Karakteristik, fungsi dan struktur kloropast

Itu Kloroplas Mereka adalah jenis organel sel yang dibatasi oleh sistem membran yang kompleks, karakteristik tanaman dan ganggang. Dalam plastidium ini adalah klorofil, pigmen yang bertanggung jawab atas proses fotosintesis, hijau sayuran dan memungkinkan kehidupan autotrofik dari garis keturunan ini.

Selain itu, kloroplas terkait dengan generasi energi metabolik (ATP - adenosin tryphosphate), sintesis asam amino, vitamin, asam lemak, komponen lipid dari membran mereka dan pengurangan nitrits. Ini juga memiliki peran dalam produksi zat pertahanan melawan patogen.

Kloroplas. Oleh Miguelsierra [GFDL (http: // www.gnu.Org/copyleft/fdl.html) atau cc by-sa 4.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0)], dari Wikimedia Commons

Organel fotosintesis ini memiliki genom bundar sendiri (DNA) dan diusulkan bahwa, seperti mitokondria, mereka berasal dari proses simbiosis antara inang dan bakteri fotosintesis leluhur.

[TOC]

Asal

Kloroplas adalah organel yang memiliki karakteristik kelompok organisme yang sangat jauh: ganggang, tanaman dan prokariota. Bukti ini menunjukkan bahwa organel berasal dari tubuh prokariotik dengan kemampuan untuk melakukan fotosintesis.

Diperkirakan bahwa organisme eukariotik pertama, dengan kemampuan untuk melakukan fotosintesis, berasal dari 1.000 juta tahun. Tes menunjukkan bahwa lompatan evolusioner yang penting ini disebabkan oleh perolehan cyanobacterial oleh tamu eukariotik. Proses ini memunculkan garis keturunan yang berbeda dari ganggang merah, hijau dan tanaman.

Demikian pula, kejadian simbiosis sekunder dan tersier diangkat di mana garis keturunan eukariotik membangun hubungan simbiotik dengan eukaria fotosintesis lain dari kehidupan bebas.

Selama evolusi, genom bakteri yang seharusnya telah berkurang dan beberapa gennya telah ditransfer dan diintegrasikan ke dalam genom nukleus.

Organisasi genom kloroplas saat ini mengingat bahwa prokariotik, namun juga memiliki atribut bahan genetik eukariotik.

Teori endosimbiotik

Teori endosimbiotik diusulkan oleh Lynn Margulis dalam serangkaian buku yang diterbitkan antara 60 -an dan 80 -an. Namun, itu adalah ide yang sudah mengemudi sejak tahun 1900 -an, diusulkan oleh Mereschkowsky.

Teori ini menjelaskan asal usul kloroplas, mitokondria dan tubuh basal yang ada dalam momok. Menurut hipotesis ini, struktur ini dulunya adalah prokariota bebas.

Tidak ada banyak bukti yang mendukung asal endosimbiotik dari badan basal dari prokariota seluler.

Sebaliknya, ada bukti penting yang mendukung asal mitokondria endosimbiotik dari α-proteobacteria dan kloroplas dari cyanobacteria. Bukti yang paling jelas dan lebih kuat adalah kesamaan antara kedua genom.

Karakteristik umum kloroplas

Kloroplas adalah jenis plastid sel tanaman yang paling mencolok. Mereka adalah struktur oval yang dikelilingi oleh selaput dan di dalamnya terjadi proses eukariota autotrofik yang paling terkenal: fotosintesis. Mereka adalah struktur dinamis dan memiliki bahan genetik sendiri.

Mereka biasanya terletak di daun tanaman. Sel tanaman yang khas dapat memiliki 10 hingga 100 kloroplas, meskipun jumlahnya cukup bervariasi.

Seperti mitokondria, warisan kloroplas orang tua kepada anak -anak terjadi oleh salah satu orang tua dan bukan dari keduanya. Faktanya, organel ini sangat mirip dengan mitokondria dalam berbagai aspek, meskipun lebih kompleks.

Struktur (bagian)

Kloroplas. Oleh gmsotavio [cc by-sa 3.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0) atau gfdl (http: // www.gnu.Org/copyleft/fdl.html)], dari Wikimedia Commons

Kloroplas adalah organel besar, panjang 5 hingga 10 μm. Karakteristik struktur ini dapat divisualisasikan di bawah mikroskop optik tradisional.

