叶绿体定义

“Chloro”一词通常与绿色有关。这就引出了一个问题：它是否与叶绿素相同，叶绿素也与植物中的绿色色素有关。然而，尽管这两个术语都与植物生物学和光合作用有关，但它们指的是不同的事物。

Chloro表示绿色，而叶绿素则明确指存在于叶绿体中的一种色素，它赋予叶绿体绿色。叶绿体是植物细胞中执行光合作用重要功能的特化细胞器。

在光合作用过程中，叶绿体有助于将太阳的光能转化为植物的化学能。这个过程涉及多种复杂的代谢活动，如合成脂肪酸、四吡咯（如血红素）、膜脂、淀粉和激素——所有这些对植物的生长和生存都至关重要。让我们简要讨论一下叶绿体的功能和过程。

叶绿体是什么意思？

叶绿体是植物细胞和少数原生生物（如藻类和蓝细菌）中发现的细胞器。这些细胞器被称为质体，意味着它们能在细胞内储存或产生各种物质。叶绿体通过负责通过光合作用生产食物，在植物的生存中起着至关重要的作用。

光合作用是一个复杂的过程，它涉及将太阳的光能转化为植物细胞可以使用的糖。整个过程发生在叶绿体内，高浓度的叶绿素分子吸收光能，赋予植物其特有的绿色。

有趣的是，与线粒体一样，叶绿体也与细菌有着共同的进化历史。科学家们认为，这两种细胞器都是由数百万年前被早期真核细胞吞噬的自由生活的细菌进化而来的。

关于叶绿体的重要事实

叶绿体是植物细胞中发现的有效细胞器，在光合作用过程中起着必要的作用。如我们所知，植物是自养生物和生产者，因为它们可以通过这个过程生产自己的食物。叶绿体含有一种叫做叶绿素的特殊色素，它负责捕获阳光并将其转化为植物可以用来进行其代谢过程的能量。

质体是大多数植物细胞中存在的另一类细胞器。它们有三种类型：叶绿体、色素体和白色体。虽然所有质体都有双膜并参与食物的制备或储存，但每种类型都有其独特的特性。

叶绿体是含有叶绿素的植物细胞器，叶绿素捕获阳光并将其转化为能量，同时从水中释放氧气。

色素体是除绿色以外的其他颜色的质体，因为它们含有类胡萝卜素或花青素等色素。这些色素赋予植物不同部分的各种色调，如花瓣或水果，吸引昆虫进行授粉。

另一方面，白色体没有任何颜色；它们在显微镜下呈无色，但仍然在细胞内发挥着重要作用。关于白色体的一个有趣事实是，当暴露在阳光下时，它可以转化为叶绿体，并重新转化为白色体。

叶绿体特征

它们是圆形、椭圆形或盘状的结构，具有区分于其他类型质体的特定特征。其中一个特征是它们的绿色，这来自于两种称为叶绿素a和b的色素。这些色素的主要功能是吸收光能以进行光合作用。

除了叶绿素，叶绿体中还存在其他色素，如类胡萝卜素，它们作为辅助色素，通过捕获太阳能并将其传递给叶绿素。叶绿体存在于所有绿色组织中，但主要集中在叶片叶肉的薄壁组织细胞中。

叶绿体通常厚1-2微米（1微米=0.001毫米），直径为5-7微米。它们有一个由双层膜组成的包膜，内外层之间是称为基质层的膜间隙。

类囊体膜是叶绿体内发现的另一个独特特征——这种内膜已广泛折叠成称为类囊体的闭合圆盘。

植物有类囊体，它们堆叠成由基质层连接的基粒。类囊体膜包围着一个称为类囊体腔的中央水性区域。然而，内膜和类囊体膜之间的空间被填充了基质，基质含有酶、淀粉颗粒和叶绿体基因组的拷贝。

叶绿体结构

这些椭圆形结构有两个膜——外膜，构成叶绿体的外部表面，内膜紧贴其下。这两层膜之间的空间称为膜间隙，约10-20纳米宽。

基质位于叶绿体的最内膜内。与线粒体有许多称为嵴的内膜以增加表面积不同，叶绿体的内膜是光滑的。然而，它们在基质中含有许多称为类囊体的小圆盘状囊。在维管植物和绿藻中，这些类囊体堆叠在一起形成基粒。

类囊体对于光合作用至关重要，因为它们含有叶绿素和类胡萝卜素等色素，可在光合作用过程中吸收光。叶绿素分子与其他分子（如蛋白质）结合形成称为光系统I和II的复合物，负责光反应的不同部分。

光合作用涉及形成称为光系统的光吸收色素，光系统有两种类型：光系统I和II。基质是酶合成复杂有机分子（如碳水化合物）以储存能量的地方。含有自身DNA和核糖体的叶绿体，与细菌相似，是从像线粒体一样在真核细胞中进化的自由生活的细菌演变而来的。

叶绿体功能

叶绿体是植物和藻类细胞的重要组成部分，负责进行光合作用。这是一个复杂的过程，包括两个阶段：光反应和暗反应（也称为卡尔文循环）。在第一阶段，叶绿素和类胡萝卜素捕获阳光形成ATP（细胞的能量货币）和NADPH（携带电子）。第二阶段包括CO₂固定，其中NADPH将无机二氧化碳转化为碳水化合物形式的有机分子。

叶绿体的重要性怎么强调都不为过；它们在为植物提供生长和生存能量方面起着至关重要的作用。没有它们，植物将无法进行光合作用或通过这个过程生产食物。有趣的是，一些植物由于其独特的进化适应而不再拥有叶绿体。例如，莱佛士花属是一种寄生植物，它从其他植物（特别是葡萄科藤蔓）中获取营养。

除了在光合作用中的主要功能外，叶绿体还在细胞内发挥各种调节作用，例如参与光呼吸过程。由于它们与其他细胞成分（如细胞核、细胞膜和内质网）的关联，它们还充当病原体防御的关键细胞器。除了叶绿体扮演的这个重要角色外，它们还参与植物细胞的各种代谢活动，如膜脂、激素、脂肪酸等的形成。

叶绿体基因组

与线粒体一样，叶绿体含有DNA，并通过类似于细菌二分裂的划分过程独立于环状DNA进行复制。叶绿体基因组通常是环状的（尽管也已记录到线性DNA），长度约为120-200 kb。

在进化过程中，叶绿体基因组的尺寸已经大大减小，越来越多的叶绿体基因已转移到核基因组中。因此，核基因组对于编码负责叶绿体功能的蛋白质至关重要。

在大小、结构和基因含量方面，叶绿体基因组（cpDNA）在陆地植物之间相对保守。一项研究表明，陆地植物与最古老的藻类物种（Mesostigma Viride）之间共享81%的基因。

叶绿体基因组平均包含约120个基因，包括rRNA基因、tRNA基因、原核RNA聚合酶的至少三个亚基以及其他一些蛋白质编码基因，如类囊体蛋白和核糖体蛋白。

叶绿体DNA测序是利用Illumina或PacBio平台对植物叶绿体基因组进行高通量测序，以深入分析cpDNA。比较基因组分析可获取物种分类、系统进化、地理谱系遗传、疾病诊断和法医学等信息。

结论

叶绿体是植物和藻类光合作用的场所，因为它们含有叶绿素，这赋予植物绿色。它们执行各种代谢活动，包括脂肪酸、淀粉、膜脂、激素和四吡咯的合成。

与动物或细菌细胞不同，植物细胞通过光合作用产生自己的食物。虽然叶绿体乍一看可能显得微小且不重要，但它们在植物和其他生物的生命周期中扮演着至关重要的角色。