8. Kloroplasztisz Flashcards
A kloroplasztisz
- Növényi és alga sejtekben csak
- A mitokondrium után néhány 100 millió évvel jelent meg
- Átmérője 2 mikro m, hossza 6 mikro m, jóval nagyobb a mitokondriumnál
- Endoszimbionta elmélet: oxigéntermelő cianobaktérium bekebelezése, az eukarióta sejttel szimbiózis alakult ki
- Növényi organellumként a plasztiszok közé tartozik
Plasztiszok típusai
Minden plasztisz a színtelen proplasztiszból származik (növényi embrionális sejtekben található)
Differenciálódás szerint:
1. Etioplasztisz: kevés fény esetén fejlődik ki a proplasztiszból (sárga színű klorofill prekurzort tartalmaz)
2. Kloroplasztisz: fotoszintetizáló organellum (pigmentjei között dominál a klorofill zöld színe, de járulékos pigmenteket is tartalmaz)
3. Kromoplasztisz: Dominánsan sárga, piros vagy narancsszínű karotenoidokat tartalmazó pigmentált organellum, a kloroplasztiszból alakul ki
4. Leukoplasztiszok: raktározási funkcióra módosult „színtelen színtestek”
3 típus:
- amiloplasztisz: keményítő tartalmú plasztisz
- elaioplasztisz: olaj és lipid tartalmú plasztisz
- proteinoplasztisz: fehérjéket raktározó plasztisz
A kloroplasztisz felépítése (membránok)
- Feszes külső membrán - durva szűrő, az intermembrán tér hasonló a citoszolhoz
- Belső membrán - csak bizonyos molekulákra permeábilis, a sztrómát határolja el
- Tilakoid membránrendszer - (talán a belső membránból származik) zöld pigmenteket tartalmaz, belseje a tilakoid tér –> kis, egymással összefüggő lapos zsákocskák (gránumok) –> helyet biztosítanak a nagy felületet igénylő reakcióknak (elektrontranszport-lánc elemei)
A kloroplasztisz funkciója és működése
Fotoszintézis: cukrok előállítása CO2-ból fényenergia felhasználásával
- Fény-szakasz: fény gerjeszti a klorofill molekulákat –> ATP és redukált koenzimek képződnek
- Sötét-szakasz: Cukrok képződnek - a sztróma pl.: keményítő formájában képes tárolni ezeket
Fény-szakasz
- Fény hatására a klorofill kettős kötésrendszere gerjesztődik, egyik elektronja magasabb energiaszintre lép, és az elektrontranszport-láncba jut
- A lánc elején a víz elektronjai felhasználódnak, a fényenergia biztosítja az energiát
- Az elektronok protonpumpán is áthaladnak –> protongradiens alakul ki
Képződik: ATP, a lánc végén NADPH (NADP+-ból), az elején O2 (víz oxidációjából)
Az ATP és NADPH megy tovább a sötét szakaszba
Sötét-szakasz
A sztrómából indul, és a citoszolban zárul, fény nem szükséges hozzá
–> Calvin-ciklus: légköri CO2 fixálás, energiaigényes, mivel új kovalens kötések jönnek létre –> 3 CO2 molekulából egy glicerinaldehid-3-foszfát képződik, ehhez a fény szakaszban szintetizált ATP ad energiát (ezt mind itt felhasználja, nem adja le a citoplazmának), NADPH a redukáló képességet szolgáltatja
Végtermék: glükóz vagy szacharóz –> továbbalakulhat keményítővé, zsírsavakká vagy aminosavakká
–> leghatékonyabban a mitokonodrium tudja oxidatív módon lebontani
A klorofill molekula felépítése
- Feji rész: porfirin gyűrű konjugált kettős kötésekkel, közepén egy Mg2+ ion –> könnyen gerjeszthető
- Farki rész: hidrofób szénhidrogén lánc, ami a membránba beágyazódást segíti
–> Zöld színű, mert a vörös szín nyelődik el benne a legjobban, így kiegészítőszíneként zöldnek látjuk a klorofillt
A klorofill gerjesztése és az energia leadásának módjai
Foton hatására a porfirin gyűrű kettős kötéseinek egyik elektronja gerjesztődik, magasabb energiaszintre kerül –> instabil állapot
Az energia leadásának módjai:
1. Fluoreszcencia: hő és fény (elektromágneses hullámok) formájában kisugározza az energiát –> izolált körülmények között csak ez a mechanizmus zajlik le
