تفاوت بین کلروپلاست و میتوکندری چیست

تفاوت اصلی – کلروپلاست و میتوکندری

کلروپلاست (Chloroplast) و میتوکندری (mitochondria) دو اندامک (organelles) موجود در سلول هستند. کلروپلاست یک اندامک غشاء‌دار است که فقط در جلبک‌ها و سلول‌های گیاهی یافت می‌شود. میتوکندری در قارچ‌ها، گیاهان و جانوران مانند سلول‌های یوکاریوتی یافت می‌شود. تفاوت اصلی بین کلروپلاست و میتوکندری در عملکرد آنهاست. کلروپلاست‌ها مسئول تولید قندها با کمک نور خورشید در فرآیندی به نام فتوسنتز هستند در حالی که میتوکندری‌ها نیروگاه‌های سلولی هستند که قند را تجزیه می‌کنند تا انرژی را در فرآیندی به نام تنفس سلولی جذب کنند.

کلروپلاست چیست؟

کلروپلاست‌ها نوعی پلاستید هستند که در سلول‌های جلبک و گیاه یافت می‌شوند. آنها حاوی رنگدانه‌های کلروفیل به منظور انجام فتوسنتز هستند. کلروپلاست دارای DNA خاص خود است. عملکرد اصلی کلروپلاست تولید مولکول‌های آلی مانند گلوکز از CO_۲ و H_۲O با کمک نور خورشید است.

ساختار

کلروپلاست‌ها به عنوان رنگدانه‌های سبز رنگ عدسی شکل در گیاهان شناخته می‌شوند. قطر آنها ۱۰-۳ میکرومتر و ضخامت آنها حدود ۳-۱ میکرومتر است. سلول‌های گیاهی ۱۰۰-۱۰ کلروپلاست را در هر سلول پردازش می‌کنند. اشکال مختلف کلروپلاست را می‌توان در جلبک‌ها یافت. سلول جلبک حاوی یک کلروپلاست منفرد است که می‌تواند به شکل تور، فنجان یا مارپیچ روبان مانند باشد. 

سه سیستم غشایی را می‌توان در یک کلروپلاست شناسایی کرد. آنها غشای کلروپلاست بیرونی، غشای کلروپلاست درونی و تیلاکوئیدها هستند.

غشای بیرونی کلروپلاست

غشای بیرونی کلروپلاست نیمه متخلخل است و به مولکول‌های کوچک اجازه می‌دهد تا به راحتی منتشر شوند. اما پروتئین‌های بزرگ قادر به انتشار نیستند. بنابراین پروتئین‌های مورد نیاز کلروپلاست توسط کمپلکس TOC در غشای خارجی از سیتوپلاسم منتقل می‌شوند.

غشای درونی کلروپلاست

غشای درونی کلروپلاست با تنظیم عبور مواد یک محیط ثابت را در استروما حفظ می‌کند. پس از عبور پروتئین‌ها از کمپلکس TOC، آنها از طریق کمپلکس TIC در غشای درونی منتقل می‌شوند. استرومول‌ها (Stromules) بیرون زدگی غشاهای کلروپلاست به داخل سیتوپلاسم هستند.

استرومای کلروپلاست، مایعی است که توسط دو غشای کلروپلاست احاطه شده است. تیلاکوئیدها، DNA کلروپلاست، ریبوزوم‌ها، دانه‌های نشاسته و بسیاری از پروتئین‌ها در اطراف استروما شناور هستند. ریبوزوم‌های موجود در کلروپلاست‌ها ۷۰S هستند و مسئول ترجمه پروتئین‌های کدگذاری شده توسط DNA کلروپلاست هستند. DNA کلروپلاست به عنوان ctDNA یا cpDNA نامیده می‌شود. این یک DNA حلقوی منفرد است که در نوکلوئید قرار دارد. در کلروپلاست اندازه DNA کلروپلاست حدود ۱۷۰-۱۲۰ کیلوبایت است که شامل ۱۵۰-۴ ژن و تکرارهای معکوس است. DNA کلروپلاست از طریق واحد جابجایی مضاعف (D-loop) تکثیر می‌شود. بیشتر DNA کلروپلاست با انتقال ژن درون همزیستی به ژنوم میزبان منتقل می‌شود. یک پپتید ترانزیت قابل جدا شدن (cleavable transit peptide) به انتهای N پروتئین‌های ترجمه شده در سیتوپلاسم به‌عنوان یک سیستم هدف‌گیری برای کلروپلاست اضافه می‌شود.  

