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葉緑体は、植物の成長を促進する澱粉と糖を生成するために光エネルギーを取り込む小さな植物の発電所です。
それらは、植物の葉、緑藻および紅藻ならびにシアノバクテリアの植物細胞内に見られます。葉緑体により、植物は二酸化炭素、水、ミネラルなどの単純な無機物質から生命に必要な複雑な化学物質を生産できます。
食料生産として 独立栄養菌、植物は食物連鎖の基礎を形成し、昆虫、魚、鳥、哺乳類から人間までのすべての高レベルの消費者をサポートします。
細胞葉緑体は、燃料を生産する小さな工場のようなものです。このようにして、地球上の生命を可能にする緑の植物細胞の葉緑体。
葉緑体の中身–葉緑体構造
葉緑体は小さな植物細胞の内部にある微細なポッドですが、光エネルギーを捕捉し、それを使用して分子レベルで炭水化物を組み立てることができる複雑な構造を持っています。
主要な構造コンポーネントは次のとおりです。
葉緑体のリボソームとシルカロイドの機能
リボソームは、葉緑体に必要な酵素やその他の複雑な分子を製造するタンパク質とヌクレオチドのクラスターです。
それらはすべての生細胞に大量に存在し、RNA遺伝暗号分子からの指示に従ってタンパク質などの複雑な細胞物質を生成します。
チラコイドは基質に埋め込まれています。植物では、彼らはと呼ばれるスタックに配置されている閉じたディスクを形成します グラナ、グラヌムと呼ばれる単一のスタックで。それらは、ルーメンを囲むチラコイド膜、タンパク質を含み、葉緑体の化学反応を促進する水性酸性物質で構成されています。
ラメラ グラナディスク間のリンクを形成し、異なるスタックのルーメンを接続します。
光合成の光に敏感な部分は、チラコイド膜で起こります クロロフィル 光エネルギーを吸収し、植物が使用する化学エネルギーに変換します。
クロロフィル：葉緑体エネルギーの源
クロロフィルは 視細胞 すべての葉緑体に見られる色素。
光が植物の葉や藻の表面に当たると、葉緑体に浸透してチラコイド膜で反射します。光にさらされると、膜内の葉緑素は電子を放出し、葉緑体はそれをさらなる化学反応に使用します。
植物および緑藻のクロロフィルは、主に最も一般的なタイプであるクロロフィルaと呼ばれる緑色のクロロフィルです。それは緑の光を反射しながら、紫青と赤みがかったオレンジ赤の光を吸収し、植物に 特徴的な緑色.
他のタイプのクロロフィルは、異なる色を吸収および反射するタイプbからeです。
たとえば、クロロフィルb型は藻類に含まれており、赤色に加えて緑色の光をいくらか吸収します。この緑色の光の吸収は、緑色の光が水の中にわずかな距離しか浸透できないため、海洋の表面近くで進化する生物の結果である可能性があります。
赤色光は、表面からさらに遠くまで進むことができます。
葉緑体膜と膜間スペース
葉緑体は、植物細胞の他の場所で必要とされるグルコースや複雑なタンパク質などの炭水化物を生成します。
これらの材料は、葉緑体を出て、一般的な細胞および植物の代謝をサポートできる必要があります。同時に、葉緑体には細胞内のどこかで生成された物質が必要です。
葉緑体膜は、使用中に小さな分子が通過できるようにすることで、葉緑体への分子の出入りを制御します。 特別な輸送メカニズム 大きな分子の場合。内膜と外膜の両方が半透性であり、小分子とイオンの拡散を可能にします。
これらの物質は、膜間空間を通過し、半透膜に浸透します。
複雑なタンパク質などの大きな分子は、2つの膜によってブロックされます。代わりに、そのような複雑な物質については、特定の物質が2つの膜を通過するのを可能にし、他の物質を遮断するための特別な輸送メカニズムが利用可能です。
外膜には特定の物質を膜全体に輸送するための転位タンパク質複合体があり、内膜にはその特定の遷移に対応する類似の複合体があります。
これらの選択的輸送メカニズムは、内膜が脂質、脂肪酸、 カロテノイド 葉緑体自身の代謝に必要です。
チラコイドシステム
チラコイド膜は、光合成の第一段階で活性化するチラコイドの一部です。
植物では、チラコイド膜は一般に、閉じた薄い袋または円盤を形成し、これらはグラナに積み重ねられ、間質液に囲まれた場所に留まります。
らせん状の積み重ねでのチラコイドの配置は、チラコイドの密なパッキングとチラコイド膜の複雑で高い表面積の構造を可能にします。
より単純な生物の場合、チラコイドは不規則な形状であり、自由に浮遊する場合があります。いずれの場合も、チラコイド膜に当たる光が生物の光反応を開始します。
クロロフィルによって放出される化学エネルギーは、水分子を水素と酸素に分解するために使用されます。酸素は呼吸のために生物によって使用されるか、大気中に放出されますが、水素は炭水化物の形成に使用されます。
このプロセスの炭素は、と呼ばれるプロセスで二酸化炭素に由来します 炭素固定.
間質と葉緑体DNAの起源
光合成のプロセスは、クロロフィルと相互作用する光で始まる光依存反応と、 暗い反応 （別名、光に依存しない反応）炭素を固定し、グルコースを生成します。
光反応は、光エネルギーが植物に当たる日中にのみ発生しますが、暗い反応はいつでも発生します。チラコイド膜で光反応が始まり、チラコイドを取り囲むゼリーのような液体である間質で暗反応の炭素固定が行われます。
暗所反応とチラコイドのホストに加えて、間質には葉緑体DNAと葉緑体リボソームが含まれています。
その結果、葉緑体には独自のエネルギー源があり、細胞分裂に依存することなく独自に増殖できます。
真核細胞の関連する細胞小器官、細胞膜と細胞壁について学びます。
この機能は、単純な細胞と細菌の進化にまでさかのぼることができます。シアノバクテリアは初期の細胞に入っていたはずであり、取り決めが相互に有益なものになったために留まることができました。
やがて、シアノバクテリアは葉緑体オルガネラに進化しました。
暗黒反応における炭素固定
葉緑体基質の炭素固定は、光反応中に水が水素と酸素に分解された後に起こります。
水素原子からのプロトンはチラコイド内部の内腔に送り込まれ、チラコイドを酸性にします。光合成の暗い反応では、プロトンは内腔からストロマと呼ばれる酵素を介して基質に拡散します。 ATPシンターゼ.
ATPシンターゼを介したこのプロトン拡散により、細胞のエネルギー貯蔵化学物質であるATPが生成されます。
酵素 RuBisCO 間質で発見され、CO2から炭素を固定して、不安定な6炭素の炭水化物分子を生成します。
不安定な分子が分解すると、ATPを使用して単純な糖分子に変換されます。糖質炭水化物を組み合わせて、グルコース、フルクトース、スクロース、デンプンなどのより大きな分子を形成することができ、これらはすべて細胞代謝に使用できます。
光合成プロセスの最後に炭水化物が形成されると、植物の葉緑体は大気から炭素を除去し、それを使用して植物、そして最終的には他のすべての生物に食物を作ります。
食物連鎖の基礎を形成することに加えて、植物の光合成は大気中の二酸化炭素温室効果ガスの量を減らします。このように、植物や藻類は、葉緑体での光合成を通じて、気候変動や地球温暖化の影響を軽減するのに役立ちます。