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

Lục lạp là một thuật ngữ quá quen thuộc trong bộ môn Sinh học. Nó là nhân tố quan trọng của thực vật, đóng vai trò là giúp cây thực hiện chức năng quang hợp để duy trì sự phát triển và sinh sản. Vậy lục lạp là gì? Cấu tạo lục lạp như thế nào? So sánh quá trình 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 bào quan quang hợp chỉ có ở thực vật và tảo. Nhờ có lục lạp mà thực vật, tảo có thể chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành lượng tích trong chất hữu cơ. Ở thực vật, lục lạp có trong các bộ phận xanh của cây, trong đó có nhiều nhất là ở lá.

Người đầu tiên phát hiện ra lục lạp là Julius von Sachs (1832–1897) - một nhà thực vật học và tác giả của nhiều cuốn sách giáo khoa cơ bản. Ông thậm chí còn ca ngợi là "Cha đẻ ngành Sinh lý học Thực vật".

Lục lạp là gì

Cấu tạo lục lạp như thế nào?

Lục lạp cũng có cấu trúc màng hai lớp với màng ngoài rất dễ thấm còn màng trong thấm rất ít và ở giữa 2 lớp màng này có một khoang giữa màng. Màng trong bao bọc một vùng không có màu xanh lục, được gọi là Stroma. Stroma là nơi diễn ra các phản ứng của pha tối và nó giống như chất nền matrix của ty thể, có chứa các enzyme, ARN, AND và các ribosome. Các ribosome là các hạt hình cầu có kích  thước 15 - 20 cm. Nó ở trong chất nền cùng với các hạt tinh bột với kích thước khác nhau.

Trong lục lạp, cấu trúc quan trọng nhất là hệ thống cột hình mạng lưới nằm trong các chất nền. Hệ thống này bao gồm các cột grana được nối với nhau bởi các tấm gian cột có cấu tạo màng lipoprotein. Mỗi cột đều là một hệ thống túi dẹt hình dĩa xếp chồng lên nhau để tạo thành cấu trúc tấm nên nó còn được gọi là cột hình tấm grana lamella hoặc là tilacoit. Đây là nơi diễn ra các phản ứng phân ly nước và tổng hợp phân tử ATP.

Các túi dẹt được cấu tạo từ màng lipo protein (dày khoảng 7 mm) có đường kính 0,6mm, dày 20 mm, giúp giới hạn xoang tilacoit. Và màng tilacoit chứa các cấu trúc hạt hình nấm có kích thước 10 - 20 mm, là phức hệ ATP- sintetase. Sắc tố diệp lục nằm trên màng tilacoit nên grana có màu lục.

Với cấu trúc này thì màng trong của lục lạp hoàn toàn khác ty thể vì nó không xếp lại thành crista và cũng không chứa chuỗi chuyền điện tử.

Cấu tạo lục lạp

Thành phần hóa học của lục lạp

Trong lục lạp có chứa đến 80% loại protein không hòa tan có liên kết với lipit ở dạng lipoprotein. Clorophyl là một trong những thành phần thuộc hệ sắc tố quang hợp của lục lạp, bao gồm diệp lục a (C55H72O5N4Mg) và diệp lục b (C55H70O6N4Mg). Các phân tử clorophyl có cấu trúc không đối xứng gồm một đầu ưa nước được do 4 vòng pirol xếp xung quanh nguyên tử magie tạo thành và một đuôi dài là mạch kị nước.

Bên cạnh Corophyl, Caroic (gồm có Carotin C40H56 và xantophyl C40H56On) cũng là những sắc tố khác màu có trong lục lạp, tuy nhiên, nó thường bị màu lục của clorophyl che lấp. Chúng chỉ có cơ hội xuất hiện vào mùa thu, thời điểm mà lượng  Clorophyl bị sụt giảm đi khá nhiều. Ở tảo và thực vật thủy sinh thì sắc tố quang hợp là Phicobilin. Đây là nhóm sắc tố đóng vai trò quan trọng trong việc  hấp thụ ánh sáng lục (550 nm) và vàng (612 nm) trong ánh sáng mặt trời.

Ngoài ra, trong lục lạp cũng có chứa axit nucleic,  ARN (hàm lượng từ 2 - 4 % khối lượng khô), ADN (0,2 - 0,5% khối lượng khô), các chất truyền năng lượng, enzim, NADP, cytocrom, plastokinon, reductasa, atp-sintetase, plastoxiamin, ferredonxin và các enzim của chu trình calvin.

