Kloroplasti – fotosynteesin organelli kasvien ja levien soluissa
Tutustu kloroplastiin — fotosynteesin vihreään voimalaan kasvien ja levien soluissa: miten klorofylli muuttaa valon sokeriksi ja vapauttaa happea.
Kloroplastit ovat pieniä organelleja kasvien ja levien solujen sisällä. Ne imevät valoa ja valmistavat sokeria fotosynteesiksi kutsutussa prosessissa. Sokeria voidaan varastoida tärkkelyksen muodossa. Kloroplastit sisältävät molekyyliä klorofylli, joka imee auringonvaloa fotosynteesiä varten. Klorofyllin lisäksi kloroplasti käyttää hiilidioksidia (CO2 ) ja vettä (H2 O) sokerin muodostamiseen ja luovuttaa happea (O2 ). Klorofylli antaa vihreille kasveille niiden vihreän värin. Kloroplastit sisältävät myös erilaisia keltaisia ja oransseja pigmenttejä, jotka auttavat fotonien talteenotossa fotosynteesiä varten.
Rakenne
Kloroplastilla on kaksikerroksinen ulkoinen kalvo ja sisempi kalvo, joiden välissä on välitila. Sisällä oleva hyytelömäinen aine tunnetaan stromana. Stromassa tapahtuu mm. orgaanisten yhdisteiden muodostusta. Stromassa sijaitsee myös kloroplastin oma DNA ja ribosomeja. Stroman sisällä on myös litteitä kalvopusseja, tilakoideja, jotka ovat pinoutuneet päällekkäisiksi pinoiksi, granoiksi. Tilakoidien kalvoilla on fotosynteesiin tarvittavat pigmentit ja elektroninsiirtoketjun proteiinit.
Fotosynteesin vaiheet
- Valoreaktiot tapahtuvat tilakoidien kalvoilla. Niissä auringon valo imeytyy pigmentteihin (mm. klorofylli), vesi hajoaa, vapautuu O2, ja muodostuu ATP:ta ja NADPH:ia.
- Pimeäreaktiot (Calvinin sykli) tapahtuvat stromassa: hiilidioksidi (CO2) sidotaan ja käytetään sokerien rakentamiseen käyttäen ATP:ta ja NADPH:ia.
Yksinkertaistettu kokonaisreaktio voidaan kirjoittaa muodossa: 6 CO2 + 6 H2O + valo → C6H12O6 + 6 O2.
Muut tehtävät ja ominaisuudet
- Varastointi: Kloroplastit voivat varastoida syntyneitä sokereita tärkkelyksenä.
- Pigmenttikirjo: Klorofyllin lisäksi esiintyy karotenoideja ja ksantofyllejä, jotka laajentavat valon spektriä ja suojaavat valovauriolta (pigmentit).
- Säätely ja liike: Joissain soluissa kloroplastit voivat liikkua valon suuntaan tai suojautua voimakkaalta valolta solukalvon kautta tapahtuvan liikkeen avulla.
- Jakaminen: Kloroplastit jakautuvat solun sisällä jakautumalla (binäärinen jako) ja ovat osittain itsenäisiä sisältäen oman perintöaineistonsa.
Perintöaineisto ja synty
Kloroplasteilla on oma pieni ringinmuotoinen DNA, ribosomeja ja proteiinintuotantokoneistoa, mikä tukee ajatusta niiden alkuperästä. Nykyisin vallitseva endosymbioositeoria sanoo, että kloroplastit ovat kehittyneet syanobakteerien kaltaisista valoa hyödyntävistä bakteereista, jotka asettuivat symbioosiin alkuperäisten eukaryoottisolujen kanssa.
Mukautumat ja erilaiset tapaukset
Kasvit ja levät ovat kehittäneet erilaisia fotosynteettisiä strategioita olosuhteiden mukaan. Esimerkiksi C4- ja CAM-kasvit vähentävät vedenhukkaa ja fotorespiraatiota lämpimissä ja kuivissa oloissa. Kloroplastien lukumäärä solussa vaihtelee solutyypin mukaan: lehtien mesofyllisolut sisältävät yleensä suuria määriä kloroplasteja, kun taas varren solut voivat sisältää hyvin vähän.
Tärkeys ekologisesti ja ihmiselle
Kloroplastien fotosynteesi on elintärkeä maapallon elämän kannalta: se tuottaa happea ja biomassaa, joka muodostaa ruokaketjujen perustan. Ihmiselle fotosynteesin tuotteet ovat välttämättömiä ruoantuotannossa ja ilmaston hiilitasapainon säätelyssä. Kloroplasteja tutkitaan myös bioteknologiassa, esimerkiksi kasvien yhteyttämiskyvyn parantamiseksi tai tuottamaan farmaseuttisia yhdisteitä.
