Thilacoids Eigenschaften, Struktur und Funktionen

Die Thylakoide sie sind Kompartimente in Form von flachen Säcken, die sich in den Chloroplasten in Pflanzenzellen von Pflanzen, in Cyanobakterien und Algen befinden. Sie sind normalerweise in einer Struktur organisiert, die Grana-Plural genannt wird granum- und es sieht aus wie ein Stapel Münzen.

Thilakoide werden als drittes Membransystem von Chloroplasten angesehen, abgesehen von der inneren und äußeren Membran dieser Organelle. Die Membran dieser Struktur trennt das Innere des Thylakoids von dem Stroma des Chloroplasten und weist eine Reihe von Pigmenten und Proteinen auf, die an Stoffwechselwegen beteiligt sind.

In den Thylakoiden sind biochemische Reaktionen essentiell für die Photosynthese, bei der Pflanzen Sonnenlicht aufnehmen und es in Kohlenhydrate umwandeln. Insbesondere haben sie die notwendige Maschinerie, die an ihrer Membran verankert ist, um die Phase abhängig von Sonnenlicht durchzuführen, in dem Licht gefangen und in Energie (ATP) und NADPH umgewandelt wird.

Index

• 1 Allgemeine Eigenschaften
• 2 Struktur
  • 2.1 Thylakoidmembran
  • 2.2 Lipidzusammensetzung der Membran
  • 2.3 Proteinzusammensetzung der Membran
  • 2,4 Lumen des Thylakoids
• 3 Funktionen
  • 3.1 Phasen der Photosynthese
  • 3.2 Lichtabhängige Phase
  • 3.3 Photophosphorylierung
• 4 Entwicklung
• 5 Referenzen

Allgemeine Eigenschaften

Thilakoide sind ein inneres dreidimensionales Membransystem von Chloroplasten. Voll ausgereifte Chloroplasten sind mit 40 bis 60 Körnern gestapelt, mit einem Durchmesser zwischen 0,3 und 0,6 um.

Die Anzahl der Thylakoide, aus denen die Granate bestehen, variiert stark: von weniger als 10 Säcken in Pflanzen, die ausreichend Sonnenlicht ausgesetzt sind, bis zu mehr als 100 Thylakoiden in Pflanzen, die in Umgebungen mit extremem Schatten leben.

Die gestapelten Thylakoide sind miteinander verbunden und bilden ein kontinuierliches Kompartiment innerhalb des Chloroplasten. Das Innere des Thylakoids ist eine ziemlich geräumige Kammer von wässriger Natur.

Die Membran der Thylakoide ist für die Photosynthese unverzichtbar, da dort die erste Stufe des Prozesses stattfindet.

Struktur

Thylakoide sind die Strukturen, die in einem vollständig ausgereiften Chloroplasten dominieren. Wenn ein Chloroplast im herkömmlichen optischen Mikroskop sichtbar gemacht wird, können einige Kornspezies beobachtet werden.

Dies sind die Stapel von Thylakoiden; Daher nannten die ersten Beobachter dieser Strukturen sie "Grana".

Mit Hilfe des Elektronenmikroskops konnte das Bild vergrößert werden, und es wurde gefolgert, dass die Natur dieser Körner tatsächlich gestapelte Thylakoide waren.

Die Bildung und Struktur der Thylakoidmembran hängt von der Bildung des Chloroplasten aus einem noch nicht differenzierten Plastid ab, bekannt als Protoplastidium. Die Anwesenheit von Licht stimuliert die Umwandlung in Chloroplasten und später die Bildung der gestapelten Thylakoide.

Thylakoidmembran

In Chloroplasten und Cyanobakterien ist die Thylakoidmembran nicht in Kontakt mit dem inneren Teil der Plasmamembran. Die Bildung der Thylakoidmembran beginnt jedoch mit der Invagination der inneren Membran.

In Cyanobakterien und bei bestimmten Algenarten werden die Thylakoide durch eine einzige Lamellenschicht gebildet. Im Gegensatz dazu gibt es ein komplexeres System, das in reifen Chloroplasten gefunden wird.

