kloroplas adalah jenis organel sel dibatasi oleh sistem membran yang kompleks, karakteristik tanaman dan ganggang. Klorofil ditemukan dalam plastid ini, pigmen yang bertanggung jawab untuk proses fotosintesis , warna hijau tanaman dan memungkinkan kehidupan autotrofik dari garis keturunan ini.
Selanjutnya, kloroplas terkait dengan pembangkitan energi metabolik (ATP – adenosin trifosfat), sintesis asam amino, vitamin, asam lemak, komponen lipid membrannya dan pengurangan nitrit. Ini juga memiliki peran dalam produksi zat pertahanan terhadap patogen.
Kloroplas. Oleh Miguelsierra [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) atau CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], dari Wikimedia Commons
Organel fotosintesis ini memiliki genom sirkular ( DNA ) sendiri dan dikatakan bahwa, seperti mitokondria , mereka berasal dari proses simbiosis antara inang dan bakteri fotosintetik leluhur.
Indeks artikel
Sumber
Kloroplas adalah organel yang memiliki karakteristik kelompok organisme yang sangat jauh: alga, tumbuhan, dan prokariota. Bukti ini menunjukkan bahwa organel berasal dari organisme prokariotik dengan kemampuan untuk berfotosintesis.
Diperkirakan bahwa organisme eukariotik pertama, dengan kemampuan untuk berfotosintesis, berasal sekitar 1 miliar tahun yang lalu. Bukti menunjukkan bahwa lompatan evolusioner besar ini disebabkan oleh perolehan cyanobacterium oleh inang eukariotik. Proses ini memunculkan garis keturunan yang berbeda dari ganggang merah dan hijau dan tanaman.
Demikian pula, peristiwa simbiosis sekunder dan tersier dimunculkan di mana garis keturunan eukariota membangun hubungan simbiosis dengan eukariota fotosintesis yang hidup bebas lainnya.
Selama evolusi, genom bakteri diduga telah dipersingkat dan beberapa gennya telah ditransfer dan diintegrasikan ke dalam genom nukleus.
Organisasi genom kloroplas saat ini menyerupai prokariota, namun juga memiliki atribut materi genetik eukariota.
Teori endosimbiosis
Teori endosimbiotik diusulkan oleh Lynn Margulis dalam serangkaian buku yang diterbitkan antara tahun 60-an dan 80-an.Namun, itu adalah ide yang telah digunakan sejak tahun 1900-an, diusulkan oleh Mereschkowsky.
Teori ini menjelaskan asal usul kloroplas, mitokondria, dan badan basal yang ada dalam flagela. Menurut hipotesis ini, struktur ini pernah menjadi organisme prokariotik bebas.
Tidak banyak bukti yang mendukung asal endosimbiosis badan basal dari prokariota bergerak.
Sebaliknya, ada bukti penting yang mendukung asal endosimbiotik mitokondria dari -Proteobacteria dan kloroplas dari cyanobacteria. Bukti paling jelas dan terkuat adalah kesamaan antara kedua genom.
Ciri-ciri umum kloroplas
Kloroplas adalah jenis plastida yang paling mencolok dalam sel tumbuhan . Mereka adalah struktur oval yang dikelilingi oleh membran dan di dalamnya terjadi proses eukariota autotrofik yang paling terkenal: fotosintesis. Mereka adalah struktur dinamis dan memiliki materi genetik mereka sendiri.
Mereka umumnya terletak di daun tanaman. Sebuah sel tumbuhan yang khas dapat memiliki 10 sampai 100 kloroplas, meskipun jumlahnya cukup bervariasi.
Seperti mitokondria, pewarisan kloroplas dari orang tua ke anak terjadi oleh salah satu orang tua dan bukan keduanya. Faktanya, organel ini sangat mirip dengan mitokondria dalam beberapa hal, meskipun lebih kompleks.
Struktur (bagian)
Kloroplas. Oleh Gmsotavio [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) atau GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], dari Wikimedia Commons
Kloroplas adalah organel besar, panjangnya 5 hingga 10 m. Karakteristik struktur ini dapat divisualisasikan di bawah mikroskop cahaya tradisional.
