Funcțiile cloroplastelor, structura și procesul de fotosinteză



cloroplaste Ele sunt un tip de organele celulare delimitate de un sistem complex de membrane, caracteristice plantelor și algelor. În acest plastid este clorofila, pigmentul responsabil pentru procesele de fotosinteză, culoarea verde a legumelor și permite viața autotrofică a acestor linii.

Mai mult, cloroplastele sunt legate de generarea de energie metabolică (ATP - adenozintrifosfat), sinteza de aminoacizi, vitamine, acizi grași, lipide și componente ale membranelor lor de reducere a nitrit. De asemenea, are un rol în producerea de substanțe de apărare împotriva agenților patogeni.

Acest organelle fotosintetic are propriul genom cerc (ADN) și sugerează că, la fel ca mitocondriile, care provine dintr-un proces de simbioză între o gazdă și o bacterie fotosintetic ancestral.

index

  • 1 Origine
    • 1.1 Teoria endosimbiotică
  • 2 Caracteristici generale
  • 3 Structura
    • 3.1 Membranele interne și externe
    • 3.2 Membrană tilacoidă
    • 3.3 Tilacoide
    • 3.4 Stroma
    • 3.5 Genomul
  • 4 Funcții
    • 4.1 Fotosinteza
    • 4.2 Sinteza biomoleculelor
    • 4.3 Apărarea împotriva agenților patogeni
  • 5 Alte plastide
  • 6 Referințe

sursă

Cloroplastele sunt organele care prezintă caracteristici ale unor grupe foarte îndepărtate de organisme: alge, plante și procariote. Aceste dovezi sugerează că organele provin dintr-un organism procariotic cu capacitatea de a efectua fotosinteza.

Se estimează că primul organism eucariot, cu capacitatea de a realiza fotosinteza, a început cu aproximativ 1000 de milioane de ani în urmă. Dovezile arată că acest salt important, evolutiv, a fost cauzat de achiziționarea unui cianobacterian de către o gazdă eucariotă. Acest proces a dat naștere unor linii diferite de alge roșii, verzi și plante.

In mod similar, evenimentele apar simbioză secundară și terțiară în care o linie de eucariotă o relație simbiotică cu alte fotosintetic eucariot trăiesc liber.

Pe parcursul evoluției, genomul bacteriei presupuse a fost redus și unele dintre genele sale au fost transferate și integrate în genomul nucleului.

organizarea genomului cloroplastelor actuale amintesc de o procariotă, cu toate acestea, are, de asemenea, propriile atribute de material genetic al eucariotelor.

Teoria endosimbibioasă

Teoria endosymbiotic a fost propusă de Lynn Margulis într-o serie de cărți publicate între 60 și 80. Cu toate acestea, a fost o idee care a fost deja de manipulare în sine, deoarece anilor 1900 propuse de Mereschkowsky.

Această teorie explică originea cloroplastelor, a mitocondriilor și a organismelor bazale prezente în flagel. Conform acestei ipoteze, aceste structuri au fost o dată organisme procariote libere.

Nu există multe dovezi care să susțină originea endosimbibioasă a corpurilor bazale de la procarioții mobili.

În contrast, există dovezi considerabile susținerea originii endosymbiotic a mitocondriilor din α-proteobacterii și cloroplaste din cianobacterii. Cea mai clară și cea mai puternică dovadă este asemănarea dintre ambele genomuri.

Caracteristici generale

Cloroplastele sunt cel mai vizibil tip de plastide din celulele plantelor. Ele sunt structuri ovale înconjurate de membrane și cel mai faimos proces de eucariote autotrofice apare în interiorul lor: fotosinteza. Ele sunt structuri dinamice și au propriul lor material genetic.

Acestea sunt de obicei situate pe frunzele plantelor. O celulă de plantă tipică poate avea 10 până la 100 de cloroplaste, deși numărul este destul de variabil.

