Definice a funkce thylakoidů

A thylakoid je struktura spojená s membránou, která je místem závislým na světle fotosyntéza reakce v chloroplasty a cyanobakterie. Je to místo, které obsahuje chlorofyl používaný k absorpci světla a jeho použití pro biochemické reakce. Slovo thylakoid je ze zeleného slova thylakos, což znamená váček nebo vak. S koncovkou -oid znamená "thylakoid" "jako váček".

Thylakoidy mohou být také nazývány lamely, ačkoli tento termín může být použit k označení části thylakoidů, která spojuje granu.

V chloroplastech jsou tylakoidy zabudovány do stroma (vnitřní část chloroplastu). Stroma obsahuje ribozomy, enzymy a chloroplast DNA. Thylakoid sestává z tylakoidové membrány a uzavřené oblasti zvané thylakoidní lumen. Hromada thylakoidů tvoří skupinu mincových struktur nazývaných granum. Chloroplast obsahuje několik těchto struktur, souhrnně označovaných jako grana.

Vyšší rostliny mají speciálně uspořádané thylakoidy, ve kterých má každý chloroplast 10–100 grana, které jsou navzájem spojeny stromovými thylakoidy. Thylakoidy stromů lze považovat za tunely, které spojují granu. Tylakoidy grana a tylakoidy stroma obsahují různé proteiny.

Reakce prováděné v thylakoidu zahrnují vodní fotolýzu, řetězec přenosu elektronů a syntézu ATP.

Fotosyntetické pigmenty (např. Chlorofyl) jsou zabudovány do tylakoidové membrány, což z něj činí místo fotosyntézy reakcí závislých na světle. Skládaný tvar cívky grany dává chloroplastu vysoký poměr plochy povrchu k objemu, což napomáhá účinnosti fotosyntézy.

Thylakoidní lumen se používá pro fotofosforylaci během fotosyntézy. Světelně závislé reakce v membránové pumpě protonují do lumen a snižují její pH na 4. Naproti tomu pH stroma je 8.

Prvním krokem je vodná fotolýza, která se vyskytuje v lumen místě thylakoidní membrány. Energie ze světla se používá ke snížení nebo rozdělení vody. Tato reakce produkuje elektrony, které jsou potřebné pro transportní řetězce elektronů, protony, které jsou čerpány do lumenu za vzniku gradientu protonů, a kyslík. Ačkoli je pro buněčné dýchání potřebný kyslík, plyn produkovaný touto reakcí se vrací do atmosféry.

Elektrony z fotolýzy jdou do fotosystémů řetězců přenosu elektronů. Fotosystémy obsahují anténní komplex, který používá chlorofyl a související pigmenty ke sbírání světla při různých vlnových délkách. Fotosystém I používá světlo ke snížení NADP ⁺ produkovat NADPH a H⁺. Fotosystém II používá světlo k oxidaci vody za vzniku molekulárního kyslíku (O₂), elektrony (např^-) a protony (H⁺). Elektrony redukují NADP⁺ na NADPH v obou systémech.

ATP je produkován jak z fotosystému I, tak z fotosystému II. Thylakoidy syntetizují ATP pomocí ATP syntázy enzym to je podobné mitochondriální ATPáze. Enzym je integrován do tylakoidní membrány. CF1 část syntetázové molekuly se rozšířila do strómy, kde ATP podporuje fotosyntetické reakce nezávislé na světle.

Lumen tylakoidu obsahuje proteiny používané pro zpracování proteinů, fotosyntézu, metabolismus, redoxní reakce a obranu. Protein plastocyanin je protein transportující elektrony, který transportuje elektrony z cytochromových proteinů do fotosystému I. Komplex cytochromu b6f je část řetězce transportu elektronů, který spojuje čerpání protonu do lumenu tylakoidu s přenosem elektronů. Cytochromový komplex se nachází mezi fotosystémem I a fotosystémem II.

Zatímco thylakoidy v rostlinných buňkách vytvářejí v rostlinách hromady grany, mohou být v některých typech řas nevybaleny.

Zatímco řasy a rostliny jsou eukaryoty, cyanobakterie jsou fotosyntetické prokaryoty. Neobsahují chloroplasty. Místo toho celá buňka působí jako druh tylakoidu. Cyanobacterium má vnější buněčnou stěnu, buněčnou membránu a thylakoidní membránu. Uvnitř této membrány jsou bakteriální DNA, cytoplazma a karboxysomy. Thylakoidová membrána má funkční řetězce přenosu elektronů, které podporují fotosyntézu a buněčné dýchání. Cyanobacteria thylakoidové membrány netvoří granu a stroma. Místo toho tvoří membrána rovnoběžné listy v blízkosti cytoplazmatické membrány, přičemž mezi jednotlivými fóliemi je dostatek prostoru pro fykobilisomy, struktury zachycující světlo.