El món vegetal és una de les principals riqueses del nostre planeta. És gràcies a la flora de la Terra que hi ha oxigen que tots respirem, hi ha una enorme base alimentària de la qual depenen tots els éssers vius. Les plantes són úniques perquè poden convertir compostos químics inorgànics en substàncies orgàniques.
Ho fan mitjançant la fotosíntesi. Aquest procés més important té lloc en orgànuls vegetals específics, els cloroplasts. Aquest element més petit en realitat assegura l'existència de tota la vida al planeta. Per cert, què és un cloroplast?
Definició bàsica
Aquest és el nom de les estructures específiques en què tenen lloc els processos de la fotosíntesi, que tenen com a objectiu la unió del diòxid de carboni i la formació de determinats hidrats de carboni. El subproducte és l'oxigen. Són orgànuls allargats, que arriben a una amplada de 2-4 micres, la seva longitud arriba a les 5-10 micres. Algunes espècies d'algues verdes de vegades tenen cloroplasts gegants de 50 micres de llarg!
Les mateixes algues poden teniruna altra característica: per a tota la cèl·lula només tenen un orgànul d'aquesta espècie. A les cèl·lules de les plantes superiors, sovint hi ha entre 10 i 30 cloroplasts. Tanmateix, en el seu cas, hi pot haver excepcions sorprenents. Per tant, al teixit empal·lidat del cormorat normal hi ha 1000 cloroplasts per cèl·lula. Per a què serveixen aquests cloroplasts? La fotosíntesi és la seva funció principal, però lluny de ser l'única. Per entendre clarament la seva importància en la vida vegetal, és important conèixer molts aspectes del seu origen i desenvolupament. Tot això es descriu a la resta de l'article.
L'origen del cloroplast
Doncs, què és un cloroplast, vam aprendre. D'on provenen aquests orgànuls? Com va passar que les plantes van desenvolupar un aparell tan únic que converteix el diòxid de carboni i l'aigua en compostos orgànics complexos?
En l'actualitat, entre els científics, preval el punt de vista de l'origen endosimbiòtic d'aquests orgànuls, ja que la seva aparició independent a les cèl·lules vegetals és força dubtosa. És ben sabut que el liquen és una simbiosi d'algues i fongs. Les algues unicel·lulars viuen dins de la cèl·lula dels bolets. Ara, els científics suggereixen que antigament, els cianobacteris fotosintètics van penetrar a les cèl·lules vegetals i després van perdre parcialment la seva "independència", transferint la major part del genoma al nucli.
Però el nou organoide va conservar completament la seva característica principal. Es tracta només del procés de la fotosíntesi. No obstant això, el propi aparell, necessari per dur a terme aquest procés, està format sotacontrol tant del nucli cel·lular com del propi cloroplast. Així, la divisió d'aquests orgànuls i altres processos associats a la implementació de la informació genètica en l'ADN estan controlats pel nucli.
Evidència
Fa relativament poc temps, la hipòtesi de l'origen procariota d'aquests elements no va ser molt popular a la comunitat científica, molts la consideraven "invents d'aficionats". Però després d'una anàlisi en profunditat de les seqüències de nucleòtids de l'ADN dels cloroplasts, aquesta hipòtesi es va confirmar de manera brillant. Va resultar que aquestes estructures són extremadament similars, fins i tot relacionades, amb l'ADN de les cèl·lules bacterianes. Així doncs, es va trobar una seqüència similar en cianobacteris de vida lliure. En particular, els gens del complex de síntesi d'ATP, així com en les "màquines" de transcripció i traducció, van resultar ser extremadament similars.
Els promotors que determinen l'inici de la lectura de la informació genètica a partir de l'ADN, així com les seqüències de nucleòtids terminals responsables de la seva terminació, també s'organitzen a imatge i semblança de les bacterianes. Per descomptat, milers de milions d'anys de transformacions evolutives podrien fer molts canvis al cloroplast, però les seqüències dels gens del cloroplast van romandre absolutament iguals. I aquesta és una prova irrefutable i completa que els cloroplasts van tenir una vegada un avantpassat procariota. Pot ser que va ser l'organisme a partir del qual també van evolucionar els cianobacteris moderns.
Desenvolupament de cloroplasts a partir de proplàstids
L'organoide "adult" es desenvolupa a partir de proplàstids. Aquest és un petit, completament incolorun orgànul que només té unes poques micres de diàmetre. Està envoltat per una membrana densa de bicapa que conté ADN circular específic del cloroplast. Aquests "avantpassats" dels orgànuls no tenen un sistema de membrana interna. A causa de la seva mida extremadament reduïda, el seu estudi és extremadament difícil i, per tant, hi ha molt poques dades sobre el seu desenvolupament.