Mereka dikelilingi oleh membran lipid ganda. Selain itu, mereka memiliki sistem ketiga membran internal, yang disebut membran tilakoid.
Sistem membran yang terakhir ini membentuk satu set struktur seperti cakram, yang dikenal sebagai tilakoid. Persimpangan tilakoid dalam tumpukan disebut “grana” dan mereka terhubung satu sama lain.
Berkat sistem membran rangkap tiga ini, struktur internal kloroplas menjadi kompleks dan dibagi menjadi tiga ruang: ruang antarmembran (antara dua membran luar), stroma (ditemukan di kloroplas dan di luar membran tilakoid) dan terakhir lumen tilakoid.
Membran luar dan dalam
Sistem membran berhubungan dengan pembentukan ATP. Seperti membran mitokondria, membran dalamlah yang menentukan lewatnya molekul ke dalam organel. Fosfatidilkolin dan fosfatiditilgliserol adalah lipid yang paling melimpah di membran kloroplas.
Membran luar mengandung serangkaian pori-pori. Molekul kecil dapat dengan bebas memasuki saluran ini. Membran bagian dalam, pada bagiannya, tidak memungkinkan transit bebas dari jenis molekul berbobot rendah ini . Agar molekul dapat masuk, mereka harus melakukannya melalui pengangkut khusus yang ditambatkan ke membran.
Dalam beberapa kasus ada struktur yang disebut retikulum perifer, dibentuk oleh jaringan membran, khususnya yang berasal dari membran bagian dalam kloroplas. Beberapa penulis menganggap mereka unik dari tanaman dengan metabolisme C4, meskipun mereka telah ditemukan di tanaman C3.
Fungsi tubulus dan vesikel ini belum jelas. Diusulkan bahwa mereka dapat berkontribusi pada transportasi cepat metabolit dan protein di dalam kloroplas atau untuk meningkatkan permukaan membran bagian dalam.
Membran tilakoid
membran tilakoid. Par Tameeria sur Wikipédia anglais [Domain publik], melalui Wikimedia Commons
Rantai transpor elektron yang terlibat dalam proses fotosintesis terjadi dalam sistem membran ini. Proton dipompa melalui membran ini, dari stroma ke tilakoid.
Gradien ini menghasilkan sintesis ATP, ketika proton diarahkan kembali ke stroma. Proses ini setara dengan yang terjadi di membran dalam mitokondria.
Membran tilakoid terdiri dari empat jenis lipid: monogalaktosil diasilgliserol, digalaktosil diasilgliserol, sulfokuinovosil diasilgliserol, dan fosfatidilgliserol. Setiap jenis memiliki fungsi khusus dalam lapisan ganda lipid di bagian ini.
Tilakoid
Tilakoid adalah struktur bermembran yang berbentuk kantung atau cakram datar yang tersusun dalam “ grana ” (bentuk jamak dari struktur ini adalah granum ). Cakram ini memiliki diameter 300 hingga 600 nm. Ruang internal tilakoid disebut lumen.
Arsitektur tumpukan tilakoid masih diperdebatkan. Dua caral diusulkan: yang pertama adalah caral heliks, di mana tilakoid dililitkan di antara butir-butir dalam bentuk heliks.
Sebaliknya, caral lain mengusulkan bifurkasi. Hipotesis ini menunjukkan bahwa grana dibentuk oleh bifurkasi stroma.
stroma
Stroma adalah cairan agar-agar yang mengelilingi tilakoid dan ditemukan di bagian dalam kloroplas. Wilayah ini sesuai dengan sitosol dari bakteri yang diduga berasal dari jenis plastid ini.
Di daerah ini adalah molekul DNA dan sejumlah besar protein dan enzim. Secara khusus, ada enzim yang berpartisipasi dalam siklus Calvin, untuk fiksasi karbon dioksida dalam proses fotosintesis. Anda juga dapat menemukan butiran pati
Ribosom kloroplas ditemukan di stroma , karena struktur ini mensintesis proteinnya sendiri.
genom
Salah satu karakteristik terpenting dari kloroplas adalah mereka memiliki sistem genetiknya sendiri.
