Els cloroplasts són estructures de membrana en les quals té lloc la fotosíntesi. Aquest procés en plantes superiors i cianobacteris va permetre que el planeta mantingués la capacitat de mantenir la vida mitjançant l'ús de diòxid de carboni i la reposició de la concentració d'oxigen. La fotosíntesi en si té lloc en estructures com els tilacoides. Són "mòduls" de membrana dels cloroplasts, en els quals es produeix la transferència de protons, la fotòlisi de l'aigua, la síntesi de glucosa i d'ATP.
Estructura dels cloroplasts vegetals
Els cloroplasts s'anomenen estructures de doble membrana que es troben al citoplasma de les cèl·lules vegetals i les clamidomonas. En canvi, les cèl·lules cianobacterianes duen a terme la fotosíntesi en els tilacoides, i no en els cloroplasts. Aquest és un exemple d'organisme subdesenvolupat que és capaç de proporcionar la seva nutrició a través d'enzims de fotosíntesi situats a les protuberàncies del citoplasma.
Segons la seva estructura, el cloroplast és un orgànul de dues membranes en forma de bombolla. Es localitzen en gran nombre a les cèl·lules de les plantes fotosintètiques i es desenvolupen només en el cas decontacte amb la llum ultraviolada. Dins del cloroplast hi ha el seu estroma líquid. En la seva composició, s'assembla al hialoplasma i està format per un 85% d'aigua, en la qual es dissolen els electròlits i se suspenen les proteïnes. L'estroma dels cloroplasts conté tilacoides, estructures en què les fases clares i fosques de la fotosíntesi avancen directament.
Aparell hereditari de cloroplasts
Al costat dels tilacoides hi ha grànuls amb midó, que és producte de la polimerització de la glucosa obtinguda com a resultat de la fotosíntesi. A l'estroma hi ha DNA plastid juntament amb ribosomes dispersos. Hi pot haver diverses molècules d'ADN. Juntament amb l'aparell biosintètic, s'encarreguen de restaurar l'estructura dels cloroplasts. Això passa sense utilitzar la informació hereditària del nucli cel·lular. Aquest fenomen també permet jutjar la possibilitat de creixement i reproducció independent dels cloroplasts en el cas de la divisió cel·lular. Per tant, els cloroplasts, en alguns aspectes, no depenen del nucli cel·lular i representen, per dir-ho, un organisme simbiòtic subdesenvolupat.
Estructura dels tilacoides
Els tilacoides són estructures de membrana en forma de disc situades a l'estroma dels cloroplasts. En els cianobacteris, es localitzen completament a les invaginacions de la membrana citoplasmàtica, ja que no tenen cloroplasts independents. Hi ha dos tipus de tilacoides: el primer és un tilacoide amb llum, i el segon és lamel·lar. El tilacoide amb una llum és més petit de diàmetre i és un disc. Diversos tilacoides disposats verticalment formen una grana.
Els tilacoides lamel·lars són plaques amples que no tenen llum. Però són una plataforma a la qual s'uneixen diversos grans. En ells pràcticament no es produeix la fotosíntesi, ja que són necessàries per formar una estructura forta i resistent al dany mecànic de la cèl·lula. En total, els cloroplasts poden contenir de 10 a 100 tilacoides amb un lumen capaç de fer la fotosíntesi. Els propis tilacoides són les estructures elementals responsables de la fotosíntesi.
El paper dels tilacoides en la fotosíntesi
Les reaccions més importants de la fotosíntesi tenen lloc als tilacoides. El primer és la fotòlisi de la divisió de la molècula d'aigua i la síntesi d'oxigen. El segon és el trànsit d'un protó a través de la membrana a través del complex molecular del citocrom b6f i la cadena d'electrotransport. També als tilacoides es produeix la síntesi de la molècula d'ATP d' alta energia. Aquest procés es produeix amb l'ús d'un gradient de protons que s'ha desenvolupat entre la membrana tilacoide i l'estroma del cloroplast. Això vol dir que les funcions dels tilacoides permeten realitzar tota la fase lluminosa de la fotosíntesi.
Fase lleugera de la fotosíntesi
Una condició necessària per a l'existència de la fotosíntesi és la capacitat de crear un potencial de membrana. S'aconsegueix mitjançant la transferència d'electrons i protons, per la qual cosa es crea un gradient d'H +, que és 1000 vegades més gran que en les membranes mitocondrials. És més avantatjós agafar electrons i protons de les molècules d'aigua per crear un potencial electroquímic en una cèl·lula. Sota l'acció d'un fotó ultraviolat sobre les membranes tilacoides, aquest esdevé disponible. Un electró és expulsat d'una molècula d'aigua, queadquireix una càrrega positiva, i per tant, per neutralitzar-la, cal deixar caure un protó. Com a resultat, 4 molècules d'aigua es descomponen en electrons, protons i formen oxigen.
La cadena dels processos de fotosíntesi
Després de la fotòlisi de l'aigua, la membrana es recarrega. Els tilacoides són estructures que poden tenir un pH àcid durant la transferència de protons. En aquest moment, el pH de l'estroma del cloroplast és lleugerament alcalí. Això genera un potencial electroquímic que fa possible la síntesi d'ATP. Les molècules de trifosfat d'adenosina s'utilitzaran posteriorment per a les necessitats energètiques i la fase fosca de la fotosíntesi. En particular, l'ATP és utilitzat per la cèl·lula per utilitzar diòxid de carboni, que s'aconsegueix mitjançant la seva condensació i síntesi de molècules de glucosa a partir d'elles.
En la fase fosca, NADP-H+ es redueix a NADP. En total, la síntesi d'una molècula de glucosa requereix 18 molècules d'ATP, 6 molècules de diòxid de carboni i 24 protons d'hidrogen. Això requereix la fotòlisi de 24 molècules d'aigua per utilitzar 6 molècules de diòxid de carboni. Aquest procés permet alliberar 6 molècules d'oxigen, que posteriorment seran utilitzades per altres organismes per a les seves necessitats energètiques. Al mateix temps, els tilacoides són (en biologia) un exemple d'estructura de membrana que permet l'ús de l'energia solar i un potencial transmembrana amb un gradient de pH per convertir-los en energia d'enllaços químics.
