weise entstehen die Chloroplasten in grünen Pflanzenzellen, die das Leben auf der Erde ermöglichen.
Was steckt in einem Chloroplasten? Die Chloroplastenstruktur
Obwohl Chloroplasten mikroskopisch kleine Schoten in winzigen Pflanzenzellen sind, haben sie eine komplexe Struktur, die es ihnen ermöglicht, Lichtenergie einzufangen und sie auf molekularer Ebene zum Aufbau von Kohlenhydraten zu verwenden.
Wichtige strukturelle Komponenten sind wie folgt:
Die Funktion von Chloroplasten-Ribosomen und Thylkaoiden
Die Ribosomen sind Cluster von Proteinen und Nukleotiden, die Enzyme und andere komplexe Moleküle herstellen, die vom Chloroplasten benötigt werden.
Sie sind in großer Zahl in allen lebenden Zellen vorhanden und produzieren komplexe Zellsubstanzen wie Proteine gemäß den Anweisungen von RNA-Gencodemolekülen.
Die Thylakoide sind im Stroma eingebettet. In Pflanzen bilden sie geschlossene Scheiben, die zu sogenannten Stapeln angeordnet sind Omamit einem einzigen Stapel, der als Granum bezeichnet wird. Sie bestehen aus einer Thylakoidmembran, die das Lumen umgibt, einem wässrigen sauren Material, das Proteine enthält und die chemischen Reaktionen der Chloroplasten erleichtert.
Lamellen Bilden Sie Verbindungen zwischen den Grana-Scheiben, die das Lumen der verschiedenen Stapel verbinden.
Der lichtempfindliche Teil der Photosynthese findet an der Thylakoidmembran statt Chlorophyll absorbiert Lichtenergie und wandelt sie in chemische Energie um, die von der Pflanze verwendet wird.
Chlorophyll: Die Quelle der Chloroplastenenergie
Chlorophyll ist ein Photorezeptor Pigment in allen Chloroplasten gefunden.
Wenn Licht auf das Blatt einer Pflanze oder die Oberfläche von Algen trifft, dringt es in die Chloroplasten ein und wird von den Thylakoidmembranen reflektiert. Vom Licht getroffen, gibt das Chlorophyll in der Membran Elektronen ab, die der Chloroplast für weitere chemische Reaktionen nutzt.
Chlorophyll in Pflanzen und Grünalgen ist hauptsächlich das als Chlorophyll a bezeichnete grüne Chlorophyll, die häufigste Art. Es absorbiert violett-blaues und rot-orangerotes Licht und reflektiert grünes Licht charakteristische grüne Farbe.
Andere Arten von Chlorophyll sind die Arten b bis e, die unterschiedliche Farben absorbieren und reflektieren.
Chlorophyll Typ b kommt beispielsweise in Algen vor und absorbiert neben Rot auch etwas grünes Licht. Diese Absorption von grünem Licht kann das Ergebnis von Organismen sein, die sich in der Nähe der Meeresoberfläche entwickeln, da grünes Licht nur eine kurze Strecke in das Wasser eindringen kann.
Rotes Licht kann weiter unter die Oberfläche dringen.
Die Chloroplastenmembranen und der Zwischenmembranraum
Chloroplasten produzieren Kohlenhydrate wie Glucose und komplexe Proteine, die an anderer Stelle in den Pflanzenzellen benötigt werden.
Diese Materialien müssen in der Lage sein, den Chloroplasten zu verlassen und den allgemeinen Zell- und Pflanzenstoffwechsel zu unterstützen. Gleichzeitig benötigen Chloroplasten Substanzen, die an anderer Stelle in den Zellen produziert werden.
Die Chloroplastenmembranen regulieren die Bewegung von Molekülen in den Chloroplasten hinein und aus ihm heraus, indem sie den Durchtritt kleiner Moleküle während der Verwendung ermöglichen spezielle Transportmechanismen für große Moleküle. Sowohl die innere als auch die äußere Membran sind semipermeabel und ermöglichen die Diffusion kleiner Moleküle und Ionen.
Diese Substanzen durchqueren den Zwischenmembranraum und dringen in die semipermeablen Membranen ein.
Große Moleküle wie komplexe Proteine werden von den beiden Membranen blockiert. Stattdessen stehen für solche komplexen Substanzen spezielle Transportmechanismen zur Verfügung, die es bestimmten Substanzen ermöglichen, die beiden Membranen zu durchqueren, während andere blockiert sind.
Die äußere Membran hat einen Translokationsproteinkomplex, um bestimmte Materialien durch die Membran zu transportieren, und die innere Membran hat einen entsprechenden und ähnlichen Komplex für ihre spezifischen Übergänge.