Materi genetik kloroplas terdiri dari molekul DNA sirkular. Setiap organel memiliki banyak salinan dari molekul melingkar berukuran 12 hingga 16 kb (kilobase) ini. Mereka diatur ke dalam struktur yang disebut nukleoid dan terdiri dari 10 hingga 20 salinan genom plastid, bersama dengan protein dan molekul RNA.
Kode DNA kloroplas untuk sekitar 120 hingga 130 gen. Ini menghasilkan protein dan RNA yang terkait dengan proses fotosintesis seperti komponen fotosistem I dan II, ATP sintase dan salah satu subunit Rubisco.
Rubisco (ribulose-1,5-biphosphate carboxylase / oxygenase) adalah kompleks enzim penting dalam siklus Calvin. Bahkan, itu dianggap sebagai protein paling melimpah di planet bumi.
Transfer dan RNA ribosom digunakan dalam terjemahan RNA pesan yang dikodekan dalam genom kloroplas. Ini termasuk RNA ribosom 23S, 16S, 5S dan 4.5S dan RNA transfer. Ini juga mengkode 20 protein ribosom dan subunit RNA polimerase tertentu.
Namun, unsur-unsur tertentu yang diperlukan untuk berfungsinya kloroplas dikodekan dalam genom inti sel tumbuhan.
Fitur
Kloroplas dapat dianggap sebagai pusat metabolisme penting pada tumbuhan, di mana beberapa reaksi biokimia terjadi berkat spektrum luas enzim dan protein yang melekat pada membran yang dikandung oleh organel ini.
Mereka memiliki fungsi penting dalam organisme tumbuhan: itu adalah tempat di mana proses fotosintesis terjadi, di mana sinar matahari diubah menjadi karbohidrat , memiliki oksigen sebagai produk sekunder.
Serangkaian fungsi biosintetik sekunder juga terjadi di kloroplas. Di bawah ini kita akan membahas masing-masing fungsi secara rinci:
Fotosintesis
Fotosintesis (kiri) dan respirasi (kanan). Gambar di sebelah kanan diambil dari BBC
Fotosintesis terjadi berkat klorofil. Pigmen ini ditemukan di dalam kloroplas, di membran tilakoid.
Itu terdiri dari dua bagian: cincin dan ekor. Cincin itu mengandung magnesium dan bertanggung jawab atas penyerapan cahaya. Ini dapat menyerap cahaya biru dan cahaya merah, memantulkan area hijau dari spektrum cahaya.
Reaksi fotosintesis terjadi karena adanya transfer elektron. Energi yang berasal dari cahaya memberikan energi ke pigmen klorofil (molekul dikatakan “tereksitasi oleh cahaya”), menyebabkan pergerakan partikel-partikel ini di membran tilakoid. Klorofil mendapatkan elektronnya dari molekul air.
Proses ini menghasilkan pembentukan gradien elektrokimia yang memungkinkan sintesis ATP di stroma. Fase ini juga dikenal sebagai “cahaya”.
Bagian kedua fotosintesis (atau fase gelap) terjadi di stroma dan berlanjut di sitosol. Juga dikenal sebagai reaksi fiksasi karbon. Pada tahap ini, produk dari reaksi sebelumnya digunakan untuk membangun karbohidrat dari CO 2 .
Sintesis biomolekul
Selain itu, kloroplas memiliki fungsi khusus lainnya yang memungkinkan perkembangan dan pertumbuhan tanaman.
Dalam organel ini asimilasi nitrat dan sulfat terjadi, dan mereka memiliki enzim yang diperlukan untuk sintesis asam amino, fitohormon, vitamin, asam lemak, klorofil, dan karotenoid.
Studi tertentu telah mengidentifikasi sejumlah besar asam amino yang disintesis oleh organel ini. Kirk et al.Mempelajari produksi asam amino dalam kloroplas Vicia faba L.
Para penulis ini menemukan bahwa asam amino yang paling banyak disintesis adalah glutamat, aspartat, dan treonin. Jenis lain, seperti alanin, serin dan glisin, juga disintesis tetapi dalam jumlah yang lebih kecil. Tiga belas asam amino yang tersisa juga terdeteksi.
