9.3: Anatomia chloroplastów

Zielone glony i rośliny, w tym zielone łodygi i niedojrzałe owoce, są siedliskiem chloroplastów — niezbędnych organelli, w których zachodzi fotosynteza. U roślin największe zagęszczenie chloroplastów występuje w komórkach mezofilowych liści.

Podwójna membrana otacza chloroplasty. Błona zewnętrzna zwrócona jest z jednej strony do cytoplazmy komórki roślinnej, a z drugiej do przestrzeni międzybłonowej chloroplastu. Błona wewnętrzna oddziela wąską przestrzeń międzybłonową od wodnego wnętrza chloroplastu, zwanego zrębem.

W zrębie inny zestaw błon tworzy przedziały w kształcie dysku — zwane tylakoidami. Wnętrze tylakoidu nazywa się światłem tylakoidu. U większości gatunków roślin tylakoidy są ze sobą połączone i tworzą stosy zwane grana.

W błonach tylakoidów osadzone są wielobiałkowe kompleksy zbierające światło (lub anteny). Kompleksy te składają się z białek i pigmentów, takich jak chlorofil, które wychwytują energię świetlną w celu przeprowadzenia zależnych od światła reakcji fotosyntezy. Procesy te uwalniają tlen i wytwarzają energię chemiczną w postaci ATP i NADPH.

Druga część fotosyntezy — cykl Calvina — jest niezależna od światła i zachodzi w zrębie chloroplastu. Cykl Calvina wychwytuje CO₂ i wykorzystuje ATP i NADPH do ostatecznej produkcji cukru.

Chloroplasty koordynują dwa etapy fotosyntezy. Fotosynteza uwalnia tlen i cukry — podstawę biomasy roślinnej, która bezpośrednio lub pośrednio odżywia większość życia na Ziemi.

U roślin fotosynteza zachodzi w gęstych warstwach komórek mezofilu liścia, w których zawarta jest największa liczba chloroplastów.

W tych wyspecjalizowanych organellach z podwójną błoną rozrzucony jest kolejny zestaw przedziałów. Wypełnione płynem błoniaste worki zwane tylakoidami, które są ze sobą połączone i tworzą wiele stosów zwanych grana.

Na zewnętrznych krawędziach każdego granum, osadzonego w błonach tylakoidów, znajdują się kompleksy wielobiałkowe, takie jak fotosystemy. Struktury te zawierają białka antenowe związane z licznymi cząsteczkami pigmentu, takimi jak chlorofile, w celu pochłaniania światła i rozpoczynania pierwszego etapu reakcji zależnych od światła.

Tymczasem drugi etap, cykl Calvina, zachodzi w zrębie, wnęce wodnej poza dwuwarstwą lipidową tylakoidu. Gdy oba procesy współpracują ze sobą, rośliny produkują własną żywność dzięki biochemicznym fabrykom znajdującym się w chloroplastach.