کلروپلاست: اندامک فتوسنتزکننده حاوی کلروفیل

کلروپلاست: نیروگاه سبز گیاهان

کلروپلاست چیست و در کجا قرار دارد؟

کلروپلاست‌ها اندامک‌های⁴ کوچکی هستند که درون سلول‌های گیاهان سبز و برخی از جانداران دیگر مانند جلبک‌ها وجود دارند. آن‌ها را می‌توان نیروگاه‌های سلول نامید زیرا کار اصلی آن‌ها تولید غذا و انرژی برای گیاه است. این اندامک‌ها بیشتر در بخش‌های سبز گیاه، مانند برگ‌ها، متمرکز شده‌اند. اگر یک برگ را زیر میکروسکوپ نگاه کنید، می‌بینید که سلول‌ها پر از اجسام کوچک سبز رنگی هستند که همان کلروپلاست‌ها می‌باشند.

ساختار درونی کلروپلاست: یک کارخانه شیمیایی منظم

کلروپلاست برخلاف کوچکی‌اش، ساختار بسیار پیچیده و منظمی دارد. اگر بتوانیم آن را مانند یک کارخانه تصور کنیم، هر بخش وظیفه‌ی خاصی بر عهده دارد. این ساختار شامل بخش‌های اصلی زیر است:

• پوستهٔ دوغشایی⁶: کلروپلاست دارای دو پوسته (غشا)ی بیرونی و درونی است که مانند یک دیوار امنیتی، فضای درونی را کنترل می‌کنند.
• استروما⁷: این مادهٔ ژله‌ای، فضای درونی کلروپلاست را پر کرده و مانند سیتوپلاسم سلول عمل می‌کند. بسیاری از واکنش‌های شیمیایی مهم در اینجا رخ می‌دهند.
• تیلاکوئید⁸: این‌ها کیسه‌های پهن و مسطحی هستند که مانند پشته‌های سکه روی هم چیده شده‌اند. به هر پشته از تیلاکوئیدها، گرانوم⁹ می‌گویند. کلروفیل، رنگدانه سبز اصلی، درون غشای این تیلاکوئیدها قرار دارد.

این چیدمان باعث می‌شود سطح بسیار زیادی برای جذب نور خورشید در فضای کوچکی فراهم شود، درست مانند استفاده از پنل‌های خورشیدی در یک پشت‌بام کوچک.

کلروفیل: مولکول جادویی سبز رنگ

کلروفیل رنگدانه‌ای است که به گیاهان رنگ سبز می‌دهد و مهم‌ترین مولکول در فرآیند فتوسنتز است. کار اصلی آن جذب انرژی نور خورشید است. کلروفیل بیشتر نورهای قرمز و آبی را جذب می‌کند و نور سبز را بازمی‌تاباند، به همین دلیل است که برگ‌ها در مال ما چشم‌ها سبز به نظر می‌رسند. این مولکول درست مانند یک آنتن بسیار ریز عمل می‌کند که انرژی نور را دریافت می‌کند.

فتوسنتز چگونه در کلروپلاست انجام می‌شود؟

فتوسنتز یک فرآیند دو مرحله‌ای است که هر مرحله در بخش خاصی از کلروپلاست اتفاق می‌افتد:

1. واکنش‌های نوری¹⁰: این واکنش‌ها در غشای تیلاکوئیدها رخ می‌دهند. در این مرحله، انرژی نور خورشید که توسط کلروفیل جذب شده است، برای شکستن مولکول آب و تولید مولکول‌های پرانرژی (مانند ATP¹¹ و NADPH¹²) استفاده می‌شود. یک محصول بسیار مهم این مرحله، گاز اکسیژن است که از شکسته شدن آب آزاد می‌شود و به هوایی که ما تنفس می‌کنیم می‌رود.
2. واکنش‌های تاریکی (چرخه کالوین)¹³: این واکنش‌ها در استروما انجام می‌شوند. در این مرحله، از انرژی ذخیره شده در مولکول‌های ATP و NADPH (که در مرحله قبل ساخته شدند) برای تبدیل دی‌اکسید کربن هوا به قند (گلوکز) استفاده می‌شود. به این مرحله «تاریکی» می‌گویند زیرا مستقیماً به نور نیاز ندارد، اما برای انجام آن به محصولات مرحله نوری نیاز است.

این دو مرحله به هم وابسته هستند، مانند یک خط تولید در کارخانه که بخش اول مواد اولیه را برای بخش دوم آماده می‌کند.

اهمیت کلروپلاست و فتوسنتز برای زندگی روی زمین

کار کلروپلاست فقط تغذیه گیاه نیست. این اندامک کوچک نقش بسیار بزرگ‌تری در حیات کره زمین ایفا می‌کند:

• تولید اکسیژن: کلروپلاست‌ها منبع اصلی اکسیژن اتمسفر هستند. هوایی که هم‌اکنون تنفس می‌کنید، محصول کار این اندامک‌هاست.
• پایه‌ی زنجیره غذایی: گیاهان با ساخت قند، پایه‌گذار تمام زنجیره‌های غذایی هستند. هر جانوری، از جمله انسان، به طور مستقیم یا غیرمستقیم برای تأمین انرژی به غذایی وابسته است که گیاهان می‌سازند.
• ذخیره‌ی انرژی خورشیدی: فتوسنتز در واقع راهی برای ذخیره‌ی انرژی خورشید در پیوندهای شیمیایی قندها است. وقتی ما چوب می‌سوزانیم یا سوخت‌های فسیلی (که بقایای گیاهان و جانوران ancient هستند) استفاده می‌کنیم، در حال آزاد کردن انرژی خورشیدی هستیم که میلیون‌ها سال پیش توسط کلروپلاست‌ها ذخیره شده است.

آزمایش‌های ساده برای درک بهتر فتوسنتز

می‌توان با آزمایش‌های ساده، نتیجه کار کلروپلاست را مشاهده کرد. مثلاً اگر یک گیاه گلدانی را برای چند روز در یک محفظه شیشه‌ای دربسته قرار دهید و کنار آن یک شمع روشن بگذارید، خواهید دید که شمع مدت زمان بیشتری می‌سوزد. چرا؟ زیرا گیاه در طول روز با فتوسنتز، اکسیژن تولید می‌کند و این اکسیژن سوختن شمع را ممکن می‌سازد. یا اگر روی بخشی از یک برگ را با نوار چسب بپوشانید و پس از چند روز نوار را بردارید، آن قسمت زرد شده است زیرا نور به کلروفیل‌های آن نرسیده و فتوسنتز انجام نشده است.

پرسش‌های متداول درباره کلروپلاست

پاورقی

¹ کلروپلاست (Chloroplast)
² فتوسنتز (Photosynthesis)
³ کلروفیل (Chlorophyll)
⁴ اندامک (Organelle)
⁵ میتوکندری (Mitochondrion)
⁶ پوسته دوغشایی (Double Membrane)
⁷ استروما (Stroma)
⁸ تیلاکوئید (Thylakoid)
⁹ گرانوم (Grana به صورت جمع، Granum مفرد)
¹⁰ واکنش‌های نوری (Light-Dependent Reactions)
¹¹ ATP: آدنوزین تری‌فسفات (Adenosine Triphosphate)، مولکول ذخیره‌کننده انرژی در سلول.
¹² NADPH: نیکوتینامید آدنین دینوکلئوتید فسفات (Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate)، یک حامل الکترون و هیدروژن در واکنش‌های شیمیایی.
¹³ چرخه کالوین (Calvin Cycle) یا واکنش‌های مستقل از نور (Light-Independent Reactions).