کلروپلاست چیست؟ – به زبان ساده
کلروپلاست چیست؟
منشا کلروپلاست
مانند میتوکندری‌ها، برای کلروپلاست‌ها نیز نظریه درون همزیستی یا اندوسیمبیوتیک (EndoSymbiosis) صادق است. بر طبق این نظریه یوکاریوت‌ها یا سلول‌های هسته‌دار از سلول‌های پروکاریوتی یا بدون هسته منشا گرفته‌اند به طوری که براساس این نظریه میکروارگانیسم‌های یوکاریوتی با خوردن (اندوسیتوز) سلول‌های پروکاریوت مانند باکتری‌ها به سلول‌هایی واجد اندامک تبدیل شده‌اند.
با توجه به نظریه درون همزیستی، کلروپلاست‌ها در واقع سیانوباکتری‌های فتوسنتزکننده‌ای بودند که توسط سلول‌های یوکاریوتی بلعیده شدند و به عنوان اندامک‌های این سلول‌ها به زندگی خود ادامه داده‌اند. بنابراین، نظریه EndoSymbiosis بیان می‌کند که کلروپلاست‌ها و میتوکندری‌ها (اندامک‌های تولید کننده انرژی در سلول‌های یوکاریوتی) از چنین ارگانیسم‌هایی به سلول‌های یوکاریوتی کنونی منتقل شده‌اند.
تنها تفاوتی که بین منشا این دو اندامک وجود دارد، این است که کلروپلاست‌ها از سیانوباکترها تکامل یافته‌اند، در حالی که میتوکندری‌ها با تکامل باکتری‌های هوازی به وجود آمده‌اند. (میتوکندری نمی‌تواند فتوسنتز کند و فرایند تنفس سلولی به جای آن در این اندامک انجام می‌گیرد.)
ساختار کلروپلاست‌ها شبیه به سیانوباکترها است. هر دو دارای غشای دوتایی، DNA حلقوی، ریبوزوم‌ها و تیلاکوئیدها هستند. اعتقاد بر این است که اکثر کلروپلاست‌ها از یک جد مشترک ایجاد شده‌اند که بین 600 تا 1600 میلیون سال پیش، سیانوباکترها را ساخته‌اند.
ویژگی‌های کلروپلاست
عملکرد این رنگدانه‌ها جذب انرژی نور است. در گیاهان، کلروپلاست‌ها در تمام بافت‌های سبز وجود دارند، با این حال بیشترین میزان کلروپلاست‌ها در سلول‌های پارانشیم مزوفیل برگ متمرکز شده‌اند. کلروپلاست‌ها اندامک‌هایی هستند که در رشد و بقای سلول‌های گیاهی و جلبک‌های سبز بسیار اهمیت دارند. در واقع کلروپلاست‌ها به عنوان صفحات خورشیدی عمل کرده و انرژی خورشید را به شکل قابل استفاده برای گیاه در می‌آورند.
گیاه رافلزیا در طول تکامل به دلیل اینکه از گیاهان دیگر تغذیه می‌کرده به کلروپلاست و به تبع آن به ژن‌های موبوط به آن نیاز نداشته است به همین دلیل به تدریج کلروپلاست خود را از دست داده است. رافلزیا در تمام زمین به عنوان تنها گیاه فاقد کلروپلاست محسوب می‌شوند.
ساختمان کلروپلاست
کلروپلاست‌ها تقریبا 1 تا 2 میکرومتر (1 میکرومتر = 0.001 میلی‌متر) ضخامت و 5 - 7 میکرومتر قطر دارند. آن‌ها در یک پاکت کلروپلاست محصور شده‌اند، این پاکت کلروپلاست به ۴ قسمت تقسیم می‌شود که شامل موارد زیر است:
- غشای خارجی: این غشا به عنوان لایه بیرونی کلروپلاست‌ها محسوب می‌شود و از جنس غشاهای سلولی است که فضای درونی کلروپلاست را از سیتوپلاسم سلول جدا می‌کند. این غشا فاقد ریبوزوم است.