Se sap que diversos d'aquests protoplàstids estan presents al nucli de cada cèl·lula d'òvuls d'animals i plantes. Durant el desenvolupament de l'embrió, es divideixen i es transfereixen a altres cèl·lules. Això és fàcil de verificar: els trets genètics associats d'alguna manera als plastids només es transmeten a través de la línia materna.
La membrana interna del protoplàstid sobresurt a l'organoide durant el desenvolupament. A partir d'aquestes estructures creixen membranes tilacoides, que són les responsables de la formació de grànuls i lamines de l'estroma de l'organoide. En plena foscor, el protopastid comença a transformar-se en el precursor del cloroplast (etioplast). Aquest organoide primari es caracteritza pel fet que al seu interior es troba una estructura cristal·lina força complexa. Tan bon punt la llum arriba a la fulla de la planta, es destrueix completament. Després d'això, es produeix la formació de l'estructura interna "tradicional" del cloroplast, que està formada només per tilacoides i làmines.
Diferències a les plantes d'emmagatzematge de midó
Cada cèl·lula meristema conté diversos d'aquests proplàstids (el seu nombre varia segons el tipus de planta i altres factors). Tan bon punt aquest teixit primari comença a transformar-se en una fulla, els orgànuls precursors es converteixen en cloroplasts. Tan,Les fulles joves de blat que han completat el seu creixement tenen cloroplasts en una quantitat de 100-150 peces. Les coses són una mica més complicades per a aquelles plantes que són capaços d'acumular midó.
Emmagatzemen aquest hidrat de carboni en plastids anomenats amiloplasts. Però què tenen a veure aquests orgànuls amb el tema del nostre article? Després de tot, els tubercles de patata no participen en la fotosíntesi! Permeteu-me aclarir aquest problema amb més detall.
Vam descobrir què és un cloroplast, al llarg del camí revelant la connexió d'aquest organoide amb les estructures dels organismes procariotes. Aquí la situació és similar: els científics han descobert des de fa temps que els amiloplasts, com els cloroplasts, contenen exactament el mateix ADN i es formen exactament a partir dels mateixos protoplàstids. Per tant, s'han de considerar en el mateix aspecte. De fet, els amiloplasts s'han de considerar com un tipus especial de cloroplast.
Com es formen els amiloplasts?
Es pot fer una analogia entre els protoplàstids i les cèl·lules mare. En poques paraules, els amiloplasts a partir d'algun punt comencen a desenvolupar-se per un camí lleugerament diferent. Els científics, però, van aprendre una cosa curiosa: van aconseguir la transformació mútua de cloroplasts de fulles de patata en amiloplasts (i viceversa). L'exemple canònic, conegut per tots els escolars, és que els tubercles de patata es tornen verds a la llum.
Altra informació sobre les formes de diferenciació d'aquests orgànuls
Sabem que en el procés de maduració dels fruits dels tomàquets, pomes i algunes altres plantes (i a les fulles d'arbres, herbes i arbustos a la tardor)"degradació", quan els cloroplasts d'una cèl·lula vegetal es converteixen en cromoplasts. Aquests orgànuls contenen pigments colorants, carotenoides.
Aquesta transformació es deu al fet que, sota determinades condicions, els tilacoides es destrueixen completament, després de la qual cosa l'orgànul adquireix una organització interna diferent. Aquí tornem de nou al tema que vam començar a parlar al principi de l'article: la influència del nucli en el desenvolupament dels cloroplasts. És, a través de proteïnes especials que es sintetitzen al citoplasma de les cèl·lules, la que inicia el procés de reestructuració de l'organoide.
Estructura del cloroplast
Després d'haver parlat de l'origen i el desenvolupament dels cloroplasts, ens hem de fixar en la seva estructura amb més detall. A més, és molt interessant i mereix una discussió a part.
L'estructura bàsica dels cloroplasts consta de dues membranes de lipoproteïnes, l'interior i l'exterior. El gruix de cadascun és d'uns 7 nm, la distància entre ells és de 20-30 nm. Com en el cas d' altres plastids, la capa interna forma estructures especials que sobresurten a l'organoide. En els cloroplasts madurs, hi ha dos tipus de membranes "tortuoses" alhora. Els primers formen lamines estromals, els segons formen membranes tilacoides.