Dapat melayani Anda: nukleosom

Mereka dikelilingi oleh membran lipid ganda. Selain itu, mereka memiliki sistem membran internal ketiga, yang disebut membran tilacoid.

Sistem membran terakhir ini membentuk serangkaian struktur yang mirip dengan album, yang dikenal sebagai Tilacoides. Persatuan thilacoids dalam baterai disebut "grana" dan terhubung satu sama lain.

Berkat sistem membran tiga ini, struktur internal kloroplas kompleks dan dibagi menjadi tiga ruang: ruang intermembran (antara dua membran eksternal), stroma (ditemukan dalam kloroplas dan di luar membran tilacoid) dan dengan terakhir lumen tilacoid.

Membran eksternal dan internal

Sistem membran terkait dengan generasi ATP. Seperti membran mitokondria, itu adalah membran internal yang menentukan pengesahan molekul di dalam organel. Fosfaditilkolin dan fosfaditaslgliserol adalah lipid yang paling berlimpah dari membran kloroplas.

Membran luar berisi serangkaian pori -pori. Molekul kecil dapat memasuki saluran ini dengan bebas. Membran internal, sementara itu, tidak mengizinkan transit bebas dari jenis molekul dengan bobot rendah ini. Agar molekul masuk, mereka harus melakukannya dengan menggunakan transporter spesifik yang berlabuh ke membran.

Dalam beberapa kasus ada struktur yang disebut retikulum perifer, yang dibentuk oleh jaringan membran, yang secara khusus berasal dari membran kloroplas internal. Beberapa penulis menganggapnya unik untuk tanaman dengan metabolisme C4, meskipun telah ditemukan di tanaman C3.

Fungsi tubulus dan vesikel ini belum jelas. Diusulkan bahwa mereka dapat berkontribusi pada transportasi cepat metabolit dan protein dalam kloroplas atau untuk meningkatkan permukaan membran internal.

Membran tilacoid

Membran tilacoid. Tameria sur Wikipédia Anglais [domain publik], melalui Wikimedia Commons

Rantai konveyor elektron yang terlibat dalam proses fotosintesis terjadi dalam sistem membran ini. Proton dipompa melalui membran ini, dari stroma ke bagian dalam tilacoides.

Gradien ini menghasilkan sintesis ATP, saat proton diarahkan kembali ke stroma. Proses ini setara dengan yang terjadi di membran internal mitokondria.

Membran tilacoid dibentuk oleh empat jenis lipid: monogalactosyl diacylglycerol, diglactosyl diacylglycerol, sulfoquinovosyl diacylglycerol dan fosfatidilgliserol. Setiap jenis memenuhi fungsi khusus dalam bilayer lipid bagian ini.

Tilacoid

Tilacoids adalah struktur membran dalam bentuk tas atau cakram datar yang ditumpuk di "Cochineal”(Jamak dari struktur ini adalah Granum). Album ini memiliki diameter 300 hingga 600 nm. Di ruang internal tilacoid itu disebut lumen.

Arsitektur penumpukan tilacoid masih diperdebatkan. Dua model diusulkan: yang pertama adalah model heliks, di mana tilacoid digulung di antara pogging dalam bentuk baling -baling.

Sebaliknya, model lain mengusulkan bifurkasi. Hipotesis ini menunjukkan bahwa grana dibentuk oleh bifurkasi stroma.

Stroma

Stroma adalah cairan gelatin di sekitar tilacoid dan ditemukan di daerah internal kloroplas. Wilayah ini sesuai dengan sitosol bakteri yang seharusnya yang berasal dari jenis plastidium ini.

Di daerah ini adalah molekul DNA dan sejumlah besar protein dan enzim. Secara khusus adalah enzim yang berpartisipasi dalam siklus calvin, untuk fiksasi karbonik anhidrida dalam proses fotosintesis. Anda juga dapat menemukan butiran pati

Dapat melayani Anda: sitoplasma: fungsi, bagian dan karakteristik

Di stroma adalah ribosom kloroplas, karena struktur ini mensintesis protein mereka sendiri.

