คลอโรพลาสต์

ชีววิทยาเซลล์
องค์ประกอบทั่วไปของเซลล์พืช: a. พลาสโมเดสมาตา b. เยื่อหุ้มเซลล์ c. ผนังเซลล์ 1. คลอโรพลาสต์ d. เยื่อหุ้มไทลาคอยด์ e. แป้ง 2. แวคิวโอล f. แวคิวโอล g. โทโนพลาสต์ h. ไมโทคอนเดรีย i. เพอรอกซิโซม j. ไซโทพลาสซึม k. Small membranous vesicles l. ร่างแหเอนโดพลาซึมแบบขรุขระ 3. นิวเคลียส m. นิวเคลียร์พอร์ n. เยื่อหุ้มนิวเคลียส o. นิวคลีโอลัส p. ไรโบโซม q. ร่างแหเอนโดพลาซึมแบบเรียบ r. กอลไจเวสิเคิล s. กอลไจแอพพาราตัส (กอลไจบอดี) t. ไซโทสเกเลตอน
ส่วนประกอบของคลอโรพลาสต์ทั่วไป 1 กรานุม 2 คลอโรพลาสต์เอนเวลลอป 2.1 เยื่อหุ้มชั้นนอก 2.2 ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์ 2.3 เยื่อหุ้มชั้นใน 3 ไทลาคอยด์ 3.1 ช่องว่างของไทลาคอยด์ (ลูเมน) 3.2 เยื่อหุ้มไทลาคอยด์ 4 สโตรมาไทลาคอยด์ 5 สโตรมา 6 นิวคลีออยด์ (วงแหวนดีเอนเอ) 7 ไรโบโซม 8 พลาสโตโกลบูลัส 9 เม็ดสตาร์ช

คลอโรพลาสต์ (chloroplast) เป็นออร์แกแนลที่พบในพืช เป็นพลาสติด ที่มีสีเขียว พบเฉพาะในเซลล์พืช และสาหร่าย เกือบทุกชนิด พลาสติดมีเยื่อหุ้มสองชั้น ภายในโครงสร้างพลาสติด จะมีเม็ดสี หรือรงควัตถุ (Pigment) บรรจุ อยู่ ถ้ามีเม็ดสีคลอโรฟิลล์ (chlorophyll) เรียกว่า คลอโรพลาสต์ ถ้ามีเม็ดสีชนิดอื่นๆ เช่น แคโรทีนอยด์ เรียกว่า โครโมพลาส พลาสติดไม่มีเม็ดสี เรียกว่า ลิวโคพลาสต์ (leucoplast) ทำหน้าที่ เป็นแหล่งเก็บสะสมโปรตีน หรือเก็บสะสมแป้ง ที่เรียกว่า เม็ดสี (starch grains) เรียกว่า amyloplast ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารคลอโรฟิลล์ ภายในคลอโรพลาสต์ ประกอบด้วยส่วนที่เป็นของเหลว เรียกว่า สโตรมา (stroma) มีเอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง กับการสังเคราะห์ด้วยแสง แบบที่ไม่ต้องใช้แสง (dark reaction) มี DNA RNA และไรโบโซม และเอนไซม์อีกหลายชนิด ปะปนกันอยู่

ในของเหลวเป็นเยื่อลักษณะคล้ายเหรียญ ที่เรียงซ้อนกันอยู่ เรียกว่า กรานา (grana) ระหว่างกรานา จะมีเยื่อเมมเบรน เชื่อมให้กรานาติดต่อถึงกัน เรียกว่า อินเตอร์กรานา (intergrana) หน่วยย่อย ซึ่งเปรียบเสมือน เหรียญแต่ละอัน เรียกเหรียญแต่ละอันว่า กรานาลาเมลลา (grana lamella) หรือ กรานาไทลาคอยด์ (grana thylakoid) ไทลาคอยด์ในตั้งเดียวกัน ส่วนที่เชื่อมติดกัน เรียกว่า สโตรมา ไทลาคอยด์ (stroma thylakoid) ไม่มีทางติดต่อกันได้ แต่อาจติดกับไทลาคอยด์ในตั้งอื่น หรือกรานาอื่นได้

