Lục lạp là cấu trúc màng trong đó quá trình quang hợp diễn ra. Quá trình này ở thực vật bậc cao và vi khuẩn lam cho phép hành tinh duy trì khả năng hỗ trợ sự sống bằng cách sử dụng carbon dioxide và bổ sung nồng độ oxy. Quá trình quang hợp tự nó diễn ra trong các cấu trúc như thylakoid. Đây là những "mô-đun" màng của lục lạp, trong đó diễn ra quá trình chuyển proton, quang phân nước, tổng hợp glucose và ATP.
Cấu trúc của lục lạp thực vật
Lục lạp được gọi là cấu trúc màng kép nằm trong tế bào chất của tế bào thực vật và chlamydomonas. Ngược lại, các tế bào vi khuẩn lam thực hiện quang hợp trong thylakoid, và không trong lục lạp. Đây là một ví dụ về một sinh vật kém phát triển có thể cung cấp dinh dưỡng cho nó thông qua các enzym quang hợp nằm trên các phần lồi của tế bào chất.
Theo cấu trúc của nó, lục lạp là một bào quan hai màng có dạng bong bóng. Chúng nằm với số lượng lớn trong tế bào của thực vật quang hợp và chỉ phát triển trong trường hợptiếp xúc với tia cực tím. Bên trong lục lạp là chất nền lỏng của nó. Trong thành phần của nó, nó giống hyaloplasm và bao gồm 85% nước, trong đó các chất điện giải được hòa tan và protein ở trạng thái lơ lửng. Chất đệm của lục lạp chứa thylakoid, cấu trúc trong đó pha sáng và pha tối của quá trình quang hợp diễn ra trực tiếp.
Bộ máy di truyền lục lạp
Bên cạnh thylakoid có các hạt với tinh bột, là sản phẩm của quá trình trùng hợp glucose thu được do quá trình quang hợp. Tự do trong chất đệm là DNA plastid cùng với các ribosome nằm rải rác. Có thể có một số phân tử DNA. Cùng với bộ máy sinh tổng hợp, chúng có nhiệm vụ khôi phục cấu trúc của lục lạp. Điều này xảy ra mà không cần sử dụng thông tin di truyền của nhân tế bào. Hiện tượng này cũng giúp ta có thể phán đoán được khả năng sinh trưởng và sinh sản độc lập của lục lạp trong trường hợp phân bào. Do đó, ở một số khía cạnh, lục lạp không phụ thuộc vào nhân tế bào và nó đại diện cho một sinh vật kém phát triển cộng sinh.
Cấu trúc của thylakoids
Thylakoid là cấu trúc màng hình đĩa nằm trong chất nền của lục lạp. Ở vi khuẩn lam, chúng hoàn toàn nằm trên sự xâm nhập của màng tế bào chất, vì chúng không có lục lạp độc lập. Có hai loại thylakoid: loại thứ nhất là thylakoid có lumen và loại thứ hai là dạng phiến. Thylakoid có lòng ống có đường kính nhỏ hơn và là hình đĩa. Một số thylakoid sắp xếp theo chiều dọc tạo thành grana.
Lamellar thylakoid là những bản rộng không có lòng mạch. Nhưng chúng là một nền tảng mà nhiều hạt được gắn vào. Ở chúng, thực tế không xảy ra quá trình quang hợp, vì chúng cần thiết để tạo thành một cấu trúc bền vững có khả năng chống lại các tổn thương cơ học đối với tế bào. Tổng cộng, lục lạp có thể chứa từ 10 đến 100 thylakoid với một lòng ống có khả năng quang hợp. Bản thân các thylakoid là cấu trúc nguyên tố chịu trách nhiệm quang hợp.
Vai trò của thylakoid trong quang hợp
Các phản ứng quan trọng nhất của quá trình quang hợp diễn ra trong thylakoid. Đầu tiên là sự phân tách quang phân của phân tử nước và sự tổng hợp oxy. Thứ hai là sự vận chuyển của một proton qua màng thông qua phức hợp phân tử cytochrome b6f và chuỗi vận chuyển điện. Cũng trong các thylakoid, quá trình tổng hợp phân tử năng lượng cao ATP diễn ra. Quá trình này xảy ra với việc sử dụng một gradient proton đã phát triển giữa màng thylakoid và stroma lục lạp. Điều này có nghĩa là các chức năng của thylakoid giúp nó có thể nhận ra toàn bộ giai đoạn sáng của quá trình quang hợp.
Pha sáng của quang hợp
Điều kiện cần thiết cho sự tồn tại của quang hợp là khả năng tạo ra điện thế màng. Nó đạt được thông qua việc chuyển các electron và proton, do đó một gradient H + được tạo ra, lớn hơn 1000 lần so với trong màng ti thể. Sẽ thuận lợi hơn khi lấy electron và proton từ phân tử nước để tạo ra thế điện hóa trong tế bào. Dưới tác dụng của một photon cực tím trên màng thylakoid, điều này trở nên khả dụng. Một điện tử bị đánh bật ra khỏi một phân tử nước,nhận được một điện tích dương, và do đó, để trung hòa nó, cần phải thả một proton. Kết quả là 4 phân tử nước bị phân hủy thành electron, proton và tạo thành oxy.
Chuỗi quá trình quang hợp
Sau quá trình quang phân giải của nước, màng được sạc lại. Thylakoid là cấu trúc có thể có pH axit trong quá trình chuyển proton. Lúc này pH trong chất đệm của lục lạp có tính kiềm nhẹ. Điều này tạo ra một thế điện hóa để có thể tổng hợp ATP. Các phân tử adenosine triphosphate sau này sẽ được sử dụng cho nhu cầu năng lượng và pha tối của quá trình quang hợp. Đặc biệt, ATP được tế bào sử dụng để tận dụng carbon dioxide, có được nhờ quá trình ngưng tụ và tổng hợp các phân tử glucose dựa trên chúng.
Trong pha tối, NADP-H + bị khử thành NADP. Tổng cộng, để tổng hợp một phân tử glucose cần 18 phân tử ATP, 6 phân tử carbon dioxide và 24 proton hydro. Điều này đòi hỏi quá trình quang phân của 24 phân tử nước để sử dụng 6 phân tử carbon dioxide. Quá trình này cho phép bạn giải phóng 6 phân tử oxy, sau này sẽ được các sinh vật khác sử dụng cho nhu cầu năng lượng của chúng. Đồng thời, thylakoid (trong sinh học) là một ví dụ về cấu trúc màng cho phép sử dụng năng lượng mặt trời và điện thế xuyên màng với độ dốc pH để chuyển đổi chúng thành năng lượng của các liên kết hóa học.
