Características, funções e estrutura de cloropastos

O Cloroplastos Eles são um tipo de organelas celulares delimitadas por um sistema complexo de membranas, característica de plantas e algas. Neste plastidium é clorofila, pigmento responsável pelos processos da fotossíntese, verde dos vegetais e permitindo a vida autotrófica dessas linhagens.

Além disso, os cloroplastos estão relacionados à geração de energia metabólica (ATP - adenosina trifosfato), síntese de aminoácidos, vitaminas, ácidos graxos, componentes lipídicos de suas membranas e redução de nitritos. Ele também tem um papel na produção de substâncias de defesa contra patógenos.

Cloroplasto. Por Miguelsierra [GFDL (http: // www.gnu.Org/copyleft/fdl.html) ou CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)], da Wikimedia Commons

Esta organela fotossintética tem seu próprio genoma circular (DNA) e propõe -se que, como mitocôndrias, elas se originassem de um processo de simbiose entre um host e uma bactéria fotossintética ancestral.

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Origem

Os cloroplastos são organelas que têm características de grupos de organismos muito distantes: algas, plantas e procariontes. Esta evidência sugere que a organela se originou de um corpo procariótico com a capacidade de executar a fotossíntese.

Estima -se que o primeiro organismo eucariótico, com a capacidade de executar a fotossíntese, se originou cerca de 1.000 milhões de anos. Os testes indicam que esse importante salto evolutivo foi causado pela aquisição de um cianobactérias por um convidado eucariótico. Este processo deu origem a diferentes linhagens de algas vermelhas, verdes e de plantas.

Da mesma forma, são levantados eventos de simbiose secundária e terciária nos quais uma linhagem eucariótica estabelece uma relação simbiótica com outro eucariota fotossintético da vida livre.

Durante o curso da evolução, o genoma da suposta bactéria foi reduzida e alguns de seus genes foram transferidos e integrados ao genoma do núcleo.

A organização do genoma atual do cloroplasto lembra a de um procariótico, no entanto, também possui atributos de material genético eucariótico.

Teoria endosimbiótica

A teoria endosimbiótica foi proposta por Lynn Margulis em uma série de livros publicados entre os anos 60 e 80. No entanto, era uma ideia que já estava dirigindo desde os anos 1900, proposta por Mereschkowsky.

Essa teoria explica a origem dos cloroplastos, mitocôndrias e os corpos basais presentes nos flagelos. De acordo com esta hipótese, essas estruturas já foram procariontes livres.

Não há muita evidência que apóie a origem endossimbiótica dos corpos basais de procariotos móveis.

Por outro lado, há evidências importantes que apóiam a origem endossimbiótica das mitocôndrias de α-proteobactérias e cloroplastos de cianobactérias. A evidência mais clara e mais forte é a semelhança entre os dois genomas.

Características gerais dos cloroplastos

Os cloroplastos são o tipo mais conspícuo de plastídeos de células vegetais. São estruturas ovais cercadas por membranas e dentro dele ocorre o processo mais famoso de eucariotos autotróficos: fotossíntese. São estruturas dinâmicas e têm seu próprio material genético.

Eles geralmente estão localizados nas folhas das plantas. Uma célula vegetal típica pode ter 10 a 100 cloroplastos, embora o número seja bastante variável.

Como as mitocôndrias, a herança dos cloroplastos dos pais para filhos ocorre por um dos pais e não de ambos. De fato, essas organelas são bastante semelhantes às mitocôndrias em vários aspectos, embora mais complexos.

Estrutura (peças)

Cloroplasto. Por gmsotavio [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0) ou GFDL (http: // www.gnu.Org/copyleft/fdl.html)], da Wikimedia Commons

Cloroplastos são grandes organelas, 5 a 10 µm de comprimento. As características dessa estrutura podem ser visualizadas em um microscópio óptico tradicional.

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Eles estão cercados por uma membrana lipídica dupla. Além disso, eles têm um terceiro sistema de membranas internas, chamadas membranas tilacóides.

Este último sistema membranosa forma um conjunto de estruturas semelhantes a um álbum, conhecido como tilacoides. A união dos tilacóides nas baterias é chamada de "grana" e está conectada entre si.

Graças a este sistema de membranas triplas, a estrutura interna do cloroplasto é complexa e é dividida em três espaços: o espaço intermembranar (entre as duas membranas externas), o estroma (encontrado no cloroplasto e fora da membrana do tilacóide) e por durar o lúmen do tilacóide.

