Kloroplas adalah organel bulat telur dari sel hijau yang terkandung dalam tumbuhan, yang memiliki klorofil, yang dapat digunakan untuk melakukan proses fotosintesis. Kloroplas memiliki selubung yang terdiri dari dua membran konsentris yang mengandung vesikel, yang disebut tilakoid, dengan tampilan kantung pipih, di mana pigmen dan molekul lain yang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia diatur, seperti kasus klorofil.
Sementara itu, kata kloroplas dapat digunakan dalam dua pengertian, di satu sisi, untuk menunjuk pada plester yang digunakan untuk fotosintesis, atau jika tidak, mengacu pada plast hijau, tipikal tumbuhan dan ganggang hijau.
Kedua membran kloroplas memiliki struktur yang beragam, dipisahkan oleh ruang antarmembran yang dikenal sebagai ruang periplastidial atau ruang antarmembran; membran luar atau luar ternyata sangat permeabel sebagai konsekuensi dari adanya porin, sedangkan dalam kaitannya dengan membran bagian dalam, membran itu lebih sedikit karena mengandung protein khusus untuk diangkut. Rongga internal disebut sebagai stroma dan di dalamnya terdapat reaksi untuk memfiksasi karbon dioksida.
Fungsi utama yang jatuh pada kloroplas adalah melakukan fotosintesis, yaitu pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia yang stabil. Selain itu, timbul dua fase yang terjadi di tempat berbeda, fase terang yang terjadi di membran tilakoid, dan fase gelap yang terjadi di stroma.
Apa itu Kloroplas?
Kloroplas merupakan organel seluler yang dalam fotosintesis organisme eukariotik bertanggung jawab untuk fotosintesis. Mereka dibatasi oleh selubung yang dibentuk oleh dua membran konsentris dan mengandung vesikel, tilakoid, tempat pigmen dan molekul lain yang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia, seperti klorofil, diatur.
Istilah kloroplas digunakan sebagai alternatif untuk menunjuk setiap plastida yang didedikasikan untuk fotosintesis, atau secara khusus plast hijau yang khas dari ganggang hijau dan tumbuhan. Meskipun penemuan baru-baru ini menambahkan lebih banyak individu ke dalam daftar, seperti dalam kasus Elysia chlorotica, yang dengan mencerna alga Vaucheria litorea, memperoleh kloroplas di jaringannya, dan berkat ini, ia dapat berfotosintesis.
Struktur
Kloroplas dikelilingi oleh dua membran, dengan struktur kontinu yang sepenuhnya membatasi kloroplas. Di antara keduanya ada ruang antarmembran yang kadang salah disebut ruang periplastidial. Membran luar sangat permeabel berkat adanya porins, lebih luas daripada membran dalam, yang mengandung protein khusus untuk transportasi. Rongga internal yang disebut stroma, tempat terjadinya reaksi pengikatan CO2, berisi DNA sirkuler untai ganda, ribosom (dari tipe 70S, seperti bakteri), butiran pati, lipid, dan zat lainnya.
Ada juga serangkaian sakula yang dibatasi membran yang disebut tilakoid, yang dalam kloroplas tumbuhan terestrial diatur dalam tumpukan yang disebut grana (jamak dari granum, biji-bijian). Membran tilakoid mengandung zat seperti pigmen fotosintesis (klorofil, karotenoid, xantofil), berbagai lipid, protein rantai transpor elektron fotosintetik, dan enzim seperti ATP sintase.
Ketika mengamati struktur kloroplas dan membandingkannya dengan mitokondria, diketahui bahwa kloroplas memiliki dua sistem membran, yang membatasi kompartemen internal (matriks) dan kompartemen eksternal, ruang perimitokondria, sedangkan kloroplas memiliki tiga membran yang membentuk tiga kompartemen. : ruang antar membran, ruang stroma dan ruang intratilakoid.
Fungsi
Kloroplas adalah organel tempat fotosintesis berlangsung di sel tumbuhan eukariotik. Rangkaian reaksi fotosintesis dilakukan berkat seluruh kompleks molekul yang ada di kloroplas, salah satunya, yang ada di membran tilakoid, bertanggung jawab untuk mengambil energi dari Matahari, yang disebut klorofil.
Ada dua fase, yang berkembang di kompartemen berbeda:
- Fase terang: Ini dilakukan di membran sel tilakoid, di mana rantai transpor elektron dan ATP sintase berada, bertanggung jawab untuk konversi energi cahaya menjadi energi kimia (ATP) dan pembangkitan daya reduksi (NADPH +).
