همه چیز درباره کلروپلاست...

کلروپلاست معمولا از میتوکندری بزرگتر است و شباهت زیادی به میتوکندری دارد و جایگاه فرآیند فتوسنتز می‌باشد. کلروپلاست ها جز گروهی از اندامک ها هستند که این اندامک ها پلاستید نام دارند. پلاستیدها در کلیه سلول های گیاهی یافت می‌شوند و شامل اتیوپلاست، کلروپلاست، کروموپلاست، آمیلوپلاست و الایوپلاست هستند 

 

وجه مشترک تمام پلاستیدها این است که تمام آنها از اندامک کوچک اولیه‌ای به نام پروپلاستید ایجاد می‌شوند. پروپلاستید که پیش ساز کلیه پلاستیدها است، بسته به بافت گیاه و پیام های محیطی به انواع گوناگون پلاست ها تمایز پیدا می‌کند. کلروپلاست تنها پلاستیدی است که کلروفیل دارد و عمل فتوسنتز را انجام می‌دهد.

کلروپلاست ها به دلیل رنگ داشتن رنگ سبز از اولین اندامک هایی هستند که در یاخته‌های گیاهی نظر پژوهشگران را به خود جلب کرده‌اند. ووشر در سال ۱۸۰۳ رده بندی جلبک های رشته‌ای آب شیرین را بر بنای شکل ذرات سبز موجود در آنها قرار داد و آنها را به کونفروهای مارپیچی، ستاره‌ای و لوله‌ای تقسیم کرد. در جلبک ها، کلروپلاست ها ساختمان ساده‌تری دارند و اغلب آنهارا کروماتوفور می‌نامند. در گیاهان پیشرفته و عده‌ای از جلبک های سرخ و قهوه‌ای کلروپلاست ها کروی، بیضوی و یا اغلب عدسی شکل هستند.

کلروپلاست ها اندازه بسیار متفاوتی دارند. طول آنها از حدود ۲ تا بیش از ۳۰ میکرون می‌رسد. در گیاهان پیشرفته طول کلروپلاست ها ۳ تا ۱۰ میکرومتر، عرض آنها ۱ تا ۳ و ضخامتشان ۱ تا ۲ میکرومتر است. اندازه کلروپلاست به ویژگی های وراثتی، سن یاخته و دیگر ویژگی های فیزیولوژیکی یاخته وابسته است. یاخته‌های پلی پلوئید کلروپلاست های درشت‌تری از یاخته‌های دیپلوئید دارند.

کلروپلاست ها به دلیل داشتن کلروفیل اغلب سبز رنگ هستند، اما در برخی شرایط فیزیولوژیکی یا بر حسب نوع یاخته و میزان نسبی رنگیزه‌ های غیر کلروفیلی ممکن است به رنگ های دیگری دیده شوند. در جلبک های قهوه‌ای و قرمز، رنگ سبز کلروفیل بوسیله سایر رنگیزه‌ ها پوشیده شده است.

تعداد کلروپلاست بر حسب نوع یاخته، گونه گیاهی و سن یاخته تغییر می‌کند. تعداد کلروپلاست ها در هر میلیمتر مربع برگ کرچک به حدود ۴۰۰ هزار می‌رسد و یک درخت ممکن است تا ۱۰۱۲ عدد کلروپلاست داشته باشد. کلروپلاست ها در یاخته‌های جلبک ها و گیاهان مختلف در بخش های مختلف یاخته قرار می‌گیرند. بطور معمول در بخش های کناری یاخته که امکان دریافت نور بیشتر است فراوانی بیشتری دارند.

پوشش پلاستی

غشای خارجی

غشای خارجی کلروپلاست ضخامت متوسط حدود ۶۰ آنگستروم دارد و از نوع غشاهای زیستی واحد است. این غشا صاف است، ریبوزوم ندارد و سد بین سیتوزول و درون پلاست است.

اطاق خارجی

اطاق خارجی یا فضای بین دو غشا وسعت متوسط حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ آنگستروم دارد و از مایعی دارای آب، ترکیبات مختلف آلی، مقدار کمی نمک های کانی و یون های حاصل از آنها پر شده است.

غشای داخلی

این غشا ویژگی های عمومی شبیه غشای خارجی دارد. ضخامت متوسط آن حدود ۶۰ آنگستروم است. گرچه غشای داخلی می‌تواند چین خوردگی هایی را به درون پلاست داشته باشد. اما نظریه کنونی بر این است که سیستم های غشایی درونی کلروپلاست اساسا مستقل از غشای داخلی است.

اطاق داخلی

ماده زمینه‌ای یا استروما اطاق داخلی کلروپلاست را پر کرده است. در استروما اجزای قابل رویت با میکروسکوپ الکترونی مانند سیستم غشاهای درونی، مولکول های DNA مشابه با پروکاریوت ها، ریبوزوم های از نوع ۷۰s به حالت منفرد یا پلی‌زوم. در استروما اغلب ذرات نشاسته نیز وجود دارد. استروما دارای آنزیمهای مختلف از جمله آنزیمهای واکنشهای مرحله تاریکی فتوسنتز و آنزیمهای لازم برای بیوسنتز پروتئینهاست.

