Thylakoid definitie en functie

EEN thylakoid is een plaatachtige membraangebonden structuur die de plaats is van de lichtafhankelijke fotosynthesereacties in chloroplasten en cyanobacteriën. Het is de site die het chlorofyl bevat dat wordt gebruikt om licht te absorberen en te gebruiken voor biochemische reacties. Het woord thylakoid komt van het Groene woord thylakos, wat betekent buidel of zak. Met het -oid einde betekent "thylakoid" "zakachtig".

Thylakoïden kunnen ook lamellen worden genoemd, hoewel deze term kan worden gebruikt om te verwijzen naar het gedeelte van een thylakoïde dat grana verbindt.

Thylakoïde structuur

In chloroplasten zijn thylakoïden ingebed in de stroma (een inwendig gedeelte van een chloroplast). Het stroma bevat ribosomen, enzymen en chloroplast-DNA. De thylakoïde bestaat uit het thylakoïde membraan en het omsloten gebied dat het thylakoïde lumen wordt genoemd. Een stapel thylakoïden vormt een groep muntachtige structuren die een granum worden genoemd. Een chloroplast bevat verschillende van deze structuren, gezamenlijk bekend als grana.

Hogere planten hebben speciaal georganiseerde thylakoïden waarin elke chloroplast 10-100 grana heeft die met stroma thylakoïden met elkaar zijn verbonden. De stroma-thylakoïden kunnen worden gezien als tunnels die de grana verbinden. De grana-thylakoïden en stroma-thylakoïden bevatten verschillende eiwitten.

De rol van de thylakoïde in fotosynthese

Reacties uitgevoerd in de thylakoïde omvatten waterfotolyse, de elektronentransportketen en ATP-synthese.

Fotosynthetische pigmenten (bijvoorbeeld chlorofyl) zijn ingebed in het thylakoïde membraan, waardoor het de plaats is van de lichtafhankelijke reacties bij fotosynthese. De gestapelde spiraalvorm van de grana geeft de chloroplast een hoge oppervlakte / volume-verhouding, waardoor de efficiëntie van fotosynthese wordt bevorderd.

Het thylakoïde lumen wordt gebruikt voor fotofosforylering tijdens fotosynthese. De lichtafhankelijke reacties in de membraanpomp protonen in het lumen, waardoor de pH wordt verlaagd naar 4. De pH van de stroma is daarentegen 8. 

Water Fotolyse

De eerste stap is waterfotolyse, die plaatsvindt op de lumenplaats van het thylakoïde membraan. Energie uit licht wordt gebruikt om water te verminderen of te splitsen. Deze reactie produceert elektronen die nodig zijn voor de elektrontransportketens, protonen die in het lumen worden gepompt om een ​​protongradiënt te produceren en zuurstof. Hoewel zuurstof nodig is voor cellulaire ademhaling, wordt het door deze reactie geproduceerde gas teruggevoerd naar de atmosfeer.

Elektronen transportketting

De elektronen van fotolyse gaan naar de fotosystemen van de elektronentransportketens. De fotosystemen bevatten een antennecomplex dat chlorofyl en aanverwante pigmenten gebruikt om licht op verschillende golflengten te verzamelen. Fotosysteem I gebruikt licht om NADP te verminderen ⁺ om NADPH en H te produceren⁺. Photosystem II gebruikt licht om water te oxideren tot moleculaire zuurstof (O₂), elektronen (e^-) en protonen (H⁺). De elektronen verminderen NADP⁺ naar NADPH in beide systemen.

ATP-synthese

ATP wordt geproduceerd uit zowel Photosystem I als Photosystem II. Thylakoïden synthetiseren ATP met behulp van een ATP-synthase-enzym dat vergelijkbaar is met mitochondriaal ATPase. Het enzym is geïntegreerd in het thylakoïde membraan. Het CF1-gedeelte van het synthase-molecuul strekte zich uit in het stroma, waar ATP de lichtonafhankelijke fotosynthesereacties ondersteunt.

Het lumen van de thylakoïde bevat eiwitten die worden gebruikt voor eiwitverwerking, fotosynthese, metabolisme, redoxreacties en afweer. Het eiwit plastocyanine is een elektronentransporteiwit dat elektronen van de cytochroomeiwitten naar het fotosysteem I transporteert. Cytochrome b6f complex is een deel van de elektronentransportketen dat protonenpompen koppelt die in het thylakoïde lumen pompen met elektronenoverdracht. Het cytochroomcomplex bevindt zich tussen Photosystem I en Photosystem II.

Thylakoïden in Algen en Cyanobacteriën

Hoewel thylakoïden in plantencellen stapels grana in planten vormen, kunnen ze in sommige soorten algen ongestapeld zijn.