Ca și mitocondriile, moștenirea cloroplastelor de la părinți la copii apare din partea unuia dintre părinți și nu a ambilor. De fapt, aceste organele sunt destul de similare cu mitocondriile în diverse aspecte, deși mai complexe.

structură

Cloroplastele sunt organele mari, cu lungimea între 5 și 10 μm. Caracteristicile acestei structuri pot fi vizualizate sub un microscop optic tradițional.

Ele sunt înconjurate de o membrană dublă lipidică. În plus, acestea au un al treilea sistem de membrane interne, numite membrane tialacoide.

Acest ultim sistem membranar formează un set de structuri asemănătoare discului, cunoscute sub numele de thylakoide. Unirea tilacoidelor în grămezi se numește "grana" și ele sunt legate între ele.

Datorită acestui sistem triplu cu membrană, structura internă a cloroplastului este complex și este împărțit în trei spații: spațiul intermembrane (între cele două membrane exterioare), stroma (găsit în cloroplast și în afara membranei tilacoidă) și ultima lumen al tilacoidului.

Membranele interne și externe

Sistemul membranar este legat de generarea de ATP. La fel ca membranele mitocondriale, membrana internă este care determină trecerea moleculelor în organelle. Fosfaditilcolina și fosfaditilglicerol sunt cele mai abundente membrane cloroplastici lipidelor.

Membrana exterioară conține o serie de pori. Moleculele mici pot intra liber prin aceste canale. Membrana internă, între timp, nu permite curgerea liberă a unor astfel de molecule cu greutate mică.Pentru ca moleculele să intre, trebuie să facă acest lucru prin intermediul unor transportori specifici ancorați pe membrană.

În unele cazuri, există o structură periferică numită zăbrele, formată dintr-o rețea de membrane, provine în special din membrana cloroplastidiană interior. Unii autori consideră că aceștia sunt unici pentru plantele cu metabolism C4, deși au fost găsite în fabricile C3.

Funcția acestor tubuli și vezicule nu este încă clară. Se propune ca acestea să poată contribui la transportul rapid al metaboliților și proteinelor în interiorul cloroplastei sau la creșterea suprafeței membranei interioare.

Membrană tiolacoidă

Lanțul de transport al electronilor implicat în procesele fotosintetice are loc în acest sistem de membrană. Protonii sunt pompați prin această membrană, de la stroma până la interiorul thylacoidelor.

Acest gradient are ca rezultat sinteza ATP, atunci când protonii sunt direcționați spre stroma. Acest proces este echivalent cu cel care apare în membrana interioară a mitocondriilor.

Membrana tilacoidă este formata din patru tipuri de lipide: monogalactozil diacilglicerol, diacilglicerol digalactozil, diacilglicerol sulfoquinovosyl și fosfatidilglicerol. Fiecare tip are o funcție specială în cadrul bistratului lipidic din această secțiune.

tilacoides

Tylakoidele sunt structuri membranoase sub formă de saculete sau discuri plate care sunt stivuite într-o "cârmâz"(Pluralul acestei structuri este Granum). Aceste discuri au un diametru de 300 până la 600 nm. În spațiul interior al thylakoidului se numește lumen.

Arhitectura stivei de tilacoid este încă dezbătută. Sunt propuse două modele: primul este modelul elicoidal, în care tilacoid sunt înfășurate între granas elicoidală.

În schimb, celălalt model propune o bifurcare. Această ipoteză sugerează că grana se formează prin bifurcații ale stratului.

stromale

Stroma este fluidul gelatinos care înconjoară tilacoidele și se găsește în regiunea interioară a cloroplastei. Această regiune corespunde cu citozolul bacteriei presupuse care a produs acest tip de plastid.

În acest domeniu veți găsi molecule de ADN și o cantitate mare de proteine ​​și enzime. În mod specific, enzimele implicate în ciclul Calvin sunt găsite pentru fixarea dioxidului de carbon în procesul fotosintetic. De asemenea, puteți găsi granule de amidon

În stroma găsiți cloroplastele cloroplastelor, deoarece aceste structuri își sintetizează propriile proteine.

genomului

Una dintre caracteristicile cele mai remarcabile ale cloroplastelor este că au propriul sistem genetic.