Gen berbeda yang terlibat dalam sintesis lipid telah diisolasi. Kloroplas memiliki jalur yang diperlukan untuk sintesis lipid isoprenoid, penting untuk produksi klorofil dan pigmen lainnya.
Pertahanan terhadap patogen
Tumbuhan tidak memiliki sistem kekebalan yang dikembangkan mirip dengan hewan. Oleh karena itu, struktur sel harus menghasilkan zat antimikroba untuk mempertahankan diri terhadap agen perusak. Untuk tujuan ini, tanaman dapat mensintesis spesies oksigen reaktif (ROS) atau asam salisilat.
Kloroplas terkait dengan produksi zat ini yang menghilangkan kemungkinan patogen yang masuk ke tanaman.
Demikian juga, mereka berfungsi sebagai “sensor molekuler” dan berpartisipasi dalam mekanisme peringatan, mengkomunikasikan informasi ke organel lain.
Plastida lainnya
Kloroplas termasuk dalam famili organel tumbuhan yang disebut plastida atau plast. Kloroplas berbeda terutama dari sisa plastida dengan memiliki pigmen klorofil. Plastida lainnya adalah:
-chromoplasts : struktur ini mengandung karotenoid, mereka hadir dalam bunga dan bunga. Berkat pigmen ini, struktur tanaman memiliki warna kuning, oranye, dan merah.
-leucoplastos : plastida ini tidak mengandung pigmen sehingga berwarna putih. Mereka berfungsi sebagai cadangan dan ditemukan di organ yang tidak menerima cahaya langsung.
-Amiloplas: mengandung pati dan ditemukan di akar dan umbi-umbian.
Plastida berasal dari struktur yang disebut protoplastid. Salah satu karakteristik plastida yang paling mengejutkan adalah kemampuannya untuk berubah jenis, meskipun sudah dalam tahap matang. Perubahan ini dipicu oleh sinyal lingkungan atau intrinsik dari tanaman.
Misalnya, kloroplas mampu memunculkan kromoplas. Untuk perubahan ini, membran tilakoid hancur dan karotenoid disintesis.
Referensi
- Allen, JF (2003). Mengapa Kloroplas dan Mitokondria Mengandung Genom. Genomik Komparatif dan Fungsional , 4 (1), 31–36.
- Cooper, G.M (2000). Sel: Pendekatan molekuler. Edisi kedua . Rekan Sinauer
- Daniell, H., Lin, C.-S., Yu, M., & Chang, W.-J. (2016). Genom kloroplas: keanekaragaman, evolusi, dan aplikasi dalam rekayasa genetika. Biologi Genom , 17 , 134.
- Gracen, VE, Hilliard, JH, Brown, RH, & Barat, SH (1972). Retikulum perifer dalam kloroplas tanaman berbeda dalam jalur fiksasi CO2 dan fotorespirasi. Tanaman , 107 (3), 189-204.
- Gray, MW (2017). Lynn Margulis dan hipotesis endosimbion: 50 tahun kemudian. Biologi Molekuler Sel , 28 (10), 1285–1287.
- Jensen, PE, & Leister, D. (2014). Evolusi, struktur, dan fungsi kloroplas. F1000Prime Laporan , 6 , 40.
- Kirk, PR, & Leech, RM (1972). Biosintesis Asam Amino oleh Kloroplas Terisolasi selama Fotosintesis. Fisiologi Tumbuhan , 50 (2), 228-234.
- Kobayashi, K., & Wada, H. (2016). Peran lipid dalam biogenesis kloroplas. Dalam Lipid dalam Perkembangan Tumbuhan dan Alga (hlm. 103-125). Pegas, Cham.
- Sowden, RG, Watson, SJ, & Jarvis, P. (2017). Peran kloroplas dalam patologi tumbuhan. Esai dalam biokimia , EBC20170020.
- Bijaksana, RR, & Hoober, JK (2007). Struktur dan fungsi plastida . Ilmu Pengetahuan & Media Bisnis Springer.
