Η λειτουργία του χλωροπλάστη και ο ορισμός

Χλωροπλάστες είναι κυτταρικά οργανίδια που βρίσκονται μόνο στα κύτταρα των φυτών και των φυκών. Η λειτουργία των χλωροπλαστών είναι να παράγουν ενέργεια για το κύτταρο μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης. Οι χλωροπλάστες ενός κυττάρου είναι γεμάτοι με μια χρωστική ουσία που ονομάζεται χλωροφύλλη η οποία συλλαμβάνει την ενέργεια σε ορισμένα μήκη κύματος φωτός. Αυτή η χρωστική είναι επίσης που ευθύνεται για τα φυτά και τα φύκια να έχουν το πράσινο χρώμα τους.

Αυτός είναι ο βασικός ορισμός των χλωροπλαστών, αλλά θα ήταν χρήσιμο να τοποθετηθούν οι χλωροπλάστες στο πλαίσιο τους μέσα στο κύτταρο και να αναφερθούμε σε περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με το οργανίδιο.

Ο χλωροπλάστης σε ένα φυτικό κύτταρο έχει παρόμοια λειτουργία με το μιτοχόνδριο που βρίσκεται στα ζωικά κύτταρα, παρέχοντας στο κύτταρο ενέργεια. Επίσης, όπως το μιτοχόνδριο, οι χλωροπλάστες θεωρείται ότι έχουν εξελιχθεί από βακτήρια που κάποτε ζούσαν ελεύθερα. Οι χλωροπλάστες δημιουργούν ενέργεια για το κύτταρο μετατρέποντας την φωτεινή ενέργεια σε αποθηκευμένη ενέργεια. Η ενέργεια που προέρχεται από το ηλιακό φως συλλαμβάνεται από τους χλωροπλάστες και αποθηκεύεται είτε ως ζάχαρη είτε ως άλλα οργανικά μόρια, τα οποία το κύτταρο θα χρησιμοποιήσει ως τροφή.

Οι χλωροπλάστες έχουν χλωροφύλλη μέσα τους, και αυτό είναι που συλλαμβάνει τα μήκη κύματος του ηλιακού φωτός για να δημιουργήσει τριφωσφορική αδενοσίνη, ή ATP, η ενέργεια της μορφής που αποθηκεύεται μέσα στο κύτταρο. Η χλωροφύλλη και μια άλλη χρωστική ουσία γνωστή ως καροτενοειδή μπορούν επίσης να σχηματίσουν φωσφορικό δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης ή NADPH, το οποίο είναι υπεύθυνο για τη διεξαγωγή των εκλογών.

Η δεύτερη φάση της μετατροπής του φωτός σε αποθηκευμένη ενέργεια είναι γνωστή ως κύκλος Calvin, όπου τα ηλεκτρόνια που μεταφέρονται από το NAPDH χρησιμοποιούνται για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα σε ένα οργανικό μόριο - έναν υδατάνθρακα. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως στερέωση Co2. Τα οργανικά μόρια που δημιουργεί αυτή η διαδικασία αποθηκεύονται για μελλοντική χρήση ως ενέργεια.

Σχήμα και δομή του χλωροπλάστη

Οι χλωροπλάστες είναι οργανίδια ωοειδούς σχήματος με δύο μεμβράνες, παρόμοιες με τα μιτοχόνδρια. Η εσωτερική μεμβράνη των χλωροπλαστών αναφέρεται ως στομία και έχει μικρούς σάκους που ονομάζονται θυλακοειδή, που αυξάνουν την επιφάνεια του κυττάρου, όπως τα μιτοχόνδρια έχουν πτυχές που ονομάζονται cisternae που κάνουν το ίδιο. Τα θυκαλοειδή στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο σε αγγειακά φυτά, δημιουργώντας μια δομή που ονομάζεται κόκκο. Τα θυλακοειδή είναι αυτά που περιέχουν τα καροτενοειδή και τις χλωροφύλλες των χλωροπλαστών. Αυτές οι χρωστικές ουσίες λειτουργούν παράλληλα με άλλα μόρια για να σχηματίσουν συστήματα γνωστά ως φωτοσυστήματα.

Μια περιοχή των χλωροπλαστών που ονομάζεται στρώμα είναι υπεύθυνη για την παραγωγή των πολύπλοκων οργανικών μορίων που είναι γνωστά ως υδατάνθρακες. Το στρώμα περιέχει επίσης κομμάτια DNA και ριβοσώματα, κάτι που είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους οι χλωροπλάστες θεωρείται ότι έχουν εξελιχθεί από ελεύθερα βακτήρια. Η θεωρία ότι οι χλωροπλάστες ήταν κάποτε ελεύθερα ζωντανά κύτταρα ονομάζεται ενδοσυμβιωτική θεωρία και υποθέτει ότι τα κυανοβακτήρια που ήταν πρόδρομοι των χλωροπλαστών είχαν μια συμβιωτική σχέση με τα κύτταρα (δημιουργώντας ενέργεια για τα κύτταρα σε αντάλλαγμα για ένα ασφαλές περιβάλλον) και ότι τελικά εξελίχθηκαν σε μια μορφή που εξαρτιόταν από το υπόλοιπο φυτικό κύτταρο για να ζήσει. Όχι μόνο οι χλωροπλάστες έχουν το δικό τους DNA, αλλά και νέοι χλωροπλάστες δημιουργούνται επίσης μέσω της διαδικασίας της δυαδικής σχάσης, που είναι ο τρόπος με τον οποίο αναπαράγονται τα βακτήρια. Σε αντίθεση με τα μιτοχόνδρια, ωστόσο, οι χλωροπλάστες θεωρείται ότι έχουν εξελιχθεί από κυανοβακτήρια ενώ τα μιτοχόνδρια πιστεύεται ότι έχουν προέλθει από αερόβια βακτήρια.

Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης:

Η φωτοσυνθετική διαδικασία περιλαμβάνει τέσσερα διαφορετικά χημικά αντιδρώντα:γλυκόζη, οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Τα φυτά λαμβάνουν νερό και διοξείδιο του άνθρακα από το περιβάλλον και χρησιμοποιούν αυτά τα χημικά αντιδρώντα για να μετατρέψουν το ηλιακό φως σε ενέργεια. Ως υποπροϊόν της φωτοσυνθετικής διαδικασίας, τα φυτά εκπέμπουν οξυγόνο και δημιουργούν γλυκόζη. Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης είναι μέρος του κύκλου του άνθρακα και τα πράγματα που παράγουν τα φυτά - γλυκόζη και οξυγόνο - χρησιμοποιούνται από τα ζώα (που δεν μπορούν να φωτοσυνθέσουν) για να συντηρηθούν. Τα ζώα καταναλώνουν φυτά για να λάβουν τροφή και να αναπνεύσουν οξυγόνο, εκπέμποντας διοξείδιο του άνθρακα όταν αναπνέουν, το οποίο χρησιμοποιούν τα φυτά για να δημιουργήσουν περισσότερο οξυγόνο και γλυκόζη. Αυτό το σύστημα είναι υπεύθυνο για την οδήγηση της τεράστιας ποικιλίας ζωής που βλέπουμε εδώ στη Γη.

Ενώ οι χλωροπλάστες παίζουν βασικό ρόλο στην παροχή ενέργειας στα φυτικά κύτταρα, τα μιτοχόνδρια εκπληρώνουν αυτόν τον ρόλο στα ζωικά κύτταρα, παίρνοντας γλυκόζη και μετατρέπονται σε ATP.

Άλλα πλαστικά

Διαφορετικά φυτά είναι ικανά να απορροφούν διαφορετικά μήκη κύματος φωτός χρησιμοποιώντας διάφορες χρωστικές ουσίες. Ενώ τα περισσότερα φυτά είναι πράσινα, ο χρωματισμός που προκύπτει από τις χλωροφύλλες στους χλωροπλάστες του φυτού, υπάρχουν και άλλες χρωστικές ουσίες όπως τα καροτενοειδή και οι φυκοβιλίνες που απορροφούν διαφορετικά μέρη του φάσματος φωτός και αυτές οι άλλες χρωστικές δίνουν στα φυτά διάφορα χρώματα.

Τα καροτενοειδή έχουν κόκκινο, πορτοκαλί ή κίτρινο χρώμα και απορροφούν ζωντανά στα μπλε/πράσινα μήκη κύματος. Τα καροτενοειδή είναι ο τρόπος με τον οποίο τα καρότα αποκτούν το πορτοκαλί τους χρώμα. Αντίθετα, οι φυκοβιλίνες είναι είτε μπλε είτε κόκκινες και απορροφούν τα μήκη κύματος του φωτός έξω από το κόκκινο, το πορτοκαλί και το μπλε. Τα κόκκινα φύκια και τα κυανοβακτήρια είναι παραδείγματα οργανισμών που χρησιμοποιούν φυκοβιλίνες.

Άλλα μέρη του φυτικού κυττάρου

Ο χλωροπλάστης είναι μόνο ένα μέρος ενός φυτικού κυττάρου. Τα άλλα μέρη του φυτικού κυττάρου περιλαμβάνουν:

• Τοίχωμα κυττάρων
• Μεμβράνη πλάσματος
• Κυτταρόπλασμα και κυτταροσκελετός
• Πυρήνας
• Ενδοπλασματικό δίκτυο
• Σώμα Golgi
• Μιτοχόνδρια
• Περοξισώματα
• Ριβοσώματα
• Vacuoles

Το κυτταρικό τοίχωμα παρέχει προστασία στο κύτταρο και είναι αρκετά άκαμπτο για να στηρίξει το κύτταρο, αλλά διαπερατό, ώστε τα υλικά να μπορούν να μετακινούνται μέσα και έξω από το κύτταρο. Η πλασματική μεμβράνη περιέχει το περιεχόμενο του κυττάρου μέσα της, όπως το κυτταρόπλασμα, και είναι επίσης ημιπερατή. Το κυτταρόπλασμα αποτελείται από μια ουσία που μοιάζει με ζελατίνη που κρατά υλικά ζωτικής σημασίας για την επιβίωση του κυττάρου, όπως το αλάτι και τα ένζυμα. Ο πυρήνας είναι μερικές φορές ο «εγκέφαλος» του κυττάρου και ελέγχει την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή του κυττάρου. Το ενδοπλασματικό δίκτυο είναι υπεύθυνο για την παραγωγή και τη μεταφορά λιπιδίων σε όλο το κύτταρο.

Η συσκευή Golgi, ή το σώμα Golgi, είναι ένα οργανίδιο που χειρίζεται την παραγωγή και τη μεταφορά λιπιδίων και πρωτεϊνών σε άλλα μέρη του κυττάρου για χρήση. Τα μιτοχόνδρια αναφέρονται ως η «ηλεκτρική μονάδα» του κυττάρου επειδή εμπλέκονται στην παραγωγή ενέργειας και τα φυτά τα έχουν εκτός από χλωροπλάστες. Τα ριβοσώματα συνθέτουν πρωτεΐνες για το κύτταρο, ενώ τα κενοτόπια είναι δοχεία που μεταφέρουν, αποτοξινώνουν και προστατεύουν το κύτταρο.