Kloroplasztisz

Növényi sejtek látható kloroplasztiszokkal

A kloroplasztiszok a fotoszintézist végző növényi és eukarióta algasejtekben található sejtszervecskék.

Plasztiszok csoportosítása

• Az osztódó (merisztéma-) sejtekben proplasztiszok vannak, melyeknek nincs belső membránrendszerük, nincs klorofilljuk, és a fotoszintézishez szükséges enzimek közül is csak néhányat tartalmaznak.
• A leukoplasztiszok színtelen plasztiszok, és két csoportját különböztetjük meg:
  1. az amiloplasztiszok: a keményítőszintézis és -raktározás színterei.
  2. az etioplasztiszok: például a talajban csírázó magvakban találhatók. Prolamelláris testek található bennük és klorofill helyett halvány sárgászöld színű pigmentet, a protoklorofillt tartalmazzák. Néhány másodperces megvilágítás után megindul a membránrendszer átrendeződése. Belőlük alakulnak ki a kloroplasztiszok.
• a kromoplasztiszok: klorofill helyett magas koncentrációban tartalmaznak más pigmenteket is. Ők adják a gyümölcsök és az őszi lombozat sajátos sárgás-barnás színeit.
• kloroplasztiszok

Kloroplasztisz gyakorisága

Számos alga és néhány virágos növény sejtenként csupán egy-két kloroplasztiszt tartalmaz, de a növények többségében számuk 75-125 között mozog, némelyekben azonban elérheti a néhány százat is.

Szerkezet

A kloroplasztisz a plasztiszok csoportjába tartozik, melyek fotoszintetikus pigmenteket, klorofillokat és karotinoidokat tartalmaznak.

A 2–10 mikrométer közötti átmérőjű kloroplasztiszokat kettős membránréteg határolja. A külső réteg az endoplazmatikus retikulumból származik, a belső viszont a bekebelezett baktérium (endoszimbionta elmélet) sejtmembránjaiból származtatható, melynek szerkezete speciális, ún. tilakoid membrán.

A kifejlett zöld kloroplasztiszokban található gránumok felcsavarodott kettős membránok (gránumtilakoidok), amelyeknek a szerkezete leginkább pénzérmék vagy zsetonok oszlopához hasonlítanak. A gránumok egyenként 2–3, de akár 100 egymásra halmozott tilakoid membránt is tartalmazhatnak.

Minden kloroplasztiszban 40-60 gránum található, melyeket a tilakoid membránból kialakult karok kapcsolnak össze.
Mindazon fehérjék és pigmentek, melyek a fotoszintetikus folyamatokat ellátják, a tilakoid membránrendszer részét képezik.
A tilakoidokat körülvevő alapállományt sztrómának nevezzük, ami a mitokondrium mátrixával mutat analógiát. A sztrómában keményítőszemcsék, olajcseppek és enzimek találhatók.

A gránumokat összekötő tilakoidokat sztrómatilakoidnak nevezzük.

A fotoszintetikus apparátus komponensei a gránum- és a sztrómatilakoidok különböző területein helyezkednek el.

Feladat

A kloroplasztisz a fotoszintézis helyszíne. A fotoszintézis során a zöld növények vízből és a légköri szén-dioxidból szerves vegyületet állítanak elő, továbbá molekuláris oxigént fejlesztenek.
A sztrómatilakoidok és a gránumtilakoidok szélső régiói elsősorban az I. fotokémiai rendszereket tartalmazzák, valamint citokróm-rendszereket és ATP-szintetázt (Adenozin trifoszfát).
A gránumok belsejében vannak a II. fotokémiai rendszerek.

Működés első szakasza: fényszakasz

A fotoszintézis folyamatában két alapvető pigmentrendszer működik. A fényenergia átalakítása során az 1. pigmentrendszer központi a-klorofill molekulája a beérkező fotonról gerjesztett állapotba kerül, és lead egy elektront az elektronszállító rendszernek. Ennek tagjai - redoxifolyamatokkal kapcsolódva egymáshoz - elszállítják az elektront a NADP-molekulához, mely a víz fotolíziséből származó protonnal és az elektronnal NADPH molekulává redukálódik.
A folyamat során a 2. pigmentrendszer fotonról gerjesztett a-klorofill molekulája szintén lead egy elektront, amely egy - az előzőhöz hasonló - elektronszállító rendszeren keresztül elszállítódik az 1. pigmentrendszer leadott elektronjának helyére. Így egy jóval alacsonyabb energiaszintre kerülve az energiakülönbség ATP szintézisre használódik el.
A 2. pigmentrendszerből kilépő elektron is pótlódik: a víz fotolíziséből. Melléktermékként molekuláris oxigén szabadul fel.

Működés második szakasza: sötétszakasz

Redukciós ciklusnak is nevetik, mivel itt kötődik meg a légköri szén-dioxid (pentóz-difoszfát molekula segítségével). A keletkező molekula enzimek hatására két molekulára (glicerinsav-foszfát) bomlik. Ezek redukálódva (miközben NADPH redukálódik és ATP használódik fel), vagy köztes termékeken keresztül visszaalakulnak pentóz-foszfát-, majd pentóz-difoszfát molekulává, vagy glükóz-foszfát molekulává kapcsolódnak össze, mely kiindulási alapja a glükóz mellett a keményítő és a cellulóz szintézisének is.

Forrás

• Tuba Zoltán - Szerdahelyi Tibor - Engloner Attila - Nagy János: Botanika I. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2007.
• Dr. Lénárd Gábor: Biológia II. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2002.