W chloroplastów są organellami przedstawienia w cytoplazmie w komórkach eukariotycznych fotosyntezy (roślin, glonów). Są wrażliwe na narażenia różnych fal z widma światła . Odgrywają istotną rolę w funkcjonowaniu komórki roślinnej, ponieważ pozwalają wychwycić światło, które jest źródłem fotosyntezy . Dzięki posiadanemu chlorofilowi i ich ultrastrukturom organelle te są w stanie przenosić energię przenoszoną przez fotony na cząsteczkiwoda . Chloroplasty odgrywają ważną rolę w obiegu węgla , przekształcając węgiel atmosferyczny w węgiel organiczny. Chloroplasty należą do rodziny organelli zwanych plastydami ; są wynikiem endosymbiosis o sinicy , około 1,5 miliarda lat temu.
Chloroplast został odkryty podczas badań naukowych nad roślinami . Pierwsze badania rozpoczęto od Josepha Priestleya w 1772 roku . Zainteresował się badaniem gazów i zidentyfikował kilka z nich. Później wykazał, że rośliny są w stanie regenerować gazy pochodzące od zwierząt .
Cztery lata później Jan Ingenhousz przejmuje pracę Priestleya i pokazuje, że uwolnienie tlenu następuje tylko w świetle . W nocy rośliny wydzielają gaz uniemożliwiający spalenie świecy.
Pod koniec XVIII -go wieku , badania wykazały, że podobnie jak zwierzęta, rośliny oddychać. W 1837 roku Henri Dutrochet odkrył, że zielonym pigmentem liści był chlorofil . W 1862 roku Julius von Sachs udowodnił, że w chloroplastach zachodzi asymilacja chlorofilu. Dopiero w 1898 roku naukowiec Charles Reid Barnes ukuł termin fotosynteza .
Chloroplasty znajdują się w cytoplazmie fotosyntetycznych komórek eukariotycznych . W algach z rodzaju Chlamydomonas na komórkę przypada jeden chloroplast, zwykle dzwonkowaty i zajmujący znaczną część cytoplazmy.
W roślinach wyższych zawiera go większość części nadziemnych, najwięcej zawierają liście (liściaste lub nie). Ich ulubionym miejscem jest szczególnie mezofil liścia, w którym każda komórka może zawierać kilkadziesiąt chloroplastów. Różne tkanki powietrzne zawierają go mało: komórki wyściełające naskórek, komórki szparkowe warstwy wodonośnej (grupy komórek, które usuwają wodę z niektórych liści). Kory i ogonki zawierać trochę, ale ogólnie w komórkach nienarażonych na światło materiałów, takich jak korzenie , nie zawierają.
Wielkość chloroplastów jest rzędu mikrometra (µm). Często przybierają postać spłaszczonych krążków o średnicy od 2 do 10 µm i grubości około 1 µm. Chloroplast jest organellą złożoną z dwóch membran oddzielonych przestrzenią międzybłonową (2). Zawiera sieć błon składającą się ze spłaszczonych woreczków zwanych tylakoidami (8), które kąpią się w zrębie (4) (płyn wewnątrzchloroplastyczny). Tylakoidy składają się ze światła (przestrzeń wewnątrz tylakoidu , 5) otoczonego błoną (6) i zawierają chlorofil (zielone pigmenty) i karotenoidy (pomarańczowo-żółte pigmenty). Stos tylakoidów nazywa się granum (7) (liczba mnoga: grana ). Z drugiej strony zrąb zawiera rezerwy w postaci skrobi (9) oraz struktur lipidowych, których rola jest wciąż słabo poznana, czyli plastoglobulek (12).
Ponadto organelle te zawierają DNA pogrupowane w nukleoidy (11); każdy chloroplast może zawierać do 100 kopii genomu. Cząsteczki DNA w genomie chloroplastu są zwykle liniowe lub rozgałęzione. Genom chloroplastów jest bardzo mały, 37 do 220 kb i na ogół zawiera około stu genów, podczas gdy dla porównania genom cyjanobakterii (pochodzenie chloroplastów) ma kilka megabas i zawiera kilka tysięcy genów.