ทั้งกรานา และอินเตอร์กรานา เป็นที่อยู่ของคลอโรฟิลล์ รงควัตถุอื่นๆ และพวกเอนไซม์ ที่เกี่ยวข้อง กับการสังเคราะห์ด้วยแสง แบบที่ต้องใช้แสง (light reaction) บรรจุอยู่ หน้าที่สำคัญ ของคลอโรพลาส คือ การสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) โดยแสงสีแดง และแสงสีน้ำเงิน เหมาะสม ต่อการสังเคราะห์ ด้วยแสงมากที่สุด

คลอโรพลาสต์ ประกอบด้วยเยื่อหุ้ม 2 ชั้น ภายในมีของเหลวเรียกว่า สโตรมา มีเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับกระบวนการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ในการสังเคราะห์ด้วยแสงนอกจากนี้ด้านในของคลอโรพลาสต์ ยังมีเยื่อไทลาคอยด์ ส่วนที่พับทับซ้อนไปมาเรียกว่า กรานุม และส่วนที่ไม่ทับซ้อนกันอยู่เรียกว่า สโตรมาลาเมลลา สารสีทั้งหมดและคลอโรฟิลล์จะอยู่บนเยื่อไทลาคอยด์มีชื่อเรียกว่า ลูเมน ซึ่งมีของเหลวอยู่ภายใน

นอกจากนี้ภายในคลอโรพลาสต์ยังมี DNA RNA และไรโบโซมอยู่ด้วย ทำให้คลอโรพลาสต์สามารถจำลองตัวเองขึ้นมาใหม่และผลิตเอนไซม์ไว้ใช้ในคลอโรพลาสต์ในคลอโรพลาสต์เองได้คล้ายกับไมโทคอนเดรีย

หน้าที่หลักของคลอโรพลาสต์คือการสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) ซึ่งหมายถึงการสังเคราะห์อาหารในรูปน้ำตาลจากการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ (fix carbondioxide) โดยแบ่งปฏิกิริยาออกเป็น 2 ปฏิกิริยาย่อย คือ light reaction และ carbondioxide fixation

1. light reaction เป็นปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงด้วยการใช้แสงไปกระตุ้นให้อิเล็กตรอนจากคลอโรฟิลล์ซึ่งได้จากน้ำ และได้ผลิตภัณฑ์เป็นออกซิเจน (O2) ขึ้น อิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงนี้จะมีการขนส่งอิเล็กตรอนไปยังตัวรับอิเล็กตรอนเป็นลูกโซ่ (เช่นเดียวกันกับที่เกิดขึ้นในไมโทคอนเดรีย) โดยบริเวณที่ใช้ในการขนส่งอิเล็กตรอนนั้นเกิดขึ้นที่บริเวณเมมเบรนของ thylakoid และขณะเดียวกันจะมีการขับเคลื่อนโปรตอนผ่าน thylakoid membrane และทำให้เกิดการสังเคราะห์ ATP ขึ้นที่บริเวณ stroma ในขั้นตอนสุดท้ายของการขนส่งอิเล็กตรอนนั้นจะส่งอิเล็กตรอนให้ NADP+ พร้อมกับการเติม H+ ทำให้ได้ NADPH ซึ่งเป็นสารที่มี reducing power สูง เพื่อนำไปใช้ในปฏิกิริยาถัดไปเช่นเดียวกับ ATP โดยสรุปนั้นในปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาที่ใช้พลังงานจากแสงโดยตรง และได้ผลิตภัณฑ์เป็น ATP, NADPH และ O2
2. carbondioxide fixation เป็นการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์โดยมีเอนไซม์สำคัญคือ RuBisco ที่ต้องใช้พลังงานจาก ATP และ NADPH จากปฏิกิริยาแรก เพื่อให้ได้สารที่อยู่ในรูปน้ำตาลหรือกรดไขมัน หรือ กรดอะมิโน เพื่อนำไปใช้ในกิจกรรมต่าง ๆ ของพืชต่อไป และมีบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาอยู่ที่ stroma ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาที่ใช้พลังงานจากแสงในทางอ้อม

การเกิดปฏิกิริยาย่อยของการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นมีกลไกในการควบคุมที่ค่อนข้างซับซ้อน โดยพบว่าเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์หลายตัวนั้นไม่สามารถทำการเร่งปฏิกิริยาได้ในภาวะที่ไม่มีแสง และสามารถกลับมาทำงานเร่งปฏิกิริยาได้อีกครั้งหนึ่งเมื่อมีแสง