Hloroplasti ir mazas organellas, kas atrodamas augu un aļģu šūnās. Tās absorbē gaismu, lai saražotu cukurus procesā, ko sauc par fotosintēzi. Radītie cukuri var tikt uzglabāti gan kā ciete, gan pārvietoti citām šūnām. Hloroplasti satur molekulu hlorofilu, kas galvenokārt absorbē saules gaismu un nodrošina fotosintēzes sākumu. Papildus hlorofilam hloroplastos tiek izmantots oglekļa dioksīds (CO2) un ūdens (H2O) cukura veidošanai, kā arī izdalīts skābeklis (O2) — tas viss ir fotosintēzes rezultāts. Tieši hlorofils piešķir zaļajiem augiem to raksturīgo zaļo krāsu, bet hloroplastos sastopami arī dažādi dzelteni un oranži pigmenti, kas palīdz uztvert plašāku spektru fotonus fotosintēzes procesā.
Hloroplastu uzbūve un iekšējā organizācija
Hloroplastiem ir divkārša membrāna — ārējā un iekšējā plazmatiskā membrāna — kas ieskauj tilakoīdu sistēmu un stroma šķidrumu. Tilakoīdi ir plakanas, membrānveida struktūras, kuras sakraujot veido granas. Tilakoīdu membrānā atrodas fotosintētiskie pigmenti un proteīni, kas nodrošina gaismas fāzi (elektronu plūsmu, ATP un NADPH ražošanu). Stromā norisinās tumšā fāze jeb Kalvina cikls, kur tiek fiksēts CO2 un sintezēti ogļhidrāti. Hloroplasti satur arī savu DNS un ribosomas, kas liecina par to autonomo spējīgu proteīnu sintēzi un parāda sakari ar endosimbiozes teoriju.
Hlorofils un citi pigmenti
Galvenais fotosintētiskais pigments ir hlorofils, kas eksistē galvenokārt divās formās — hlorofils a un hlorofils b — ar nedaudz atšķirīgām absorbcijas īpašībām. Hlorofili absorbē galvenokārt sarkano un zilo gaismas daļu, bet atstāj zaļu, kas arī padara augus zaļus. Palīgpigmenti, piemēram, karotinoīdi (dzelteni un oranži) un ksantofili, paplašina uztveramo gaismas spektru un aizsargā fotosistēmas no pārmērīga gaismas radītā oksidatīvā stresa. Aļģēm un citiem fotosintētiskiem organismiem var būt arī speciālas pigmentu klases — piemēram, fikobiliproteīni sarkanajām aļģēm vai fukoksantīns brūnajām aļģēm — kas ļauj izmantot citus spektra reģionus.
Fotosintēzes galvenie posmi hloroplastos
- Gaismas fāze (tilakoīdu membrānās): fotoni aktivizē pigmentu kompleksus, notiek ūdens fotolīze (H2O → O2 + H+ + e−), tiek veidots ATP un reducējošais equivalents NADPH.
- Kalvina cikls (stromā): CO2 tiek fiksēts un pārvērsts trīskarbonātos ogļhidrātos, izmantojot ATP un NADPH; centrālais fermentu komplekss ir Rubisco.
- Rezultātā veidojas trioses fosfāti, no kuriem šūna var sintezēt glikozi, saharozi vai uzkrāt cieti ilgtermiņa uzglabāšanai.
Bioloģiskā un ekoloģiskā nozīme
Hloroplasti un tajos notiekošā fotosintēze nodrošina atmosfēras skābekli un ir galvenais biomasas avots, uz kura balstās praktiski visi ekosistēmu pārtikas tīkli. Augiem un aļģēm fotosintēze ļauj pārvērst saules enerģiju par ķīmisko, kas ir kritiski svarīgi lauksaimniecībā, klimata regulācijā un kosmoss pētījumos (piemēram, CO2 samazināšana).
Citas īpašības un pielietojums
Hloroplasti parasti ir izmēros no 2 līdz 10 µm, un vienā šūnā var būt no dažiem līdz vairākiem simtiem hloroplastu atkarībā no auga veida un šūnas specifikas. Tie spēj dalīties neatkarīgi no šūnas dalīšanas, un augi regulē to skaitu, izmēru un izkārtojumu atkarībā no gaismas apstākļiem (piemēram, hloroplastu kustība uz vai prom no gaismas avota). Cilvēki izmanto zināšanas par hloroplastu darbību biotehnoloģijā — piemēram, uzlabojot fotosintētisko efektivitāti, ražojot biomasu vai sintezējot specifiskas vielas in planta.
Īsumā, hloroplasti ir specializētas organellas ar sarežģītu iekšējo arhitektūru un daudzpusīgām funkcijām: tie uztver gaismas enerģiju, pārvērš to ķīmiskajā formā, fiksē CO2 un ražo barības vielas un O2, kas uztur dzīvību uz Zemes.
