Inhalt
- Chloroplasten-Grundlagen
- Herkunft des Chloroplasten
- Thylakoid Definition
- Thylakoid Raum und Struktur
- Thylakoide und Photosynthese
- Chemiosmose
Chloroplasten sind membrangebundene Organellen, die in Grünpflanzen und Algen vorkommen. Sie enthalten Chlorophyll, die von Pflanzen zur Photosynthese verwendete Biochemikalie, die die Energie des Lichts in chemische Energie umwandelt, die die Aktivitäten der Pflanze antreibt.
Darüber hinaus enthalten Chloroplasten DNA und helfen einem Organismus, Proteine und Fettsäuren zu synthetisieren. Sie enthalten scheibenartige Strukturen, die als Thylakoide bezeichnet werden.
Chloroplasten-Grundlagen
Chloroplasten sind etwa 4 bis 6 Mikrometer lang. Das Chlorophyll in Chloroplasten macht Pflanzen und Algen grün. Zusätzlich zu den Thylakoidmembranen hat jeder Chloroplast eine äußere und eine innere Membran, und einige Arten haben Chloroplasten mit zusätzlichen Membranen.
Die gelartige Flüssigkeit in einem Chloroplasten ist als Stroma bekannt. Einige Algenarten haben eine Zellwand zwischen der inneren und äußeren Membran, die aus Molekülen besteht, die Zucker und Aminosäuren enthalten. Das Innere des Chloroplasten enthält verschiedene Strukturen, darunter DNA-Plasmide, den Thylakoidraum und Ribosomen, bei denen es sich um winzige Proteinfabriken handelt.
Herkunft des Chloroplasten
Man glaubte, dass Chloroplasten und die etwas verwandten Mitochondrien sozusagen ihre eigenen "Organismen" waren. Wissenschaftler glaubten, dass bakterienähnliche Organismen irgendwann in der frühen Geschichte des Lebens das, was wir als Chloroplasten kennen, verschlingen und als Organelle in die Zelle einbauen.
Dies nennt man die "endosymbiotische Theorie". Diese Theorie wird durch die Tatsache gestützt, dass Chloroplasten und Mitochondrien ihre eigene DNA enthalten. Dies ist wahrscheinlich ein "Überbleibsel" aus einer Zeit, als sie ihre eigenen "Organismen" außerhalb einer Zelle waren.
Jetzt wird der größte Teil dieser DNA nicht verwendet, aber einige Chloroplasten-DNA sind für Thylakoidproteine und -funktionen essentiell. Es gibt schätzungsweise 28 Gene in Chloroplasten, die eine normale Funktion ermöglichen.
Thylakoid Definition
Thylakoide sind flache, scheibenartige Formationen im Chloroplasten. Sie ähneln gestapelten Münzen. Sie sind verantwortlich für die ATP-Synthese, die Wasserphotolyse und sind Bestandteil einer Elektronentransportkette.
Sie kommen auch in Cyanobakterien sowie in Pflanzen- und Algenchloroplasten vor.
Thylakoid Raum und Struktur
Thylakoide schweben frei im Stroma des Chloroplasten an einem Ort, der als Thylakoidraum bezeichnet wird. In höheren Pflanzen bilden sie eine Struktur, die als Granum bezeichnet wird und einem Stapel von 10 bis 20 Münzen ähnelt. Membranen verbinden verschiedene Grana in einem helikalen Muster miteinander, obwohl einige Arten frei schwebendes Grana haben.
Die Thylakoidmembran besteht aus zwei Schichten von Lipiden, die Moleküle von Phosphor und Zucker enthalten können. Chlorophyll ist direkt in die Thylakoidmembran eingebettet, die das als Thylakoidlumen bekannte wässrige Material einschließt.
Thylakoide und Photosynthese
Eine Thylakoid-Chlorophyll-Komponente macht die Photosynthese möglich. Dieses Chlorophyll gibt Pflanzen und Grünalgen ihre grüne Farbe. Der Prozess beginnt mit der Spaltung von Wasser, um eine Quelle für Wasserstoffatome zur Energieerzeugung zu schaffen, während Sauerstoff als Abfallprodukt freigesetzt wird. Dies ist die Quelle des atmosphärischen Sauerstoffs, den wir atmen.
Die nachfolgenden Schritte verwenden die freigesetzten Wasserstoffionen oder Protonen zusammen mit atmosphärischem Kohlendioxid, um Zucker zu synthetisieren. Ein Prozess namens Elektronentransport erzeugt Energiespeichermoleküle wie ATP und NADPH. Diese Moleküle treiben viele biochemische Reaktionen des Organismus an.
Chemiosmose
Eine weitere Thylakoidfunktion ist die Chemiosmose, die zur Aufrechterhaltung eines sauren pH-Werts im Thylakoidlumen beiträgt. Bei der Chemiosmose nutzt das Thylakoid einen Teil der durch den Elektronentransport bereitgestellten Energie, um Protonen von der Membran zum Lumen zu befördern. Dieser Prozess konzentriert die Protonenzahl im Lumen um den Faktor 10.000.
Diese Protonen enthalten Energie, die zur Umwandlung von ADP in ATP verwendet wird. Das Enzym ATP-Synthase unterstützt diese Umwandlung. Die Kombination aus positiven Ladungen und Protonenkonzentration im Thylakoidlumen erzeugt einen elektrochemischen Gradienten, der die physikalische Energie liefert, die für die ATP-Produktion erforderlich ist.