تیلاکوئیدها

سیستم تیلاکوئید (Thylakoid system) از تیلاکوئیدها تشکیل شده است که مجموعه ای از کیسه‌های غشایی بسیار پویا است. تیلاکوئیدها از کلروفیل a تشکیل شده‌اند، رنگدانه‌ای سبز-آبی که مسئول واکنش نور در فتوسنتز است. علاوه بر کلروفیل‌ها، دو نوع رنگدانه فتوسنتزی می‌تواند در گیاهان وجود داشته باشد: کاروتنوئیدهای زرد-نارنجی و فیکوبیلین‌های رنگ قرمز. گرانا پشته‌هایی هستند که از چیدمان تیلاکوئیدها در کنار هم تشکیل می‌شوند. گراناهای مختلف توسط تیلاکوئیدهای استرومایی به هم مرتبط هستند. کلروپلاست گیاهان C_۴ و برخی جلبک‌ها از کلروپلاست‌های شناور آزاد تشکیل شده اند.

عملکرد

کلروپلاست‌ها را می‌توان در برگ‌ها، کاکتوس‌ها و ساقه گیاهان یافت. سلول گیاهی متشکل از کلروفیل به عنوان کلرانشیم شناخته می‌شود. کلروپلاست‌ها بسته به در دسترس بودن نور خورشید می‌توانند جهت خود را تغییر دهند. کلروپلاست‌ها با استفاده از CO2 و H_۲O با کمک انرژی نور در فرآیندی به نام فتوسنتز، قادر به تولید گلوکز هستند. فتوسنتز از طریق دو مرحله انجام می‌شود: واکنش نور و واکنش تاریک.

واکنش نوری

واکنش نوری در غشای تیلاکوئید رخ می‌دهد. در طی واکنش نوری، اکسیژن با تقسیم آب تولید می‌شود. انرژی نور نیز در NADPH و ATP به ترتیب توسط ⁺NAD  احیا و فوتوفسفوریلاسیون ذخیره می‌شود. بنابراین، دو حامل انرژی برای واکنش تاریک ATP و NADPH هستند. نمودار دقیق واکنش نور در شکل ۲ نشان داده شده است. 

واکنش تاریکی

واکنش تاریکی چرخه کالوین نیز نامیده می‌شود. در استرومای کلروپلاست رخ می‌دهد. چرخه کالوین از طریق سه مرحله انجام می‌شود: تثبیت کربن، کاهش و بازسازی ریبولوز. محصول نهایی چرخه کالوین گلیسرآلدئید-۳-فسفات است که می‌تواند دو برابر شود تا گلوکز یا فروکتوز تشکیل شود. 

 کلروپلاست‌ها همچنین می‌توانند تمام اسیدهای آمینه و بازهای نیتروژنی سلول را به تنهایی تولید کنند. این امر نیاز به صادرات آنها را از سیتوزول حذف می‌کند. کلروپلاست‌ها همچنین در پاسخ ایمنی گیاه برای دفاع در برابر عوامل بیماری زا شرکت می‌کنند.

میتوکندری چیست؟

میتوکندری یک اندامک غشاء‌دار است که در تمام سلول‌های یوکاریوتی یافت می‌شود. منبع انرژی شیمیایی سلول که همان ATP است در میتوکندری تولید می‌شود. اندامک میتوکندری‌ همچنین حاوی DNA خاص خود است. 

