n., synonimy: chloroplastyd; zielony plastyd; chloroleucyt
Definicja chloroplastu: Plastyd, który zawiera duże ilości chlorofilu i w którym zachodzi fotosynteza
Spis treści
Definicja chloroplastu
Co to jest chloroplast? W biologii chloroplast odnosi się do organelli znajdującej się w komórce roślin i innych eukariotów fotosyntetyzujących, która jest wypełniona zielonym pigmentem zwanym chlorofilem. Etymologia: z greckiego „chloros”, co oznacza „zielony” i „plast”, co oznacza „forma” lub „istota”. Synonimy: chloroplastyd; zielony plastyd; chloroleucyt.
Gdy eukariota posiada chloroplasty, wskazuje to, że ma zdolność do wytwarzania własnego pożywienia. Odbywa się to w procesie fotosyntezy. Które typy komórek zawierają chloroplasty? Rośliny są przykładami organizmów, które posiadają chloroplasty wewnątrz swoich komórek. Przyjrzenie się ich komórkom ujawni obecność licznych chloroplastów rozmieszczonych w cytoplazmie (patrz rysunek anatomii liścia poniżej). Każdy chloroplast zawiera system zbierający światło, zawierający chlorofile. Te zielone pigmenty absorbują światło w niebieskim i czerwonym zakresie widma elektromagnetycznego. Odbijają natomiast zieloną część widma. To właśnie z tego powodu rośliny są zielone. Natomiast komórki zwierzęce nie zawierają chloroplastów. Tak więc, oprócz obecności ściany komórkowej (tj. warstwy zbudowanej z celulozy, która odpowiada za sztywność komórki u roślin), obecność chloroplastów jest kolejną cechą, która może pomóc w odróżnieniu roślin od zwierząt. Innymi organizmami, które posiadają chloroplasty są algi eukariotyczne, np. algi zielone. Niektóre bakterie, które są fotosyntetyzujące (np. fototrofy i cyjanobakterie) posiadają chlorofile w swoich komórkach. Jednakże, ich chlorofile nie znajdują się wewnątrz organelli z podwójną membraną, takich jak chloroplast. Pigmenty chlorofilowe znajdują się raczej w błonie tylakoidalnej komórki bakteryjnej.
Charakterystyka chloroplastu
Chloroplast jest jedną z organelli fotosyntetyzującej komórki eukariotycznej. Jest rodzajem plastydów (inne rodzaje to chromoplasty i leukoplasty). Chloroplasty można odróżnić od innych plastydów na podstawie ich koloru, kształtu, struktury i funkcji. Chloroplasty są zielone dzięki pigmentom chlorofilowym, które występują w nich w dużych ilościach. Dwa najczęściej występujące typy to chlorofil a i b. Inne pigmenty chlorofilowe to chlorofil c, d i f. Chlorofil a jest obecny we wszystkich chloroplastach, podczas gdy pozostałe typy występują (w różnej ilości) w zależności od gatunku. U roślin naczyniowych kształtem przypomina soczewkę lub dysk, a wielkością około 5µm długości i ~2,5µm szerokości. (Ref.1) U alg kształt może być różny. Mogą być okrągłe, owalne lub rurkowate.
Struktura chloroplastu
Jaka jest struktura chloroplastu? Chloroplast ma co najmniej trzy systemy błon: (1) błonę zewnętrzną, (2) błonę wewnętrzną oraz (3) system tylakoidów. Błona zewnętrzna i wewnętrzna stanowią system podwójnych błon, który jest typową cechą organelli. Tylakoidy są strukturami w kształcie dysku, które pełnią rolę kombajnu lub zbierają fotony ze źródła światła, takiego jak światło słoneczne. W błonie tylakoidów osadzony jest kompleks antenowy składający się z białek oraz pigmentów pochłaniających światło, w szczególności chlorofilu i karotenoidów. Zadaniem tylakoidu jest więc zapewnienie miejsca dla reakcji świetlnych fotosyntezy. Stos tylakoidów (przypominający stos monet) nosi nazwę granum (liczba mnoga: grana). Macierz chloroplastu określana jest jako zrąb. Jest to gęsty płyn znajdujący się pomiędzy granami. Zawiera enzymy, molekuły i jony. To w niej zachodzi niezależny od światła proces tworzenia cukrów (ciemne reakcje fotosyntezy).
Podobnie jak mitochondria, chloroplasty są organellami półautonomicznymi. Posiadają własne DNA, określane jako chloroplastowe DNA lub cpDNA. Nie polegają więc wyłącznie na genach zawartych w jądrze komórkowym. Produkują pewne białka z własnego DNA. (Ref.2)
Funkcje chloroplastu
Jaką funkcję pełni chloroplast? Chloroplasty przeprowadzają proces fotosyntezy. Ich główną rolą jest zapewnienie miejsca dla reakcji światła i ciemności. Za pośrednictwem tych organelli źródła nieorganiczne, woda i energia świetlna są przekształcane w pożywienie, czyli glukozę (cząsteczkę cukru). Są one zatem ważne dla organizmów fotosyntetyzujących, ponieważ same wytwarzają pożywienie i nie muszą żywić się innymi organizmami, aby przeżyć. Ponieważ tlen jest jednym z produktów ubocznych fotosyntezy, chloroplasty są kluczowym miejscem produkcji tego gazu, który następnie jest uwalniany z komórki do środowiska. Tlen jest biologicznie ważny ze względu na jego rolę w różnych procesach biochemicznych i fizjologicznych u zwierząt.
Dalszy opis i fakty na temat fotosyntezy można znaleźć w samouczku Metabolizm roślin.
Ewolucja chloroplastów
Teoria endosymbiotyczna została stworzona w celu określenia pochodzenia chloroplastów. (Ref.3) Zgodnie z nią, organelle takie jak mitochondria i chloroplasty były strukturami komórkowymi w komórkach eukariotycznych, które powstały w wyniku pierwotnej endosymbiozy, która miała miejsce miliony lat temu pomiędzy endosymbiontami prokariotycznymi a komórkami eukariotycznymi. Komórka eukariotyczna, będąc komórką większą, przyjęła mniejsze fotosyntetyzujące prokariota (np. cyjanobakterie), które w konsekwencji umożliwiły im fotosyntezę. Ostatecznie prokariota ewoluowały i zróżnicowały się w plastyd, a w szczególności w chloroplast. Przypuszcza się, że te wczesne fotosyntetyzujące eukarionty posiadające organella przekształcone przez prokarionty są wczesnymi przodkami współczesnych roślin i glonów na Ziemi. 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
- 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
- Discovery of Chloroplast DNA, Genomes and Genes | Discoveries in Plant Biology. (2019). Worldscientific.Com. https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/9789812813046_0002
- Jensen, P. E., & Leister, D. (2014). Chloroplast evolution, structure and functions. F1000Prime Reports, 6. https://doi.org/10.12703/p6-40
- Evidence for endosymbiosis. (2020). Berkeley.Edu. https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/_0_0/endosymbiosis_04