Ciri-ciri, Struktur dan Fungsi Thilacoids



The thylakoids mereka adalah petak dalam bentuk kantung rata yang terletak di dalam kloroplas di sel tumbuhan tumbuhan, dalam cyanobacteria dan alga. Mereka biasanya dianjurkan dalam struktur yang dipanggil grana-plural granum- dan ia kelihatan seperti timbunan syiling.

Thilacoids dianggap sistem membran ketiga kloroplas, selain membran dalaman dan luaran organelle tersebut. Membran struktur ini memisahkan bahagian dalam thylakoid dari stroma chloroplast, dan mempunyai serangkaian pigmen dan protein yang terlibat dalam laluan metabolik..

Dalam tindak balas biokimia thylakoids adalah penting untuk fotosintesis, suatu proses di mana tumbuhan mengambil cahaya matahari dan mengubahnya menjadi karbohidrat. Khususnya, mereka mempunyai jentera yang diperlukan untuk membran mereka untuk menjalankan fasa yang bergantung kepada cahaya matahari, di mana cahaya terperangkap dan diubah menjadi tenaga (ATP) dan NADPH.

Indeks

  • 1 Ciri umum
  • 2 Struktur
    • 2.1 membran Thylakoid
    • 2.2 Komposisi lipid membran
    • 2.3 komposisi protein membran
    • 2.4 Lumen dari thylakoid
  • 3 Fungsi
    • 3.1 Peringkat fotosintesis
    • 3.2 Tahap bergantung kepada cahaya
    • 3.3 Photophosphorylation
  • 4 Evolusi
  • 5 Rujukan

Ciri umum

Thilacoids adalah sistem membran tiga dimensi dalaman kloroplas. Kloroplas penuh dewasa mempunyai 40 hingga 60 biji-bijian yang disusun, dengan diameter antara 0.3 dan 0.6μm.

Bilangan thylakoids yang membentuk granat bervariasi: dari kurang daripada 10 karung dalam tumbuhan yang terdedah kepada cahaya matahari yang mencukupi, kepada lebih daripada 100 thylakoids di tumbuh-tumbuhan yang hidup dalam persekitaran dengan naungan melampau.

Thylakoid yang disusun disambungkan kepada satu sama lain membentuk petak berterusan dalam chloroplast. Bahagian dalaman thylakoid adalah petak yang luas di dalamnya.

Membran thylakoids adalah sangat diperlukan untuk fotosintesis, kerana peringkat pertama proses berlaku di sana.

Struktur

Thylakoids adalah struktur yang menguasai dalam kloroplas sepenuhnya matang. Jika kloroplas digambarkan dalam mikroskop optikal tradisional, sesetengah spesies bijirin boleh diperhatikan.

Ini adalah tumpuan thylakoid; Oleh itu, pemerhati pertama struktur ini memanggil mereka "grana".

Dengan bantuan mikroskop elektron, imej dapat diperbesar dan disimpulkan bahawa sifat bijirin ini sebenarnya disusun thylakoids.

Pembentukan dan struktur membran thylakoid bergantung kepada pembentukan kloroplas dari plastid yang belum dibezakan, yang dikenali sebagai protoplastidium. Kehadiran cahaya merangsang penukaran kepada kloroplas, dan kemudian pembentukan thylakoids yang ditumpuk.

Membran Thylakoid

Dalam kloroplas dan sianobakteria, membran thylakoid tidak bersentuhan dengan bahagian dalam membran plasma. Walau bagaimanapun, pembentukan membakar thylakoid bermula dengan penyebaran membran dalaman.

Dalam cyanobacteria dan spesies alga tertentu, thylakoids dibentuk oleh lapisan tunggal lamellae. Sebaliknya, terdapat sistem yang lebih kompleks yang terdapat dalam kloroplas matang.

Dalam kumpulan terakhir ini, dua bahagian penting boleh dibezakan: grana dan lamella stroma. Yang pertama terdiri daripada cakera kecil yang disusun dan yang kedua bertanggungjawab untuk menghubungkan susunan ini dengan satu sama lain, membentuk struktur yang berterusan: lumen thylakoid.

