Kloroplaster är membranbundna organeller som finns i gröna växter och alger och innehåller klorofyll – pigmentet som driver fotosyntesen och ger den karakteristiska gröna nyansen.
Förutom pigment innehåller kloroplaster sitt eget DNA och maskineri för protein- och fettsyrasyntes. Centralt för deras funktion är tylakoidmembranen – platta, skivliknande strukturer som staplas till grana.
Typiska kloroplaster är 4–6 µm långa. Var och en innehåller ett yttre och ett inre membran, och, i vissa arter, ytterligare koncentriska membran. Stromaet – gelliknande vätska – fyller det inre och är värd för DNA-plasmider, ribosomer och tylakoidsystemet.
Forskare accepterar allmänt den endosymbiotiska teorin:kloroplaster och mitokondrier har sitt ursprung som frilevande bakterier som uppslukades av en värdcell för miljoner år sedan. Närvaron av cirkulärt DNA inuti dessa organeller – cirka 28 gener som är viktiga för tylakoidfunktionen – ger starka bevis för detta urgamla partnerskap.
Tylakoider uppträder som myntliknande skivor och är upphängda i stroma och bildar tylakoidutrymmet. I högre växter samlas de till staplar som kallas grana, vanligtvis 10–20 skivor höga. Förbindande membran, eller stroma lameller, länkar intilliggande grana på ett spiralformigt sätt, även om vissa arter uppvisar fritt flytande grana.
Det tvåskiktiga tylakoidmembranet består av lipider rika på fosfolipider och sockerarter, som inbäddar klorofyllmolekyler som direkt interagerar med ljus. Inuti varje skiva ligger tylakoidlumen – ett vattnigt fack som spelar en central roll i fotokemi.
Inom tylakoidmembranet absorberar klorofyll fotoner, vilket initierar ljusreaktionerna av fotosyntesen. Vatten delas (fotolys), frigör syre – gasen vi andas – och genererar högenergielektroner och protoner. Dessa elektroner korsar elektrontransportkedjan och producerar ATP och NADPH, energibärarna som driver Calvincykeln och fixerar atmosfärisk CO₂ till sockerarter.
När elektroner rör sig genom tylakoidmembranet pumpas protoner in i lumen, vilket skapar en brant elektrokemisk gradient. Denna protondrivkraft driver ATP-syntas och omvandlar ADP och oorganiskt fosfat till ATP. Gradientens höga protonkoncentration – upp till 10 000 gånger den hos stroma – säkerställer effektiv energifångning.
Således är de tylakoidskivliknande strukturerna oumbärliga för att omvandla ljus till kemisk energi, upprätthålla växtlivet och upprätthålla jordens syretillförsel.
Medioimages/Photodisc/Photodisc/Getty Images
