Karakteristik Thilacoids, Struktur dan Fungsi



itu thylakoids mereka adalah kompartemen dalam bentuk kantung datar yang terletak di dalam kloroplas dalam sel tanaman tanaman, di cyanobacteria dan ganggang. Mereka biasanya diatur dalam struktur yang disebut grana-jamak granum- dan itu terlihat seperti setumpuk koin.

Thilacoids dianggap sebagai sistem membran kloroplas ketiga, terlepas dari membran internal dan eksternal organel tersebut. Membran struktur ini memisahkan bagian dalam tilakoid dari stroma kloroplas, dan memiliki serangkaian pigmen dan protein yang terlibat dalam jalur metabolisme..

Dalam thylakoids, reaksi biokimiawi sangat penting untuk fotosintesis, suatu proses di mana tanaman mengambil sinar matahari dan mengubahnya menjadi karbohidrat. Secara khusus, mereka memiliki mesin yang diperlukan berlabuh ke membran mereka untuk melakukan fase tergantung pada sinar matahari, di mana cahaya terperangkap dan diubah menjadi energi (ATP) dan NADPH.

Indeks

  • 1 Karakteristik umum
  • 2 Struktur
    • 2.1 Membran tilakoid
    • 2.2 Komposisi lipid dari membran
    • 2.3 Komposisi protein dari membran
    • 2.4 Lumen tilakoid
  • 3 Fungsi
    • 3.1 Tahapan fotosintesis
    • 3.2 Tahap tergantung pada cahaya
    • 3.3 Fotofosforilasi
  • 4 Evolusi
  • 5 Referensi

Karakteristik umum

Thilacoids adalah sistem membran kloroplas tiga dimensi internal. Kloroplas yang sepenuhnya matang memiliki susunan 40 hingga 60 butir, dengan diameter antara 0,3 dan 0,6 m.

Jumlah thylakoids yang membentuk granas sangat bervariasi: dari kurang dari 10 karung pada tanaman yang terkena sinar matahari yang cukup, hingga lebih dari 100 thylakoids pada tanaman yang hidup di lingkungan dengan naungan yang ekstrem.

Tylakoid bertumpuk dihubungkan satu sama lain membentuk kompartemen kontinyu dalam kloroplas. Bagian dalam tilakoid adalah kompartemen yang cukup luas dari sifat berair.

Membran thylakoids sangat diperlukan untuk fotosintesis, karena tahap pertama dari proses berlangsung di sana.

Struktur

Thylakoids adalah struktur yang mendominasi dalam kloroplas yang sepenuhnya matang. Jika kloroplas divisualisasikan dalam mikroskop optik tradisional, beberapa spesies biji-bijian dapat diamati.

Ini adalah tumpukan tilakoid; oleh karena itu, pengamat pertama dari struktur ini menyebutnya "grana".

Dengan bantuan mikroskop elektron, gambar dapat diperbesar dan disimpulkan bahwa sifat butir-butir ini sebenarnya ditumpuk tilakoid..

Pembentukan dan struktur membran tilakoid tergantung pada pembentukan kloroplas dari plastid yang belum terdiferensiasi, yang dikenal sebagai protoplastidium. Kehadiran cahaya merangsang konversi menjadi kloroplas, dan kemudian pembentukan tylakoid yang bertumpuk.

Membran tilakoid

Dalam kloroplas dan cyanobacteria, membran tilakoid tidak bersentuhan dengan bagian dalam membran plasma. Namun, pembentukan membran tilakoid dimulai dengan invaginasi membran dalam.

Pada cyanobacteria dan spesies alga tertentu, thylakoids dibentuk oleh satu lapisan lamellae. Sebaliknya, ada sistem yang lebih kompleks yang ditemukan pada kloroplas dewasa.

Dalam kelompok terakhir ini, dua bagian penting dapat dibedakan: grana dan lamella dari stroma. Yang pertama terdiri dari disk bertumpuk kecil dan yang kedua bertanggung jawab untuk menghubungkan tumpukan ini satu sama lain, membentuk struktur kontinu: lumen tilakoid.