2. Rezonancia energiatranszfer: Ha a klorofill molekulák közel vannak egymáshoz –> a gerjesztett molekula az energiát átadja egy szomszédjának
3. Elektrontranszfer: A gerjesztett elektront adja át a klorofill egy elektronakceptornak, ami így redukálódik (elektronakceptor pl.: egy fehérje)
Egy elektrondonor is kell, hogy a klorofill visszakerülhessen az alap állapotába
Fotorendszerek (funkció, felépítés)
Funkciójuk:
- Hatékonyabb energia-felvétel
- felvett energia kezelése és tovább adása
Felépítés:
Tilakoid membránban lévő komplexek: fehérjék, klorofill molekulák és egyéb pigment molekulák építik fel (pl.: karotenoidok)
- Fotokémiai reakciócentrum (transzmembrán komplex): páros klorofill-molekula és fehérjék
- Antenna komplex: a gerjeszthető felületet növeli, nagyszámú klorofill és járulékos pigmentek
Fotorendszerek működése
Egy klorofill véletlenszerű gerjesztése –> rezonancia energiatranszferrel adják át a szomszédoknak az energiát –> kívülről befelé az energia a reakciócentrumba jut
- -> a járulékos pigmentek eltérő hullámhosszon gerjesztődnek a klorofillhez képest (így a fény széles hullámhossz-skálája hasznosítható)
- -> A reakciócentrumból elektrontranszferrel kerülnek az elektronok tovább
A fotoszintézis elektrontranszport-lánca és Z-séma felépítése és működése
Először a 2. fotorendszer gerjesztődik –> plasztokinon –> citokróm b6f komplex (a kapott energiával protont pumpál a tilakoid térbe - protongradiens képződik, és ATP-szintázzal ATP képződik) –> plasztocianin –> 1. fotorendszer (2. fotorendszertől eddig spontán elektronszállítás történt)
- fotorendszer (újragerjesztés) –> ferredoxin –> ferredoxin-NADP-reduktáz –> redukálja a NADP+-t NADPH-t termelve
A 2. fotorendszer egy mangántartalmú vízbontó enzimtől kap egy alacsony energiájú elektront, ami vízbontásból nyeri a saját elektronját –> minden második vízmolekula bontása után, azaz 4 elektron leadása után egy molekuláris O2 keletkezik
Nem-ciklikus és ciklikus fotofoszforiláció
Nem ciklikus fotofoszforiláció: Z-séma, a redoxpotenciál változása a fény-szakasz során
Ciklikus fotofoszforiláció: Csak az 1. fotorendszer működik, csak ATP keletkezik, NADPH nem –> a Z-séma rövidre zárása
- ilyenkor a ferredoxinról vissza megy az elektron a plasztokinonra
- -> Ez akkor fontos, ha a színtest ATP igénye meghaladhatja a nem ciklikus fotofoszforiláció által termelt mennyiséget
A mitokondrium és a kloroplasztisz pH viszonyai
Mitokondrium és kloroplasztisz intermembrán tér: pH = 7 (több proton)
a sztróma és mátrix: pH = 8
mitokondriumnál ebből ATP képzés, kloroplasztisznál nincs ilyen
tilakoid tér: pH = 5
- -> mivel kicsi a belső tér a tilakoid membránban, könnyen savassá válik a proton bepumpálással
- -> 3 pH-nyi különbség a sztróma és közte, 1000-szeres proton koncentráció különbség (ATP szintézis)
Kloroplasztisz működése, kooperáció a mitokondriummal
Az egyetlen sejtszervecske, ami szervetlen anyagból szerves anyagot képez
–> keményítő formájában raktározza egy részét, és mivel ATP-t nem képes leadni azt cukrok (tipikusan glicerinaldehid-3-foszfát) formájában adja le a citoszolnak –> ez tovább alakul, a mitokondrium ATP-vé alakíthatja, vagy elszállítódik a nem fotoszintetizáló növényi részekbe (gyökér, virág, termés)
A kooperáció a mitokondriummal nagyon energiaigényes, de szükséges
A mitokondrium és a kloroplasztisz genomja
- Tömör információ tárolás jellemzi őket, cirkuláris genomban, többszörös kópiában (5-50) a mátrixban és a sztrómában
- A kódoló gének száma a mitokondriumban 40 sincs, a kloroplasztiszban 100 feletti, de ez is kevésnek számít.
- Ezek a gének a saját rendszerük működéséhez kellenek (rRNS, r-proteinek, t-RNS, elektrontranszportlánc elemei, ATP-szintáz, fotorendszerek egyes fehérjéi)