سیستم غشایی درون کلروپلاست

در استرومای کلروپلاست ها ساختمان های غشایی زیادی وجود دارند که مقدار آنها و نوع آرایششان به حسب نوع گیاه و ویژگی های فیزیولوژیکی یاخته‌ها متفاوت است. این ساختمان ها تیلاکوئید نام دارند. این غشاها با سازمان یافتگی بسیار ویژه خود جایگاه انجام واکنش های مرحله نوری فتوسنتز هستند. در روی این غشاها رنگیزه‌ های نوری یافت می‌شود.

کلروپلاست جایگاه فتوسنتز

فتوسنتز فرآیندی است که در گیاهان سبز برای تولید مواد غذایی بکار می‌رود که با استفاده از دی‌ اکسید کربن و نور خورشید انجام می‌شود. فتوسنتز شامل دو سری واکنش وابسته به نور و غیر وابسته به نور است.

واکنش های غیر وابسته به نور یا واکنش های تاریکی در استرومای کلروپلاست صورت می‌گیرد و طی آن انرژی شیمیایی لازم برای انجام واکنش های مرحله نوری تامین می‌شود. این مرحله در بیشتر گیاهان در شب انجام می‌شود. در واکنش های مرحله نوری با استفاده از دی ‌اکسید کربن و نور خورشید انواع مختلف کربوهیدرات ها ساخته می‌شود.

ژنوم کلروپلاست

کلروپلاست مانند میتوکندری DNA دارد و در آن همانندسازی، رونویسی و پروتئین سازی مستقل از هسته صورت می‌گیرد. این فرآیندها در بستره کلروپلاست انجام می‌گیرد. به نظر می‌رسد DNA کلروپلاست ها مانند DNA میتوکندری ها به غشای داخلی کلروپلاست چسبیده اند. اندازه ژنوم کلروپلاست در تمام گیاهان مشابه است. DNA کلروپلاست ها ملکول هایی حلقوی هستند. ژنوم کلروپلاست ۱۲۰ ژن دارد و محصولات شناخته شده آنها شامل RNA‌های ریبوزومی، tRNAها، برخی زیر واحدهای RNA پلی‌مراز، برخی از پروتئین های ریبوزومی و تعدادی از آنزیم هایی است که در فتوسنتز نقش دارند.

کلروپلاست ‌زائی

کلروپلاست از تمایز پلاست اولیه و اتیوپلاست بوجود می ‌آید. کلروپلاست مثل میتوکندری طی چرخه سلول بزرگ می‌شود و تقسیم دوتایی پیدا می‌کند. صفاتی که توسط DNA کلروپلاست تعیین می‌شوند، مانند وجود رنگدانه‌ های عمل کننده در فتوسنتز در ۳/۲ گیاهای عالی از وراثت سیتوپلاسمی تبعیت می‌کنند و توارث اکثرا دو والدی می‌باشد. به عنوان مثال از آمیزش گیاه نر و ماده‌ای که یکی کلروپلاست سالم و دیگری کلروپلاست معیوب دارد، گیاهانی حاصل می‌شوند که برگ های آنها دارای لکه‌های سبز و سفید هستند، لکه‌های سبز مربوط به کلروپلاست سالم است، در حالی که لکه‌ های سفید مربوط به کلروپلاست معیوب هستند.

القای پلاست اولیه توسط نور و مراحل تمایز آن به کلروپلاست بالغ

۱- پلاست اولیه در سلولی که به تاریکی عادت دارد فقط غشای خارجی و داخلی دارد.

۲- در اثر مجاورت با نور، کلروفیل، فسفو لیپیدها، بستره کلروپلاست و پروتئین های تیلاکوئیدی ساخته می‌شوند و وزیکول های کوچک از غشای داخلی جوانه می‌زنند.

۳- با بزرگ شدن پلاست ها، بعضی از وزیکول های گرد ادغام می‌شوند و وزیکول های پهن تیلاکوئیدی را تشکیل می‌دهند.

۴- در مراحل آخر تمایز کلروپلاست، بعضی از وزیکول های تیلاکوئیدی روی هم انباشته می‌شوند و گرانا (جمع گرانوم) را بوجود می ‌آورند.

تکامل پلاست ها از موجودات ابتدایی

از موجودات ابتدایی یا باکتری های فتوسنتز کننده، تکامل ساختارهای پلاستی در سه جهت انجام گرفته است.

۱- گسترش سطح نسبت به حجم که بخصوص برای کسب انرژی نورانی مناسب است.

۲- گزینش انواع مختلفی از رنگیزه‌ های پذیرنده نور، تشکیل گیرنده‌ های نوری بسیار مختلف را امکان پذیر می ‌سازد.

۳- تخصصی شدن اعمالی که منجر به تغییر ترکیب و ساختمان پلاست شده و موجب تولید انواع مختلف پلاست های عمل کننده شده است که می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند