Cloroplastele sunt structuri membranare în care are loc fotosinteza. Acest proces în plantele superioare și cianobacteriile a permis planetei să mențină capacitatea de a susține viața prin utilizarea dioxidului de carbon și reumplerea concentrației de oxigen. Fotosinteza în sine are loc în structuri precum tilacoizii. Acestea sunt „module” membranare ale cloroplastelor, în care au loc transferul de protoni, fotoliza apei, sinteza glucozei și ATP.
Structura cloroplastelor vegetale
Cloroplastele sunt numite structuri cu membrană dublă care sunt situate în citoplasma celulelor vegetale și a chlamydomonas. În schimb, celulele cianobacteriene efectuează fotosinteza în tilacoizi, și nu în cloroplaste. Acesta este un exemplu de organism subdezvoltat care este capabil să-și asigure nutriția prin intermediul enzimelor de fotosinteză situate pe proeminențe ale citoplasmei.
După structura sa, cloroplastul este un organel cu două membrane sub formă de bule. Sunt localizate în număr mare în celulele plantelor fotosintetice și se dezvoltă numai în cazulcontactul cu lumina ultravioletă. În interiorul cloroplastului se află stroma sa lichidă. În compoziția sa, seamănă cu hialoplasma și constă în 85% apă, în care electroliții sunt dizolvați și proteinele sunt suspendate. Stroma cloroplastelor conține tilacoizi, structuri în care fazele luminoase și întunecate ale fotosintezei au loc direct.
Aparatul ereditar cu cloroplast
Lângă tilacoizi se află granule cu amidon, care este un produs al polimerizării glucozei obținute în urma fotosintezei. Liber în stromă se află ADN-ul plastidului împreună cu ribozomii împrăștiați. Pot exista mai multe molecule de ADN. Împreună cu aparatul de biosinteză, ele sunt responsabile pentru refacerea structurii cloroplastelor. Acest lucru se întâmplă fără a utiliza informațiile ereditare ale nucleului celular. Acest fenomen face, de asemenea, posibilă aprecierea posibilității de creștere și reproducere independentă a cloroplastelor în cazul diviziunii celulare. Prin urmare, cloroplastele, în unele privințe, nu depind de nucleul celulei și reprezintă, așa cum ar fi, un organism simbiotic subdezvoltat.
Structura tilacoizilor
Tilacoizii sunt structuri membranare în formă de disc situate în stroma cloroplastelor. În cianobacteriile, ele sunt complet localizate pe invaginările membranei citoplasmatice, deoarece nu au cloroplaste independente. Există două tipuri de tilacoizi: primul este un tilacoid cu lumen, iar al doilea este unul lamelar. Tilacoidul cu lumen este mai mic în diametru și este un disc. Mai mulți tilacoizi dispuși vertical formează o grană.
Tilacoizii lamelare sunt plăci largi care nu au lumen. Dar sunt o platformă de care sunt atașate mai multe boabe. În ele, fotosinteza practic nu are loc, deoarece sunt necesare pentru a forma o structură puternică, care este rezistentă la deteriorarea mecanică a celulei. În total, cloroplastele pot conține de la 10 până la 100 de tilacoizi cu un lumen capabil de fotosinteză. Tilacoizii înșiși sunt structurile elementare responsabile de fotosinteză.
Rolul tilacoizilor în fotosinteză
Cele mai importante reacții ale fotosintezei au loc în tilacoizi. Prima este scindarea prin fotoliză a moleculei de apă și sinteza oxigenului. Al doilea este tranzitul unui proton prin membrană prin complexul molecular citocrom b6f și lanțul de electrotransport. Tot în tilacoizi are loc sinteza moleculei de ATP de mare energie. Acest proces are loc cu utilizarea unui gradient de protoni care s-a dezvoltat între membrana tilacoidă și stroma cloroplastului. Aceasta înseamnă că funcțiile tilacoizilor fac posibilă realizarea întregii faze luminoase a fotosintezei.
Faza ușoară a fotosintezei
O condiție necesară pentru existența fotosintezei este capacitatea de a crea un potențial de membrană. Se realizează prin transferul de electroni și protoni, datorită căruia se creează un gradient de H +, care este de 1000 de ori mai mare decât în membranele mitocondriale. Este mai avantajos să luați electroni și protoni din moleculele de apă pentru a crea un potențial electrochimic într-o celulă. Sub acțiunea unui foton ultraviolet asupra membranelor tilacoide, acesta devine disponibil. Un electron este scos dintr-o moleculă de apă, carecapătă o sarcină pozitivă și, prin urmare, pentru a o neutraliza, este necesar să scadă un proton. Ca rezultat, 4 molecule de apă se descompun în electroni, protoni și formează oxigen.
Lanțul proceselor de fotosinteză
După fotoliza apei, membrana este reîncărcată. Tilacoizii sunt structuri care pot avea un pH acid în timpul transferului de protoni. În acest moment, pH-ul din stroma cloroplastei este ușor alcalin. Acest lucru generează un potențial electrochimic care face posibilă sinteza ATP. Moleculele de adenozin trifosfat vor fi utilizate ulterior pentru necesarul de energie și faza întunecată a fotosintezei. În special, ATP este utilizat de către celulă pentru a utiliza dioxidul de carbon, care se realizează prin condensarea și sinteza moleculelor de glucoză pe baza acestora.
În faza întunecată, NADP-H+ este redus la NADP. În total, sinteza unei molecule de glucoză necesită 18 molecule de ATP, 6 molecule de dioxid de carbon și 24 de protoni de hidrogen. Aceasta necesită fotoliza a 24 de molecule de apă pentru a utiliza 6 molecule de dioxid de carbon. Acest proces vă permite să eliberați 6 molecule de oxigen, care ulterior vor fi folosite de alte organisme pentru nevoile lor energetice. În același timp, tilacoizii sunt (în biologie) un exemplu de structură membranară care permite utilizarea energiei solare și a unui potențial transmembranar cu un gradient de pH pentru a le transforma în energia legăturilor chimice.