Genom

Salah satu karakteristik paling penting dari kloroplas adalah bahwa mereka memiliki sistem genetik sendiri.

Bahan genetik kloroplas terdiri dari molekul DNA melingkar. Setiap organel memiliki banyak salinan molekul melingkar ini dari 12 hingga 16 kb (kilobase). Mereka diatur dalam struktur yang disebut nukleoid dan terdiri dari 10 hingga 20 salinan genom plastik, bersama dengan protein dan molekul RNA.

Kode DNA kloroplas untuk sekitar 120 hingga 130 gen. Ini menghasilkan protein dan RNA yang terkait dengan proses fotosintesis seperti komponen fotosistem I dan II, ATP synthase dan salah satu subunit Rubisco.

Rubisco (ribulosa-1,5-biskoposfat karboksilase/oksigenase) adalah kompleks enzimatik penting dalam siklus calvin. Faktanya, protein paling berlimpah di planet Bumi dipertimbangkan.

Transfer RNA dan ribosomal digunakan dalam terjemahan pesan yang dikodekan dalam genom kloroplas. Termasuk ribosomales 23s, 16s, 5s dan 4.5s dan 30 rusuk transfer. Ini juga mengkodekan 20 protein ribosom dan subunit tertentu dari RNA polimerase.

Namun, elemen tertentu yang diperlukan untuk pengoperasian kloroplas dikodekan dalam genom nuklir sel nabati.

Fungsi

Kloroplas dapat dianggap sebagai pusat metabolisme penting pada tanaman, di mana beberapa reaksi biokimia terjadi berkat spektrum luas enzim dan protein yang berlabuh pada membran yang mengandung organel ini mengandung.

Mereka memiliki fungsi kritis dalam organisme tanaman: ini adalah tempat di mana proses fotosintesis terjadi, di mana sinar matahari diubah menjadi karbohidrat, memiliki oksigen sebagai produk sekunder.

Dalam kloroplas juga serangkaian fungsi sekunder biosintesis. Selanjutnya kita akan membahas setiap fungsi secara rinci:

Fotosintesis

Fotosintesis (kiri) dan pernapasan (DCHA). Gambar kanan yang diekstraksi dari BBC

Fotosintesis terjadi berkat klorofil. Pigmen ini berada di dalam kloroplas, di dalam membran tilacoid.

Itu terdiri dari dua bagian: cincin dan ekor. Cincin ini mengandung magnesium dan bertanggung jawab atas penyerapan cahaya. Itu dapat menyerap lampu biru dan merah, memantulkan zona hijau dari spektrum cahaya.

Reaksi fotosintesis terjadi berkat transfer elektron. Energi dari cahaya memberikan energi ke pigmen klorofil (dikatakan bahwa molekul itu "bersemangat dengan cahaya"), menyebabkan gerakan partikel -partikel ini dalam membran tilacoid. Klorofil memperoleh elektron dari molekul air.

Proses ini menghasilkan pembentukan gradien elektrokimia yang memungkinkan sintesis ATP dalam stroma. Fase ini juga dikenal sebagai "bercahaya".

Bagian kedua dari fotosintesis (atau fase gelap) terjadi di stroma dan berlanjut di sitosol. Ini juga dikenal sebagai reaksi pemasangan karbon. Pada tahap ini, produk dari reaksi di atas digunakan untuk membangun karbohidrat dari CO₂.

Sintesis biomolekul

Selain itu, kloroplas memiliki fungsi khusus lainnya yang memungkinkan pengembangan dan pertumbuhan tanaman.

Dalam organel ini asimilasi nitrat dan sulfat terjadi, dan mereka memiliki enzim yang diperlukan untuk sintesis asam amino, fitohormon, vitamin, asam lemak, klorofil dan karotenoid.

Dapat melayani Anda: integrin: karakteristik, struktur dan fungsi

Studi tertentu telah mengidentifikasi jumlah penting asam amino yang disintesis oleh organel ini. Kirk dan kolaborator mempelajari produksi asam amino di kloroplas Vicia Faba L.