W rybosomy (10) składają się z rRNA , syntetyzowany w chloroplastach i białka kodowanego przez genom jądrowy i chloroplastach.
DNA chloroplastu nie pozwala mu zaspokoić wszystkich jego potrzeb; zachodzi współpraca między komórką a chloroplastami, analogiczna do relacji między komórką a jej mitochondriami. Na przykład karboksylaza / oksygenaza rybulozo-1,5-bisfosforanu (lub Rubisco ) składa się z dwóch części: dużej i małej, z których każda jest powtarzana osiem razy. Duża podjednostka (55 kDa) powstaje w chloroplastach, a mała podjednostka (15 kDa) jest syntetyzowana w cytoplazmie komórki jako prekursory, a następnie wchodzi do chloroplastu. Uważa się, że jest to najbardziej obfite białko w naszej biosferze. Z reguły białka kodowane przez jądrowy DNA, ale przeznaczone do lokalizacji chloroplastów, są syntetyzowane w postaci prekursorów wyposażonych w N-końcowy sygnał tranzytowy, który składa się z peptydu o długości około pięćdziesięciu aminokwasów. (Zmienna wielkość z jednego białka do drugiego) , który zostanie rozszczepiony w momencie przejścia do wnętrza chloroplastu, aby zakończyć się w dojrzałym białku. Białka przeznaczone na błonę tylakoidów chloroplastu mogą być nawet wyposażone w dwie sekwencje tranzytowe, z których pierwsza wchodzi do chloroplastu, a druga jest zintegrowana z błoną. Mechanizmy te obejmują dwa kompleksy białkowe znane jako TIC i TOC.
Chloroplast jest siedliskiem fotosyntezy . Pochłania energię świetlną, aby związać węgiel nieorganiczny (CO 2) w postaci glukozy , podczas tego procesu wytwarzana jest również energia chemiczna w postaci trifosforanu adenozyny (ATP). Ten ATP bierze udział w fotochemicznej fazie fotosyntezy.
Chloroplastów pochłania całe spektrum w świetle widzialnym z wyjątkiem zielonych liści roślin, dlaczego mają zielony wygląd. Chlorofil znajduje się w błonie tylakoidów . W tylakoidach zachodzą różne etapy fotosyntezy, które zamieniają światło na energię chemiczną, natomiast w zrębie chloroplastu zachodzą etapy przekształcania energii w węglowodany .
Chloroplast odgrywa również rolę w wiązaniu węgla , azotu , siarki czy biosyntezie lipidów .
Jednym z białek zaangażowanych w ochronę chloroplastu jest białko OsCEST .
U nagonasiennych chloroplasty są przenoszone na potomstwo przez pyłek, podczas gdy u większości roślin kwitnących przenosi się przez komórkę jajową. Jednak obecnie istnieje wiele udokumentowanych przypadków okrytozalążkowych dziedziczących chloroplasty po swoim męskim rodzicu, a więc poprzez pyłek.
Chloroplasty są wynikiem endosymbiozy , czyli prymitywnych komórek eukariotycznych, które połknęły cyjanobakterie 1,5 lub 1,6 miliarda lat temu, a następnie żyły z nimi w symbiozie. Dla porównania, mitochondria powstały w wyniku endosymbiozy alfaproteobakterii przez prymitywną komórkę około 2 miliardy lat temu.
Istnieją dwa rodzaje endosymbiozy:
W wyniku zmniejszenia liczby błon, u niektórych dinofitów znane są również chloroplasty trójbłonowe .
Można wyróżnić linię zieloną i czerwoną w zależności od tego, czy plastydy wtórnej endosymbiozy pochodzą odpowiednio z alg zielonych czy czerwonych.