Komposisi lipid dari membran

Lipid yang membentuk membran sangat khusus dan terdiri dari hampir 80% dari galactosyl diacylglycerol: monogalactosyl diacylglycerol dan digalactosyl diacylglycerol. Galaktolipid ini memiliki rantai yang sangat tidak jenuh, tipikal thylakoids.

Dengan cara yang sama, membran tilakoid mengandung lipid, seperti fosfatidilgliserol, dalam proporsi yang lebih rendah. Lipid yang disebutkan tidak terdistribusi secara homogen di kedua lapisan membran; ada tingkat asimetri tertentu yang tampaknya berkontribusi pada berfungsinya struktur.

Komposisi protein dari membran

Fotosistem I dan II adalah komponen protein dominan dalam membran ini. Mereka ditemukan terkait dengan c sitokrom b kompleks6F dan ATP synthetase.

Telah ditemukan bahwa sebagian besar elemen fotosistem II terletak di membran grana bertumpuk, sedangkan fotosistem I sebagian besar terletak di membran tilakoid non-stack. Artinya, ada pemisahan fisik antara kedua sistem foto.

Kompleks ini termasuk protein membran integral, protein perifer, kofaktor dan berbagai pigmen.

Lumen tilakoid

Bagian dalam tilakoid terdiri dari zat berair dan kental, yang komposisinya berbeda dari stroma. Ini berpartisipasi dalam fotofosforilasi, menyimpan proton yang akan menghasilkan kekuatan proton-motor untuk sintesis ATP. Dalam proses ini, pH lumen dapat mencapai 4.

Dalam proteom lumen organisme model Arabidopsis thaliana lebih dari 80 protein telah diidentifikasi, tetapi fungsinya belum sepenuhnya dijelaskan.

Protein lumen terlibat dalam regulasi biogenesis tilakoid dan dalam aktivitas dan pergantian protein yang membentuk kompleks fotosintesis, terutama fotosistem II dan NAD (P) H dehydrogensa.

Fungsi

Proses fotosintesis, penting untuk sayuran, dimulai di thylakoids. Membran yang membatasi mereka dengan stroma kloroplas memiliki semua mesin enzimatik yang diperlukan untuk terjadinya reaksi fotosintesis..

Tahapan fotosintesis

Fotosintesis dapat dibagi menjadi dua tahap utama: reaksi terang dan reaksi gelap.

Sesuai namanya, reaksi-reaksi yang termasuk dalam kelompok pertama hanya dapat berlangsung di hadapan cahaya, sementara reaksi-reaksi dalam kelompok kedua dapat muncul dengan atau tanpa itu. Perhatikan bahwa tidak perlu bagi lingkungan untuk menjadi "gelap", itu hanya terlepas dari cahaya.

Kelompok reaksi pertama, "luminic", terjadi di tilakoid dan dapat diringkas sebagai berikut: cahaya + klorofil + 12 H2O + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Psaya à 6 O2 + 12 NADPH + 18 ATP.

Kelompok reaksi kedua terjadi dalam stroma kloroplas dan mengambil ATP dan NADPH yang disintesis pada tahap pertama untuk mengurangi karbon dari karbon dioksida menjadi glukosa (C6H12O6). Tahap kedua dapat diringkas sebagai berikut: 12 NADPH + 18 ATP + 6 CO2 à C6H12O6 + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Psaya + 6 H2O.

Tahap tergantung pada cahaya

Reaksi cahaya melibatkan serangkaian struktur yang dikenal sebagai sistem foto, yang ditemukan dalam membran tylakoid dan mengandung sekitar 300 molekul pigmen, termasuk klorofil..

Ada dua jenis sistem foto: yang pertama memiliki puncak penyerapan cahaya maksimum 700 nanometer dan dikenal sebagai P700, sedangkan yang kedua disebut P680. Keduanya terintegrasi ke dalam membran tilakoid.

Proses dimulai ketika salah satu pigmen menyerap foton dan ini "memantul" ke pigmen lain. Ketika molekul klorofil menyerap cahaya, satu elektron melompat dan molekul lain menyerapnya. Molekul yang kehilangan elektron sekarang teroksidasi dan memiliki muatan negatif.