ساختار

میتوکندری ساختاری لوبیا مانند با قطر ۰.۷۵ تا ۳ میکرومتر است. تعداد میتوکندری‌های موجود در یک سلول خاص به نوع سلول، بافت و ارگانیسم بستگی دارد. پنج جزء متمایز را می‌توان در ساختار میتوکندری شناسایی کرد. ساختار یک میتوکندری در شکل ۴ نشان داده شده است. 

یک میتوکندری از دو غشاء تشکیل شده است – غشای درونی و خارجی.

غشای خارجی میتوکندری

غشای خارجی میتوکندری حاوی تعداد زیادی پروتئین غشایی انتگرال (integral membrane proteins) به نام پورین (porins) است. ترانسلوکاز یک پروتئین غشای خارجی است. توالی سیگنال N ترمینال متصل به ترانسلوکاز پروتئین‌های بزرگ به پروتئین اجازه می‌دهد تا وارد میتوکندری شود. ارتباط غشای خارجی میتوکندری با شبکه آندوپلاسمی ساختاری به نام MAM (غشاء ER مرتبط با میتوکندری: mitochondria-associated ER-membrane) را تشکیل می‌دهد. MAM به انتقال لیپیدها بین میتوکندری و ER از طریق سیگنال دهی کلسیم اجازه می‌دهد.

غشای درونی میتوکندری

غشای درونی میتوکندری از بیش از ۱۵۱ نوع پروتئین مختلف تشکیل شده است که به طرق مختلف عمل می‌کند. فاقد پورین (porins) است. نوع ترانسلوکاز در غشای درونی را کمپلکس TIC می‌نامند. فضای بین غشایی بین غشای میتوکندری درونی و خارجی قرار دارد.

فضای محصور شده توسط دو غشای میتوکندری را ماتریکس می‌نامند. DNA میتوکندری و ریبوزوم با آنزیم‌های متعدد در ماتریکس معلق هستند. DNA میتوکندری یک مولکول حلقوی است. اندازه DNA حدود ۱۶ کیلوبایت است که ۳۷ ژن را کد می‌کند. میتوکندری ممکن است حاوی ۱۰-۲ نسخه از DNA خود در اندامک باشد. غشای میتوکندری درونی چین‌هایی را در ماتریکس ایجاد می‌کند که به آنها cristae می‌گویند. کریستا سطح غشای درونی را افزایش می‌دهد.

عملکرد

میتوکندری انرژی شیمیایی را به شکل ATP تولید می‌کند تا از آن در عملکردهای سلولی در فرآیندی به نام تنفس استفاده کند. واکنش‌های درگیر در تنفس در مجموع چرخه اسید سیتریک یا چرخه کربس نامیده می‌شود. چرخه اسید سیتریک در غشای درونی میتوکندری اتفاق می‌افتد. پیروات و NADH تولید شده در سیتوزول از گلوکز را با کمک اکسیژن اکسید می‌کند. 

NADH و FADH_۲ حاملان انرژی ردوکس تولید شده در چرخه اسید سیتریک هستند. NADH و FADH_۲ انرژی خود را با عبور از زنجیره انتقال الکترون به O2 منتقل می‌کنند. این فرآیند فسفوریلاسیون اکسیداتیو نامیده می‌شود. پروتون‌های آزاد شده از فسفوریلاسیون اکسیداتیو توسط سنتاز ATP برای تولید ATP از ADP استفاده می‌شود. نموداری از زنجیره انتقال الکترون در شکل ۶ نشان داده شده است. ATPهای تولید شده با استفاده از پورین‌ها از غشا عبور می‌کنند. 

عملکرد غشای درونی میتوکندری

• انجام فسفوریلاسیون اکسیداتیو
• سنتز ATP
• نگه داشتن پروتئین‌های حمل و نقل برای تنظیم عبور مواد
• برگزاری مجتمع TIC برای حمل و نقل
• درگیر در شکافت و همجوشی میتوکندری

سایر عملکردهای میتوکندری

• تنظیم متابولیسم در سلول
• سنتز استروئیدها
• ذخیره کلسیم برای انتقال سیگنال در سلول
• تنظیم پتانسیل غشا
• گونه‌های اکسیژن واکنش پذیر مورد استفاده در سیگنالینگ
• سنتز پورفیرین در مسیر سنتز هم
• سیگنال دهی هورمونی
• تنظیم آپوپتوز

تفاوت بین کلروپلاست و میتوکندری

نوع سلول

کلروپلاست: کلروپلاست‌ها در سلول‌های گیاهی و جلبکی یافت می‌شوند.

