کلروپلاست ها ساختارهای غشایی هستند که در آنها فتوسنتز انجام می شود. این فرآیند در گیاهان عالی و سیانوباکتری ها به سیاره اجازه داد تا با استفاده از دی اکسید کربن و دوباره سازی غلظت اکسیژن، توانایی حفظ حیات را حفظ کند. خود فتوسنتز در ساختارهایی مانند تیلاکوئیدها انجام می شود. اینها «مدول‌های» غشایی کلروپلاست هستند که در آنها انتقال پروتون، فوتولیز آب، سنتز گلوکز و ATP انجام می‌شود.
ساختار کلروپلاست های گیاهی
کلروپلاست ها ساختارهای دو غشایی نامیده می شوند که در سیتوپلاسم سلول های گیاهی و کلامیدوموناس قرار دارند. در مقابل، سلول‌های سیانوباکتری فتوسنتز را در تیلاکوئیدها انجام می‌دهند، نه در کلروپلاست. این نمونه ای از یک ارگانیسم توسعه نیافته است که می تواند تغذیه خود را از طریق آنزیم های فتوسنتز واقع در برجستگی های سیتوپلاسم تامین کند.
کلروپلاست با توجه به ساختارش یک اندامک دو غشایی به شکل حباب است. آنها به تعداد زیاد در سلول های گیاهان فتوسنتزی قرار دارند و فقط در مورد رشد می کنندتماس با نور ماوراء بنفش داخل کلروپلاست استرومای مایع آن قرار دارد. در ترکیب آن شبیه هیالوپلاسم است و از 85 درصد آب تشکیل شده است که در آن الکترولیت ها حل شده و پروتئین ها معلق هستند. استرومای کلروپلاست ها حاوی تیلاکوئیدها هستند، ساختارهایی که در آن فازهای روشن و تاریک فتوسنتز به طور مستقیم انجام می شود.
دستگاه ارثی کلروپلاست
در کنار تیلاکوئیدها گرانول هایی با نشاسته وجود دارد که محصول پلیمریزاسیون گلوکز به دست آمده در نتیجه فتوسنتز است. آزادانه در استروما DNA پلاستید همراه با ریبوزوم های پراکنده وجود دارد. چندین مولکول DNA می تواند وجود داشته باشد. آنها به همراه دستگاه بیوسنتزی مسئول بازیابی ساختار کلروپلاست هستند. این بدون استفاده از اطلاعات ارثی هسته سلول اتفاق می افتد. این پدیده همچنین امکان قضاوت در مورد امکان رشد و تولید مثل مستقل کلروپلاست ها را در مورد تقسیم سلولی ممکن می سازد. بنابراین، کلروپلاست ها، از برخی جهات، به هسته سلول وابسته نیستند و به عنوان یک موجود زنده توسعه نیافته همزیست هستند.
ساختار تیلاکوئیدها
تیلاکوئیدها ساختارهای غشایی دیسکی هستند که در استرومای کلروپلاست ها قرار دارند. در سیانوباکتری ها، آنها به طور کامل در داخل غشای سیتوپلاسمی قرار دارند، زیرا آنها کلروپلاست مستقل ندارند. دو نوع تیلاکوئید وجود دارد: اولی تیلاکوئید با لومن و دومی لایه ای است. تیلاکوئید با لومن قطر کمتری دارد و یک دیسک است. چندین تیلاکوئید که به صورت عمودی مرتب شده اند یک گرانا را تشکیل می دهند.
تیلاکوئیدهای لایه ای صفحات پهنی هستند که لومن ندارند. اما آنها سکویی هستند که چندین دانه به آن وصل شده اند. در آنها، فتوسنتز عملا اتفاق نمی افتد، زیرا آنها برای تشکیل یک ساختار قوی که در برابر آسیب مکانیکی به سلول مقاوم است، مورد نیاز هستند. در مجموع، کلروپلاست ها می توانند حاوی 10 تا 100 تیلاکوئید با لومنی باشند که قادر به فتوسنتز هستند. خود تیلاکوئیدها ساختارهای عنصری مسئول فتوسنتز هستند.
نقش تیلاکوئیدها در فتوسنتز
مهمترین واکنشهای فتوسنتز در تیلاکوئیدها انجام می شود. اولین مورد، تقسیم فتولیز مولکول آب و سنتز اکسیژن است. دومی گذر یک پروتون از طریق غشاء از طریق کمپلکس مولکولی سیتوکروم b6f و زنجیره انتقال الکتریکی است. همچنین در تیلاکوئیدها، سنتز مولکول پرانرژی ATP صورت می گیرد. این فرآیند با استفاده از یک گرادیان پروتون که بین غشای تیلاکوئید و استرومای کلروپلاست ایجاد شده است، رخ می دهد. این بدان معنی است که عملکرد تیلاکوئیدها امکان تحقق کل فاز نوری فتوسنتز را فراهم می کند.
فاز نور فتوسنتز
شرط لازم برای وجود فتوسنتز، توانایی ایجاد پتانسیل غشایی است. این از طریق انتقال الکترون ها و پروتون ها به دست می آید که به دلیل آن یک گرادیان H + ایجاد می شود که 1000 برابر بیشتر از غشاهای میتوکندری است. گرفتن الکترون و پروتون از مولکول های آب برای ایجاد پتانسیل الکتروشیمیایی در یک سلول سودمندتر است. تحت تأثیر یک فوتون فرابنفش بر روی غشاهای تیلاکوئید، این در دسترس می شود. یک الکترون از یک مولکول آب کوبیده می شود کهبار مثبت به دست می آورد و بنابراین برای خنثی کردن آن باید یک پروتون رها کرد. در نتیجه، 4 مولکول آب به الکترون ها، پروتون ها تجزیه می شوند و اکسیژن تشکیل می دهند.
زنجیره فرآیندهای فتوسنتز
پس از فتولیز آب، غشا دوباره شارژ می شود. تیلاکوئیدها ساختارهایی هستند که می توانند در طول انتقال پروتون دارای pH اسیدی باشند. در این زمان، pH در استرومای کلروپلاست کمی قلیایی است. این یک پتانسیل الکتروشیمیایی ایجاد می کند که سنتز ATP را ممکن می کند. مولکول های آدنوزین تری فسفات بعداً برای نیازهای انرژی و فاز تاریک فتوسنتز استفاده خواهند شد. به طور خاص، ATP توسط سلول برای استفاده از دی اکسید کربن استفاده می شود که با تراکم و سنتز مولکول های گلوکز بر اساس آنها حاصل می شود.
در فاز تاریک، NADP-H+ به NADP کاهش می یابد. در کل، سنتز یک مولکول گلوکز به 18 مولکول ATP، 6 مولکول دی اکسید کربن و 24 پروتون هیدروژن نیاز دارد. این نیاز به فوتولیز 24 مولکول آب برای استفاده از 6 مولکول دی اکسید کربن دارد. این فرآیند به شما امکان می دهد 6 مولکول اکسیژن آزاد کنید که بعداً توسط سایر موجودات برای نیازهای انرژی خود استفاده می شود. در عین حال، تیلاکوئیدها (در زیست‌شناسی) نمونه‌ای از ساختار غشایی هستند که امکان استفاده از انرژی خورشیدی و پتانسیل گذر غشایی با گرادیان pH را برای تبدیل آنها به انرژی پیوندهای شیمیایی فراهم می‌کند.
