Funzioni di cloroplasti, struttura e processo di fotosintesi

il cloroplasti Sono un tipo di organelli cellulari delimitati da un complesso sistema di membrane, caratteristiche delle piante e delle alghe. In questo plastidio c'è la clorofilla, il pigmento responsabile dei processi di fotosintesi, il colore verde delle verdure e permette la vita autotrofa di questi lignaggi.

Inoltre, cloroplasti sono legate alla generazione di energia metabolica (ATP - adenosina trifosfato), la sintesi di amminoacidi, vitamine, acidi grassi, lipidi e componenti di loro membrane riduzione nitrito. Ha anche un ruolo nella produzione di sostanze di difesa contro i patogeni.

Questo organello fotosintetico ha il proprio genoma cerchio (DNA) e suggerisce che, come i mitocondri, proveniente da un processo di simbiosi tra un host e un batterio fotosintetico ancestrale.

indice

• 1 origine
  • 1.1 La teoria endosimbiotica
• 2 Caratteristiche generali
• 3 struttura
  • 3.1 Membrane esterne e interne
  • 3.2 Membrana acetilica
  • 3.3 Thylakoids
  • 3.4 Stroma
  • 3.5 Genoma
• 4 funzioni
  • 4.1 Fotosintesi
  • 4.2 Sintesi di biomolecole
  • 4.3 Difesa contro i patogeni
• 5 altri plastidi
• 6 riferimenti

fonte

I cloroplasti sono organelli che hanno caratteristiche di gruppi molto distanti di organismi: alghe, piante e procarioti. Questa evidenza suggerisce che l'organello proveniva da un organismo procariota con la capacità di eseguire la fotosintesi.

Si stima che il primo organismo eucariotico, con la capacità di svolgere la fotosintesi, abbia avuto origine circa 1.000 milioni di anni fa. Le prove indicano che questo importante salto evolutivo è stato causato dall'acquisizione di un cianobatterio da parte di un ospite eucariotico. Questo processo ha dato origine a diversi lignaggi di alghe rosse, verdi e vegetali.

Allo stesso modo, si verifichino eventi simbiosi secondaria e terziaria, in cui una linea di eucariote un rapporto simbiotico con altri fotosintetici eucarioti vita libera.

Durante il corso dell'evoluzione, il genoma del batterio putativo è stato ridotto e alcuni dei suoi geni sono stati trasferiti e integrati nel genoma del nucleo.

L'organizzazione del genoma degli attuali cloroplasti assomiglia a quella di un procariota, ma ha anche attributi del materiale genetico degli eucarioti.

La teoria endosimbiotica

teoria endosimbiontica è stato proposto da Lynn Margulis in una serie di libri pubblicati tra il 60 e il 80. Tuttavia, era un'idea che era già in sé gestendo dal 1900, proposti da Mereschkowsky.

Questa teoria spiega l'origine dei cloroplasti, dei mitocondri e dei corpi basali presenti nel flagello. Secondo questa ipotesi, queste strutture erano una volta organismi procarioti liberi.

Non ci sono molte prove per supportare l'origine endosimbiotica dei corpi basali dai procarioti mobili.

Al contrario, vi sono importanti prove a sostegno dell'origine endosimbiotica dei mitocondri da α-Proteobacteria e da cloroplasti provenienti da cianobatteri. L'evidenza più chiara e più forte è la somiglianza tra entrambi i genomi.

Caratteristiche generali

I cloroplasti sono il tipo più cospicuo di plastidi nelle cellule vegetali. Sono strutture ovali circondate da membrane e il processo più famoso di eucarioti autotrofi avviene nel loro interno: la fotosintesi. Sono strutture dinamiche e hanno il loro materiale genetico.

Di solito si trovano sulle foglie delle piante. Una tipica cellula vegetale può avere da 10 a 100 cloroplasti, sebbene il numero sia abbastanza variabile.

Come i mitocondri, l'ereditarietà dei cloroplasti dai genitori ai bambini si verifica da parte di uno dei genitori e non da entrambi. In realtà, questi organelli sono abbastanza simili ai mitocondri in vari aspetti, anche se più complessi.

struttura

I cloroplasti sono grandi organelli, da 5 a 10 μm di lunghezza. Le caratteristiche di questa struttura possono essere visualizzate con un microscopio ottico tradizionale.

Sono circondati da una doppia membrana lipidica. Inoltre, hanno un terzo sistema di membrane interne, chiamate membrane thylakoid.

Quest'ultimo sistema membranoso forma un insieme di strutture simili a dischi, conosciute come thylakoids. L'unione di thylakoids in pile si chiama "grana" e sono collegati tra loro.