میتوکندری: میتوکندری در تمام سلول‌های یوکاریوتی هوازی یافت می‌شود.

رنگ

کلروپلاست: رنگ کلروپلاست سبز است.

میتوکندری: میتوکندری‌ها معمولا بی رنگ هستند.

شکل

کلروپلاست: کلروپلاست‌ها به شکل دیسک هستند.

میتوکندری: شکل میتوکندری لوبیا مانند است.

غشای درونی

کلروپلاست:  چین خوردگی در غشای درونی استرومول تشکیل می‌دهد.

میتوکندری:  چین خوردگی در غشای درونی کریستا را تشکیل می‌دهد.

گرانا

کلروپلاست: تیلاکوئیدها پشته‌هایی از دیسک‌ها را تشکیل می‌دهند که گرانا نامیده می‌شوند.

میتوکندری: کریستا گرانا را تشکیل نمی‌دهد.

بخش‌ها

کلروپلاست: دو بخش را می‌توان شناسایی کرد: تیلاکوئیدها و استروما.

میتوکندری: دو بخش می‌توان یافت: کریستا و ماتریکس.

رنگدانه‌ها

کلروپلاست: کلروفیل و کاروتنوئیدها به عنوان رنگدانه‌های فتوسنتزی در غشای تیلاکوئید وجود دارند.

میتوکندری: هیچ رنگدانه ای در میتوکندری یافت نمی‌شود.

تبدیل انرژی

کلروپلاست: کلروپلاست انرژی خورشیدی را در پیوندهای شیمیایی گلوکز ذخیره می‌کند.

میتوکندری: میتوکندری قند را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کند که ATP است.

مواد اولیه و محصولات نهایی

کلروپلاست:  کلروپلاست‌ها از CO_۲ و H_۲O برای ساخت گلوکز استفاده می‌کنند.

میتوکندری: میتوکندری‌ها گلوکز را به CO_۲ و H_۲O

اکسیژن

کلروپلاست: کلروپلاست‌ها اکسیژن آزاد می‌کنند.

میتوکندری: میتوکندری‌ها اکسیژن مصرف می‌کنند.

فرآیندها

کلروپلاست: فتوسنتز و تنفس نوری در کلروپلاست اتفاق می‌افتد.

میتوکندری: میتوکندری محل زنجیره انتقال الکترون، فسفوریلاسیون اکسیداتیو، اکسیداسیون بتا و تنفس نوری است.

نتیجه

کلروپلاست‌ها و میتوکندری‌ها هر دو اندامک‌های متصل به غشاء هستند که در تبدیل انرژی نقش دارند. کلروپلاست انرژی نور را در پیوندهای شیمیایی گلوکز در فرآیندی که فتوسنتز نامیده می‌شود ذخیره می‌کند. میتوکندری انرژی نور ذخیره شده در گلوکز را به انرژی شیمیایی به شکل ATP تبدیل می‌کند که می‌تواند در فرآیندهای سلولی استفاده شود. این فرآیند به عنوان تنفس سلولی شناخته می‌شود. هر دو اندامک از CO_۲ و O_۲ استفاده می‌کنند. در فرآیندهای خود هر دو کلروپلاست و میتوکندری در تمایز سلولی، سیگنال دهی و مرگ سلولی غیر از عملکرد اصلی خود دخالت دارند. همچنین رشد سلولی و چرخه سلولی را کنترل می‌کنند. هر دو اندامک از طریق اندوسیمبیوز به وجود آمده اند. آنها حاوی DNA خود هستند. اما تفاوت اصلی کلروپلاست‌ها و میتوکندری‌ها در عملکرد آنها در سلول است.