Funções de cloroplastos, estrutura e processo de fotossíntese

O cloroplastos Eles são um tipo de organela celular delimitada por um complexo sistema de membranas, característico de plantas e algas. Neste plastídio é a clorofila, pigmento responsável pelos processos de fotossíntese, a cor verde dos vegetais e permite a vida autotrófica dessas linhagens.

Além disso, os cloroplastos são relacionados com a geração de energia metabólica (ATP - trifosfato de adenosina), a síntese de aminoácidos, vitaminas, ácidos gordos, lípidos e componentes de suas membranas de redução de nitrito. Também tem um papel na produção de substâncias de defesa contra patógenos.

Este organelo fotossintética tem o seu próprio genoma círculo (ADN) e sugere que, como mitocôndrias, originário de um processo de simbiose entre uma série e uma bactéria fotossintética ancestral.

Índice

• 1 origem
  • 1.1 A teoria endossimbiótica
• 2 características gerais
• 3 Estrutura
  • 3.1 Membranas externas e internas
  • 3.2 Membrana Thilacoid
  • 3.3 Thylakoids
  • 3.4 Estroma
  • 3.5 Genoma
• 4 funções
  • 4.1 Fotossíntese
  • 4.2 Síntese de biomoléculas
  • 4.3 Defesa contra patógenos
• 5 outros plastídios
• 6 referências

Origem

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

Estima-se que o primeiro organismo eucariótico, com capacidade para realizar a fotossíntese, tenha se originado há cerca de 1.000 milhões de anos. As evidências indicam que este importante salto evolutivo foi causado pela aquisição de uma cianobactéria por um hospedeiro eucariótico. Este processo deu origem a diferentes linhagens de algas vermelhas, verdes e vegetais.

Da mesma forma, eventos surgem simbiose secundária e terciária em que uma linha de eucariótica uma relação simbiótica com outra fotossintética eucariótica de vida livre.

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

A organização do genoma dos cloroplastos atuais se assemelha ao de um procariota, mas também possui atributos do material genético de eucariotos.

A teoria endossimbiótica

teoria endossimbiótica foi proposto por Lynn Margulis em uma série de livros publicados entre 60 e 80. No entanto, foi uma ideia que já estava lidando-se desde os anos 1900, propostas pela Mereschkowsky.

Esta teoria explica a origem dos cloroplastos, mitocôndrias e dos corpos basais presentes nos flagelos. De acordo com essa hipótese, essas estruturas já foram organismos procariotas livres.

Não há muitas evidências para apoiar a origem endossimbiótica dos corpos basais dos procariontes móveis.

Em contraste, existem evidências consideráveis ​​de apoio a origem endossimbiótica de mitocôndrias de α-Proteobacteria e cloroplastos de cianobactérias. A evidência mais clara e forte é a similaridade entre os dois genomas.

Características gerais

Os cloroplastos são o tipo mais visível de plastídios nas células vegetais. São estruturas ovais cercadas por membranas e o processo mais famoso de eucariotos autotróficos ocorre em seu interior: a fotossíntese. Eles são estruturas dinâmicas e possuem 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 de cloroplastos de pais para filhos ocorre por parte de um dos pais e não por ambos. De fato, essas organelas são bastante semelhantes às mitocôndrias em vários aspectos, embora mais complexas.

Estrutura

Os cloroplastos são grandes organelas com 5 a 10 µm de comprimento. As características dessa estrutura podem ser visualizadas sob um microscópio óptico tradicional.

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

Este último sistema membranoso forma um conjunto de estruturas semelhantes a discos, conhecidas como tilacóides. A união dos tilacóides nas pilhas é chamada de "grana" e eles estão conectados uns aos outros.

Graças a este sistema de membrana tripla, a estrutura interna do cloroplasto é complexa e está dividido em três espaços: o espaço intermembranar (entre as duas membranas externas), o estroma (encontrado no cloroplasto e fora da membrana de tilacoide e) duram o lúmen do tilacoide.

Membranas externas e internas

O sistema de membrana está relacionado à geração de ATP. Como as membranas das mitocôndrias, é a membrana interna que determina a passagem das moléculas para a organela. Fosfatidilcolina e fosfatidilglicerol são os lipídios mais abundantes nas membranas dos cloroplastos.

A membrana externa contém uma série de poros. Pequenas moléculas podem entrar livremente através desses canais. A membrana interna, por outro lado, não permite o trânsito livre deste 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, há uma estrutura chamada retículo periférico, formada por uma rede de membranas, originada especificamente da membrana interna do cloroplasto. Alguns autores os consideram únicos para plantas com metabolismo C4, embora tenham sido encontrados em plantas C3.

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

Membrana tilacoide

A cadeia de transporte de elétrons envolvida nos processos fotossintéticos ocorre neste sistema de membrana. Os prótons são bombeados através dessa membrana, do estroma para o interior dos tilacóides.

Esse gradiente resulta na síntese de ATP, quando os prótons são direcionados de volta ao estroma. Este processo é equivalente ao que ocorre na membrana interna da mitocôndria.