Bảng các thành phần hóa học của lục lạp:

Thành phần hóa học của lục lạp

Sự phát sinh của lục lạp

- Sự phức tạp hóa 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 có vai trò quang hợp đã được tách khỏi màng bởi một lớp tế bào chất → Lục lạp phân hóa đã bắt đầu xuất hiện ở lục tảo nhưng có cấu trúc đơn giản, chưa có hệ thống cột → Lục lạp có hệ thống cột bắt đầu xuất hiện từ rêu, dương xỉ.

Số lượng lục lạp có trong mỗi tế bào có sự thay đổi đa dạng từ 1 ( trong tảo đơn bào) đến 100 trong thực vật, ví dụ như cải Arabidopsis và lúa mì.

- Tính liên tục của lạp thể có được là do khả năng tự sinh sản bằng cách phân chia của lục lạp

Lục lạp có khả năng tự phân chia là do nó có hệ thống di truyền tự lập riêng (có ADN) và hệ tổng hợp protein tự lập (có chứa ribosome, ARN). Ribosome của lục lạp giống ribosome của procaryota (vi khuẩn và tảo lam) , tức là cùng có hằng số lắng 70s gồm 2 đơn vị nhỏ là 50s và 30s.

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

Cấu tạo ADN của lục lạp cũng giống ADN của procaryota, đều có cấu trúc vòng và không chứa histon, có chiều dài tối đa là 150µm với hàm lượng 10- 6- 10-16 g. Đây là nơi chứa thông tin mã hóa cho một số protein mà lục lạp tự tổng hợp trên ribosome của mình còn các protein khác thì là do tế bào cung cấp.

- ADN lục lạp là một nhân tố di truyền ngoài nhiễm sắc thể.

Theo kết quả của nhiều nghiên cứu khoa học thì hệ thống màng tilacoit của grana có nguồn gốc từ màng trong của lục lạp và ADN lục lạp được hình thành chính là do kết quả từ sự cộng sinh của một loài vi khuẩn lam có trong tế bào nhân thực.

Chức năng của lục lạp

- Tham gia vào quá trình quang hợp

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

+> Nhóm sắc tố chính (Clorophyl)

• Khiến cho lá cây hoặc thân, rễ chồi trên mặt đất có màu xanh
• Diệp lục có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời (ánh sáng xanh 430nm và ánh sáng đỏ 662nm ) để chuyển hóa nó thành năng lượng
• Vận chuyển năng lượng ánh sáng đến trung tâm phản ứng
• Diệp lục a tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng ánh sáng hấp thụ được thành năng lượng dùng để tổng hợp nên các phân tử ATP, NADPH và tích lũy vào trong các phân tử cacbohydrat

+> Nhóm sắc tố phụ (Caroic)

• Làm cho lá cây, củ, quả có màu đỏ, vàng hoặc cam
• Chỉ hấp thụ năng lượng ánh sáng và truyền năng lượng đó tới trung tâm phản ứng ở diệp lục ạ mà không tham gia vào quá trình chuyển hóa năng lượng. Caroten hấp thụ ánh sáng có bước sóng dao động từ 446 – 476 nm còn xantophyl hấp thụ ánh sáng có bước sóng dao động từ 451 – 481 nm
• Trong trường hợp ánh nắng có cường độ cao thì caroten còn vai trò là lọc ánh sáng và bảo vệ diệp lục hay chính là bảo vệ các hệ thống quang hợp không bị cháy nắng
• Lục lạp sử dụng năng lượng từ ATP và NADPH để tạo nên các phân tử hữu cơ từ cacbon dioxit theo chu trình Calvin. Sản phẩm chính của quá trình quang hợp sẽ là khí oxy và đường, hay chính là tinh bột

Tham gia vào quá trình quang hợp

- Tham gia tổng hợp các axit béo, một số amino axit và tham gia vào các phản ứng miễn dịch ở thực vật.

Tham gia tổng hợp các axit béo

Hy vọng rằng với những chia sẻ ở trên, các bạn đã nắm được cấu tạo lục lạp và chức năng của nó cũng như các 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, các bạn vui lòng truy cập tiếp vào website labvietchem.com.vn và tìm hiểu với chúng tôi nhé.

Xem thêm:

• Tham khảo sản phẩm kính hiển vi