Lục lạp là gì? Cấu tạo lục lạp và những thông tin cần biết

Chu Văn An

Lục lạp là một thuật ngữ rất quen thuộc trong Sinh học. Nó là nguyên tố quan trọng của thực vật, đóng vai trò giúp thực vật thực hiện quá trình quang hợp để duy trì sự sinh trưởng và sinh sản. Vậy lục lạp là gì? Lục lạp có cấu trúc như thế nào? So sánh quang hợp và hô hấp ở thực vật? Câu trả lời sẽ có trong nội dung bài viết dưới đây.

Lục lạp là gì?

Lục lạp là một đơn vị chức năng trong tế bào và đóng vai trò là cơ quan quang hợp chỉ có ở thực vật và tảo. Nhờ lục lạp, thực vật và tảo có thể chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành chất hữu cơ. Ở thực vật, lục lạp được tìm thấy ở những phần màu xanh của cây, hầu hết nằm ở lá.

Người đầu tiên phát hiện ra lục lạp là Julius von Sachs (1832–1897) – nhà thực vật học và là tác giả của nhiều sách giáo khoa cơ bản. Ông thậm chí còn được ca ngợi là “Cha đẻ của sinh lý học thực vật”.

lục lạp là gì?

Lục lạp có cấu trúc như thế nào?

Lục lạp cũng có cấu trúc màng hai lớp với màng ngoài rất dễ thấm và màng trong rất ít thấm, giữa hai màng này có một khoang ở giữa màng. Màng bên trong bao quanh một vùng không có màu xanh lá cây, được gọi là Stroma. Stroma là nơi diễn ra các phản ứng pha tối và giống như ma trận của ty thể, chứa enzyme, RNA, DNA và ribosome. Ribosome là những hạt hình cầu có kích thước 15 – 20 cm. Nó nằm trong ma trận cùng với các hạt tinh bột có kích thước khác nhau.

Ở lục lạp, cấu trúc quan trọng nhất là hệ thống cột hình mạng nằm trong chất nền. Hệ thống này bao gồm các cột grana được nối với nhau bằng các tấm liên cột bao gồm màng lipoprotein. Mỗi cột là một hệ thống các túi dẹt hình đĩa xếp chồng lên nhau tạo thành cấu trúc dạng tấm nên còn gọi là cột grana lamella hay cột thylacoid. Đây là nơi diễn ra các phản ứng phân ly nước và tổng hợp phân tử ATP.

Các mụn nước phẳng được cấu tạo từ màng lipoprotein (dày khoảng 7 mm) có đường kính 0,6 mm và dày 20 mm, giúp hạn chế xoang thylakoid. Còn màng thylakoid chứa các cấu trúc dạng hạt hình nấm có kích thước 10 – 20 mm là phức hợp ATP-sintetase. Sắc tố diệp lục nằm trên màng thylakoid nên grana có màu xanh lục.

Với cấu trúc này, màng trong của lục lạp hoàn toàn khác với ty thể vì nó không gấp lại thành crista và không chứa chuỗi vận chuyển điện tử.

Cấu trúc lục lạp

Thành phần hóa học của lục lạp

Lục lạp chứa tới 80% protein không hòa tan liên kết với lipid dưới dạng lipoprotein. Chlorophyl là một trong những thành phần của hệ sắc tố quang hợp của lục lạp, bao gồm diệp lục a (C55H72O5N4Mg) và diệp lục b (C55H70O6N4Mg). Các phân tử diệp lục có cấu trúc không đối xứng bao gồm một đầu ưa nước được hình thành bởi bốn vòng pirole được sắp xếp xung quanh nguyên tử magiê và một đuôi kỵ nước dài.

Bên cạnh Corophyl, Caroic (bao gồm Carotin C40H56 và xatophyl C40H56On) cũng là những sắc tố màu khác nhau được tìm thấy trong lục lạp, tuy nhiên, nó thường bị che khuất bởi màu xanh lục của diệp lục. Chúng chỉ có cơ hội xuất hiện vào mùa thu, thời điểm lượng Chlorophyl giảm đi rất nhiều. Ở tảo và thực vật thủy sinh, sắc tố quang hợp là Phicobilin. Nhóm sắc tố này đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ ánh sáng xanh lục (550 nm) và vàng (612 nm) trong ánh sáng mặt trời.

Ngoài ra, lục lạp còn chứa axit nucleic, RNA (2 – 4% trọng lượng khô), DNA (0,2 – 0,5% trọng lượng khô), chất truyền năng lượng, enzyme, NADP, cytochrome, plastokinon, reductase, atp-sintetase, plastoxiamin, ferredonxin và các enzyme của chu trình calvin.

