Kloroplaster er plantecellerne, der producerer energi

Du kender solen, ret? Det er den kæmpe kugle med brændende gas, der udsender så meget energi, at den driver enhver organisme på jorden, starter med vores grønne venner, planterne. Solen afgiver al mulig elektromagnetisk stråling, og planter bruger den energi, der dukker op i form af synligt lys for at opnå det vilde, magisk tilsyneladende fotosynteseproces.

Fotosyntese er ikke magisk, dog - det er bare det seje kemiske håndværk af disse små cellulære strukturer kaldet chloroplaster, en type organelle, der kun findes i planter og eukaryote alger (eukaryote midler, der besidder en klart defineret kerne), der fanger sollys og omdanner denne energi til mad til planten.

Kloroplaster udviklet sig fra gamle bakterier

Kloroplaster virker meget som mitokondrier, en anden type organelle, der findes i eukaryote celler, der er ansvarlige for energiproduktion, hvilket ikke er overraskende, da begge udviklede sig, da en for længe siden bakterier blev indhyllet-men ikke fordøjet af! - en større bakterie. Det resulterede i et slags tvunget samarbejde mellem to organismer, som vi nu forklarer gennem lidt noget, der kaldes "endosymbiont -hypotesen." Både kloroplaster og mitokondrier formerer sig uafhængigt af resten af ​​cellen og har deres eget DNA.

Kloroplaster kan findes i enhver grøn del af planten, og er dybest set en pose i en pose (hvilket betyder, at der er en dobbelt membran), som indeholder mange små små poser (strukturer kaldet thylakoider), der indeholder et lysabsorberende pigment kaldet klorofyl, suspenderet i noget væske (kaldet stroma).

Nøglen til en kloroplasts fotosyntetiske magi er i dets membraner. Fordi en kloroplast startede for længe siden som en uafhængig bakterie med sin egen cellemembran, disse organeller har to cellemembraner:Den ydre membran er tilovers fra cellen, der omsluttede bakterien, og den indre membran er bakteriens originale membran. Tænk på den ydre membran som indpakningspapir på en gave og den indre membran som æsken, legetøjet kom oprindeligt i. Det vigtigste rum for fotosyntese er det mellem indersiden af ​​kassen og legetøjet - thylakoiderne.

Kloroplaster kører på gradienter, Ligesom batterier

Den dobbelte membran i en kloroplast skaber to skillevægge med fire forskellige rum - rummet uden for cellen; cytoplasma inde i cellen; stroma inde i kloroplasten men uden for thylakoid (alias rummet mellem de indre og ydre membraner, indpakningspapiret og æsken); og thylakoidrummet - dybest set inde i den originale bakterie. Thylakoiderne selv er bare små stakke poser dækket i membraner - defineret af deres membraner, faktisk. Disse membraner er skillevægge, der ikke lader tingene bare krydse mellem rum, vilde-nilly, tillader kloroplasten at lagre elektrisk ladede partikler i bestemte områder og flytte dem fra et rum til et andet gennem bestemte kanaler.

"Sådan fungerer batterier, "siger Brandon Jackson, lektor i Institut for Biologiske og Miljøvidenskab ved Longwood University i Farmville, Virginia. "Det tager energi at sætte en masse negative elektroner i den ene ende af batteriet, og en masse positive afgifter på den anden. Hvis du forbinder de to ender med en ledning, elektronerne vil VIRKELIG strømme ned for at flade den elektrokemiske gradient mellem dem. De vil flyde så meget, at hvis du lægger noget langs den ledning som en pære, en motor eller en computerchip, de vil skubbe sig igennem og gøre sig nyttige, når de bevæger sig. Hvis de ikke gør noget nyttigt, bevægelsen frigiver stadig energi, men lige så varme. "

Ifølge Jackson, for at lave et batteri i en plantecelle, der skal være en energikilde og nogle skillevægge for at skabe og vedligeholde gradienter. Hvis gradienten får lov til at flade, noget af den energi, der blev brugt til at skabe den, undslipper. Så, for kloroplastbatteriet, en elektrokemisk gradient dannes, når planten optager energi fra solen, og membranerne, der dækker thylakoiderne, fungerer som skillevægge mellem forskellige koncentrationer af hydrogenioner (protoner), der er blevet revet af nogle vandmolekyler.

Følg energien

Der sker meget kemi inde i en kloroplast, men resultatet af kemien er omdannelsen af ​​sollys til lagret energi - dybest set oprettelsen af ​​et batteri.