Diese selektiven Transportmechanismen sind besonders wichtig, da die innere Membran Lipide, Fettsäuren und Carotinoide die für den eigenen Stoffwechsel der Chloroplasten benötigt werden.
Das Thylakoid-System
Die Thylakoidmembran ist der Teil des Thylakoid, der in der ersten Stufe der Photosynthese aktiv ist.
In Pflanzen bildet die Thylakoidmembran im Allgemeinen geschlossene, dünne Säcke oder Scheiben, die in Grana gestapelt sind und an Ort und Stelle bleiben und von der Stroma-Flüssigkeit umgeben sind.
Die Anordnung der Thylakoide in helikalen Stapeln ermöglicht eine dichte Packung der Thylakoide und eine komplexe, großflächige Struktur der Thylakoidmembran.
Für einfachere Organismen können die Thylakoide eine unregelmäßige Form haben und frei schweben. In jedem Fall löst Licht, das auf die Thylakoidmembran trifft, die Lichtreaktion im Organismus aus.
Die vom Chlorophyll freigesetzte chemische Energie wird zur Spaltung von Wassermolekülen in Wasserstoff und Sauerstoff verwendet. Der Sauerstoff wird vom Organismus zur Atmung genutzt oder an die Atmosphäre abgegeben, während der Wasserstoff zur Bildung von Kohlenhydraten genutzt wird.
Der Kohlenstoff für diesen Prozess stammt aus Kohlendioxid in einem Prozess namens Kohlenstoff-Fixierung.
Die Strömung und der Ursprung der Chloroplasten-DNA
Der Prozess der Photosynthese besteht aus zwei Teilen: den lichtabhängigen Reaktionen, die mit Licht beginnen, das mit Chlorophyll und dem Chlorophyll interagiert dunkle Reaktionen (auch bekannt als lichtunabhängige Reaktionen), die Kohlenstoff binden und Glukose produzieren.
Lichtreaktionen finden nur tagsüber statt, wenn Lichtenergie auf die Pflanze trifft, während Dunkelreaktionen jederzeit stattfinden können. Die Lichtreaktionen beginnen in der Thylakoidmembran, während die Kohlenstoffixierung der Dunkelreaktionen im Stroma stattfindet, der geleeartigen Flüssigkeit, die die Thylakoide umgibt.
Neben den dunklen Reaktionen und den Thylakoiden enthält das Stroma die Chloroplasten-DNA und die Chloroplasten-Ribosomen.
Dadurch verfügen die Chloroplasten über eine eigene Energiequelle und können sich selbstständig vermehren, ohne sich auf die Zellteilung verlassen zu müssen.
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Diese Fähigkeit lässt sich auf die Evolution einfacher Zellen und Bakterien zurückführen. Ein Cyanobakterium muss in eine frühe Zelle eingetreten sein und durfte dort bleiben, da die Vereinbarung für beide Seiten von Vorteil war.
Mit der Zeit entwickelte sich das Cyanobakterium zur Chloroplastenorganelle.
Kohlenstoffbindung bei dunklen Reaktionen
Die Kohlenstoffbindung im Chloroplastenstroma findet statt, nachdem Wasser während der Lichtreaktionen in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wurde.
Die Protonen der Wasserstoffatome werden in das Lumen der Thylakoide gepumpt und sauer gemacht. Bei den Dunkelreaktionen der Photosynthese diffundieren die Protonen über ein so genanntes Enzym aus dem Lumen zurück in das Stroma ATP-Synthase.
Diese Protonendiffusion durch ATP-Synthase erzeugt ATP, eine Energiespeicherchemikalie für Zellen.
Das Enzym RuBisCO wird im Stroma gefunden und bindet Kohlenstoff aus CO2, um instabile Kohlenhydratmoleküle mit sechs Kohlenstoffatomen zu produzieren.
Wenn die instabilen Moleküle zerfallen, werden sie mit ATP in einfache Zuckermoleküle umgewandelt. Die Zuckerkohlenhydrate können kombiniert werden, um größere Moleküle wie Glucose, Fructose, Saccharose und Stärke zu bilden, die alle im Zellstoffwechsel verwendet werden können.
Wenn sich am Ende des Photosyntheseprozesses Kohlenhydrate bilden, haben die Chloroplasten der Pflanze Kohlenstoff aus der Atmosphäre entfernt und daraus Nahrung für die Pflanze und schließlich für alle anderen Lebewesen erzeugt.
Die Photosynthese in Pflanzen bildet nicht nur die Grundlage der Nahrungskette, sondern reduziert auch die Menge des Kohlendioxid-Treibhausgases in der Atmosphäre. Auf diese Weise tragen Pflanzen und Algen durch Photosynthese in ihren Chloroplasten dazu bei, die Auswirkungen des Klimawandels und der globalen Erwärmung zu verringern.