P680 memerangkap energi cahaya dari klorofil a. Dalam sistem foto ini, sebuah elektron dilemparkan ke sistem energi yang lebih tinggi ke akseptor elektron primer.

Elektron ini jatuh ke sistem foto I, melewati rantai transpor elektron. Sistem reaksi oksidasi dan reduksi ini bertanggung jawab untuk mentransfer proton dan elektron dari satu molekul ke molekul lain.

Dengan kata lain, ada aliran elektron dari air ke fotosistem II, fotosistem I dan NADPH.

Fotofosforilasi

Sebagian proton yang dihasilkan oleh sistem reaksi ini terletak di dalam tilakoid (juga disebut cahaya tilakoid), menciptakan gradien kimia yang menghasilkan gaya motor proton.

Proton bergerak dari ruang tilakoid ke stroma, lebih disukai mengikuti gradien elektrokimia; yaitu, mereka meninggalkan tylakoid.

Namun, bagian proton tidak ada di dalam membran, mereka harus melakukannya melalui sistem enzim kompleks yang disebut ATP sintetase.

Pergerakan proton menuju stroma ini menyebabkan pembentukan ATP mulai dari ADP, suatu proses yang analog dengan yang terjadi pada mitokondria. Sintesis ATP menggunakan cahaya disebut fotofosforilasi.

Tahap-tahap yang disebutkan ini terjadi secara bersamaan: klorofil dalam fotosistem II kehilangan elektron dan harus menggantinya dengan elektron yang berasal dari pecahnya molekul air; photosystem I menjebak cahaya, mengoksidasi dan melepaskan elektron yang terperangkap oleh NADP+.

Elektron fotosistem I yang hilang digantikan oleh elektron yang dihasilkan dari fotosistem II. Senyawa ini akan digunakan dalam reaksi fiksasi karbon berikutnya, dalam siklus Calvin.

Evolusi

Evolusi fotosintesis sebagai proses pembebasan oksigen memungkinkan kehidupan seperti yang kita kenal.

Disarankan bahwa fotosintesis dikembangkan beberapa miliar tahun yang lalu pada leluhur yang memunculkan cyanobacteria saat ini, dari kompleks fotosintesis anoksik.

Diusulkan bahwa evolusi fotosintesis disertai oleh dua peristiwa yang sangat diperlukan: penciptaan fotosistem P680 dan asal-usul sistem membran internal, tanpa koneksi ke membran sel.

Ada protein yang disebut Vipp1 penting untuk pembentukan thylakoids. Memang, protein ini ada pada tanaman, ganggang dan cyanobacteria, tetapi tidak ada pada bakteri yang melakukan fotosintesis anoksik.

Dipercayai bahwa gen ini dapat berasal dari duplikasi gen pada kemungkinan leluhur cyanobacteria. Hanya ada satu kasus cyanobacteria yang mampu melakukan fotosintesis dengan oksigen dan tidak memiliki thylakoids: spesies Gloeobacter violaceus.

Referensi

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokimia Edisi ke-5. New York: W H Freeman. Ringkasan Tersedia di: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Cooper, G.M. (2000). Sel: Suatu Pendekatan Molekuler. Edisi ke-2. Sunderland (MA): Sinauer Associates. Fotosintesis. Tersedia di: ncbi.nlm.nih.gov
  3. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Undangan ke Biologi. Ed. Panamericana Medical.
  4. Järvi, S., Gollan, P. J., & Aro, E. M. (2013). Memahami peran lumen tilakoid dalam regulasi fotosintesis. Perbatasan dalam ilmu tanaman, 4, 434.
  5. Staehelin, L. A. (2003). Struktur kloroplas: dari butiran klorofil ke arsitektur supra-molekul membran tilakoid. Penelitian Fotosintesis, 76(1-3), 185-196.
  6. Taiz, L., & Zeiger, E. (2007). Fisiologi tumbuhan. Universitat Jaume I.
  7. Vothknecht, U. C., & Westhoff, P. (2001). Biogenesis dan asal selaput tilakoid. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) -Molekul Sel Penelitian, 1541(1-2), 91-101.