- غشای درونی: این غشا نیز مشابه غشای خارجی است و فضای درون غشای داخلی کلروپلاست را از فضای بین دو غشا جدا می‌کند.
- فضای بین دو غشا: بین دو غشای خارجی و درونی کلروپلاست فضایی وجود دارد که مایعی آن را پر کرده است. این مایع از آب و ترکیبات آلی تشکیل می‌شود، به این ناحیه، فضای بین غشایی می‌گویند.
- فضای درون غشای داخلی: در لایه درونی کلروپلاست، غشایی داخلی یا سومی وجود دارد. این غشا دارای پیچ خوردگی‌های فراوانی است و با حضور دیسک‌های کیسه مانندی به نام «تیلاکوئیدها» (Thylakoids) شناخته می‌شود. در واقع این غشای چین خورده، غشای تیلاکوئیدها هستند.
در بیشتر گیاهان بلند، تیلاکوئیدها به شکل دیسک‌های به هم پیوسته‌ای به نام گرانول‌ها یا «گرانوم» (Grana) دسته‌بندی شده‌اند. گرانول‌ها توسط بخش‌هایی از جنس غشا به نام «لاملا‌های استرومایی» (Stromal Lamellae) با یک دیگر در ارتباط هستند. درون فضای تیلاکوئیدها یک منطقه آبی معروف به «لومن» (Lumen) وجود دارد. فضای بین تیلاکوئیدها و غشای داخلی کلروپلاست از مایعی به نام «استروما» (Stroma) پر شده است. استروما ماتریسی شامل آنزیم‌های محلول، گرانول‌های نشاسته‌ای و نسخه‌هایی از ژنوم کلروپلاست است.
سازوکارهای فتوسنتزی کلروپلاست
فتوسنتز فرایندی است که انرژی نورانی را به انرژی ذخیره شده در قند و سایر مولکول‌های آلی تبدیل می‌کند که به عنوان مواد غذایی به مصرف سلول‌های گیاه می‌رسد. فتوسنتز دو مرحله دارد. در مرحله اول واکنش‌های وابسته به نور رخ می‌دهند.
در این مرحله نور خورشید توسط رنگدانه‌های کلروفیل ۲ و کارتنوئیدها به دام می‌افتد و از این انرژی برای تولید آدنوزین تری فسفات (واحد ذخیره انرژی در سلول) و نیکوتین آمید آدنین دی‌نوکلئوتید فسفات (NADPH) که حمل کننده الکترون‌ها در طول واکنش‌های انتقال الکترون است، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تمام واکنش‌های وابسته نور فتوسنتز در تیلاکوئید کلروپلاست‌ها انجام می‌گیرد. هنگامی که نور خورشید به تیلاکوئیدها برخورد می‌کند، انرژی نور، رنگدانه‌های کلروفیل را تحریک کرده و باعث می‌شود تا این کلروفیل‌ها، الکترون‌های خود را رها کنند. سپس این الکترون‌ها وارد زنجیره انتقال الکترون می‌شوند، واکنش‌های زنجیره الکترون یک سری از واکنش‌ها هستند که در نهایت منجر به فسفوریلاسیون آدنوزین دی فسفات (ADP) شده و آن را تبدیل به ترکیبی غنی از انرژی (جهت ذخیره سازی در سلول) به نام ATP می‌کنند. نقل و انتقال الكترونی، محصول دیگری نیز به همراه دارد، NADPH ترکیب کاهنده‌ای است که در واکنش‌های حیاتی بدن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در واکنش‌های مرحله تاریکی فتوسنتز، دی اکسید کربن و آب برای تولید ترکیبات آلی با یکدیگر ترکیب می‌شوند. واکنش‌های مستقل از نور فتوسنتز در بخش استرومای کلروپلاست انجام می‌شوند که حاوی آنزیم ریبولوز-1،5-بیس فسفات کربوکسیلاز / اکسیژناز یا آنزیم روبیسکو (Rubisco) است. روبیسکو اولین مرحله تثبیت کربن در چرخه کالوین (که به آن چرخه کالوین- بنسون نیز گفته می شود) را کاتالیز می‌کند. چرخه کالوین مسیر اصلی انتقال کربن در گیاهان به شمار می‌آید.
