Chloroplasten sind Membranstrukturen, in denen Photosynthese stattfindet. Dieser Prozess in höheren Pflanzen und Cyanobakterien ermöglichte es dem Planeten, die Fähigkeit aufrechtzuerh alten, das Leben zu unterstützen, indem er Kohlendioxid nutzte und die Sauerstoffkonzentration wieder auffüllte. Die Photosynthese selbst findet in Strukturen wie Thylakoiden statt. Dies sind Membran-"Module" von Chloroplasten, in denen Protonentransfer, Wasserphotolyse, Glucose- und ATP-Synthese stattfinden.
Struktur pflanzlicher Chloroplasten
Chloroplasten werden Doppelmembranstrukturen genannt, die sich im Zytoplasma von Pflanzenzellen und Chlamydomonas befinden. Im Gegensatz dazu führen Cyanobakterienzellen Photosynthese in Thylakoiden und nicht in Chloroplasten durch. Dies ist ein Beispiel für einen unterentwickelten Organismus, der in der Lage ist, seine Ernährung durch Photosyntheseenzyme bereitzustellen, die sich auf Vorsprüngen des Zytoplasmas befinden.
Der Chloroplast ist seiner Struktur nach ein Organell mit zwei Membranen in Form einer Blase. Sie befinden sich in großer Zahl in den Zellen photosynthetischer Pflanzen und entwickeln sich nur dortKontakt mit ultraviolettem Licht. Im Inneren des Chloroplasten befindet sich sein flüssiges Stroma. In seiner Zusammensetzung ähnelt es Hyaloplasma und besteht zu 85 % aus Wasser, in dem Elektrolyte gelöst und Proteine suspendiert sind. Das Stroma der Chloroplasten enthält Thylakoide, Strukturen, in denen die Licht- und Dunkelphasen der Photosynthese direkt ablaufen.
Chloroplasten-Erbapparat
Neben den Thylakoiden gibt es Körnchen mit Stärke, die ein Produkt der Polymerisation von Glukose ist, die als Ergebnis der Photosynthese erh alten wird. Frei im Stroma befinden sich Plastiden-DNA zusammen mit verstreuten Ribosomen. Es können mehrere DNA-Moleküle vorhanden sein. Zusammen mit dem Biosyntheseapparat sind sie für die Wiederherstellung der Struktur von Chloroplasten verantwortlich. Dies geschieht ohne Nutzung der Erbinformation des Zellkerns. Dieses Phänomen ermöglicht es auch, die Möglichkeit des unabhängigen Wachstums und der Reproduktion von Chloroplasten im Falle einer Zellteilung zu beurteilen. Daher sind Chloroplasten in gewisser Hinsicht nicht vom Zellkern abhängig und stellen sozusagen einen symbiotischen, unterentwickelten Organismus dar.
Struktur der Thylakoide
Thylakoide sind scheibenförmige Membranstrukturen, die sich im Stroma von Chloroplasten befinden. Bei Cyanobakterien befinden sie sich vollständig auf Einstülpungen der Cytoplasmamembran, da sie keine unabhängigen Chloroplasten besitzen. Es gibt zwei Arten von Thylakoiden: Das erste ist ein Thylakoid mit einem Lumen und das zweite ist ein lamellares. Das Thylakoid mit einem Lumen hat einen kleineren Durchmesser und ist eine Scheibe. Mehrere vertikal angeordnete Thylakoide bilden eine Grana.
Lamelläre Thylakoide sind breite Platten, die kein Lumen haben. Aber sie sind eine Plattform, an der mehrere Körner befestigt sind. In ihnen findet praktisch keine Photosynthese statt, da sie benötigt werden, um eine starke Struktur zu bilden, die gegen mechanische Beschädigungen der Zelle resistent ist. Insgesamt können Chloroplasten 10 bis 100 Thylakoide mit einem photosynthesefähigen Lumen enth alten. Die Thylakoide selbst sind die elementaren Strukturen, die für die Photosynthese verantwortlich sind.
Die Rolle der Thylakoide bei der Photosynthese
Die wichtigsten Reaktionen der Photosynthese finden in Thylakoiden statt. Die erste ist die photolytische Aufsp altung des Wassermoleküls und die Synthese von Sauerstoff. Der zweite ist der Durchgang eines Protons durch die Membran durch den Cytochrom-b6f-Molekülkomplex und die Elektrotransportkette. Auch in den Thylakoiden findet die Synthese des energiereichen ATP-Moleküls statt. Dieser Prozess erfolgt unter Verwendung eines Protonengradienten, der sich zwischen der Thylakoidmembran und dem Chloroplastenstroma entwickelt hat. Das bedeutet, dass die Funktionen der Thylakoide es ermöglichen, die gesamte Lichtphase der Photosynthese zu realisieren.
Lichtphase der Photosynthese
Eine notwendige Bedingung für die Existenz der Photosynthese ist die Fähigkeit, ein Membranpotential zu erzeugen. Dies wird durch die Übertragung von Elektronen und Protonen erreicht, wodurch ein H + -Gradient entsteht, der 1000-mal größer ist als in Mitochondrienmembranen. Vorteilhafter ist es, Elektronen und Protonen aus Wassermolekülen zu entnehmen, um in einer Zelle ein elektrochemisches Potential zu erzeugen. Unter Einwirkung eines ultravioletten Photons auf die Thylakoidmembranen wird dieses verfügbar. Aus einem Wassermolekül wird ein Elektron herausgeschlagennimmt eine positive Ladung an, und um sie zu neutralisieren, muss daher ein Proton fallen gelassen werden. Dadurch zerfallen 4 Wassermoleküle in Elektronen, Protonen und bilden Sauerstoff.
Die Kette der Photosyntheseprozesse
Nach der Photolyse des Wassers wird die Membran wieder aufgeladen. Thylakoide sind Strukturen, die während des Protonentransfers einen sauren pH-Wert haben können. Zu diesem Zeitpunkt ist der pH-Wert im Stroma des Chloroplasten leicht alkalisch. Dadurch entsteht ein elektrochemisches Potential, das die ATP-Synthese ermöglicht. Adenosintriphosphat-Moleküle werden später für den Energiebedarf und die Dunkelphase der Photosynthese verwendet. Insbesondere wird ATP von der Zelle verwendet, um Kohlendioxid zu verwerten, was durch ihre Kondensation und Synthese von darauf basierenden Glukosemolekülen erreicht wird.
In der Dunkelphase wird NADP-H+ zu NADP reduziert. Insgesamt werden für die Synthese eines Glucosemoleküls 18 ATP-Moleküle, 6 Kohlendioxidmoleküle und 24 Wasserstoffprotonen benötigt. Dies erfordert eine Photolyse von 24 Wassermolekülen, um 6 Kohlendioxidmoleküle zu nutzen. Dieser Prozess ermöglicht es Ihnen, 6 Sauerstoffmoleküle freizusetzen, die später von anderen Organismen für ihren Energiebedarf verwendet werden. Gleichzeitig sind Thylakoide (in der Biologie) ein Beispiel für eine Membranstruktur, die es ermöglicht, Sonnenenergie und ein Transmembranpotential mit einem pH-Gradienten zu nutzen, um sie in die Energie chemischer Bindungen umzuwandeln.
