De Chloroplast
Chloroplasten: Theaters voor fotosynthese
Photosynthese, het proces van het omzetten van de energie van zonlicht in ”voedsel”, is verdeeld in twee basisreeksen van reacties, bekend als de lichtreacties en de Calvijncyclus, die kooldioxide gebruikt. Bij het bestuderen van de details in andere concepten moet je vaak verwijzen naar de chemische vergelijking van fotosynthese: 6CO2 + 6H2O + lichtenergie → C6H12O6 + 6O2. De fotosynthese vindt plaats in de chloroplast, een organel dat specifiek is voor plantencellen.
Als u een enkel blad van een Winterjasmijnblad, weergegeven in onderstaande figuur, onder een microscoop bekijkt, ziet u binnen elke cel tientallen kleine groene ovalen. Dit zijn chloroplasten, de organellen die zorgen voor de fotosynthese in planten en algen. Chloroplasten lijken sterk op sommige soorten bacteriën en bevatten zelfs hun eigen circulair DNA en ribosomen. Volgens de endosymbiotische theorie waren chloroplasten ooit onafhankelijk levende bacteriën (prokaryoten). Wanneer we zeggen dat fotosynthese plaatsvindt binnen chloroplasten, hebben we het dus niet alleen over de organellen in planten en algen, maar ook over sommige bacteriën – met andere woorden, vrijwel alle fotosynthetische autotrofen.
Microscopische foto met hoog vermogen van het bovenste deel van een Winterjasmijnblad. Onder een microscoop zijn vele groene chloroplasten zichtbaar.
Elke chloroplast bevat keurige stapeltjes die grana (enkelvoud, granum) worden genoemd. De grana bestaan uit zakachtige membranen, thylakoïde membranen genoemd. Deze membranen bevatten fotosystemen, dat zijn groepen moleculen die chlorofyl, een groen pigment, bevatten. De lichtreacties van de fotosynthese vinden plaats in de thylakoïdmembranen. De stroma is de ruimte buiten de thylakoïdmembranen, zoals weergegeven in onderstaande figuur. Hier vinden de reacties van de Calvijncyclus plaats. Naast enzymen spelen twee basistypen moleculen – pigmenten en elektronendragers – een sleutelrol in dit proces en worden ook in de thylakoïdmembranen aangetroffen.
U kunt een videotour door een chloroplast volgen op Encyclopedia Britannica: Chloroplast:www.britannica.com/EBchecked/…in-plant-cells.
Een chloroplast bestaat uit thylakoïde membranen omgeven door stroma. De thylakoïdemembranen bevatten moleculen van het groene pigment chlorofyl.
Elektronendragermoleculen zijn gewoonlijk gerangschikt in elektronentransportketens (ETC’s). Deze accepteren en geven energiedragende elektronen door in kleine stappen (onderstaande figuur). Op deze manier produceren ze ATP en NADPH, die tijdelijk chemische energie opslaan. Elektronen in transportketens gedragen zich als een bal die van een trap stuitert – bij elke stuitering gaat een beetje energie verloren. Met de energie die bij elke stap in een elektronentransportketen “verloren” gaat, wordt echter een klein beetje werk verricht, dat uiteindelijk resulteert in de synthese van ATP.
Deze figuur toont de lichtreacties van de fotosynthese. Deze fase van de fotosynthese begint met fotosysteem II (zo genoemd omdat het na fotosysteem I werd ontdekt). Zoek de twee elektronen (2 e-) in fotosysteem II, en volg ze door de elektronentransportketen (ook wel de elektronentransferketen genoemd) naar de vorming van NADPH. Waar komen de waterstofionen (H+) vandaan die helpen ATP te maken?