Materialul genetic al cloroplastelor constă în molecule circulatorii de ADN. Fiecare organelle are copii multiple ale acestei molecule circulare de 12 până la 16 kb (kilobaze). Ele sunt organizate structuri numite nucleoizii și constau din 10 până la 20 de copii ale genomului plastid, impreuna cu moleculele de proteine ​​si ARN.

ADN-ul cloroplast codifică aproximativ 120 până la 130 de gene. Aceste rezultate in proteine ​​si ARN legate de procesele fotosintetice ca parte componentă a photosystem I și II și ATP sintaza subunitatea Rubisco.

Rubisco (ribuloza-1,5-bisfosfat carboxilază / oxigenază) este un complex enzimatic crucial în ciclul Calvin. De fapt, este considerată cea mai abundentă proteină de pe planeta Pământ.

ARN-ul de transfer și ribozomal sunt folosite în traducerea mensajesos ARN sunt codificate în genomul cloroplastidiană. Acesta include ARN-urile ribozomale 23S, 16S, 5S și 4.5S și transferă ARN. De asemenea, codifică 20 de proteine ​​ribozomale și anumite subunități ale ARN polimerazei.

Cu toate acestea, anumite elemente necesare pentru funcționarea cloroplastei sunt codificate în genomul nuclear al celulei vegetale.

funcții

Cloroplastele pot fi considerate centre importante metabolice în plante, în care apar mai multe reacții biochimice grație spectrului larg de enzime și proteine ​​ancorate la membranele pe care le conțin aceste organelle.

Ele au o funcție critică în organismele de plante: este locul unde au loc procesele fotosintetice, unde lumina soarelui este transformată în carbohidrați, oxigenul fiind un produs secundar.

O serie de funcții secundare ale biosintezei are loc și în cloroplaste. Apoi, vom discuta fiecare funcție în detaliu:

fotosinteză

Fotosinteza are loc datorită clorofilei. Acest pigment se găsește în interiorul cloroplastelor, în membranele tilacoidelor.

Acesta este compus din două părți: un inel și o coadă. Inelul conține magneziu și este responsabil pentru absorbția luminii. Poate absorbi lumina albastră și lumina roșie, reflectând zona verde a spectrului luminos.

Reacțiile fotosintetice au loc datorită transferului de electroni. Energia care provine de la lumina conferă energie pigmentului de clorofilă (se spune că molecula este "excitată de lumină"), provocând o mișcare a acestor particule în membrana thylacoidelor. Clorofila obține electronii de la o moleculă de apă.

Acest proces are ca rezultat formarea unui gradient electrochimic care permite sinteza ATP în stromă. Această fază este, de asemenea, cunoscută sub numele de "luminos".

A doua parte a fotosintezei (sau a fazei întunecate) apare în stomă și continuă în citozol. Este, de asemenea, cunoscut ca reacții de fixare a carbonului. În această etapă, produsele din reacțiile de mai sus sunt utilizate pentru a construi carbohidrații din CO2.

Sinteza biomoleculelor

În plus, cloroplastele au și alte funcții specializate care permit dezvoltarea și creșterea plantei.

În această organelă are loc asimilarea nitraților și sulfaților și posedă enzimele necesare pentru sinteza aminoacizilor, fitohormonilor, vitaminelor, acizilor grași, clorofilei și carotenoidelor.

Anumite studii au identificat un număr semnificativ de aminoacizi sintetizați de această organelle. Kirk și alții au studiat producția de aminoacizi în cloroplaste de Vicia faba L.

Acești autori au descoperit că cei mai abundenți aminoacizi sintetizați au fost glutamat, aspartat și treonină. Au fost de asemenea sintetizate alte tipuri, cum ar fi alanina, serina și glicina, dar în cantități mai mici. Restul de treisprezece aminoacizi au fost de asemenea detectați.

