Thylakoidi so strukturne komponente kloroplastov

Kloroplasti so membranske strukture, v katerih poteka fotosinteza. Ta proces v višjih rastlinah in cianobakterijah je omogočil, da planet ohranja sposobnost vzdrževanja življenja z uporabo ogljikovega dioksida in obnovo koncentracije kisika. Fotosinteza se pojavi v strukturah, kot so tiakakoidi. To so membranski "moduli" kloroplastov, v katerih poteka prenos protonov, fotoliza vode, sinteza glukoze in ATP.

Struktura rastlinskih kloroplastov

Kloroplasti so dvo-membranske strukture, ki se nahajajo v citoplazmi rastlinskih celic in klamidomonad. Nasprotno pa cianobakterijske celice izvajajo fotosintezo pri tilakoidi in ne v kloroplastih. To je primer nizko razvitega organizma, ki lahko zagotovi svojo prehrano s fotosintetskimi encimi, ki se nahajajo na invaginacijah citoplazme.

S svojo strukturo je kloroplast dvokomponentna organelle v obliki vezikla. V celicah fotosinteznih rastlin se nahajajo v velikem številu in se razvijajo le v primeru stika z ultravijolično. Znotraj kloroplasta je njegova tekoča stroma. V svoji sestavi je podobna hialoplazmi, 85% pa vsebuje vodo, v kateri se raztopijo elektroliti in stehtajo beljakovine. Stroma kloroplastov vsebuje tilakoide, strukture, v katerih svetloba in temna faza fotosinteze neposredno teče.

Heredna aparatura kloroplasta

Poleg tilakoidov so granule s škrobom, ki je produkt polimerizacije glukoze, pridobljene kot posledica fotosinteze. Brezplačno v stromi so DNK in plastidi, skupaj s raztresenimi ribosomi. Molekula DNA je lahko več. Skupaj z biosintetičnim aparatom so odgovorni za obnovo strukture kloroplastov. To se zgodi brez uporabe dednih informacij o celičnem jedru. Ta pojav nam omogoča presojo možnosti neodvisne rasti in množenja kloroplast v primeru delitve celic. Ker kloroplasti v nekaterih pogledih niso odvisni od jedra celice in predstavljajo simbiontični, slabo razviti organizem.

Struktura tiakakoidov

Tiakakoidi so membranske strukture v obliki diskov, ki se nahajajo v stromi kloroplastov. Pri cianobakterijah se nahajajo tudi na invaginacijah citoplazemske membrane, ker nimajo neodvisnih kloroplastov. Obstajata dve vrsti tilakoidov: prvi je tilakoid z lumenom, drugi pa lamelar. Thylakoid z lumnom, manjšim v premeru in je disk. Več tilakoidov, ki so sestavljene navpično, tvorijo granule.

Lamelarni tilakoidi so široke plošče, ki nimajo lumena. Vendar pa so platforma, na kateri so pritrjeni številni vidiki. V njih fotosinteza praktično ne teče, saj so potrebne za oblikovanje močne strukture, odporne na mehanske poškodbe celice. V kloroplastih je lahko prisotnih 10 do 100 tiakakoidov z lumeni, ki so sposobni fotosinteze. Sami tiakakoidi so osnovne strukture, ki so odgovorne za fotosintezo.

Vloga tiakakoidov pri fotosintezi

V tilakoidi so najpomembnejše reakcije fotosinteze. Prva je fotoliza molekule vode in sinteza kisika. Drugi je tranzit proton skozi membrano skozi molekularni kompleks citokroma b6f in električna transportna veriga. Tudi v tiakakoidi se nadaljuje sinteza makroergične ATP molekule. Ta proces se pojavi z uporabo protonskega gradienta, ki je nastal med tiakakoidno membrano in stromo kloroplasta. To pomeni, da nam funkcije tilakoidov omogočajo, da uresničimo celotno svetlobno fazo fotosinteze.

Lahka faza fotosinteze

Nujni pogoj za obstoj fotosinteze je možnost ustvarjanja membranskega potenciala. To se doseže s prenosom elektronov in protonov, tako da se gradient H +, kar je 1000-krat večje kot pri membranah mitohondrije. Elektroni in protoni, ki ustvarjajo elektrokemijski potencial v celici, so bolj ugodni od molekul vode. Pod delovanjem ultravijoličnega fotona na membrane tilakoidov postane na voljo. Iz ene molekule vode poteka odtekanje elektronov, ki pridobi pozitivno naboj, zato ga je treba nevtralizirati, zato je treba izločiti en proton. Kot rezultat, 4 molekule vode razpadejo v elektrone, protone in tvorijo kisik.

Veriga fotosintetskih procesov

Po fotolizi vode se membrana ponovno napolni. Tiakakoidi so strukture, ki imajo lahko pri prenosu protona kisel pH. V tem času je v strome kloroplasta pH rahlo alkalen. To ustvarja elektrokemijski potencial, zaradi česar postane možno sintezo ATP. Molekule adenozin trifosfata bodo pozneje uporabljene za potrebe energije in temno fazo fotosinteze. Zlasti ATP uporablja celica za izkoriščanje ogljikovega dioksida, kar se doseže s kondenzacijo in sintezo molekul glukoze na njihovi osnovi.

V temni fazi se NADP-H + zmanjša na NADPH. Za sintezo ene molekule glukoze je potrebno skupno 18 molekul ATP, 6 molekul ogljikovega dioksida in 24 vodikovih protonov. To zahteva fotolizo 24 molekul vode, da reciklirajo 6 molekul ogljikovega dioksida. Ta proces omogoča sproščanje 6 molekul kisika, ki jih bodo kasneje drugi energijski viri uporabili za svoje energetske potrebe. V tem primeru so tiakakoidi (v biologiji) primer membranske strukture, ki omogoča uporabo sončne energije in transmembranskega potenciala z gradientom pH, da jih pretvorijo v kemične vezi.