در گیاهانی که از متابولیسم اسید کراسولاسه (Crassulacean) یا (CAM) استفاده می‌کنند، کربوکسیلاسیون PEP و چرخه کالوین به طور موقت در کلروپلاست‌ها از لحاظ زمانی از هم جدا می‌شوند که حالت اول در شب و دومی در طول روز انجام می‌شود. مسیر CAM به گیاهان اجازه می‌دهد تا فتوسنتز را با حداقل تلفات آب انجام دهند. این مسیر در گیاهان موجود در مناطق گرمسیری مانند کاکتوس‌ها دیده می‌شود.
ژنوم کلروپلاست و انتقال غشایی
ژنوم کلروپلاست به طور معمول حلقوی است (هر چند اشکال خطی نیز در آن مشاهده شده است) و این ژنوم تقریباً 120 - 200 کیلو باز طول دارد. با این حال، ژنوم کلروپلاست‌های امروزی از نظر اندازه بسیار کاهش یافته‌اند. این کاهش در طول تکامل، به دلیل افزایش انتقال ژن‌های کلروپلاست به ژنوم هسته‌ای در سلول‌ها اتفاق افتاده است.
در نتیجه پروتئین‌های رمزگذاری شده توسط DNA هسته‌ای برای عملکرد کلروپلاست ضروری هستند. از آن جایی که غشای بیرونی کلروپلاست مانند سایر غشاهای سلولی فقط در برابر مولکول‌های کوچک قابل نفوذ هستند، غشای بیرونی کلروپلاست دارای کانال‌های بین غشایی است که بتوانند مولکول‌های بزرگتر از جمله پروتئین‌های رمزگذاری شده هسته‌ای را از غشا عبور دهند.
نقل و انتقال از طریق غشای داخلی بسیار محدودتر است به طوری که حمل و نقل پروتئین‌های خاصی (به عنوان مثال پروتئین‌های رمزگذاری شده هسته‌ای) از طریق غشای داخلی انجام نمی‌گیرد، به همین دلیل پروتئین‌های مورد نیاز برای فعالیت‌های کلروپلاست در فضای غشای درونی از طریق کانال‌های بین غشایی اختصاصی موجود در غشای درونی جابجا می‌شوند.
اگر این مطلب برای شما مفید بود، آموزش‌ها و مطلب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شود:
مطالب مجله فرادرس را در جستجوی گوگل سریع‌تر ببینید
سلام چرا تکثیر کلروپلاست مستقل از چرخه هست خیلی باگ زهنیه برام !!!!!!!!!!!!
سلام
غشای داخی کلروپلاست صافه؟
سلام و وقت بخیر؛
بله. غشای کلروپلاست که تنها را عبور یون‌ها و متابولیت‌ها از آن ناقل‌های غشایی است. این غشا اطراف استروما و تیلاکوئیدها قرار گرفته است و محل سنتز اسیدهای چرب، لیپیدها و کاروتنوئیدها است.
با تشکر از همراهی شما با مجله فرادرس
سلام چه گیاهانی دارای کلروپلاست هستند
عموم گیاهان کلروپلاست دارند و فتوسنتز می کنند و حتی اکثر گیاهان گوشت خوار هم در کنار تامین مواد از طریق موجودات دیگر فتوسنتز هم می کنند اما شاید اندک گیاهانی هم باشند که اصلا کلروپلاست نداشته باشند.