Bảng thành phần hóa học của lục lạp:

Thành phần hóa học của lục lạp

Sự xuất hiện của lục lạp

– Độ phức tạp trong cấu trúc lục lạp:

Ở vi khuẩn, màng sinh chất bao quanh tế bào có chức năng hấp thụ và chuyển hóa năng lượng → Ở vi khuẩn lam, hệ thống màng chịu trách nhiệm quang hợp đã được tách ra khỏi màng bởi một lớp tế bào chất → Lục lạp biệt hóa đã bắt đầu xuất hiện ở tảo xanh nhưng có cấu trúc đơn giản, không có hệ thống cột → Lục lạp có hệ thống cột bắt đầu xuất hiện ở rêu và dương xỉ.

Số lượng lục lạp trên mỗi tế bào thay đổi từ 1 (ở tảo đơn bào) đến 100 ở thực vật, chẳng hạn như cây Arabidopsis và lúa mì.

– Tính liên tục của lạp thể là do khả năng của lục lạp sinh sản bằng cách phân chia

Lục lạp có khả năng tự phân chia vì chúng có hệ thống di truyền độc lập (chứa DNA) và hệ thống tổng hợp protein độc lập (chứa ribosome và RNA). Ribosome của lục lạp tương tự như ribosome của procaryote (vi khuẩn và tảo xanh lam), tức là chúng có cùng hằng số lắng là 70s, gồm 2 đơn vị nhỏ là 50s và 30s.

• Đơn vị nhỏ 50S chứa rarn 5S; 23 S và 26 – 84 protein
• Tiểu đơn vị 30s chứa protein 16 và 19 – 25

Cấu trúc DNA lục lạp tương tự như DNA procaryote, đều có cấu trúc vòng và không chứa histone, chiều dài tối đa 150µm với hàm lượng 10-6-10-16 g. Đây là nơi chứa thông tin mã hóa của một số protein mà lục lạp tổng hợp trên ribosome của chúng, trong khi các protein khác được tế bào cung cấp.

– DNA lục lạp là một yếu tố di truyền ngoại bào.

Theo kết quả của nhiều nghiên cứu khoa học, hệ thống màng grana thylakoid có nguồn gốc từ màng trong của lục lạp và DNA lục lạp được hình thành do sự cộng sinh của một loài vi khuẩn lam trong tế bào nhân chuẩn.

Chức năng của lục lạp

– Tham gia quá trình quang hợp

Lục lạp là bào quan chứa sắc tố quang hợp. Chức năng của các nhóm sắc tố cụ thể như sau:

+> Nhóm sắc tố chính (Diệp lục)

• Làm cho lá, thân và rễ trên mặt đất xanh tươi
• Chất diệp lục có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời (ánh sáng xanh 430nm và ánh sáng đỏ 662nm) để chuyển hóa thành năng lượng.
• Vận chuyển năng lượng ánh sáng đến trung tâm phản ứng
• Chất diệp lục a tham gia vào quá trình chuyển đổi năng lượng ánh sáng hấp thụ thành năng lượng dùng để tổng hợp các phân tử ATP, NADPH và tích lũy trong các phân tử carbohydrate.

+> Nhóm sắc tố thứ cấp (Caroic)

• Làm cho lá, củ và quả có màu đỏ, vàng hoặc cam
• Chỉ hấp thụ năng lượng ánh sáng và truyền năng lượng đó về trung tâm phản ứng trong diệp lục mà không tham gia vào quá trình chuyển hóa năng lượng. Carotene hấp thụ ánh sáng có bước sóng từ 446 – 476 nm trong khi xatophyl hấp thụ ánh sáng có bước sóng từ 451 – 481 nm
• Trong trường hợp ánh nắng có cường độ cao, caroten còn đóng vai trò lọc ánh sáng và bảo vệ chất diệp lục hoặc bảo vệ hệ thống quang hợp khỏi bị cháy nắng.
• Lục lạp sử dụng năng lượng từ ATP và NADPH để tạo ra các phân tử hữu cơ từ carbon dioxide theo chu trình Calvin. Sản phẩm chính của quá trình quang hợp là oxy và đường hoặc tinh bột

Tham gia vào quá trình quang hợp

– Tham gia tổng hợp axit béo, một số axit amin vàTham gia vào phản ứng miễn dịch ở thực vật.

Tham gia tổng hợp axit béo

Hy vọng với những chia sẻ trên các bạn đã nắm được cấu trúc của lục lạp và chức năng của nó cũng như những vấn đề liên quan đến quá trình quang hợp diễn ra ở thực vật. Để xem thêm nhiều bài viết hay và ý nghĩa hơn, mời bạn tiếp tục truy cập website labvietchem.com.vn và cùng tìm hiểu với chúng tôi.

Xem thêm:

• Tham khảo sản phẩm kính hiển vi