פונקצית כלורופלסט בפוטוסינתזה

פוטוסינתזה מתרחשת ב- תא אוקריוטי מבנים הנקראים כלורופלסטים. כלורופלסט הוא סוג של תא צמח אורגנל המכונה פלסטיד. פלסטידים מסייעים באחסון וקציר של חומרים נחוצים לייצור אנרגיה. כלורופלסט מכיל פיגמנט ירוק שנקרא כלורופיל, הקולט אנרגיית אור לפוטוסינתזה. מכאן שהשם כלורופלסט מציין כי מבנים אלה הם פלסטידים המכילים כלורופיל.

כמו מיטוכונדריה, לכלורופלסטים יש את שלהם DNA, אחראים לייצור אנרגיה, ולהתרבות באופן עצמאי משאר התא בתהליך חלוקה הדומה לחיידק פיצול בינארי. כלורופלסטים אחראים גם לייצור חומצות אמינו ו שומנים רכיבים הדרושים לייצור ממברנות כלורופלסטיות. ניתן למצוא כלורופלסטים באחרים אורגניזמים פוטוסינתטיים, כמו אצות וציאנובקטריה.

כלורופלסטים צמחיים נמצאים בדרך כלל בשמירה תאים ממוקם בצמח משאיר. תאי השומר מקיפים נקבוביות זעירות הנקראות סטומטה, פתיחה וסגירה של אותם כדי לאפשר חילופי גז הנדרשים לפוטוסינתזה. כלורופלסטים ופלסטידים אחרים מתפתחים מתאים המכונים פרופלסטידים. פרופלסטידים הם תאים לא בשלים ולא מובחנים המתפתחים לסוגים שונים של פלסטידים. פרופלסטיד שמתפתח לכלורופלסט עושה זאת רק בנוכחות אור. כלורופלסטים מכילים כמה מבנים שונים, שלכל אחד מהם פונקציות ייעודיות.

מבני כלורופלסט כוללים:

• מעטפת קרום: מכיל פנימי וחיצוני דו שכבתי שומנים ממברנות הפועלות כחיפוי מגן ושומרות על מבנים כלורופלסטים סגורים. הממברנה הפנימית מפרידה בין הסטרומה לחלל הבין-ממברני ומווסתת מעבר מולקולות אל הכלורופלסט ומחוצה לו.
• מרחב בין-ממברני: רווח בין הממברנה החיצונית לממברנה הפנימית.
• מערכת Thylakoid: מערכת קרום פנימית המורכבת ממבני קרום שטוחים דמוי שק המכונה תילאוקואידים המשמשים כאתרי ההמרה של אנרגיית האור לאנרגיה כימית.
• תילאוקויד לומן: תא בתוך כל תילקואיד.
• גרנה (גרנום יחיד): ערימות שכבות צפופות של שקיות תילאוקואידים (10 עד 20) המשמשות כאתרי ההמרה של אנרגיית האור לאנרגיה כימית.
• סטרומה: נוזל צפוף בתוך הכלורופלסט שנמצא בתוך המעטפה אך מחוץ לקרום התילאואיד. זהו אתר ההמרה של פחמן דו חמצני ל פחמימות (סוכר).
• כלורופיל: פיגמנט פוטו-סינתטי ירוק בתוך הגרנה הכלורופלסטית הסופגת אנרגיית אור.

בפוטוסינתזה, אנרגיית השמש של השמש מומרת לאנרגיה כימית. האנרגיה הכימית מאוחסנת בצורה של גלוקוזה (סוכר). פחמן דו חמצני, מים ואור שמש משמשים לייצור גלוקוז, חמצן ומים. הפוטוסינתזה מתרחשת בשני שלבים. שלבים אלה ידועים כשלב התגובה הקלה ושלב התגובה האפלה.

ה שלב תגובה קלה מתרחש בנוכחות אור ומתרחש בתוך הגרנה הכלורופלסטית. הפיגמנט העיקרי המשמש להמרת אנרגיית האור לאנרגיה כימית הוא כלורופיל א. פיגמנטים אחרים המעורבים בספיגת אור כוללים כלורופיל B, קסנטופיל וקרוטן. בשלב תגובת האור, אור השמש מומר ל אנרגיה כימית בצורה של ATP (מולקולה המכילה אנרגיה חופשית) ו- NADPH (מולקולה נושאת אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה). קומפלקסים של חלבונים בתוך הממברנה התילקואיד, המכונה מערכת פוטושוס I ו- Photosystem II, מתווכים את ההמרה של אנרגיית האור לאנרגיה כימית. הן ATP והן NADPH משמשים בשלב התגובה האפל לייצור סוכר.

ה שלב תגובה אפל ידוע גם כשלב קיבוע הפחמן או מחזור קלווין. תגובות כהות מתרחשות בסטרומה. הסטרומה מכילה אנזימים המאפשרים סדרת תגובות המשתמשות ב- ATP, NADPH ופחמן דו חמצני לייצור סוכר. ניתן לאחסן את הסוכר בצורה של עמילן, המשמש במהלך נשימה, או משמש לייצור תאית.

• כלורופלסטים מכילים כלורופיל אברונים נמצא בצמחים, אצות וצינובקטריה. פוטוסינתזה מתרחשת בכלורופלסטים.
• כלורופיל הוא פיגמנט פוטוסינתטי ירוק בתוך הגרנה הכלורופלסטית הסופגת אנרגיית אור לפוטוסינתזה.
• כלורופלסטים נמצאים בעלים של צמחים המוקפים בתאי שמירה. תאים אלה פותחים וסוגרים נקבוביות זעירות המאפשרות חילופי גזים הדרושים לפוטוסינתזה.
• הפוטוסינתזה מתרחשת בשני שלבים: שלב התגובה האור ושלב התגובה האפלה.
• ATP ו- NADPH מיוצרים בשלב התגובה הקלה המתרחשת בתוך גרנה של כלורופלסט.
• בשלב התגובה האפלה או מחזור קלווין, ATP ו- NADPH המיוצרים בשלב התגובה הקלה משמשים לייצור סוכר. שלב זה מתרחש בסטרומה צמחית.

מקור

קופר, ג'פרי מ. "כלורופלסטים ופלסטידים אחרים." התא: גישה מולקולרית, מהדורה שנייה, סנדרלנד: חברות סיניאר, 2000,