Organeller: Kloroplast

Kloroplastlar, özellikle bitki hücrelerine yeşil renklerini vermeleri ile özdeşleşmiş, fotosentezden sorumlu, yaklaşık \text{5} \mu\text{m} boyundaki organellerdir. Tıpkı mitokondri gibi metabolik enerji üretiminden sorumlu olup, endosimbiyoz ile evrimleşmişlerdir. Fakat, mitokondriye göre oldukça büyük ve kompleks olmalarının yanısıra, ATP üretimine ek bazı önemli görevlere daha sahiptir. En önemlisi, karbondioksitin (\text{CO}_2) karbohidratlara fotosentetik dönüşümünden sorumludur. Buna ek olarak kloroplastlar; amino asitler, yağ asitleri ve kendi membranlarına ait lipit yapıları sentezleyebilir.

Bitki hücrelerinin yanında, yeşil alglerde ve Euglena (öglena) gibi bazı ökaryotik canlılarda da bulunabilir. Hücre başına bir tane olabileceği gibi, yüzlerce kloroplast da bir hücre içinde bulunabilir.

Kloroplastın ana işlevi olan fotosentezin gerçekleşmesi, pigmenti olan klorofil sayesinde gerçekleşir. Klorofil, Güneş'ten gelen ışığı soğurarak, sudan kopardığı oksijen sayesinde, soğurulan bu ışık enerjisini, enerji depolama molekülleri olan ATP ve NADPH'a çevirir. Ardından, depoladığı ATP ve NADPH'ı, karbondioksiti de kullanarak organik moleküller elde etmek için harcar.

Kloroplastlara ek olarak plastidler sınıfında iki üye daha bulunur: Kromoplastlar ve lökoplastlar. Kromoplastlar; çiçeklerde, meyvelerde, köklerde ve yaşlanan yapraklarda bulunur. Yani, kendilerine özgü renkleriyle ön plana çıkarlar. Olgunlaşma sırasında kloroplastlar, kromoplastlara dönüşür. Genellikle karotenoid pigmentlerdeki artış ve birikme sonucu ortaya çıkarlar. Lökoplastlar ise, diğer iki plastid olan kloroplast ve kromoplast gibi iki membrana sahip organellerdir. Fakat bunlar, fotosentetik pigmentlerin yoksunluğundan dolayı renksizdir. Bu yüzden canlının, fotosentez yapmayan; kök, soğan ve tohum gibi bölgelerinde bulunur.

Kloroplast Yapısı

Zarfında yer alan iç ve dış membranlara ek olarak kloroplastlar, içlerinde tilakoid membran adı verilen, üçüncü bir membrana daha sahiptir. Dış membranda porin proteinleri bulunur ve bu katman küçük moleküller için geçirgendir. Bunun aksine iç membran, iyonlar ve metabolitler için geçirgen değildir.

Tilakodiler, fotosentezde ışık bağlantılı reaksiyonların gerçekleştiği, tilakoid membran ile çevrili yapılardır. Kloroplast tilakoidleri kloroplast içerisinde, ardı ardına dizili diskler şeklinde bulunur. Bu yapılara granum, ya da tekil olarak grana denir. Granalar, granalar arası bir yapı ile birbirlerine bağlıdır. Böylelikle bir bütünlük sağlanır.

Görsel: Kelvinsong
Kloroplastların yapısı. Görsel: Kelvinsong, Çeviri: Ögetay Kayalı

Zarfın içerisinde, fakat tilakoid membranın dışında kalan alanda bulunan stroma, mitokondrilerdeki matrikse benzer. İçerisinde; kloroplastın genetik sistemini, kloroplast ribozomlarını ve birçok enzimi barındıran, proteince zengin, sıvı bir yapıdır.

Kloroplast ribozomları, sitoplazmik ribozomların üçte ikisi boyunda olup, boyutları 20 nm kadardır. Kloroplast DNA'sında kopyalanmış olan mRNA'ları kullanarak, ihtiyacını duyduğu kendi proteinlerinin küçük bir kısmını sentezler.[2]

Nişasta granülleri, kloroplastların hacminin ortalama olarak %15'ini oluşturur. Stromada, nişastanın zamanla birikmesi sonucu oluşan bu kümelenmeler, herhangi bir membranla bağlı değildir. Gece boyunca harcanmak üzere, kloroplastların şeker sentezlemesiyle birikir. Bu deponun tamamen kullanılması durumu çok enderdir.[3] Ayrıca bazı özel durumlarda, örneğin kırmızı alglerde, kloroplast yerine sitoplazma içerisinde bulunurlar. Benzeri şekilde \text{C}_4 bitkilerinde, mezofil kloroplastları şeker sentezlemediğinden, bu türlerde nişasta granülleri bulunmaz.[4]

Pigmentler ve Kloroplast Renkleri

Bitkiye yeşil rengini veren klorofil pigmentinin yanısıra, tüm bu renk çeşitliliğinin oluşmasını sağlayan diğer pigmentler ve bunların dağılımıdır. Kloroplastların tilakoid membranları içerisine dağılmış fotosentetik pigmentler, ışıktan aldığı enerjiyi, kendisi için kullanılabilir kaynaklara dönüştürmede rol oynar. Güneş'ten gelen ışık, her dalga boyundan rengi içerdiği için, bu pigmentlerin renk dağılımı da oldukça geniş bir skalaya sahiptir.

