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  • 1 # 集識科學

    葉綠體之所以能夠進行光合作用是因為它具有與之相匹配的結構,包括各種色素、完整的電子能量轉化系統等,整個轉化過程十分複雜,但目前的研究已經基本揭示了該過程的全貌。按照內共生理論來說,葉綠體來源於遠古時代的藍細菌。以下是對問題的詳細說明:什麼是葉綠體

    葉綠體是存在於藻類和植物細胞中的一種細胞器,透過光合作用產生能量。葉綠體一詞來自希臘語khloros(意為“綠色”)和plastes(意為“形成”)。 葉綠體含有高濃度的葉綠素Ⅱ(一種捕獲光能的分子),這使許多植物和藻類變成綠色。 同線粒體一樣,葉綠體被認為是從某種細菌進化而來的。

    2. 葉綠體有什麼功能

    葉綠體是植物和藻類細胞進行光合作用的重要場所。光合作用是將光能轉化為糖和其他有機分子,進行能量儲存的過程。這些儲存物將會成為宿主的“食物”,保證其新陳代謝對能量的需求。

    光合作用過程可分為兩個階段:光反應和暗反應。在第一階段,發生光依賴性反應,也就是光反應階段。該反應透過葉綠素和類胡蘿蔔素捕獲光能,形成三磷酸腺苷(ATP,細胞內的能量貨幣)和煙醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH,電子傳遞媒介)。第二階段的反應與光無關,發生暗反應,也稱為卡爾文迴圈。在卡爾文迴圈中,NADPH攜帶的電子將無機二氧化碳還原為碳水化合物形式的有機分子,這一過程稱為CO2固定。

    葉綠體對於植物和光合藻的生長和生存至關重要。像太陽能電池板一樣,葉綠體吸收光能並將其轉化為活躍的電能,以便促進各項代謝活動的進行。但是,一些植物由於進化條件的原因,不再具有葉綠體,例如大花草屬植物,他們以寄生的方式從其他植物(特別是藤本植物)中獲取營養。由於大花草屬植物從寄生宿主中獲得了全部能量,因此功能上不再需要葉綠體的存在,透過很長一段時間的進化丟失了編碼葉綠體發育的基因,進而失去了葉綠體這一細胞器。大花草屬植物是唯一已知缺乏葉綠體的陸地植物。

    3. 葉綠體的結構

    葉綠體像線粒體一樣,是橢圓形的,有兩層膜:外膜和內膜。外膜和內膜之間是一個薄的膜間空間,約10至20奈米寬。內膜內的空間稱為基質。葉綠體的內膜是光滑的,其基質中有許多小的盤狀囊,稱為類囊體。

    在維管植物和綠藻中,類囊體相互之間存在堆疊,這樣一堆類囊體被稱為基粒。類囊體含有葉綠素Ⅱ和類胡蘿蔔素,這些色素在光合作用過程中會吸收光。吸光色素與其他分子(如蛋白質等)組合在一起形成一個複合體,稱為光合系統。兩種不同的光系統分別是光合系統I和光合系統II,它們在與光反應的過程中發揮著不同的作用。

    在基質中,透過酶的催化作用產生許多複雜的有機分子,用於儲存能量,例如碳水化合物。與光合細菌類似,基質還含有其自身的DNA和核糖體。由於葉綠體中含有遺傳物質以及編碼蛋白的核糖體,所以葉綠體被認為是由遊離的細菌被真核細胞吞噬,透過適應和整合最終進化得來的。

    4. 葉綠體的演變與進化

    葉綠體被認為是真核細胞的一部分,就像線粒體被整合到所有真核細胞中一樣:透過存在於與細胞中併產生共生關係,也就是他們透過為細胞提供能量以換取一個安全的生活場所,最終演變成一種彼此不能分開的共生體系,稱為內共生理論。

    葉綠體從細菌進化的證據與線粒體從細菌進化的證據非常相似。葉綠體有自己獨立的環狀DNA,就像細菌細胞一樣,同樣具有母系遺傳的特點。葉綠體透過二元裂變或分裂形成新的葉綠體,該過程與細菌繁殖的方式類似。這些形式的證據也存在於線粒體中,不過二者的區別在於,葉綠體被認為是從藍細菌進化而來的,而線粒體是從好氧細菌進化而來的(線粒體不能進行光合作用,而是發生細胞呼吸作用)。葉綠體的結構類似於藍細菌的結構,兩者都具有雙膜,環狀DNA,核糖體和類囊體。據推測大多數含有葉綠體的細胞都來自於一個共同的祖先,由於偶然該祖先在600-1600百萬年前吞噬了藍細菌,慢慢地衍生出穩定共生的共生關係,藍細菌就成了現在我們看到的葉綠體了。

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