Lamel·la i tilacoides
Cal tenir en compte que hi ha una clara connexió que té la membrana del cloroplast amb formacions similars situades a l'interior de l'organoide. El cas és que alguns dels seus plecs es poden estendre d'una paret a una altra (com en els mitocondris). Així, les làmines poden formar una mena de "bossa" o una ramificadaxarxa. Tanmateix, la majoria de vegades aquestes estructures es troben paral·leles entre elles i no estan connectades de cap manera.
No oblidis que dins del cloroplast també hi ha tilacoides de membrana. Es tracta de "bosses" tancades que es disposen en una pila. Com en el cas anterior, hi ha una distància de 20-30 nm entre les dues parets de la cavitat. Les columnes d'aquestes "bosses" s'anomenen grans. Cada columna pot contenir fins a 50 tilacoides, i en alguns casos encara n'hi ha més. Com que les "dimensions" globals d'aquestes piles poden arribar a 0,5 micres, de vegades es poden detectar amb un microscopi de llum normal.
El nombre total de grans continguts en els cloroplasts de les plantes superiors pot arribar als 40-60. Cada tilacoide s'adhereix tan fortament a l' altre que les seves membranes exteriors formen un únic pla. El gruix de la capa a la unió pot ser de fins a 2 nm. Tingueu en compte que aquestes estructures, que estan formades per tilacoides i lamines adjacents, no són infreqüents.
Als llocs del seu contacte també hi ha una capa, de vegades arribant als mateixos 2 nm. Així, els cloroplasts (l'estructura i les funcions dels quals són molt complexes) no són una única estructura monolítica, sinó una mena d'"estat dins d'un estat". En alguns aspectes, l'estructura d'aquests orgànuls no és menys complexa que tota l'estructura cel·lular!
Les granes estan interconnectades precisament amb l'ajuda de lamines. Però les cavitats dels tilacoides, que formen piles, estan sempre tancades i no es comuniquen de cap manera amb la intermembrana.espai. Com podeu veure, l'estructura dels cloroplasts és força complexa.
Quins pigments es poden trobar als cloroplasts?
Què pot contenir l'estroma de cada cloroplast? Hi ha molècules d'ADN individuals i molts ribosomes. En els amiloplasts, és a l'estroma on es dipositen els grans de midó. En conseqüència, els cromoplasts hi tenen pigments colorants. Per descomptat, hi ha diversos pigments de cloroplast, però el més comú és la clorofil·la. Es divideix en diversos tipus alhora:
- Grup A (blau-verd). Es produeix en el 70% dels casos, està contingut en els cloroplasts de totes les plantes superiors i les algues.
- Grup B (groc-verd). El 30% restant també es troba en espècies superiors de plantes i algues.
- Els grups C, D i E són molt més rars. Es troba als cloroplasts d'algunes espècies d'algues i plantes inferiors.
No és estrany que les algues vermelles i marrons tinguin tipus de colorants orgànics completament diferents als seus cloroplasts. Algunes algues contenen generalment gairebé tots els pigments de cloroplast existents.
Funcions del cloroplast
Per descomptat, la seva funció principal és convertir l'energia lluminosa en components orgànics. La fotosíntesi en si es produeix en els grans amb la participació directa de la clorofil·la. Absorbeix l'energia de la llum solar i la converteix en l'energia dels electrons excitats. Aquest últim, en tenir el seu excés de subministrament, desprèn un excés d'energia, que s'utilitza per a la descomposició de l'aigua i la síntesi d'ATP. Quan l'aigua es trenca, es formen oxigen i hidrogen. El primer, com hem escrit més amunt, és un subproducte i s'allibera a l'espai circumdant i l'hidrogen s'uneix a una proteïna especial, la ferredoxina.
S'oxida de nou, transferint hidrogen a un agent reductor, que en bioquímica s'abreuja com NADP. En conseqüència, la seva forma reduïda és NADP-H2. En poques paraules, la fotosíntesi produeix les substàncies següents: ATP, NADP-H2 i un subproducte en forma d'oxigen.
El paper energètic de l'ATP
L'ATP format és extremadament important, ja que és el principal "acumulador" d'energia que va a les diferents necessitats de la cèl·lula. El NADP-H2 conté un agent reductor, l'hidrogen, i aquest compost és capaç de lliurar-lo fàcilment si cal. En poques paraules, és un agent reductor químic eficaç: en el procés de la fotosíntesi tenen lloc moltes reaccions que simplement no poden continuar sense ell.