Så, lad os følge energien:

Solen skinner på et blad. At solenergi ophidser elektroner inde i vandmolekyler i bladet, og fordi ophidsede elektroner hopper meget rundt, hydrogen- og iltatomerne i vandmolekylerne brydes fra hinanden, lancering af disse ophidsede elektroner i den første fase af fotosyntesen - et konglomeration af enzymer, proteiner og pigmenter kaldet fotosystem II, som nedbryder vand, producerer brintioner (protoner, der vil blive brugt i batteriet og iltgas, der flyder ud i luften som planteaffald).

Disse elektriske elektroner sendes videre til nogle andre membranbundne proteiner, der bruger den energi til at drive ionpumper, der eskorterer hydrogenionerne fra rummet mellem membranerne og ind i thylakoidrummet, hvor alle de lysafhængige reaktioner ved fotosyntese forekommer. Fotosystemer og elektronpumper dækker overfladerne af thylakoidmembranerne, pumpe brintioner fra stroma (væskerummet mellem thylakoid og den indre membran) ind i stakke og stakke af thylakoid poser - og disse ioner virkelig ønsker at komme ud af disse thylakoider, hvilket er det, der skaber den elektrokemiske gradient. På denne måde bliver lysenergi - det der skinner på dit ansigt, når du går udenfor - konverteret til en slags batteri, som dem, der driver dine trådløse ørepropper.

På dette tidspunkt, fotosystem jeg overtager, som sørger for midlertidig lagring af den energi, der genereres af batteriet. Nu hvor elektronen har fået lov til at bevæge sig langs gradienten, det er meget mere afslappet, så det absorberer noget lys for at genoplive det, og sender den energi videre til et specielt enzym, der bruger den, selve elektronen, og en ekstra proton til at lave NADPH, som er et energibærende molekyle, der giver kortsigtet opbevaring af kemisk energi, der senere vil blive brugt til at lave glukose.

På dette tidspunkt, lysenergien er nu to steder:Den er lagret i NADPH og som den elektrokemiske gradient af forskellen i hydrogenionkoncentrationen inde i thylakoiden sammenlignet med lige uden for den i stroma.

"Men den høje hydrogeniongradient inde i thylakoidet vil nedbryde - det behov at nedbryde, "siger Jackson." Gradienter repræsenterer 'organisation' - i det væsentlige det modsatte af entropi. Og termodynamik fortæller os, at entropi altid vil forsøge at stige, hvilket betyder, at en gradient skal bryde sammen. Så, hydrogenionerne inde i hver thylakoid ønsker virkelig at flygte for at udjævne koncentrationerne på hver side af den indre membran. Men ladede partikler kan ikke passere gennem et fosfolipid -dobbeltlag bare hvor som helst - de har brug for en form for kanal for at gå igennem, ligesom elektroner har brug for en ledning for at komme fra den ene side af batteriet til den anden. "

Så, ligesom du kan sætte en elektrisk motor på den ledning, og få elektroner til at køre en bil, den kanal hydrogenionerne passerer gennem er en motor. Disse protoner strømmer gennem den kanal, der er tilvejebragt for dem, som vand, der strømmer gennem en vandkraftdæmning ned ad en højdegradient, og den bevægelse giver nok energi til at skabe en reaktion, der skaber ATP, som er en anden form for energilagring på kort sigt.

Nu er den originale lysenergi blevet konverteret til kemisk energi til korttidsopbevaring i form af både NADPH og ATP, som vil være nyttig senere i de mørke reaktioner (også kendt som Calvin-cyklussen eller carbon-fikseringscyklussen) i kloroplasten, som alle går ned i stroma, fordi denne væske indeholder et enzym, der kan omdanne NADPH, ATP og kuldioxid til sukker, der enten fodrer planten, hjælpe med vejrtrækning, eller bruges til fremstilling af cellulose.

"Komplekse organiske molekyler som cellulose, som er lavet af glukose, tage meget energi at lave, og at alt kom fra solen, "siger Jackson." Efter energien, det starter som lysbølgeenergi, derefter ophidset elektronenergi, derefter elektrokemisk gradient energi, derefter kemisk energi i form af NADPH og ATP. Iltgassen pustes ud, og NADPH og ATP er ikke vant til at lave andre ting i cellen - i stedet begge overføres til carbonfikseringscyklussen, hvor andre enzymer nedbryder dem, udvinde den energi, og brug den til at bygge glukose og andre organiske molekyler. "

Og alt dette, takket være en lille organel kaldet en kloroplast.

Fordi klorofyl er fantastisk til at absorbere rødt og blåt lys, men absorberer ikke grønt lys, blade ser grønne ud for vores øjne, fordi det er lysets farve, der hopper ud af det.