Para penulis ini menemukan bahwa asam amino yang paling banyak disintesis adalah glutamat, aspartat dan treonin. Jenis lain, seperti Alanina, serin dan glikina juga disintesis tetapi dalam jumlah yang lebih sedikit. Asam amino yang tersisa juga terdeteksi.

Gen berbeda yang terlibat dalam sintesis lipid telah diisolasi. Kloroplas memiliki jalan yang diperlukan untuk sintesis lipid isaprenoid, penting untuk produksi klorofil dan pigmen lainnya.

Pertahanan Patogen

Tumbuhan tidak memiliki sistem kekebalan yang dikembangkan serupa dengan hewan. Oleh karena itu, struktur seluler harus menghasilkan zat antimikroba untuk dapat bertahan terhadap agen berbahaya. Untuk tujuan ini, tanaman dapat mensintesis oksigen reaktif (ROS) atau spesies asam salisilat.

Kloroplas terkait dengan produksi zat -zat ini yang menghilangkan kemungkinan patogen yang memasuki pabrik.

Mereka juga berfungsi sebagai "sensor molekuler" dan berpartisipasi dalam mekanisme peringatan, mengkomunikasikan informasi ke organel lain.

Plastid lainnya

Kloroplas milik keluarga organel sayuran yang disebut plastid atau plastik. Kloroplas berbeda terutama dari sisa plastid dengan memiliki pigmen klorofil. Plastid lainnya adalah:

-Chromoplastos: Struktur ini mengandung karotenoid, hadir dalam bunga dan bunga. Berkat pigmen ini, struktur tanaman memiliki warna kuning, oranye dan merah.

-Leukoplas: Plastid ini tidak mengandung pigmen dan karenanya putih. Mereka berfungsi sebagai reservasi dan ditemukan di organ yang tidak menerima lampu langsung.

-Amyloplass: mereka mengandung pati dan ditemukan di akar dan ubin.

Plastid berasal dari struktur yang disebut protoplast. Salah satu karakteristik plastid yang paling mengejutkan adalah properti mereka untuk mengubah jenis, bahkan jika mereka sudah dalam tahap dewasa. Perubahan ini dipicu oleh sinyal lingkungan atau intrinsik tanaman.

Misalnya, kloroplas mampu menimbulkan kromoplas. Untuk perubahan ini, membran tilacoid hancur dan karotenoid disintesis.

Referensi

1. Allen, J. F. (2003). Mengapa kloroplas dan mitechondria mengandung genom. Genomik komparatif dan fungsional, 4(1), 31-36.
2. Cooper, g. M (2000). Sel: pendekatan molekuler. Edisi kedua. Sinauer Associates
3. Daniell, h., Lin, c.-S., Yu, m., & Chang, w.-J. (2016). Genom Kloroplas: Keragaman, Evolusi, dan Aplikasi dalam Rekayasa Genetika. Biologi Genom, 17, 134.
4. Gracen, v. DAN., Hilliard, J. H., Brown, r. H., & Barat, s. H. (1972). Resticulum perifal pada kloroplas tanaman yang berbeda dalam pathoway fiksasi CO 2 dan hutortespirion. Tanaman, 107(3), 189-204.
5. Gray, m. W. (2017). Lynn Margulis dan hipotesis endosimbionn: 50 tahun kemudian. Biologi molekul sel, 28(10), 1285-1287.
6. Jensen, hlm. DAN., & Leister, D. (2014). Evolusi, Struktur dan Fungsi Kloroplas. Laporan F1000Prime, 6, 40.
7. Kirk, hlm. R., & Lintah, r. M. (1972). Biosintesis asam aminino oleh kloroplat terisolasi selama fotosintesis . Fisiologi tanaman, lima puluh(2), 228-234.
8. Kobayashi, k., & Wada, h. (2016). Peran lipid dalam biogenesis kloroplas. Di dalam Lipid dalam pengembangan tanaman dan ganggang (hal. 103-125). Springer, Cham.
9. Sowden, r. G., Watson, s. J., & Jarvis, P. (2017). Peran kloroplas dalam patologi tanaman. Esai dalam biokimia, EBC20170020.
10. Lebih bijaksana. R., & Hoober, J. K. (2007). Struktur dan fungsi plastid. Sains Springer & Media Bisnis.