Hauptunterschied – Chloroplast vs. Mitochondrien

Chloroplasten und Mitochondrien sind zwei Organellen, die in der Zelle vorkommen. Der Chloroplast ist eine membrangebundene Organelle, die nur in Algen und Pflanzenzellen vorkommt. Mitochondrien kommen in Pilzen, Pflanzen und Tieren wie eukaryontischen Zellen vor. Die Hauptunterschied zwischen Chloroplasten und Mitochondrien liegen ihre Funktionen; Chloroplasten sind für die Produktion von Zucker mit Hilfe von Sonnenlicht in einem Prozess namens Photosynthese verantwortlich, während Mitochondrien die Kraftwerke der Zelle sind, die Zucker abbauen, um Energie in einem Prozess namens Zellatmung zu gewinnen.

Dieser Artikel befasst sich mit,

1. Was ist Chloroplast®? - Struktur und Funktion 2. Was sind Mitochondrien? - Struktur und Funktion 3. Was ist der Unterschied zwischen Chloroplast und Mitochondrien?

Was ist Chloroplast?

Chloroplasten sind eine Art von Plastiden, die in Algen- und Pflanzenzellen vorkommen. Sie enthalten Chlorophyllpigmente, um die Photosynthese durchzuführen. Chloroplast besteht aus eigener DNA. Die Hauptfunktion von Chloroplasten ist die Produktion von organischen Molekülen, Glukose aus CO₂ und H₂O mit Hilfe von Sonnenlicht.

Struktur

Chloroplasten werden als linsenförmige, grüne Farbpigmente in Pflanzen identifiziert. Sie haben einen Durchmesser von 3-10 µm und eine Dicke von etwa 1-3 µm. Pflanzenzellen verarbeiten 10-100 Chloroplasten pro Zelle. In Algen finden sich verschiedene Formen des Chloroplasten. Die Algenzelle enthält einen einzelnen Chloroplasten, der die Form eines Netzes, einer Tasse oder einer bandartigen Spirale haben kann.

Abbildung 1: Chloroplastenstruktur in Pflanzen

In einem Chloroplasten können drei Membransysteme identifiziert werden. Sie sind äußere Chloroplastenmembran, innere Chloroplastenmembran und Thylakoide.

Äußere Chloroplastmembran

Die äußere Membran des Chloroplasten ist halbporös, sodass kleine Moleküle leicht diffundieren können. Aber große Proteine ​​können nicht diffundieren. Daher werden Proteine, die der Chloroplast benötigt, aus dem Zytoplasma durch den TOC-Komplex in der äußeren Membran transportiert.

Innere Chloroplastmembran

Die innere Chloroplastenmembran hält eine konstante Umgebung im Stroma aufrecht, indem sie den Durchgang von Substanzen reguliert. Nachdem Proteine ​​den TOC-Komplex passiert haben, werden sie durch den TIC-Komplex in der inneren Membran transportiert. Stromules sind die Vorwölbungen der Chloroplastenmembranen in das Zytoplasma.

Chloroplastenstroma ist die Flüssigkeit, die von zwei Membranen des Chloroplasten umgeben ist. Thylakoide, Chloroplasten-DNA, Ribosomen, Stärkekörner und viele Proteine ​​schwimmen im Stroma herum. Ribosomen in den Chloroplasten sind 70S und verantwortlich für die Translation von Proteinen, die von der Chloroplasten-DNA kodiert werden. Chloroplasten-DNA wird als ctDNA oder cpDNA bezeichnet. Es ist eine einzelne zirkuläre DNA, die sich im Nukleoid des Chloroplasten befindet. Die Größe der Chloroplasten-DNA beträgt etwa 120-170 kb und enthält 4-150 Gene und invertierte Wiederholungen. Chloroplasten-DNA wird durch die Doppelverdrängungseinheit (D-Loop) repliziert. Der Großteil der Chloroplasten-DNA wird durch endosymbiotischen Gentransfer in das Wirtsgenom übertragen. Ein spaltbares Transitpeptid wird am N-Terminus der im Zytoplasma translatierten Proteine ​​als Zielsystem für den Chloroplasten hinzugefügt.

Thylakoide

Das Thylakoidsystem besteht aus Thylakoiden, einer Ansammlung hochdynamischer, membranartiger Säcke. Thylakoide bestehen aus Chlorophyll a, einem blaugrünen Pigment, das für die Lichtreaktion bei der Photosynthese verantwortlich ist. Neben Chlorophyllen können in Pflanzen zwei Arten von photosynthetischen Pigmenten vorhanden sein: gelb-orangefarbene Carotinoide und rote Phycobiline. Grana sind die Stapel, die durch die Anordnung von Thylakoiden zusammen gebildet werden. Verschiedene Grana sind durch die stromalen Thylakoide miteinander verbunden. Chloroplasten von C₄ Pflanzen und einige Algen bestehen aus frei schwebenden Chloroplasten.

