Тилакоидите са структурни компоненти на хлоропласти

Хлорпластите са мембранни структури, в които се осъществява фотосинтезата. Този процес във висшите растения и цианобактериите позволява на планетата да запази способността си да поддържа живота чрез използване на въглероден диоксид и допълване на концентрацията на кислород. Самият фотосинтез се среща в структури като тилакоидите. Това са мембранни "модули" на хлоропласти, при които се осъществява трансфер на протон, фотолиза на водата, синтез на глюкоза и АТР.

Структура на растителните хлоропласти

Хлорпластите са двумембранни структури, които се намират в цитоплазмата на растителните клетки и хламидононадите. Обратно, цианобактериалните клетки извършват фотосинтеза в тилакоидите, а не в хлоропластите. Това е пример за слабо развит организъм, който е в състояние да осигури храненето си чрез фотосинтетични ензими, разположени върху инвагинациите на цитоплазмата.

Чрез структурата си хлорпластът е двумембранна органела под формата на везикул. Те се намират в големи количества в клетките на фотосинтетичните растения и се развиват само в случай на контакт с ултравиолетови лъчи. Вътре в хлоропласта е неговата течна строма. В състава си тя прилича на хиалоплазма, а 85% се състои от вода, в която се разтварят електролитите и се претеглят протеините. Струята от хлоропласти съдържа тилакоиди, структури, в които пряко протича леката и тъмната фаза на фотосинтезата.

Наследствен апарат от хлоропласт

Наред с тилакоидите има гранули със скорбяла, която е продукт на полимеризацията на глюкозата, получена в резултат на фотосинтезата. Свободни в стромата са ДНК и пластиди, заедно с разпръснати рибозоми. ДНК молекулата може да бъде няколко. Заедно с биосинтетичния апарат те са отговорни за възстановяването на структурата на хлоропластите. Това се случва, без да се използва наследствената информация за клетъчното ядро. Това явление ни позволява да преценим възможността за независим растеж и размножаване на хлоропласти в случай на клетъчно делене. Тъй като хлоропластите в някои отношения не зависят от ядрото на клетката и представляват симбиотичен, слабо развит организъм.

Структура на тилакоидите

Тилакоидите са мембранни структури под формата на дискове, разположени в стромата на хлоропласти. При цианобактериите те дори се намират върху инвагинациите на цитоплазмената мембрана, тъй като те нямат независими хлоропласти. Има два вида тилакоиди: първият е тилакоиден с лумен, а вторият е ламеларен. Тилакоид с лумена с по-малък диаметър и диск. Няколко тилакоиди, съставени вертикално, образуват гранули.

Ламеларните тилакоиди са широки пластини, които нямат лумен. Но те са платформа, към която са прикрепени множество аспекти. В тях фотосинтезата практически не тече, тъй като те са необходими за образуването на силна структура, устойчива на механични повреди на клетката. Общо от 10 до 100 тилакоиди с лумени, способни на фотосинтеза, могат да присъстват в хлоропласти. Самите тилакоиди са елементарните структури, отговорни за фотосинтезата.

Ролята на тилакоидите при фотосинтеза

При тилакоидите се наблюдават най-важните реакции на фотосинтезата. Първата е фотолизата на водната молекула и синтеза на кислород. Второто е преминаването на протона през мембраната през цитохромния молекулен комплекс b6f и електрическата транспортна верига. Също така при тилакоидите протича синтеза на макроенергичната АТР молекула. Този процес се осъществява при използване на протонния градиент, образуван между тилакоидната мембрана и хлоропластната структура. Това означава, че функциите на тилакоидите ни позволяват да реализираме цялата светла фаза на фотосинтеза.

Лека фаза на фотосинтеза

Необходимо условие за съществуването на фотосинтезата е възможността за създаване на мембранен потенциал. Това се постига чрез трансфера на електрони и протони, така че се създава H + градиент, който е 1000 пъти по-голям, отколкото в мембраните на митохондриите. Електроните и протоните за създаване на електрохимичен потенциал в клетката са по-изгодни от водните молекули. Под действието на ултравиолетов фотон върху мембраните на тилакоидите това става достъпно. Има един удар от електрона от една молекула вода, която придобива положителен заряд и следователно, за да го неутрализира, един протон трябва да бъде изхвърлен. В резултат на това 4 молекула вода се разпадат на електрони, протони и образуват кислород.

Веригата от фотосинтетични процеси

След фотолиза на водата, мембраната се презарежда. Тилакоидите са структури, които по време на преноса на протон могат да имат киселинно рН. По това време в стромата на хлоропласта рН е леко алкален. Това генерира електрохимичен потенциал, благодарение на който става възможно синтеза на АТР. Молекулите на аденозин трифосфата ще бъдат използвани по-късно за енергийни нужди и тъмната фаза на фотосинтезата. По-специално ATP се използва от клетката за използване на въглероден диоксид, което се постига чрез неговата кондензация и синтеза на молекули на глюкоза, базирани на тях.

По време на тъмната фаза, NADP-H + се редуцира до NADPH. Общо 18 молекули на АТР, 6 молекули въглероден диоксид и 24 водородни протона са необходими за синтеза на една глюкозна молекула. Това изисква фотолизата на 24 молекули вода да рециклира 6 молекули въглероден диоксид. Този процес позволява освобождаването на 6 молекули кислород, които по-късно ще бъдат използвани от други организми за техните енергийни нужди. В този случай тилакоидите са (в биологията) пример за мембранна структура, която позволява използването на слънчева енергия и трансмембранен потенциал с рН градиент, за да се превърнат в химически връзки.