In dieser letzten Gruppe können zwei wesentliche Teile unterschieden werden: das Grana und die Lamelle des Stroma. Die erste besteht aus kleinen gestapelten Scheiben und die zweite ist verantwortlich für die Verbindung dieser Stapel miteinander und bildet eine kontinuierliche Struktur: das Lumen des Thylakoids.

Lipidzusammensetzung der Membran

Die Lipide, die die Membran bilden, sind hochspezialisiert und bestehen zu fast 80% aus Galactosyldiacylglycerol: Monogalactosyldiacylglycerol und Digalactosyldiacylglycerol. Diese Galactolipide haben stark ungesättigte Ketten, typisch für Thylakoide.

In ähnlicher Weise enthält die Thylakoidmembran weniger Lipide wie Phosphatidylglycerol. Die genannten Lipide sind in beiden Membranschichten nicht homogen verteilt; Es gibt eine gewisse Asymmetrie, die zum Funktionieren der Struktur beiträgt.

Proteinzusammensetzung der Membran

Die Photosysteme I und II sind die dominierenden Proteinkomponenten in dieser Membran. Sie werden mit dem Cytochrom b-Komplex assoziiert gefunden₆F und die ATP-Synthetase.

Es wurde gefunden, dass sich die meisten Elemente des Photosystems II in gestapelten Granamembranen befinden, während sich das Photosystem I hauptsächlich in nicht gestapelten Thylakoidmembranen befindet. Das heißt, es gibt eine physikalische Trennung zwischen beiden Photosystemen.

Diese Komplexe umfassen integrale Membranproteine, periphere Proteine, Cofaktoren und eine Vielzahl von Pigmenten.

Lumen des Thylakoids

Das Innere des Thylakoids besteht aus einer wässrigen und dicken Substanz, deren Zusammensetzung sich von der des Stroma unterscheidet. Es beteiligt sich an der Photophosphorylierung und speichert die Protonen, die die protonenmotorische Kraft für die Synthese von ATP erzeugen. In diesem Prozess kann der Lumen pH 4 erreichen.

Im Proteom des Lumens des Modellorganismus Arabidopsis thaliana Mehr als 80 Proteine ​​wurden identifiziert, aber ihre Funktionen wurden nicht vollständig aufgeklärt.

Proteine ​​Lumen sind an der Regulation der Biogenese von thylakoid und Aktivität und Proteinumsatz beteiligten Komplexe bilden photo, insbesondere Photosystem II und NAD (P) H deshidrogensa.

Funktionen

Der Prozess der Photosynthese, vital für Gemüse, beginnt in den Thylakoiden. Die Membran, die das Chloroplasten-Stroma abgrenzt hat alle erforderlichen Reaktionen für photo enzymatische Maschinen auftreten.

Phasen der Photosynthese

Die Photosynthese kann in zwei Hauptstadien unterteilt werden: Lichtreaktionen und Dunkelreaktionen.

Wie der Name schon sagt, können die Reaktionen zu der ersten Gruppe gehören, nur in Gegenwart von Licht gehen, während die zweite Gruppe mit oder ohne auftreten kann. Beachten Sie, dass die Umgebung nicht "dunkel" sein muss, sondern nur von Licht unabhängig ist.

Der erste Satz von Reaktionen, „Beleuchtung“, tritt in der thylakoid und lassen sich wie folgt zusammenfassen: Licht Chlorophyll + + 12H₂O + 12 NADP⁺ + 18 ADP + 18 P._ich à 6 O₂ + 12 NADPH + 18 ATP.

Die zweite Gruppe von Reaktionen erfolgt in den Chloroplasten Stroma und nimmt den ATP und NADPH in der ersten Stufe synthetisiert, um Kohlendioxid zu Kohlenstoff von Glucose (C zu reduzieren₆H₁₂O₆). Die zweite Stufe kann wie folgt zusammengefasst werden: 12 NADPH + 18 ATP + 6 CO₂ à C₆H₁₂O₆ + 12 NADP⁺ + 18 ADP + 18 P._ich + 6 Stunden₂O.