A membrana do tilacoide consiste em quatro tipos de lipídios: monogalactosil diacilglicerol, digalactosil diacilglicerol, sulfoquinovosil diacilglicerol e fosfatidilglicerol. Cada tipo tem uma função especial dentro da bicamada lipídica desta seção.

Thylakoids

Os tilacóides são estruturas membranosas na forma de sacos ou discos planos que são empilhados em um "grana"(O plural desta estrutura é granum). Estes discos têm um diâmetro de 300 a 600 nm. No espaço interno do tilacoide é chamado lúmen.

A arquitetura da pilha dos tilacóides ainda é debatida. Dois modelos são propostos: o primeiro é o modelo helicoidal, no qual os tilacóides são enrolados entre os grânulos na forma de uma hélice.

Em contraste, o outro modelo propõe uma bifurcação. Esta hipótese sugere que os grana são formados por bifurcações do estroma.

Estroma

O estroma é o fluido gelatinoso que envolve os tilacóides e é encontrado na região interna do cloroplasto. Esta região corresponde ao citosol das supostas bactérias que originaram este tipo de plastídeo.

Nesta área você encontrará moléculas de DNA e uma grande quantidade de proteínas e enzimas. Especificamente, as enzimas envolvidas no ciclo de Calvin são encontradas para a fixação de dióxido de carbono no processo fotossintético. Você também pode encontrar grânulos de amido

No estroma, você pode encontrar os cloroplastos dos cloroplastos, uma vez que essas estruturas sintetizam suas próprias proteínas.

Genoma

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

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

O DNA do cloroplasto codifica aproximadamente 120 a 130 genes. Estes resultam em proteínas e RNA relacionados aos processos fotossintéticos, como os componentes do fotossistema I e II, a ATP sintase e uma das subunidades do Rubisco.

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

RNAs de transferência e ribossomos são usados ​​na tradução de mensagens de RNA que são codificadas no genoma do cloroplasto. Inclui os RNAs ribossômicos 23S, 16S, 5S e 4.5S e transferem RNA. Também codifica 20 proteínas ribossômicas e certas subunidades da RNA polimerase.

No entanto, certos elementos necessários para o funcionamento do cloroplasto são codificados no genoma nuclear da célula vegetal.

Funções

Os cloroplastos podem ser considerados centros metabólicos importantes nas plantas, onde ocorrem múltiplas reações bioquímicas graças ao amplo espectro de enzimas e proteínas ancoradas nas membranas que esses organelas contêm.

Eles têm uma função crítica nos organismos das plantas: é o lugar onde os processos fotossintéticos ocorrem, onde a luz solar é transformada em carboidratos, com o oxigênio como um produto secundário.

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

Fotossíntese

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

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

As reações fotossintéticas ocorrem graças à transferência de elétrons. A energia proveniente da luz confere energia ao pigmento de clorofila (diz-se que a molécula é "excitada pela luz"), causando um movimento dessas partículas na membrana dos tilacóides. A clorofila recebe seus elétrons de uma molécula de água.

Esse processo resulta na formação de um gradiente eletroquímico que permite a síntese do 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 etapa, os produtos das reações acima são usados ​​para construir carboidratos a partir de CO₂.

Síntese de biomoléculas

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

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

Certos estudos identificaram um número significativo de aminoácidos sintetizados por essa organela. Kirk et al estudaram a produção de aminoácidos em cloroplastos de Vicia faba L.

Esses autores descobriram que os aminoácidos mais abundantes sintetizados foram glutamato, aspartato e treonina. Outros tipos, como alanina, serina e glicina, também foram sintetizados, mas em menor quantidade. Os treze aminoácidos restantes também foram detectados.

Eles conseguiram isolar genes diferentes que estão envolvidos na síntese de lipídios. Os cloroplastos possuem as vias necessárias para a síntese de lipídeos isoprenóides, essenciais para a produção de clorofila e outros pigmentos.

Defesa contra patógenos

As plantas não têm um sistema imunológico desenvolvido semelhante ao dos animais. Portanto, as estruturas celulares devem produzir substâncias antimicrobianas para poder se defender contra agentes nocivos. Para este propósito, as plantas podem sintetizar espécies reativas de oxigênio (EROs) ou ácido salicílico.

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

Da mesma forma, funcionam como "sensores moleculares" e participam de mecanismos de alerta, comunicando a informação a outras organelas.

Outros plastidios

Os cloroplastos pertencem a uma família de organelas de plantas chamadas plastídios ou plastídios. Os cloroplastos diferem principalmente do resto dos plastídios porque possuem o pigmento de clorofila. Os outros plastídios são:

- Os cromoplastos: estas estruturas contêm carotenóides, estão presentes em flores e flores. Graças a estes pigmentos, as estruturas da planta têm cores amarela, laranja e vermelha.

Os leucoplastos: esses plastídios 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 plastídios são originários de estruturas chamadas protoplastídios. Uma das características mais marcantes dos plastídios é a propriedade deles de mudar de tipo, embora já estejam no estágio maduro. Essa mudança é desencadeada por sinais ambientais ou intrínsecos da planta.

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

Referências

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