Хлоропластар – фотосинтез жүретін мембраналық құрылымдар. Жоғары сатыдағы өсімдіктер мен цианобактериялардағы бұл процесс планетаның көмірқышқыл газын пайдалану және оттегі концентрациясын толықтыру арқылы өмірді қолдау қабілетін сақтауға мүмкіндік берді. Фотосинтездің өзі тилакоидтар сияқты құрылымдарда жүреді. Бұл хлоропласттардың мембраналық «модульдері», оларда протонның тасымалдануы, судың фотолизі, глюкоза және АТФ синтезі жүреді.
Өсімдік хлоропласттарының құрылымы
Хлоропласттарды өсімдік жасушалары мен хламидомонадалардың цитоплазмасында орналасқан қос мембраналы құрылымдар деп атайды. Керісінше, цианобактерия жасушалары хлоропластарда емес, тилакоидтарда фотосинтез жүргізеді. Бұл цитоплазманың шығыңқы жерлерінде орналасқан фотосинтез ферменттері арқылы қоректенуін қамтамасыз ете алатын дамымаған ағзаның мысалы.
Құрылысы бойынша хлоропласт көпіршік түріндегі екі мембраналы органоид болып табылады. Олар фотосинтездеуші өсімдіктердің жасушаларында көптеп орналасады және жағдайда ғана дамидыультракүлгін сәулемен жанасу. Хлоропласттың ішінде оның сұйық стромасы бар. Құрамында ол гиалоплазмаға ұқсайды және электролиттер еріген және ақуыздар тоқтатылған 85% судан тұрады. Хлоропластар стромасында фотосинтездің ашық және қараңғы фазалары тікелей жүретін тилакоидтар, құрылымдар бар.
Хлоропласттың тұқым қуалайтын аппараты
Тилакоидтардың жанында фотосинтез нәтижесінде алынған глюкозаның полимерлену өнімі болып табылатын крахмалы бар түйіршіктер орналасқан. Стромада шашыранды рибосомалармен бірге пластидті ДНҚ еркін орналасады. Бірнеше ДНҚ молекуласы болуы мүмкін. Биосинтетикалық аппаратпен бірге олар хлоропласттардың құрылымын қалпына келтіруге жауапты. Бұл жасуша ядросының тұқым қуалайтын ақпаратын пайдаланбай жүреді. Бұл құбылыс сонымен қатар жасушаның бөлінуі жағдайында хлоропласттардың тәуелсіз өсу және көбею мүмкіндігін бағалауға мүмкіндік береді. Сондықтан хлоропласттар кейбір жағынан жасуша ядросына тәуелді емес және симбиотикалық дамымаған организмді білдіреді.
Тилакоидтардың құрылымы
Тилакоидтар хлоропластар стромасында орналасқан диск тәрізді мембраналық құрылымдар. Цианобактерияларда олар толығымен цитоплазмалық мембрананың инвагинацияларында орналасады, өйткені оларда тәуелсіз хлоропластар болмайды. Тилакоидтардың екі түрі бар: біріншісі - люмені бар тилакоид, екіншісі - пластинкалы. Люмені бар тилакоидтың диаметрі кішірек және дискі болып табылады. Тігінен орналасқан бірнеше тилакоидтар грананы құрайды.
Лемельді тилакоидтар - люмені жоқ кең пластиналар. Бірақ олар бірнеше дәндер бекітілген платформа. Оларда фотосинтез іс жүзінде болмайды, өйткені олар жасушаның механикалық зақымдалуына төзімді күшті құрылымды қалыптастыру үшін қажет. Барлығы хлоропластарда фотосинтезге қабілетті люмені бар 10-нан 100-ге дейін тилакоидтар болуы мүмкін. Тилакоидтардың өзі фотосинтезге жауапты элементтік құрылымдар болып табылады.
Тилакоидтардың фотосинтездегі рөлі
Фотосинтездің ең маңызды реакциялары тилакоидтарда өтеді. Біріншісі - су молекуласының фотолиздік ыдырауы және оттегінің синтезі. Екіншісі - протонның мембрана арқылы b6f цитохромының молекулалық кешені және электротасымалдау тізбегі арқылы өтуі. Сондай-ақ тилакоидтарда жоғары энергиялы АТФ молекуласының синтезі жүреді. Бұл процесс тилакоидты мембрана мен хлоропласт стромасы арасында дамыған протондық градиентті қолдану арқылы жүреді. Бұл тилакоидтардың функциялары фотосинтездің барлық жарық фазасын жүзеге асыруға мүмкіндік беретінін білдіреді.
Фотосинтездің жеңіл фазасы
Фотосинтездің өмір сүруінің қажетті шарты мембраналық потенциалды құру мүмкіндігі болып табылады. Оған электрондар мен протондардың тасымалдануы арқылы қол жеткізіледі, соның арқасында митохондриялық мембраналардағыдан 1000 есе артық Н + градиенті жасалады. Жасушада электрохимиялық потенциал жасау үшін су молекулаларынан электрондар мен протондарды алу тиімдірек. Тилакоидтық мембраналардағы ультракүлгін фотонның әсерінен бұл қол жетімді болады. Бір су молекуласынан электрон шығып кетедіоң заряд алады, сондықтан оны бейтараптандыру үшін бір протонды түсіру керек. Нәтижесінде 4 су молекуласы электрондарға, протондарға ыдырап, оттегін түзеді.
Фотосинтез процестерінің тізбегі
Су фотолизінен кейін мембрана қайта зарядталады. Тилакоидтар - протонды тасымалдау кезінде қышқыл рН болуы мүмкін құрылымдар. Бұл кезде хлоропласт стромасындағы рН аздап сілтілі болады. Бұл АТФ синтезін мүмкін ететін электрохимиялық потенциалды тудырады. Аденозинтрифосфат молекулалары кейінірек энергия қажеттіліктері мен фотосинтездің қараңғы фазасы үшін пайдаланылады. Атап айтқанда, АТФ жасуша көмірқышқыл газын кәдеге жарату үшін пайдаланады, бұл оның конденсациялануы және олардың негізіндегі глюкоза молекулаларының синтезі арқылы қол жеткізіледі.
Қараңғы фазада NADP-H+ NADP-қа дейін азаяды. Барлығы бір глюкоза молекуласының синтезі үшін 18 АТФ молекуласы, 6 көмірқышқыл газы молекуласы және 24 сутегі протоны қажет. Бұл 6 көмірқышқыл газының молекуласын пайдалану үшін 24 су молекуласының фотолизін қажет етеді. Бұл процесс 6 оттегі молекуласын шығаруға мүмкіндік береді, оларды кейінірек басқа организмдер өздерінің энергия қажеттіліктері үшін пайдаланады. Сонымен қатар, тилакоидтар (биологияда) күн энергиясын және оларды химиялық байланыстардың энергиясына түрлендіру үшін рН градиенті бар трансмембраналық потенциалды пайдалануға мүмкіндік беретін мембраналық құрылымның мысалы болып табылады.