Komposisi lipid membran

Lipid membentuk membran adalah sangat khusus dan terdiri daripada hampir 80% galactosyl diacylglycerol: diacylglycerol dan digalactosyl diacylglycerol monogalactosyl. Galactolipid ini mempunyai rantai tak tepu yang tinggi, tipikal thylakoids.

Dengan cara yang sama, membran thylakoid mengandungi lipid, seperti fosfatidilgliserol, dalam bahagian yang lebih rendah. Lipid yang disebutkan tidak diagihkan secara homogen dalam kedua-dua lapisan membran; terdapat tahap asimetri tertentu yang kelihatan menyumbang kepada fungsi struktur.

Komposisi protin membran

Photosystem I dan II adalah komponen protein yang dominan dalam membran ini. Mereka dijumpai dikaitkan dengan kompleks cytochrome b6F dan synthetase ATP.

Telah didapati bahawa kebanyakan elemen fotosistem II terletak pada membran grana yang disusun, sedangkan fotosistem I terletak kebanyakannya dalam membran thylakoid yang tidak disusun. Iaitu, terdapat pemisahan fizikal antara kedua-dua sistem fotografi.

Kompleks ini termasuk protein membran integral, protein periferal, cofactor dan pelbagai pigmen.

Lumen dari thylakoid

Bahagian dalaman thylakoid terdiri daripada bahan berair dan tebal, yang komposisinya berbeza daripada stromanya. Ia mengambil bahagian dalam photophosphorylation, menyimpan proton yang akan menghasilkan daya proton-motor untuk sintesis ATP. Dalam proses ini, pH lumen boleh mencapai 4.

Dalam proteome lumen model organisma Arabidopsis thaliana Lebih daripada 80 protein telah dikenalpasti, tetapi fungsi mereka tidak dapat dijelaskan sepenuhnya.

Protein lumen terlibat dalam peraturan biogenesis tilakoid dan aktiviti dan perolehan protein membentuk kompleks fotosintesis, terutama fotosistem II dan NAD (P) H deshidrogensa.

Fungsi

Proses fotosintesis, penting untuk sayur-sayuran, bermula di thylakoids. Membran yang membatasinya dengan stroma kloroplas mempunyai semua jentera enzim yang diperlukan untuk tindak balas fotosintesis berlaku.

Tahap fotosintesis

Fotosintesis boleh dibahagikan kepada dua peringkat utama: tindak balas cahaya dan tindak balas gelap.

Seperti namanya, reaksi yang dimiliki oleh kumpulan pertama hanya boleh diteruskan dengan kehadiran cahaya, sementara yang dalam kumpulan kedua boleh timbul dengan atau tanpa itu. Perhatikan bahawa tidak perlu untuk persekitaran menjadi "gelap", ia hanya bebas daripada cahaya.

Kumpulan pertama tindak balas, "luminik", berlaku di thylakoid dan boleh diringkaskan seperti berikut: cahaya + klorofil + 12 H2O + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi à 6 O2 + 12 NADPH + 18 ATP.

Kumpulan kedua tindak balas berlaku di stroma kloroplas dan mengambil ATP dan NADPH disintesis pada peringkat pertama untuk mengurangkan karbon dari karbon dioksida menjadi glukosa (C6H12O6). Tahap kedua dapat diringkaskan seperti berikut: 12 NADPH + 18 ATP + 6 CO2 à C6H12O6 + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi + 6 H2O.

Peringkat tergantung pada cahaya

Reaksi cahaya melibatkan satu siri struktur yang dikenali sebagai fotosistem, yang terdapat dalam membran thylakoid dan mengandungi kira-kira 300 molekul pigmen, termasuk klorofil..

Terdapat dua jenis sistem fotografi: yang pertama mempunyai puncak maksimum penyerapan cahaya 700 nanometer dan dikenali sebagai P700, manakala yang kedua dipanggil P680. Kedua-duanya digabungkan ke dalam membran thylakoid.

Proses ini bermula apabila salah satu pigmen menyerap foton dan ini "melantun" ke pigmen lain. Apabila molekul klorofil menyerap cahaya, satu elektron melompat dan molekul lain menyerapnya. Molekul yang kehilangan elektron kini teroksidasi dan mempunyai caj negatif.