Yhteenveto: Kloroplastit ovat monipuolisia ja rakenteellisesti erikoistuneita soluelimiä, joiden päätehtävänä on muuntaa valo kemialliseksi energiaksi fotosynteesissä. Niiden rakenne, pigmentit ja oma perimä tekevät niistä keskeisiä kasvien, levien ja koko ekosysteemin toiminnalle.
Kloroplastin kaavio
Kloroplastin ultrastruktuuri: 1. ulkokalvo2 . kalvojen välinen tila3 . sisäkalvo (1+2+3: kuori) 4. strooma (neste) 5. tylakoidilumen (tylakoidin sisäpuoli) 6. tylakoidikalvo7 . grana (tylakoideista muodostuvat pinot) 8. tylakoidi (lamelli) 9. tärkkelys10 . ribosomi11 . plastidi-DNA12 . plastoglobuli (lipidipisara)
Plagiomnium affine -kasvin soluissa näkyvät kloroplastit.
Rakenne
Jokaista kloroplastia ympäröi kaksiseinäinen puoliksi läpäisevä kalvo, joka tunnetaan yhteisesti peristromiumina. Kerroksellisissa pinoissa on litteitä levynmuotoisia tylakoideja. Ne sisältävät valoa absorboivia pigmenttejä, kuten klorofylliä ja karotenoideja, sekä pigmenttejä sitovia proteiineja. Mitokondrioiden tavoin myös kloroplastit sisältävät omaa DNA:ta ja ribosomeja.
Evoluutio
Kloroplastit ovat yksi solun monista erilaisista organelleista. Niiden uskotaan saaneen alkunsa endosymbioottisista syanobakteereista. Mereschkowsky esitti tämän ensimmäisen kerran vuonna 1905 Schimperin vuonna 1883 tekemän havainnon jälkeen, jonka mukaan kloroplastit muistuttivat läheisesti syanobakteereja. Lähes kaikkien kloroplastien uskotaan olevan suoraan tai välillisesti peräisin yhdestä endosymbioottisesta tapahtumasta.
Myös mitokondriot ovat saaneet samanlaisen alkuperän, mutta kloroplasteja on vain kasveissa ja protistoissa. Vihreissä kasveissa kloroplastia ympäröi kaksi lipidikalvoa. Niiden uskotaan vastaavan esi-isien syanobakteerin ulko- ja sisäkalvoja. Kloroplastilla on oma genomi, joka on paljon pienempi kuin vapaasti elävien syanobakteerien. Jäljelle jäävässä DNA:ssa on selviä yhtäläisyyksiä syanobakteerien genomin kanssa. Plastidit voivat sisältää 60-100 geeniä, kun taas syanobakteereissa on usein yli 1500 geeniä. Monet puuttuvista geeneistä on koodattu isännän ydingenomissa.
Joissakin levissä (kuten heterokonteissa) kloroplastit näyttävät kehittyneen toissijaisen endosymbioosin kautta, jossa eukaryoottinen solu nielaisi toisen eukaryoottisen solun, joka sisälsi kloroplastin, muodostaen kloroplastit, joissa oli kolme tai neljä kalvokerrosta. Joissakin tapauksissa tällaiset sekundaariset endosymbiontit ovat saattaneet itse joutua toisen eukaryootin nielemiksi, jolloin ne ovat muodostaneet tertiäärisiä endosymbionteja. Chlorella-levässä on vain yksi kloroplasti, joka on kellonmuotoinen.
Joissakin mixotrofisten protistien ryhmissä, kuten dinoflagellaateissa, kloroplastit erotetaan pyydystetystä levästä tai piilevästä ja käytetään väliaikaisesti. Nämä klepto (varastetut) kloroplastit voivat säilyä vain muutaman päivän, minkä jälkeen ne korvataan.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on kloroplasti?
A: Kloroplasti on pieni organelli kasvien ja levien solujen sisällä.
K: Millä nimellä kutsutaan prosessia, jossa kloroplastit absorboivat valoa sokerin valmistamiseksi?
A: Prosessia kutsutaan fotosynteesiksi.
K: Mikä on klorofyllin tarkoitus kloroplastissa?
V: Klorofylli imee auringonvaloa fotosynteesiä varten.
K: Millä kloroplasti muodostaa sokeria ja luovuttaa happea?
A: Kloroplasti käyttää hiilidioksidia (CO2) ja vettä (H2O) muodostaakseen sokeria ja luovuttaakseen happea (O2).
K: Mikä antaa vihreille kasveille niiden vihreän värin?
V: Klorofylli antaa vihreille kasveille niiden vihreän värin.
K: Mitä muita pigmenttejä kloroplastit sisältävät klorofyllin lisäksi?
V: Kloroplastit sisältävät myös erilaisia keltaisia ja oransseja pigmenttejä, jotka auttavat fotonien vangitsemisessa fotosynteesiä varten.
K: Mitä voidaan varastoida tärkkelyksen muodossa sen jälkeen, kun kloroplasti on valmistanut sitä?
V: Kloroplastien valmistama sokeri voidaan varastoida tärkkelyksen muodossa.
Etsiä