- Fase gelap: Ini diproduksi di stroma, tempat enzim RuBisCO ditemukan, bertanggung jawab untuk fiksasi CO2 melalui siklus Calvin.
Pembagian isi sel menjadi berbagai kompartemen merupakan tantangan organisasi dalam hal perdagangan protein. Perdagangan protein dalam sel eukariotik diatur oleh:
- Sinyal klasifikasi (sinyal peptida protein yang disekresikan dengan gugus manosa-fosfat enzim lisosom)
- Reseptor yang mengenali sinyal ini dan menerjemahkan protein yang mengandungnya ke dalam kompartemen yang sesuai.
Empat organel utama sel (mitokondria, peroksisom, nukleus, dan kloroplas) mengimpor protein melalui satu atau lebih membran pembatas luar. Misalnya: dalam retikulum endoplasma kasar, protein yang diimpor oleh organel-organel ini mengandung urutan asam amino yang berfungsi sebagai “domisili” yang dikenali oleh reseptor pada membran luar organel.
Berbeda dengan retikulum endoplasma kasar yang hampir mengimpor proteinnya pada saat penerjemahan yang sama, protein dari organel lain ini diimpor setelah translasi, yaitu setelah sintesis selesai pada ribosom bebas di dalam sitosol.
Kloroplas memiliki subkompartemen berikut yang dapat dijangkau protein:
- Membran bungkus dalam dan luar
- ruang antar membran
- stroma
- membran tilakoid
- lumen tilakoid
Mekanisme impor kloroplas sangat mirip dengan mitokondria, meskipun translokasi mereka berkembang secara independen.
Bagaimana itu terjadi di mitokondria:
- Sebagian besar protein kloroplas diimpor ke dalam sitosol.
- Membran amplop luar dan dalam berisi kompleks translokasi berbeda (TOC dan TIC) yang bekerja sama selama impor.
- Molekul pendamping membantu membuka polipeptida di dalam sitosol dan melipat protein di dalam kloroplas.
- Protein yang ditujukan untuk kloroplas disintesis dengan urutan terminal-N yang dapat dilepas (peptida transit).
Peptida transit selain untuk mengarahkan polipeptida juga memberinya “rumah” yang menempatkan polipeptida di salah satu dari beberapa kompartemen di dalam organel. Semua protein yang melewati amplop kloroplas memiliki domain penargetan stroma sebagai bagian dari peptida transitnya yang memastikan bahwa polipeptida memasuki stroma. Setelah berada di stroma, domain pemimpin stroma dihilangkan oleh peptidase prosesor yang ditemukan di kompartemen itu. Polipeptida yang termasuk dalam membran tilakoid dalam lumen tilakoid memiliki segmen tambahan dalam polipeptida transit, domain transfer tilakoid yang menentukan masuknya mereka ke dalam tilakoid.
Jalur yang berbeda telah diidentifikasi dan melalui jalur tersebut protein dimasukkan ke dalam membran tilakoid atau ditransfer ke lumen tilakoid.
Banyak protein yang berada di dalam membran tilakoid dikodekan dalam gen kloroplas dan disintesis pada ribosom yang menempel pada membran kloroplas.
Pigmen
Kromofor adalah bahan yang menyerap cahaya dengan warna tertentu, memantulkan cahaya warna lain Cahaya yang diserap oleh kromofor membran tilakoid kloroplas digunakan sebagai sumber energi yang mendorong fotosintesis.
