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.