Kloroplasztisz

Kloroplasztisz definíció

Mi az a kloroplasztisz? A biológiában a kloroplasztisz a növények és más fotoszintetikus eukarióták sejtjében található organellára utal, amely a klorofill nevű zöld pigmenttel van tele. Etimológia: a görög “chloros”, azaz “zöld” és “plast”, azaz “forma” vagy “entitás” szóból. Szinonimái: kloroplasztid; zöld plasztid; kloroleucit.

Ha egy eukarióta rendelkezik kloroplasztiszokkal, az azt jelzi, hogy képes saját táplálékát előállítani. Ezt fotoszintézis útján teszi. Mely sejttípusok tartalmaznak kloroplasztiszokat? A növények példák azokra a szervezetekre, amelyek sejtjeikben kloroplasztiszokkal rendelkeznek. Ha megnézzük a sejtjeiket, számos, a citoplazmában szétszórt kloroplasztisz jelenlétét fedezhetjük fel (lásd az alábbi levél anatómiai képet). Minden egyes kloroplasztisz egy klorofillt tartalmazó fénygyűjtő rendszert tartalmaz. Ezek a zöld pigmentek elnyelik a fényt az elektromágneses spektrum kék és vörös tartományában. A spektrum zöld részét azonban visszaverik. Ez az oka annak, hogy a növények zöldek. Ezzel szemben az állati sejtek nem tartalmaznak kloroplasztiszokat. Így a sejtfal (azaz a cellulózból álló réteg, amely a növényekben a sejtek merevségét biztosítja) jelenlétén kívül a kloroplasztiszok jelenléte egy másik meghatározó jellemző, amely segíthet a növények állatoktól való megkülönböztetésében. Más, kloroplasztiszokkal rendelkező szervezetek az eukarióta algák, pl. a zöld algák. Egyes fotoszintetizáló baktériumok (pl. fototrófok és cianobaktériumok) sejtjeiben klorofill található. Az ő klorofilljaik azonban nem egy olyan kettős membránnal rendelkező organellán belül találhatók, mint a kloroplasztisz. A klorofillpigmentek inkább a baktériumsejt tilakoid membránjában találhatók.

A kloroplasztisz jellemzői

A kloroplasztisz a fotoszintetikus eukarióta sejtek egyik szervezete. A plasztidok egyik típusa (a többi típus a kromoplaszt és a leukoplaszt). A kloroplasztiszokat színük, alakjuk, szerkezetük és funkciójuk alapján lehet megkülönböztetni a többi plasztidtól. A kloroplasztiszok zöld színűek a nagy mennyiségben előforduló klorofill pigmentek miatt. A két leggyakoribb típus a klorofill a és b. További klorofillpigmentek a klorofill c, d és f. A klorofill a minden kloroplasztiszban jelen van, míg a többi típus (fajonként változó mennyiségben). A vaszkuláris növényekben az alakja lencsére vagy korongra hasonlít, a mérete pedig kb. 5µm hosszú és ~2,5µm széles. (Ref.1) Az algákban az alak változhat. Lehet kerek, ovális vagy cső alakú.

A kloroplasztisz szerkezete

Milyen a kloroplasztisz szerkezete? A kloroplasztisznak legalább három membránrendszere van: (1) külső membrán, (2) belső membrán és (3) tilakoid rendszer. A külső és a belső membrán a kettős membránrendszer, amely egy organellára jellemző. A tilakoidok korong alakú struktúrák, amelyek a fényforrásból, például a napfényből származó fotonok begyűjtésének vagy összegyűjtésének szerepét töltik be. A tilakoidmembránba ágyazva található a fehérjékből, valamint fényelnyelő pigmentekből, különösen klorofillból és karotinoidokból álló antennakomplex. A tilakoid feladata tehát az, hogy helyet biztosítson a fotoszintézis fényreakcióinak. A tilakoidok halmazát (amely egy halom érmére hasonlít) granumnak (többes számban: grana) nevezzük. A kloroplasztisz mátrixát sztrómának nevezzük. Ez a granák közötti sűrű folyadék. Enzimeket, molekulákat és ionokat tartalmaz. Itt zajlik a fénytől független cukorképződés folyamata (a fotoszintézis sötét reakciói).

A mitokondriumokhoz hasonlóan a kloroplasztiszok félautonóm organellák. Saját DNS-sel rendelkeznek, amelyet kloroplasztisz-DNS-nek vagy cpDNS-nek nevezünk. Így nem kizárólag a sejtmagban található génekre támaszkodnak. Bizonyos fehérjéket saját DNS-ükből állítanak elő. (Ref.2)

Kloroplasztisz funkciói

Mi a kloroplasztisz funkciója? A kloroplasztiszok végzik a fotoszintézis folyamatát. Fő szerepük a fény- és sötét reakciók helyszínének biztosítása. Ezeken a szervsejteken keresztül szervetlen források, víz és fényenergia alakul át táplálékká, azaz glükózzá (cukormolekulává). Ezért fontosak a fotoszintetizáló szervezetek számára, hogy saját maguk termeljenek táplálékot, és ne kelljen más szervezetekkel táplálkozniuk a túléléshez. Mivel az oxigén a fotoszintézis egyik mellékterméke, a kloroplasztiszok ezért kulcsfontosságúak az ilyen gáz előállításához, amely később a sejtből a környezetbe kerül. Az oxigén biológiailag azért fontos, mert viszont az állatokban különböző biokémiai és élettani folyamatokban játszik szerepet.

A fotoszintézisről szóló további leírásért és tényekért olvassa el a Növényi anyagcsere oktatóanyagot.

Kloroplasztisz evolúció

A kloroplasztiszok eredetének megrajzolására fogalmazták meg az endoszimbionta elméletet. (Ref.3) Eszerint az olyan organellumok, mint a mitokondriumok és a kloroplasztiszok az eukarióta sejtek sejtes struktúrái voltak, amelyek egy évmilliókkal ezelőtt a prokarióta endoszimbionták és az eukarióta gazdasejtek között lezajlott elsődleges endoszimbiózis eredményeként jöttek létre. Az eukarióta sejt, mint nagyobb sejt, befogadta a kisebb fotoszintetizáló prokariótákat (pl. cianobaktériumokat), amelyek ennek következtében képessé váltak a fotoszintézisre. Végül a prokarióták kifejlődtek és plasztidokká, különösen kloroplasztiszokká differenciálódtak. Ezek a korai fotoszintetizáló eukarióták, amelyekben prokariótákból átalakult szerveztek, feltehetően a modern növények és algák korai ősei voltak a Földön. 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