Klorofil a adalah kromofor yang ada di semua kloroplas (dan di cyanobacteria tempat asalnya). Molekul yang mampu menyerap cahaya beberapa warna dan memantulkan cahaya yang lain disebut kromofor, pada tumbuhan, kromofor menempel pada molekul lain (protein) yang sedikit mengubah warna cahaya yang diserap, kompleks yang dibentuk oleh kromofor + protein disebut pigmen, untuk keperluan teks ini kita akan memperlakukan chromophores dengan nama “pigmen”). Klorofil a menyerap cahaya berwarna merah dan biru, yang sebagian besar memantulkan warna hijau (dari cahaya tampak). Tapi itu bukan satu-satunya pigmen, di dalam membran tilakoid terdapat pigmen berbeda yang menyerap cahaya dari beberapa warna dengan tujuan akhir untuk meningkatkan fotosintesis. Dari jumlah tersebut, yang bukan klorofil a disebut pigmen aksesori. Pigmen aksesori memungkinkan untuk menangkap energi cahaya dengan warna yang berbeda dari yang ditangkap oleh klorofil a. Sebagai contoh, terdapat variasi kecil dalam struktur kimia klorofil a karena evolusi, variasi ini adalah pigmen aksesori yang disebut klorofil b, klorofil c1, dll., Dan mereka menangkap cahaya dengan warna yang sedikit berbeda daripada yang ditangkap oleh klorofil a., selalu mencerminkan, terutama, dalam kisaran warna hijau. Klorofil lain tidak ditemukan pada semua eukariota fotosintesis tetapi pada beberapa kelompok yang kloroplasnya diturunkan dari satu nenek moyang, dan mereka berbagi hampir jalur biosintesis dengan klorofil a, dengan sedikit perubahan pada jalur yang memberikan klorofil yang berbeda. Ada pigmen aksesori lainnya, yang tidak harus disintesis dengan cara yang sama seperti klorofil dan oleh karena itu struktur kimianya tidak sama dengan pigmennya, yang menyerap cahaya dari warna lain, dan juga dapat menunjukkan variasinya karena evolusi. Pigmen aksesori yang sangat umum adalah, misalnya, karotenoid yang berbeda (yang menangkap cahaya dari kisaran biru-hijau, dan memantulkan cahaya merah, oranye dan kuning). Dalam membran tilakoid, di setiap kompleks yang melakukan fotosintesis, hanya beberapa molekul klorofil a (dimer) yang bertanggung jawab untuk mendorong proses fotosintesis, sisa klorofil a dan pigmen aksesori ditemukan di sekitar pasangan yang membentuk “kompleks antena. “yang menangkap, dari cahaya yang mencapai mereka, warna yang diizinkan untuk mereka, dan mentransfer energi itu ke pasangan pusat. Kemudian fotosintesis berlangsung melalui fase terang dan kemudian fase gelap.
Setiap pigmen memberikan warna yang berbeda pada tanaman, dan terkadang pigmen menutupi warna hijau yang selalu dipantulkan oleh klorofil a. Misalnya, “alga hijau” sebagian besar memiliki klorofil, sedangkan alga coklat juga memiliki fucoxanthin, yang memberi mereka warna khas. Karena ada habitat yang intensitas cahayanya sangat rendah dalam warna yang ditangkap klorofil a dan lebih tinggi pada warna lain, pigmen aksesori memungkinkan tanaman menjelajahi habitat yang sebelumnya sulit dijangkau: misalnya, karena cahaya biru adalah satu-satunya yang memiliki penetrasi terbesar ke dalam air, alga merah, yang mengandung berbagai pigmen yang menyerap warna kebiruan (dan memantulkan warna merah), mampu hidup di laut pada kedalaman yang lebih dalam daripada alga lainnya. Di laut, konsentrasi pigmen fotosintesis (khususnya klorofil a) terkait dengan kepadatan alga, sehingga estimasi digunakan secara luas untuk memperkirakan kepadatan alga dalam kaitannya dengan kedalaman dan luas, dan digunakan teknik sensor satelit ( yang dapat mengenali warna yang diserap oleh pigmen) untuk tujuan ini.
Pada hewan
Elysia chlorotica tampak hijau setelah memperoleh kemampuan fotosintesis.
Ada hewan yang dapat memperoleh kloroplas melalui proses selain endosimbiosis dan tidak diturunkan. Melalui proses yang disebut kleptoplasti, organisme heterotrof mengkonsumsi dan mempertahankan kloroplas dari organisme fotosintetik. Misalnya, di “siput laut” sarcoglosso Elysia chlorotica, yang merupakan organisme di mana peristiwa ini paling banyak dipelajari, kloroplas dikonsumsi bersama dengan alga yang merupakan bagian dari makanan tubuh, sisa alga terdegradasi dan kloroplas adalah Mereka menyita (mereka tetap di dalam sitoplasma sel yang seharusnya mendegradasi mereka, menjadi “kleptoplas”), dengan cara ini mereka adalah bagian dari jaringan tubuh yang mendapatkan kemampuan untuk berfotosintesis untuk waktu yang bisa jadi beberapa bulan. Efisiensi fotosintesis kleptoplas ini begitu tinggi sehingga jika intensitas cahayanya bagus, moluska ini tidak perlu diberi makan. Basis umur panjang cleptoplast dan cara mereka diintegrasikan ke dalam metabolisme inang adalah area penelitian yang intens.