A continuació, entren en joc els enzims del cloroplast, que actuen a la foscor i fora del gran: l'hidrogen de l'agent reductor i l'energia de l'ATP són utilitzats pel cloroplast per iniciar la síntesi d'una sèrie de substàncies orgàniques.. Com que la fotosíntesi es produeix en condicions de bona il·luminació, els compostos acumulats s'utilitzen per a les necessitats de les mateixes plantes durant l'època fosca del dia.
Podeu notar amb raó que aquest procés és sospitosament semblant a la respiració en alguns aspectes. En què es diferencia la fotosíntesi d'ella? La taula us ajudarà a entendre aquest problema.
| Elements de comparació | Fotosíntesi | Respiració |
| Quan passa | Només de dia, a la llum del sol | En qualsevol moment |
| On es filtra | cèl·lules que contenen clorofil·la | Totes les cèl·lules vives |
| Oxigen | Destacat | Absorció |
| CO2 | Absorció | Destacat |
| Matèria orgànica | Síntesi, divisió parcial | Només dividit |
| Energia | Empassar | Destaca |
Així és com es diferencia la fotosíntesi de la respiració. La taula mostra clarament les seves principals diferències.
Algunes "paradoxes"
La majoria de les reaccions posteriors tenen lloc allà mateix, a l'estroma del cloroplast. El camí posterior de les substàncies sintetitzades és diferent. Així, els sucres simples van immediatament més enllà de l'organoide i s'acumulen en altres parts de la cèl·lula en forma de polisacàrids, principalment midó. En els cloroplasts, es produeix tant la deposició de greixos com l'acumulació preliminar dels seus precursors, que després s'excreten a altres zones de la cèl·lula.
S'ha d'entendre clarament que totes les reaccions de fusió requereixen una quantitat enorme d'energia. La seva única font és la mateixa fotosíntesi. Aquest és un procés que sovint requereix tanta energia que s'ha d'obtenir,destruint les substàncies formades com a resultat de la síntesi anterior! Així, la major part de l'energia que s'obté en el seu curs es destina a dur a terme moltes reaccions químiques dins de la pròpia cèl·lula vegetal.
Només una part s'utilitza per obtenir directament aquelles substàncies orgàniques que la planta pren per al seu propi creixement i desenvolupament o bé es diposita en forma de greixos o hidrats de carboni.
Els cloroplasts són estàtics?
En general s'accepta que els orgànuls cel·lulars, inclosos els cloroplasts (l'estructura i les funcions dels quals hem descrit amb detall), es troben estrictament en un sol lloc. Això no és cert. Els cloroplasts es poden moure per la cèl·lula. Així, amb poca llum, acostumen a prendre una posició prop del costat més il·luminat de la cèl·lula, en condicions de llum mitjana i baixa, poden escollir algunes posicions intermèdies en què aconsegueixen “captar” més la llum solar. Aquest fenomen s'anomena "fototaxi".
Com els mitocondris, els cloroplasts són orgànuls força autònoms. Tenen els seus propis ribosomes, sintetitzen una sèrie de proteïnes molt específiques que només utilitzen ells. Fins i tot hi ha complexos enzimàtics específics, durant el treball dels quals es produeixen lípids especials, que són necessaris per a la construcció de closques de làmines. Ja hem parlat de l'origen procariota d'aquests orgànuls, però cal afegir que alguns científics consideren que els cloroplasts són antics descendents d'alguns organismes paràsits que primer es van convertir en simbionts, i després completament.s'han convertit en una part integral de la cèl·lula.
La importància dels cloroplasts
Per a les plantes, és obvi: aquesta és la síntesi d'energia i substàncies que utilitzen les cèl·lules vegetals. Però la fotosíntesi és un procés que assegura l'acumulació constant de matèria orgànica a escala planetària. A partir del diòxid de carboni, l'aigua i la llum solar, els cloroplasts poden sintetitzar un gran nombre de compostos complexos de molècula alta. Aquesta habilitat només és característica per a ells, i una persona encara està lluny de repetir aquest procés en condicions artificials.
Tota la biomassa de la superfície del nostre planeta deu la seva existència a aquests orgànuls més petits, que es troben a les profunditats de les cèl·lules vegetals. Sense ells, sense el procés de fotosíntesi realitzat per ells, no hi hauria vida a la Terra en les seves manifestacions modernes.
Esperem que hàgiu après d'aquest article què és un cloroplast i quin és el seu paper en un organisme vegetal.