Membranas externas e internas

O sistema de membrana está relacionado à geração ATP. Como as membranas das mitocôndrias, é a membrana interna que determina a passagem de moléculas dentro da organela. Fosfaditilcolina e fosfaditylglicerol são os lipídios mais abundantes das membranas de cloroplastos.

A membrana externa contém uma série de poros. Pequenas moléculas podem entrar nesses canais livremente. A membrana interna, enquanto isso, não permite o trânsito livre desse tipo de moléculas de baixo peso. Para que as moléculas entrem, elas devem fazê -lo por meio de transportadores específicos ancorados à membrana.

Em alguns casos, existe uma estrutura chamada retículo periférico, formado por uma rede de membrana, originada especificamente da membrana interna de cloroplasto. Alguns autores os consideram exclusivos das plantas com metabolismo C4, embora tenham sido encontrados em plantas C3.

A função desses túbulos e vesículas ainda não está clara. Propõe -se que eles possam contribuir para o rápido transporte de metabólitos e proteínas no cloroplasto ou para aumentar a superfície da membrana interna.

Membrana tilacóide

Membrana tilacóide. Tameria Sur Wikipédia Anglais [Domínio Público], via Wikimedia Commons

A cadeia transportadora de elétrons envolvida nos processos fotossintéticos ocorre neste sistema de membrana. Os prótons são bombeados através desta membrana, do estroma ao interior dos tilacoides.

Este gradiente resulta em síntese de ATP, quando os prótons são direcionados novamente ao estroma. Este processo é equivalente ao que ocorre na membrana interna das mitocôndrias.

A membrana tilacóide é formada por quatro tipos de lipídios: monogalactosil diacilglicerol, diacilglicerol, sulfoquinovosil diacilglicerol e fosfatidilglicerol. Cada tipo cumpre uma função especial na bicamada lipídica desta seção.

Tilacóide

Tilacóides são estruturas membranosas na forma de sacos ou discos planos empilhados em um "cochonilha”(O plural desta estrutura é Granum). Esses álbuns têm um diâmetro de 300 a 600 nm. No espaço interno do tilacóide, é chamado de lúmen.

A arquitetura de empilhamento tilacóide ainda está debatida. Dois modelos são propostos: o primeiro é o modelo helicoidal, no qual os tilacóides são enrolados entre os poging na forma de uma hélice.

Por outro lado, o outro modelo propõe uma bifurcação. Esta hipótese sugere que o grana é formado por bifurcações de estroma.

Estroma

O estroma é o líquido gelatinoso em torno do tilacóide e é encontrado na região interna do cloroplasto. Esta região corresponde ao citosol das supostas bactérias que originaram esse tipo de plastídio.

Nesta área são moléculas de DNA e uma grande quantidade de proteínas e enzimas. Especificamente são as enzimas que participam do ciclo Calvin, para a fixação do anidrido carbônico no processo fotossintético. Você também pode encontrar grânulos de amido

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No estroma estão os ribossomos dos cloroplastos, uma vez que essas estruturas sintetizam suas próprias proteínas.

Genoma

Uma das características mais importantes dos cloroplastos é que eles têm seu próprio sistema genético.

O material genético dos cloroplastos consiste em moléculas de DNA circulares. Cada organela tem várias cópias desta molécula circular de 12 a 16 kb (Kilobases). Eles são organizados em estruturas chamadas nucleóides e consistem em 10 a 20 cópias do genoma plástico, juntamente com proteínas e moléculas de RNA.

Codifica de DNA de cloroplasto para aproximadamente 120 a 130 genes. Isso resulta em proteínas e RNAs relacionados a processos fotossintéticos, como o componente do fotossistema I e II, a ATP sintase e uma das subunidades Rubisco.

Rubisco (ribulosa-1,5-bishoposfato carboxilase/oxigenase) é um complexo enzimático crucial no ciclo Calvin. De fato, a proteína mais abundante no planeta Terra é considerada.

Transferência RNAs e ribossomales são usados ​​na tradução de mensagens que são codificadas no genoma do cloroplasto. Inclui ribossomales 23s, 16s, 5s e 4.5s e 30 costela de transferência. Ele também codifica para 20 proteínas ribossômicas e certas subunidades da RNA polimerase.

No entanto, certos elementos necessários para a operação do cloroplasto são codificados no genoma nuclear das células vegetais.