Funktion

Chloroplasten kommen in Blättern, Kakteen und Stängeln von Pflanzen vor. Eine Pflanzenzelle, die aus Chlorophyll besteht, wird als Chlorenchym bezeichnet. Chloroplasten können ihre Ausrichtung je nach Verfügbarkeit von Sonnenlicht ändern. Chloroplasten sind in der Lage, Glukose zu produzieren, indem sie CO. verwenden₂ und H₂O mit Hilfe von Lichtenergie in einem Prozess namens Photosynthese. Die Photosynthese verläuft durch zwei Schritte: die Lichtreaktion und die Dunkelreaktion.

Lichtreaktion

Die Lichtreaktion findet in der Thylakoidmembran statt. Bei der Lichtreaktion entsteht durch Spaltung von Wasser Sauerstoff. Die Lichtenergie wird durch NADP. auch in NADPH und ATP gespeichert⁺ Reduktion bzw. Photophosphorylierung. Somit sind die beiden Energieträger für die Dunkelreaktion ATP und NADPH. Ein detailliertes Diagramm der Lichtreaktion ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Lichtreaktion

Dunkle Reaktion

Die Dunkelreaktion wird auch Calvin-Zyklus genannt. Es kommt im Stroma von Chloroplasten vor. Der Calvin-Zyklus durchläuft drei Phasen: Kohlenstofffixierung, -reduktion und Ribulose-Regeneration. Das Endprodukt des Calvin-Zyklus ist Glyceraldehyd-3-phosphat, das zu Glucose oder Fructose verdoppelt werden kann.

Abbildung 3: Calvin-Zyklus

Chloroplasten sind auch in der Lage, alle Aminosäuren und stickstoffhaltigen Basen der Zelle selbst zu produzieren. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, sie aus dem Zytosol zu exportieren. Chloroplasten sind auch an der Immunantwort der Pflanze zur Abwehr von Krankheitserregern beteiligt.

Was sind Mitochondrien?

Ein Mitochondrium ist eine membrangebundene Organelle, die in allen eukaryontischen Zellen vorkommt. Die chemische Energiequelle der Zelle, das ATP, wird in den Mitochondrien erzeugt. Mitochondrien enthalten auch ihre eigene DNA innerhalb der Organelle.

Struktur

Ein Mitochondrium ist eine bohnenartige Struktur mit 0,75 bis 3 µm Durchmesser. Die Anzahl der in einer bestimmten Zelle vorhandenen Mitochondrien hängt vom Zelltyp, Gewebe und Organismus ab. Fünf verschiedene Komponenten können in der mitochondrialen Struktur identifiziert werden. Die Struktur eines Mitochondriums ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4: Mitochondrium

Ein Mitochondrium besteht aus zwei Membranen – der inneren und der äußeren Membran.

Äußere mitochondriale Membran

Die äußere mitochondriale Membran enthält eine große Anzahl integraler Membranproteine, die Porine genannt werden. Translocase ist ein Protein der äußeren Membran. Translocase-gebundene N-terminale Signalsequenz großer Proteine ​​ermöglicht dem Protein, in Mitochondrien einzudringen. Die Assoziation der mitochondrialen Außenmembran mit dem endoplasmatischen Retikulum bildet eine Struktur namens MAM (mitochondria-associated ER-membrane). MAM ermöglicht den Transport von Lipiden zwischen Mitochondrien und dem ER durch Kalziumsignale.

Innere Mitochondrienmembran

Die innere Mitochondrienmembran besteht aus mehr als 151 verschiedenen Proteintypen, die auf vielfältige Weise funktionieren. Es fehlen Porine; die Art der Translokase in der inneren Membran wird als TIC-Komplex bezeichnet. Der Intermembranraum befindet sich zwischen der inneren und äußeren Mitochondrienmembran.

Der von den beiden Mitochondrienmembranen eingeschlossene Raum wird als Matrix bezeichnet. Mitochondriale DNA und Ribosomen mit zahlreichen Enzymen sind in der Matrix suspendiert. Mitochondriale DNA ist ein ringförmiges Molekül. Die DNA ist etwa 16 kb groß und kodiert für 37 Gene. Mitochondrien können 2-10 Kopien ihrer DNA in der Organelle enthalten. Die innere Mitochondrienmembran bildet Falten in der Matrix, die als Cristae bezeichnet werden. Cristae vergrößern die Oberfläche der inneren Membran.

Funktion

Mitochondrien produzieren chemische Energie in Form von ATP, die in zellulären Funktionen in dem als Atmung bezeichneten Prozess verwendet wird. Die an der Atmung beteiligten Reaktionen werden zusammenfassend als Zitronensäurezyklus oder Krebszyklus bezeichnet. Der Zitronensäurezyklus findet in der inneren Membran der Mitochondrien statt. Es oxidiert Pyruvat und NADH, die im Zytosol aus Glucose mit Hilfe von Sauerstoff gebildet werden.

