Thylakoid Definition und Funktion

EIN Thylakoid ist eine folienartige membrangebundene Struktur, die den Ort der lichtabhängigen Photosynthesereaktionen in Chloroplasten und Cyanobakterien darstellt. Es ist der Ort, an dem das Chlorophyll enthalten ist, das zur Absorption von Licht und zur Verwendung für biochemische Reaktionen verwendet wird. Das Wort Thylakoid kommt aus dem Grünen Thylakos, was bedeutet, Beutel oder Sack. Mit der Endung -oid bedeutet "thylakoid" "beutelartig".

Thylakoide können auch als Lamellen bezeichnet werden, obwohl sich dieser Begriff auf den Teil eines Thylakoids bezieht, der das Grana verbindet.

Thylakoid Struktur

In Chloroplasten sind Thylakoide im Stroma (einem inneren Teil eines Chloroplasten) eingebettet. Das Stroma enthält Ribosomen, Enzyme und Chloroplasten-DNA. Das Thylakoid besteht aus der Thylakoidmembran und dem eingeschlossenen Bereich, der als Thylakoidlumen bezeichnet wird. Ein Stapel von Thylakoiden bildet eine Gruppe von münzenartigen Strukturen, die als Granum bezeichnet werden. Ein Chloroplast enthält mehrere dieser Strukturen, die zusammen als Grana bekannt sind.

Höhere Pflanzen haben speziell organisierte Thylakoide, bei denen jeder Chloroplaste 10-100 Grana aufweist, die durch Stroma-Thylakoide miteinander verbunden sind. Die Stroma-Thylakoide können als Tunnel angesehen werden, die das Grana verbinden. Die Grana-Thylakoide und Stroma-Thylakoide enthalten unterschiedliche Proteine.

Die Rolle des Thylakoid bei der Photosynthese

Im Thylakoid durchgeführte Reaktionen umfassen Wasserphotolyse, Elektronentransportkette und ATP-Synthese.

Photosynthetische Pigmente (z. B. Chlorophyll) sind in die Thylakoidmembran eingebettet, wodurch sie zum Ort der lichtabhängigen Reaktionen bei der Photosynthese werden. Die gestapelte Spiralenform des Granas verleiht dem Chloroplasten ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, was die Effizienz der Photosynthese unterstützt.

Das Thylakoidlumen wird zur Photophosphorylierung während der Photosynthese verwendet. Die lichtabhängigen Reaktionen in der Membran pumpen Protonen in das Lumen und senken den pH-Wert auf 4. Im Gegensatz dazu beträgt der pH-Wert des Stromas 8. 

Wasserphotolyse

Der erste Schritt ist die Wasserphotolyse, die an der Lumenstelle der Thylakoidmembran stattfindet. Energie aus Licht wird verwendet, um Wasser zu reduzieren oder aufzuspalten. Diese Reaktion erzeugt Elektronen, die für die Elektronentransportketten benötigt werden, Protonen, die in das Lumen gepumpt werden, um einen Protonengradienten zu erzeugen, und Sauerstoff. Obwohl Sauerstoff für die Zellatmung benötigt wird, wird das durch diese Reaktion erzeugte Gas in die Atmosphäre zurückgeführt.

Elektronentransportkette

Die Elektronen aus der Photolyse gelangen zu den Photosystemen der Elektronentransportketten. Die Photosysteme enthalten einen Antennenkomplex, der Chlorophyll und verwandte Pigmente verwendet, um Licht bei verschiedenen Wellenlängen zu sammeln. Photosystem I verwendet Licht, um NADP zu reduzieren ⁺ NADPH und H zu produzieren⁺. Photosystem II verwendet Licht, um Wasser zu oxidieren und molekularen Sauerstoff (O₂), Elektronen (e^-) und Protonen (H⁺). Die Elektronen reduzieren NADP⁺ zu NADPH in beiden Systemen.

ATP-Synthese

ATP wird sowohl aus Photosystem I als auch aus Photosystem II hergestellt. Thylakoide synthetisieren ATP unter Verwendung eines ATP-Synthaseenzyms, das der mitochondrialen ATPase ähnlich ist. Das Enzym ist in die Thylakoidmembran integriert. Der CF1-Anteil des Synthase-Moleküls erstreckte sich bis ins Stroma, wo ATP die lichtunabhängigen Photosynthesereaktionen unterstützt.

Das Lumen des Thylakoid enthält Proteine, die für die Proteinverarbeitung, Photosynthese, den Stoffwechsel, Redoxreaktionen und die Abwehr verwendet werden. Das Protein Plastocyanin ist ein Elektronentransportprotein, das Elektronen von den Cytochrom-Proteinen zum Photosystem I transportiert. Der Cytochrom-b6f-Komplex ist ein Teil der Elektronentransportkette, der das Einpumpen von Protonen in das Thylakoid-Lumen durch Elektronentransfer koppelt. Der Cytochromkomplex befindet sich zwischen Photosystem I und Photosystem II.

Thylakoide in Algen und Cyanobakterien

Während Thylakoide in Pflanzenzellen in Pflanzen Stapel von Grana bilden, können sie in einigen Arten von Algen ungestapelt sein.