Funções

Os cloroplastos podem ser considerados como importante centro metabólico nas plantas, onde ocorrem várias reações bioquímicas graças ao amplo espectro de enzimas e proteínas ancoradas a membranas que essas organelas contêm.

Eles têm uma função crítica nos organismos vegetais: é o lugar onde ocorrem processos fotossintéticos, onde a luz solar é transformada em carboidratos, tendo oxigênio como produto secundário.

Em cloroplastos também uma série de funções secundárias de biossíntese. Em seguida, discutiremos cada função em detalhes:

Fotossíntese

Fotossíntese (à esquerda) e respiração (dcha). Imagem da direita extraída da BBC

A fotossíntese ocorre graças à clorofila. Este pigmento está dentro dos cloroplastos, nas membranas tilacóides.

É composto por duas partes: um anel e uma cauda. O anel contém magnésio e é responsável pela absorção da luz. Pode absorver a luz azul e vermelha, refletindo a zona verde do espectro da luz.

Reações fotossintéticas ocorrem graças à transferência de elétrons. A energia da luz confere energia ao pigmento de clorofila (diz -se que a molécula está "excitada pela luz"), causando um movimento dessas partículas na membrana tilacóide. A clorofila obtém seus elétrons de uma molécula de água.

Esse processo resulta na formação de um gradiente eletroquímico que permite a síntese de ATP no estroma. Esta fase também é conhecida como "luminosa".

A segunda parte da fotossíntese (ou fase escura) ocorre no estroma e continua no citosol. Também é conhecido como reações de fixação de carbono. Nesta fase, os produtos das reações acima são usadas para construir carboidratos a partir de CO₂.

Síntese de biomoléculas

Além disso, os cloroplastos têm outras funções especializadas que permitem o desenvolvimento e o crescimento da planta.

Nesta organela, ocorre a assimilação de nitratos e sulfatos, e eles têm as enzimas necessárias para a síntese de aminoácidos, fitohormônios, vitaminas, ácidos graxos, clorofila e carotenóides.

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Certos estudos identificaram um número importante de aminoácidos sintetizados por esta organela. Kirk e colaboradores estudaram a produção de aminoácidos nos cloroplastos de Vicia faba eu.

Esses autores descobriram que os aminoácidos sintetizados mais abundantes eram glutamato, aspartato e Treonine. Outros tipos, como Alanina, Serine e Glycina, também foram sintetizados, mas em menos quantidade. Os aminoácidos restantes também foram detectados.

Diferentes genes envolvidos na síntese lipídica foram isolados. Os cloroplastos têm as estradas necessárias para a síntese de lipídios isorrensóides, essenciais para a produção de clorofila e outros pigmentos.

Defesa de patógenos

As plantas não têm um sistema imunológico desenvolvido semelhante ao dos animais. Portanto, as estruturas celulares devem produzir substâncias antimicrobianas para serem capazes de se defender contra agentes nocivos. Para esse fim, as plantas podem sintetizar o oxigênio reativo (ROS) ou espécies de ácido salicílico.

Os cloroplastos estão relacionados à produção dessas substâncias que eliminam possíveis patógenos que entram na planta.

Eles também funcionam como um "sensores moleculares" e participam de mecanismos de alerta, comunicando informações a outras organelas.

Outros plastídeos

Os cloroplastos pertencem a uma família de organelas vegetais chamadas plastídeos ou plásticos. Os cloroplastos diferem principalmente do restante dos plastídeos, possuindo o pigmento de clorofila. Os outros plastídeos são:

-Chromoplastos: essas estruturas contêm carotenóides, estão presentes em flores e flores. Graças a esses pigmentos, as estruturas vegetais têm cores amarelas, laranja e vermelhas.

-Os leucoplastos: esses plastídeos não contêm pigmentos e, portanto, são brancos. Eles servem como uma reserva e são encontrados em órgãos que não recebem luz direta.

-Os amiloplastos: eles contêm amido e são encontrados em raízes e tubérculos.

Os plastídeos se originam de estruturas chamadas protoplast. Uma das características mais surpreendentes dos plastídeos é sua propriedade para mudar o tipo, mesmo que já estejam em estágio maduro. Esta mudança é desencadeada por sinais ambientais ou intrínsecos da planta.

Por exemplo, os cloroplastos são capazes de dar origem a cromoplastos. Para essa mudança, a membrana tilacóide se desintegra e os carotenóides são sintetizados.

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