チラコイドの定義と機能
エンドウの葉の葉緑体。
DR.JEREMY BURGESS / SCIENCE PHOTO LIBRARY /ゲッティイメージズ
あ チラコイド 光依存性の部位であるシート状の膜結合構造です。 光合成 での反応 葉緑体 と シアノバクテリア .光を吸収して生化学反応に利用するクロロフィルを含む部位です。チラコイドという言葉は緑の言葉から来ています チラコス 、袋または袋を意味します。 -oid で終わる「チラコイド」は、「ポーチのような」という意味です。
チラコイドはラメラと呼ばれることもありますが、この用語は、グラナをつなぐチラコイドの部分を指すために使用される場合があります.
チラコイド構造
葉緑体では、チラコイドは間質 (葉緑体の内部) に埋め込まれています。間質には、リボソーム、酵素、および葉緑体が含まれています DNA .チラコイドは、チラコイド膜とチラコイド内腔と呼ばれる囲まれた領域で構成されています。チラコイドのスタックは、顆粒と呼ばれるコインのような構造のグループを形成します。葉緑体には、総称してグラナとして知られるこれらの構造がいくつか含まれています。
高等植物には特別に組織化されたチラコイドがあり、各葉緑体には間質チラコイドによって互いに接続された 10 ～ 100 個のグラナがあります。間質チラコイドは、グラナをつなぐトンネルと考えることができます。グラナ チラコイドとストロマ チラコイドには異なるタンパク質が含まれています。
光合成におけるチラコイドの役割
チラコイドで行われる反応には、水の光分解、電子伝達系、および ATP 合成が含まれます。
光合成色素 (クロロフィルなど) はチラコイド膜に埋め込まれており、光合成における光依存反応の部位となっています。グラナの積み重ねられたコイル形状は、葉緑体に高い表面積対体積比を与え、光合成の効率を助けます.
チラコイド ルーメンは、光合成中の光リン酸化に使用されます。膜ポンプの光依存性反応はプロトンを内腔に送り込み、その pH を 4 に下げます。対照的に、間質の pH は 8 です。
水の光分解
最初のステップは、チラコイド膜の内腔部位で起こる水の光分解です。光からのエネルギーは、水を還元または分割するために使用されます。この反応は、電子輸送チェーンに必要な電子、ルーメンに送り込まれてプロトン勾配を生成するプロトン、および酸素を生成します。細胞呼吸には酸素が必要ですが、この反応によって生成されたガスは大気に戻されます。
電子輸送チェーン
光分解からの電子は、電子伝達系の光化学系に行きます。光化学系には、クロロフィルと関連色素を使用してさまざまな波長の光を収集するアンテナ複合体が含まれています。光化学系 I は光を利用して NADP を減少させます+NADPHとHを生成する+.光化学系 II は、光を使用して水を酸化し、酸素分子 (O2)、電子 (e-)、陽子 (H+）。電子はNADPを減らします+両方のシステムでNADPHに。
ATP合成
ATP は、光化学系 I と光化学系 II の両方から生成されます。チラコイドはATP合成酵素を使ってATPを合成する エンザイム これはミトコンドリアの ATPase に似ています。酵素はチラコイド膜に組み込まれています。シンターゼ分子の CF1 部分は、ATP が光に依存しない光合成反応をサポートする間質にまで伸びています。
チラコイドの内腔には、タンパク質の処理、光合成、代謝、酸化還元反応、および防御に使用されるタンパク質が含まれています。タンパク質プラストシアニンは、シトクロムタンパク質から光化学系 I に電子を輸送する電子伝達タンパク質です。シトクロム b6f 複合体は、チラコイド ルーメンへのプロトン ポンピングと電子伝達を結び付ける電子伝達鎖の一部です。シトクロム複合体は、光化学系 I と光化学系 II の間に位置します。
藻類とシアノバクテリアのチラコイド
植物細胞内のチラコイドは、植物内でグラナのスタックを形成しますが、一部の種類の藻類ではスタックされていない場合があります.
藻類や植物が真核生物であるのに対し、シアノ バクテリアは光合成を行う原核生物です。それらには葉緑体が含まれていません。代わりに、細胞全体が一種のチラコイドとして機能します。シアノ バクテリアには、外側の細胞壁、細胞膜、およびチラコイド膜があります。この膜の内側には、細菌の DNA、細胞質、およびカルボキシソームがあります。チラコイド膜には、光合成と細胞呼吸をサポートする機能的な電子伝達鎖があります。シアノバクテリアのチラコイド膜は、グラナと間質を形成しません。代わりに、膜は細胞質膜の近くに平行なシートを形成し、各シートの間にはフィコビリソーム (集光構造) のための十分なスペースがあります。