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葉緑体:定義と機能

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葉緑体はすべての植物と真核藻類に見られるオルガネラですが、それが始まりではありません。前述のように、10 億年から 20 億年前のどこかで、真核細胞が光合成細菌を飲み込みました。この種のイベントは、通常、より小さい細胞が食作用によって分解されることを意味しますが、この場合はそうではありませんでした.

この惑星の進化の歴史の過程で、多くの驚くべき物語と飛躍があり、そのうちのいくつかは今完全に理解し始めたばかりです.生命の最初の火花は依然として最も謎に包まれていますが、それ以来、生命は水から陸へと移動し、単細胞から多細胞へと移動し、私たちにさえつながっています。星に広がる先端。

進化の最も興味深い瞬間の 1 つは、しばしば議論されることはありませんが、10 億年から 20 億年前に発生し、地球上のすべての植物生命にとって重要な要素である最初の葉緑体に至りました。

葉緑体とは?

葉緑体は、すべての植物と真核藻類に見られるオルガネラですが、それが始まりではありません。前述のように、10 億年から 20 億年前のどこかで、真核細胞が光合成細菌を飲み込みました。この種のイベントは、通常、より小さい細胞が食作用によって分解されることを意味しますが、この場合はそうではありませんでした。さらに、シアノ バクテリア (原核生物) は光合成を続け、その宿主細胞と内部共生関係を形成しました。バクテリアを破壊しない代わりに、細胞の餌を作り始めました。これは、太陽光からエネルギーを取得し、それを使用可能な化学エネルギーに変換して有機分子、つまり糖を生成することによって行われます.

何百万年も経ち、細菌は細胞分裂を通じて各娘細胞に受け継がれました。それはまた変化し始め、最初の遺伝物質の一部を失い、その全体的な機能を変化させたさまざまなタンパク質を合成して結合し始めました.徐々に、細菌は同化され、葉緑体という独自のオルガネラに発達しました.この「巻き込み」理論は、シアノバクテリアとの構造的類似性によって強く支持されており、科学界に広く受け入れられています.

葉緑体構造

葉緑体は、そのささやかな始まりにもかかわらず、最終的に洗練された効率的なオルガネラに発展し、細胞内で非常に重要な役割を果たすことを可能にする多くの重要な適応と構造要素を持っています.まず、葉緑体は孔辺細胞に集中する傾向があります。孔辺細胞は気孔の近くにあり、液体とガスの交換を調節するのに役立ちます。葉緑体は光合成に二酸化炭素を必要とするため、葉緑体がこれらの細胞に特別に存在することは理にかなっています.

核と同様に、葉緑体は膜エンベロープを形成する2つの脂質二重層に囲まれています。これらの膜は選択的に透過性があり、間質を葉緑体の内部空間から分離したままにします。葉緑体の内膜内には、光合成が起こる膜状の嚢であるチラコイドからなる複雑な膜系があります。これらのチラコイド嚢内の空間はルーメンと呼ばれ、太陽光からエネルギーを吸収する葉緑体の色素であるクロロフィルを含んでいます.これらのチラコイド嚢は、グラナと呼ばれるグループにしっかりと積み重なっており、ここで光エネルギーが化学エネルギーに変換されます。すべてのチラコイド嚢を取り囲んでいますが、内膜によって保持されているのは間質です。これは細胞質に似ていますが、二酸化炭素の糖への変換など、多くの重要な機能が発生するため、無視してはなりません.

(写真提供:Ollin / ウィキメディア・コモンズ)

植物細胞の葉緑体は、動物を含む他の真核細胞のミトコンドリアと非常によく似ています。それらはどちらもエネルギー代謝に密接に関連しており、独自の DNA を持ち、永久に動的な活動を行うしっかりと巻き付けられた中心空間を持っています。また、約 10 億年前により大きな真核細胞に飲み込まれた後に進化した可能性があります!

葉緑体機能

現在、すべての植物細胞と多数の光合成原生生物に見られる葉緑体は、その光合成能力により、細胞の食物を生成します.葉緑体の機能的性質を正しく理解するには、光合成のより細かい点を見直す必要があります。

太陽光エネルギーが植物に当たると、葉緑体にあるクロロフィル色素に吸収されます。光合成は、明反応と暗反応からなる 2 段階のプロセスです。光反応は、上で説明したように、エネルギーがクロロフィル a によって ATP と NADPH に変換されるグラナで始まります。これらは、すべての細胞のエネルギー「通貨」の 2 つの形態であり、細胞呼吸 (ミトコンドリアで発生) にも重要な役割を果たします。 ATP と NADPH は、葉緑体内に電荷勾配を作り出す電子伝達系を含む 2 つの異なる光化学系を通過することによって生成されます。この勾配により、ATP を生成する ATP 合成酵素と呼ばれるタンパク質複合体を通る水素イオンの流れが可能になります!

(写真提供:Somepics/Wikimedia Commons)

明反応で生成された ATP と NADPH は、カルビン サイクルと呼ばれる暗反応段階で使用されます。 ATP と NADPH は、二酸化炭素と結合して、葉緑体の間質内で糖に変換されます。これらの糖が葉緑体内で生成されると、デンプンとして保存されたり、セルロースの生産に使用されたり、細胞呼吸中に利用されたりします.

多くの人が気づいていないことは、葉緑体には細胞の食物を生成する以外にも多くの重要な機能があるということです.葉緑体は、細胞が DNA および RNA 合成に必要とするプリンやピリミジンなどの他の窒素含有塩基と同様に、アミノ酸合成の部位でもあります。

見た目以上のもの

葉緑体は、植物のニーズに基づいて数が動的であるため、興味深いオルガネラです。単一の細胞には 1 ~ 100 個の葉緑体が存在する可能性があり、この数は、細胞の種類、植物上の位置、およびクロロフィルによる吸収と変換に利用できる太陽光の量に基づいて変動する可能性があります.

10億年前に原核生物の細胞が偶然飲み込まれなければ、植物は決して発達できず、大気中の酸素レベルの変化を妨げていたでしょう。これは、真核細胞のさらなる進化を不可能にし、人間が存在しなかった可能性があることを意味します!したがって、それらは小さく、一見取るに足らない細胞小器官であり、人間とはまったく関係がないかもしれませんが、実際には私たちの生存の中心人物です!


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