Bühne abhängig von Licht

Die Beleuchtungs Reaktionen beinhalten eine Anzahl von Strukturen, wie Photosysteme bekannt, die in der Thylakoidmembran und enthalten in einem 300 Pigmentmolekülen zwischen diesen Chlorophyll.

Es gibt zwei Arten von Photosystemen: das erste hat eine maximale Spitze der Lichtabsorption von 700 Nanometern und ist als P bekannt₇₀₀, während der zweite P genannt wird₆₈₀. Beide sind in die Thylakoidmembran integriert.

Der Prozess beginnt, wenn eines der Pigmente ein Photon absorbiert und dieses zu anderen Pigmenten "springt". Wenn ein Molekül Chlorophyll Licht absorbiert, springt ein Elektron und ein anderes Molekül absorbiert es. Das Molekül, das das Elektron verloren hat, ist jetzt oxidiert und hat eine negative Ladung.

Die P₆₈₀ fängt Lichtenergie aus Chlorophyll ein. In diesem Photosystem wird ein Elektron in ein System höherer Energie zu einem primären Elektronenakzeptor geworfen.

Dieses Elektron fällt durch die Elektronentransportkette zum Photosystem I. Dieses System von Oxidations- und Reduktionsreaktionen ist verantwortlich für die Übertragung von Protonen und Elektronen von einem Molekül zum anderen.

Mit anderen Worten, es ist ein Fluss von Elektronen aus dem Wasser zu Photosystem II, Photosystem I und NADPH.

Photophosphorylierung

Ein Teil der durch dieses System erzeugten Protonen Reaktionen sind im Inneren des thylakoid befindet (auch Licht thylakoid genannt), eine chemische Gradienten zu schaffen, die eine protonenmotorische Kraft erzeugt.

Die Protonen bewegen sich vom Raum des Thylakoids zum Stroma, vorzugsweise dem elektrochemischen Gradienten folgend; das heißt, sie verlassen das Thylakoid.

Allerdings ist die Passage von Protonen nicht überall in der Membran, müssen sie ein komplexes Enzym gehen durch ATP-Synthase-System genannt.

Diese Bewegung von Protonen in das Stroma verursacht die Bildung von ATP ADP Prozess beginnend analog zu dem, was in den Mitochondrien stattfindet. Die Synthese von ATP unter Verwendung von Licht wird als Photophosphorylierung bezeichnet.

Diese vorgenannten Schritte gleichzeitig auftreten: Chlorophyll Photosystem II verliert ein Elektron, und es muss mit einem Elektron aus dem Abbau eines Wassermoleküls ersetzt sein kann; Das Photosystem I fängt Licht ein, oxidiert und gibt ein Elektron frei, das vom NADP gefangen wird⁺.

Das fehlende Elektron des Photosystems I wird durch das aus dem Photosystem II resultierende ersetzt. Diese Verbindungen werden in den nachfolgenden Kohlenstofffixierungsreaktionen im Calvin-Zyklus verwendet.

Entwicklung

Die Evolution der Photosynthese als Sauerstoff freisetzender Prozess ermöglichte das Leben, wie wir es kennen.

Die Photosynthese wird vorgeschlagen, dass ein paar tausend Millionen Jahre in den Vorfahren entwickelt, die zu den aktuellen Cyanobakterien aus einem anoxischen photo Komplex gab.

Es wird vorgeschlagen, dass die Evolution der Photosynthese von zwei unabdingbaren Ereignissen begleitet wurde: der Entstehung des Photosystems P₆₈₀ und die Entstehung eines Systems von inneren Membranen, ohne Verbindung mit der Zellmembran.

Es gibt ein Protein namens Vipp1, das für die Bildung von Thylakoiden essentiell ist. Tatsächlich ist dieses Protein in Pflanzen, Algen und Cyanobakterien, aber abwesend in anoxischen Bakterien, die Photosynthese durchzuführen.

Es wird angenommen, dass dieses Gen durch Genverdopplung in dem möglichen Vorfahren der Cyanobakterien entstehen könnte. Es gibt einen einzigen Fall von Cyanobakterien in der Lage Photosynthese mit Sauerstoff durchzuführen ist und keine tilacoides: die Spezies Gloeobacter violaceus.

Referenzen

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