Chloroplast

Definice chloroplastu

Co je to chloroplast? V biologii označuje chloroplast organelu, která se nachází v buňce rostlin a dalších fotosyntetizujících eukaryot a která je naplněna zeleným barvivem zvaným chlorofyl. Etymologie: z řeckého „chloros“, což znamená „zelený“, a „plast“, což znamená „forma“ nebo „útvar“. Synonyma: chloroplastid; zelený plastid; chloroleucit.

Pokud eukaryota disponují chloroplasty, znamená to, že mají schopnost produkovat vlastní potravu. Činí tak prostřednictvím fotosyntézy. Které typy buněk obsahují chloroplasty? Rostliny jsou příkladem organismů, které mají uvnitř svých buněk chloroplasty. Při pohledu na jejich buňky zjistíme přítomnost četných chloroplastů, které jsou rozesety po celé cytoplazmě (viz obrázek anatomie listů níže). Každý chloroplast obsahuje světlosběrný systém obsahující chlorofyly. Tyto zelené pigmenty absorbují světlo v modré a červené části elektromagnetického spektra. Odrážejí však zelenou část spektra. Z tohoto důvodu jsou rostliny zelené. Naproti tomu živočišné buňky chloroplasty neobsahují. Kromě přítomnosti buněčné stěny (tj. vrstvy tvořené celulózou, která u rostlin zajišťuje tuhost buňky) je tedy přítomnost chloroplastů dalším definičním znakem, který by mohl pomoci identifikovat rostliny od živočichů. Dalšími organismy, které mají chloroplasty, jsou eukaryotické řasy, např. zelené řasy. Některé bakterie, které jsou fotosyntetické (např. fototrofy a sinice), mají ve svých buňkách chlorofyly. Jejich chlorofyly se však nenacházejí uvnitř dvoubuněčné organely, jako je chloroplast. Chlorofylové pigmenty se spíše nacházejí v tylakoidní membráně bakteriální buňky.

Charakteristika chloroplastu

Chloroplast je jednou z organel fotosyntetické eukaryotické buňky. Jedná se o typ plastidu (dalšími typy jsou chromoplasty a leukoplasty). Chloroplasty lze od ostatních plastidů rozeznat podle barvy, tvaru, struktury a funkce. Chloroplasty jsou zelené díky pigmentům chlorofylu, které se v nich vyskytují v hojném množství. Dva nejběžnější typy jsou chlorofyl a a b. Dalšími chlorofylovými pigmenty jsou chlorofyl c, d a f. Chlorofyl a je přítomen ve všech chloroplastech, zatímco ostatní typy jsou přítomny (v různém množství) v závislosti na druhu. U cévnatých rostlin připomínají tvarem čočku nebo disk a velikostí přibližně 5 µm na délku a ~2,5 µm na šířku. (Ref. 1) U řas se tvar může lišit. Mohou být kulaté, oválné nebo trubicovité.

Struktura chloroplastu

Jaká je struktura chloroplastu? Chloroplast má nejméně tři membránové systémy: (1) vnější membránu, (2) vnitřní membránu a (3) tylakoidní systém. Vnější a vnitřní membrána tvoří dvojitý membránový systém, který je typickým znakem organel. Tylakoidy jsou diskovité struktury, které plní úlohu sběru nebo shromažďování fotonů ze zdroje světla, například slunečního světla. V tylakoidní membráně je zabudován komplex antén, který se skládá z bílkovin a světlo pohlcujících pigmentů, zejména chlorofylu a karotenoidů. Úkolem thylakoidu je tedy poskytnout místo pro světelné reakce fotosyntézy. Hromádka tylakoidů (připomínající hromádku mincí) se nazývá granum (množné číslo: grana). Matrice chloroplastu se označuje jako stroma. Je to hustá tekutina mezi grany. Obsahuje enzymy, molekuly a ionty. Probíhá zde proces tvorby cukrů nezávislý na světle (tmavé reakce fotosyntézy).

Podobně jako mitochondrie jsou chloroplasty poloautonomní organely. Mají vlastní DNA, která se označuje jako chloroplastová DNA nebo cpDNA. Nejsou tedy závislé pouze na genech obsažených v jádře. Určité bílkoviny produkují z vlastní DNA. (Ref.2)

Funkce chloroplastu

Jakou funkci má chloroplast? Chloroplasty provádějí proces fotosyntézy. Jejich hlavní úlohou je poskytovat místo pro světelné a tmavé reakce. Prostřednictvím těchto organel se anorganické zdroje, voda a světelná energie přeměňují na potravu, tj. glukózu (molekulu cukru). Pro fotosyntetizující organismy jsou tedy důležité proto, aby si samy vyráběly potravu a nemusely se živit jinými organismy, aby přežily. Protože jedním z vedlejších produktů fotosyntézy je kyslík, jsou chloroplasty proto klíčovým místem pro produkci tohoto plynu, který se později z buňky uvolňuje do prostředí. Kyslík je biologicky důležitý pro svou roli, kterou zase hraje v různých biochemických a fyziologických procesech u živočichů.

Pro další popis a fakta o fotosyntéze si přečtěte výukový materiál Metabolismus rostlin.

Evoluce chloroplastů

K vymezení původu chloroplastů byla koncipována endosymbiotická teorie. (Ref.3) Podle ní byly organely jako mitochondrie a chloroplasty buněčnými strukturami v eukaryotických buňkách, které vznikly v důsledku primární endosymbiózy, jež proběhla před miliony let mezi prokaryotickými endosymbionty a eukaryotickými hostitelskými buňkami. Eukaryotická buňka jako větší buňka přijala menší fotosyntetizující prokaryota (např. sinice), která jim následně umožnila fotosyntézu. Nakonec se prokaryota vyvinula a diferencovala v plastidy, zejména chloroplasty. Předpokládá se, že tato raná fotosyntetická eukaryota ukrývající prokaryota-organely jsou prvními předky moderních rostlin a řas na Zemi. The discovery of the cpDNA in chloroplasts, the similarity in membranes, and the binary fission as a means of reproduction serve as evidence that supports this theory. (Ref.4)

Read also:
What is the Likely Origin of Chloroplasts? – BioTechniques. (2017, December 14). BioTechniques. https://www.biotechniques.com/molecular-biology/when-did-the-chloroplast-evolve/

See also

• Chlorophyll
• Etioplast
• Chromoplast
• Leucoplast
• Plastid

1. Staehelin, L. A. (2003). Chloroplast structure: from chlorophyll granules to supra-molecular architecture of thylakoid membranes. Photosynthesis Research, 76(1–3), 185–196. https://doi.org/10.1023/A:1024994525586
2. Discovery of Chloroplast DNA, Genomes and Genes | Discoveries in Plant Biology. (2019). Worldscientific.Com. https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/9789812813046_0002
3. Jensen, P. E., & Leister, D. (2014). Chloroplast evolution, structure and functions. F1000Prime Reports, 6. https://doi.org/10.12703/p6-40
4. Evidence for endosymbiosis. (2020). Berkeley.Edu. https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/_0_0/endosymbiosis_04