Ei au reușit să izoleze diferite gene care sunt implicate în sinteza lipidelor. Cloroplastele posedă căile necesare pentru sinteza lipidelor izoprenoide, esențiale pentru producerea de clorofil și alți pigmenți.

Apărarea împotriva agenților patogeni

Plantele nu au un sistem imunitar dezvoltat similar cu cel al animalelor. Prin urmare, structurile celulare trebuie să producă substanțe antimicrobiene pentru a putea apăra împotriva agenților nocivi. În acest scop, plantele pot sintetiza specii reactive de oxigen (ROS) sau acid salicilic.

Cloroplastele sunt legate de producerea acestor substanțe care elimină eventualii patogeni care intră în plantă.

De asemenea, ele funcționează ca "senzori moleculari" și participă la mecanismele de alertă, comunicând informațiile altor organele.

Alte plastide

Cloroplastele aparțin unei familii de organelle de plante numite plastide sau plastide. Cloroplastele diferă în principal de restul plastidelor deoarece posedă pigmentul de clorofilă. Ceilalți plastide sunt:

-Cromoplastele: aceste structuri conțin carotenoide, sunt prezente în flori și flori. Datorită acestor pigmenți, structurile de plante au culori galbene, portocalii și roșii.

Leucoplastele: aceste plastide nu conțin pigmenți și, prin urmare, sunt albe. Ele servesc ca rezervă și se găsesc în organe care nu primesc lumină directă.

Amilooplastele: conțin amidon și se găsesc în rădăcini și tuberculi.

Plastidele provin din structuri numite protoplastidia. Una dintre cele mai izbitoare trăsături ale plastidelor este proprietatea lor de a schimba tipul, deși sunt deja în faza matură. Această schimbare este declanșată de semnele ecologice sau intrinseci ale instalației.

De exemplu, cloroplastele sunt capabile să producă cromoplaste. Pentru această schimbare, membrana tialacoidă se dezintegrează și carotenoizii sunt sintetizați.

referințe

  1. Allen, J. F. (2003). De ce cloroplastele și mitocondriile conțin genomi. Genomică comparativă și funcțională, 4(1), 31-36.
  2. Cooper, G. M. (2000). Celula: abordare moleculară. A doua ediție. Sinauer Associates
  3. Daniell, H., Lin, C.-S., Yu, M., & Chang, W.-J. (2016). Genoamele cloroplastice: diversitate, evoluție și aplicații în ingineria genetică. Genome Biology, 17, 134.
  4. Gracen, V.E., Hilliard, J.H., Brown, R.H., & West, S.H. (1972). Reticulul periferic în cloroplastele plantelor care diferă în căile de fixare a CO 2 și fotorespirație. plantă, 107(3), 189-204.
  5. Gray, M. W. (2017). Lynn Margulis și ipoteza endosymbiont: 50 de ani mai târziu. Biologie moleculară a celulei, 28(10), 1285-1287.
  6. Jensen, P. E. și Leister, D. (2014). Evoluția, structura și funcțiile cloroplastului. Rapoartele F1000Prime, 6, 40.
  7. Kirk, P. R. și Leech, R. M. (1972). Biosinteza aminoacizilor prin cloroplaste izolate în timpul fotosintezei. Fiziologia plantelor, 50(2), 228-234.
  8. Kobayashi, K. și Wada, H. (2016). Rolul lipidelor în biogeneza cloroplastică. în Lipide în dezvoltarea plantelor și algelor (pp. 103-125). Springer, Cham.
  9. Sowden, R.G., Watson, S.J., & Jarvis, P. (2017). Rolul cloroplastelor în patologia plantelor. Eseuri în biochimie, EBC20170020.
  10. Wise, R. R. și Hoober, J. K. (2007). Structura și funcția plastidelor. Springer Știință și mediul de afaceri.