Klorofiller (Chlorophylls)

Klorofil a; tüm kloroplastlarda bulunur ve tıpkı ataları olan siyanobakterilerde olduğu gibi, kloroplasta mavimsi yeşil bir renk katar.

Klorofil b; çoğunlukla yeşil alglerin ve bitkilerin kloroplastlarında bulunarak, kloroplasta zeytin yeşili bir renk katar. Klorofil a ve klorofil b birlikte bulunarak, bitkilerde bildiğimiz yeşil renkli bir görünüm oluşturur.

Klorofil c; kırmızı alg kökenli ikincil endosimbiyotik kloroplastlarda bulunur, fakat kırmızı alglerin kendi kloroplastlarında bulunmaz. Ayrıca bazı yeşil alg ve siyanobakterilde de bulunur.

Klorofil d ve klorofil f pigmenti ise yalnızca bazı siyanobakterilerde bulunur.

Karotenoidler (Carotenoids)

Havuca ve bal kabağına turuncu rengini veren pigmentler, aynı zamanda tetraterpenoidler olarak adlandırılan, karotenoidlerdir. Sonbahar aylarında yapraklarını döken ağaç türlerinin bazılarındaki renk değişiminden sorumludur. Karotenoid üretebildiği bilinen yalnızca iki hayvan türü vardır: Yaprak bitleri ve örümcek akarları.

Yaklaşık 600 karotenoid bulunur, fakat bunlardan yalnızca 30 kadarı fotosentetiktir. Bunları iki ayrı sınıfta incelemek mümkündür: Oksijen içermeyen, sırf hidrokarbondan oluşan karotenler ve oksijen içeren ksantofiller.

Karotenlerden \beta-karoten, neredeyse tüm kloroplastlarda bulunur. Havuç, bal kabağı, tatlı patates, lahana ve ıspanak beta karoten açısından oldukça zengindir. Aynı zamanda insan için, A vitamini öncüsüdür.[6]

Ksantofil kelimesinin kökeni, Yunanca sarı anlamına gelen xanthos ve yaprak anlamına gelen phyllon'a dayanır. Tamamen hidrokarbondan oluşan karotenlere göre ksantofillerin oksijen barındırıyor olması, onları daha polar yapar. Yumurta sarısına bu rengi veren, sarı renkli lutein ve turuncu-kırmızı renkli zeaxanthin'dir.[7]

Egg_1

Fikobilinler (Phycobilins)

Kırmızı alglerin kırmızı olmasına sebep olan fikoeritrin (phycoerythrin) pigmenti olmasına rağmen, fikobilinler birçok renkte olabilir. Klorofil a pigmentinin etkisiz olduğu dalga boyu aralıklarında etkili olması, onu özellikle bu dalga boylarına ihtiyaç duyan canlılara spesifik kılar.

Pigmentler ve çeşitli dağılımları
Pigmentler ve çeşitli dağılımları

Ögetay Kayalı

Kaynaklar
1. Geoffrey M.Cooper, The Cell: A Molecular Approach 2nd Edition, <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9905/>
2. Jeremy Burgess, Introduction to Plant Cell Development, syf. 46
3. Matilda Crumpton-Taylor, Control of Starch Granule Numbers in Arabidopsis Chloroplasts, Plant Physiology, <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3271777/>
4. Robert R.Wise, The Diversity of Plastid Form and Function, syf. 15, <http://www.uwosh.edu/biology/faculty-and-staff/faculty/wise/publications/wise-the-diversity-of-plastid>
5. Neil A.Campbell, Biology 8th Edition, syf. 190
6. Susan D. Van Arnum, "Vitamin A", Kirk-Othmer Encyloclopedia of Chemical Technology
7. Alisa Perry, Xantophyll (lutein, zeaxanthin) content in fruits, vegetables and corn and egg products, Journal of Food Composition and Analysis, <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0889157508001336>
8. Kapak görseli, <https://www.youtube.com/watch?v=BB5rvjZzgFU>

Ögetay Kayalı

Astronom. Çalışma alanı teorik kozmoloji, özellikle Einstein'ın görelilik kuramının modifiye edilmesi üzerine çalışıyor. Bunların yanında ender bulduğu zaman aralıklarında kafasına esince programlama, 3B modelleme, tasarım, fotoğrafçılık, resim ve satranç ile de ilgileniyor.

Ögetay Kayalı 118 makale yazdıÖgetay Kayalı tarafından yazılan tüm makaleleri gör