Abbildung 5: Zitronensäure-Zyklus

NADH und FADH₂ sind die Träger der Redoxenergie, die im Zitronensäurezyklus erzeugt wird. NADH und FADH₂ übertragen ihre Energie auf O₂ indem sie die Elektronentransportkette durchlaufen. Dieser Vorgang wird als oxidative Phosphorylierung bezeichnet. Bei der oxidativen Phosphorylierung freigesetzte Protonen werden von der ATP-Synthase verwendet, um ATP aus ADP zu produzieren. Ein Diagramm der Elektronentransportkette ist in Abbildung 6 gezeigt. Die produzierten ATPs passieren die Membran mithilfe von Porinen.

Abbildung 6: Elektronentransportkette

Funktionen der mitochondrialen inneren Membran

Andere Funktionen von Mitochondrien

Unterschied zwischen Chloroplast und Mitochondrien

Zelltyp

Chloroplast: Chloroplasten kommen in Pflanzen- und Algenzellen vor.

Mitochondrien: Mitochondrien kommen in allen aeroben eukaryotischen Zellen vor.

Farbe

Chloroplast: Chloroplasten haben eine grüne Farbe.

Mitochondrien: Mitochondrien sind normalerweise farblos.

Form

Chloroplast: Chloroplasten haben eine scheibenförmige Form.

Mitochondrien: Mitochondrien haben eine bohnenartige Form.

Innere Membran

Chloroplast: Falten in der inneren Membran bilden Stromulen.

Mitochondrien: Falten in der inneren Membran bilden Cristae.

Grana

Chloroplast: Thylakoide bilden Stapel von Scheiben, die Grana genannt werden.

Mitochondrien: Cristae bilden kein Grana.

Fächer

Chloroplast: Zwei Kompartimente können identifiziert werden: Thylakoide und Stroma.

Mitochondrien: Zwei Kompartimente sind zu finden: Cristae und die Matrix.

Pigmente

Chloroplast: Chlorophyll und Carotinoide sind als photosynthetische Pigmente in der Thylakoidmembran vorhanden.

Mitochondrien: In Mitochondrien können keine Pigmente gefunden werden.

Energieumwandlung

Chloroplast: Chloroplast speichert Sonnenenergie in den chemischen Bindungen von Glukose.

Mitochondrien: Mitochondrien wandeln Zucker in chemische Energie um, die ATP ist.

Rohstoffe und Endprodukte

Chloroplast: Chloroplasten verwenden CO₂ und H₂O, um Glukose aufzubauen.

Mitochondrien: Mitochondrien bauen Glukose in CO. ab₂ und H₂Ö.

Sauerstoff

Chloroplast: Chloroplasten setzen Sauerstoff frei.

Mitochondrien: Mitochondrien verbrauchen Sauerstoff.

Prozesse

Chloroplast: Im Chloroplasten finden Photosynthese und Photorespiration statt.

Mitochondrien: Mitochondrien sind ein Ort der Elektronentransportkette, der oxidativen Phosphorylierung, der Beta-Oxidation und der Photorespiration.

Abschluss

Chloroplasten und Mitochondrien sind beide membrangebundene Organellen, die an der Energieumwandlung beteiligt sind. Chloroplast speichert Lichtenergie in den chemischen Bindungen von Glukose in einem Prozess, der als Photosynthese bezeichnet wird. Mitochondrien wandeln die in Glukose gespeicherte Lichtenergie in chemische Energie in Form von ATP um, die für zelluläre Prozesse genutzt werden kann. Dieser Vorgang wird als Zellatmung bezeichnet. Beide Organellen nutzen CO₂ und O₂ in ihren Prozessen. Sowohl Chloroplasten als auch Mitochondrien sind neben ihrer Hauptfunktion an der Zelldifferenzierung, Signalübertragung und Zelltod beteiligt. Außerdem steuern sie das Zellwachstum und den Zellzyklus. Beide Organellen gelten als durch Endosymbiose entstanden. Sie enthalten ihre eigene DNA. Der Hauptunterschied zwischen Chloroplasten und Mitochondrien liegt jedoch in ihrer Funktion in der Zelle.

Referenz: 1. „Chloroplast“. Wikipedia, die freie Enzyklopädie, 2017. Aufgerufen am 02.02.2017 2. „Mitochondrion“. Wikipedia, die freie Enzyklopädie, 2017. Abgerufen am 02.02.2017

Bild mit freundlicher Genehmigung: 1. „Chloroplast-Struktur“ Von Kelvinsong – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia 2. „Thylakoid Membran 3“ Von Somepics – Eigene Arbeit (CC BY-SA 4.0) über Commons Wikimedia 3. „: Calvin-cycle4“ Von Mike Jones – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia 4. „Mitochondrienstruktur“ Von Kelvinsong; modifiziert von Sowlos – Eigene Arbeit basierend auf: Mitochondrion mini.svg, CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia 5. „Citric acid cycle noi“ Von Narayanese (Vortrag) – Modifizierte Version von Image:Citricacidcycle_ball2.png. (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikipedia 6. „Elektronentransportkette“ Von T-Fork – (Public Domain) über Commons Wikimedia