P680 perangkap tenaga cahaya dari klorofil a. Dalam sistem fotografi ini, elektron dibuang ke dalam sistem tenaga yang lebih tinggi kepada penerima elektron utama.

Elektron ini jatuh ke sistem fotografi I, melalui rantai pengangkutan elektron. Sistem pengoksidaan dan pengurangan ini bertanggungjawab untuk memindahkan proton dan elektron dari satu molekul ke yang lain.

Dengan kata lain, terdapat aliran elektron dari air ke fotosistem II, fotosistem I dan NADPH.

Photophosphorylation

Sebahagian daripada proton yang dihasilkan oleh sistem tindak balas ini terletak di dalam thylakoid (juga dipanggil cahaya thyloid), mewujudkan kecerunan kimia yang menghasilkan daya proton-motor.

Proton bergerak dari ruang thylakoid ke stroma, dengan baik mengikuti kecerunan elektrokimia; iaitu, mereka meninggalkan thylakoid.

Walau bagaimanapun, laluan proton tidak di mana-mana di dalam membran, mereka mesti berbuat demikian melalui sistem enzim kompleks yang dipanggil ATP synthetase.

Pergerakan proton terhadap stroma menyebabkan pembentukan ATP bermula dari ADP, proses yang sama dengan yang terjadi di mitokondria. Sintesis ATP menggunakan cahaya dipanggil photophosphorylation.

Tahap-tahap yang disebutkan ini berlaku serentak: klorofil dalam fotosistem II kehilangan elektron dan mesti menggantikannya dengan elektron yang datang dari pecah molekul air; fotosistem yang saya perangkap cahaya, mengoksidakan dan melepaskan elektron yang terperangkap oleh NADP+.

Elektron fotosistem yang hilang saya diganti dengan yang dihasilkan dari fotosistem II. Sebatian-sebatian ini akan digunakan dalam reaksi penetapan karbon seterusnya, dalam kitaran Calvin.

Evolusi

Evolusi fotosintesis sebagai proses pembebasan oksigen membolehkan kehidupan seperti yang kita tahu.

Adalah dicadangkan bahawa fotosintesis berkembang beberapa bilion tahun yang lalu dalam nenek moyang yang menimbulkan cyanobacteria semasa, dari kompleks fotosintesis anoksik.

Adalah dicadangkan bahawa evolusi fotosintesis diiringi oleh dua peristiwa penting: penciptaan sistem fotografi P680 dan genesis sistem membran dalaman, tanpa sambungan ke membran sel.

Terdapat protein yang dipanggil Vipp1 penting untuk pembentukan thylakoids. Sesungguhnya protein ini terdapat dalam tumbuh-tumbuhan, alga dan cyanobacteria, tetapi tidak terdapat dalam bakteria yang melakukan fotosintesis anoksik.

Adalah dipercayai bahawa gen ini boleh berasal dari pertindihan gen dalam leluhur mungkin cyanobacteria. Terdapat hanya satu kes cyanobacteria yang mampu fotosintesis dengan oksigen dan tidak mempunyai thylakoids: spesies Gloeobacter violaceus.

Rujukan

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokimia Edisi ke-5. New York: W H Freeman. Ringkasan Boleh didapati di: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Cooper, G.M. (2000). Sel: Pendekatan Molekul. Edisi ke-2. Sunderland (MA): Sinauer Associates. Fotosintesis. Boleh didapati di: ncbi.nlm.nih.gov
  3. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Jemputan kepada Biologi. Ed. Panamericana Medical.
  4. Järvi, S., Gollan, P. J., & Aro, E. M. (2013). Memahami peranan lumen thylakoid dalam peraturan fotosintesis. Hadapan dalam sains tumbuhan, 4, 434.
  5. Staehelin, L. A. (2003). Struktur kloroplas: dari granul klorofil ke seni bina supra-molekul membran thylakoid. Penyelidikan Photosynthesis, 76(1-3), 185-196.
  6. Taiz, L., & Zeiger, E. (2007). Fisiologi tumbuhan. Universitat Jaume I.
  7. Vothknecht, U. C., & Westhoff, P. (2001). Biogenesis dan asal membran thylakoid. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) -Melombang Sel Penyelidikan, 1541(1-2), 91-101.