Grazie a questo sistema triplo membrana, la struttura interna dei cloroplasti è complesso ed è divisa in tre spazi: lo spazio intermembranale (tra le due membrane esterne), lo stroma (trovato nei cloroplasti e all'esterno della membrana tilacoidi) e dura il lume del tilacoide.

Membrane esterne e interne

Il sistema a membrana è correlato alla generazione di ATP. Come le membrane dei mitocondri, è la membrana interna che determina il passaggio delle molecole nell'organello. La fosfatidilcolina e il fosfatidilglicerolo sono i lipidi più abbondanti delle membrane di cloroplasti.

La membrana esterna contiene una serie di pori. Piccole molecole possono entrare liberamente attraverso questi canali. La membrana interna, d'altra parte, non consente il libero transito di questo tipo di molecole di basso peso.Affinché le molecole entrino, devono farlo attraverso specifici trasportatori ancorati alla membrana.

In alcuni casi esiste una struttura chiamata reticolo periferico, formato da una rete di membrane, originate specificamente dalla membrana interna del cloroplasto. Alcuni autori li considerano unici per le piante con il metabolismo C4, sebbene siano stati trovati in piante C3.

La funzione di questi tubuli e vescicole non è ancora chiara. Si propone che possano contribuire al trasporto rapido di metaboliti e proteine ​​all'interno del cloroplasto o per aumentare la superficie della membrana interna.

Membrana thylakoid

La catena di trasporto degli elettroni coinvolta nei processi fotosintetici si verifica in questo sistema a membrana. I protoni vengono pompati attraverso questa membrana, dallo stroma verso l'interno dei thylakoidi.

Questo gradiente risulta nella sintesi di ATP, quando i protoni sono diretti verso lo stroma. Questo processo è equivalente a quello che si verifica nella membrana interna dei mitocondri.

La membrana thylakoid è formata da quattro tipi di lipidi: monogalactosyl diacilglicerolo, diacilglicerolo digalactosyl, sulfoquinovosyl diacilglicerolo e fosfatidilglicerolo. Ogni tipo ha una funzione speciale all'interno del doppio strato lipidico di questa sezione.

tilacoides

I thylakoid sono strutture membranose sotto forma di sacchi o dischi piatti che sono impilati in un "cocciniglia"(Il plurale di questa struttura è Granum). Questi dischi hanno un diametro da 300 a 600 nm. Nello spazio interno del thylakoid è chiamato lumen.

L'architettura della pila thylakoid è ancora dibattuta. Vengono proposti due modelli: il primo è il modello elicoidale, in cui i thylakoidi sono avvolti tra i granuli sotto forma di un'elica.

Al contrario, l'altro modello propone una biforcazione. Questa ipotesi suggerisce che il grana sia formato da biforcazioni dello stroma.

stromale

Lo stroma è il fluido gelatinoso che circonda i thylakoid e si trova nella regione interna del cloroplasto. Questa regione corrisponde al citosol dei presunti batteri che hanno originato questo tipo di plastidio.

In questa area troverai molecole di DNA e una grande quantità di proteine ​​ed enzimi. Nello specifico, gli enzimi coinvolti nel ciclo di Calvin si trovano per la fissazione del biossido di carbonio nel processo fotosintetico. È inoltre possibile trovare granuli di amido

Nello stroma si possono trovare i cloroplasti dei cloroplasti, poiché queste strutture sintetizzano le proprie proteine.

genoma

Una delle caratteristiche più importanti dei cloroplasti è che hanno il loro sistema genetico.

Il materiale genetico dei cloroplasti consiste in molecole circolari di DNA. Ogni organello ha più copie di questa molecola circolare da 12 a 16 kb (kilobasi). Sono organizzati in strutture chiamate nucleidi e consistono di 10 o 20 copie del genoma plastidico, insieme a proteine ​​e molecole di RNA.

Il DNA del cloroplasto codifica per circa 120-130 geni. Ciò si traduce in proteine ​​e RNA correlati a processi fotosintetici quali i componenti del fotosistema I e II, l'ATP sintasi e una delle subunità Rubisco.

Il rubisco (ribosio-1,5-bisfosfato carbossilasi / ossigenasi) è un enzima cruciale nel ciclo di Calvin. In realtà, è considerata la proteina più abbondante sul pianeta Terra.

Trasferimento RNA e ribosomi sono utilizzati nella traduzione di messaggi RNA che sono codificati nel genoma del cloroplasto. Comprende l'RNA ribosomiale 23S, 16S, 5S e 4.5S e trasferisce l'RNA. Codifica anche per 20 proteine ​​ribosomali e alcune subunità della RNA polimerasi.

Tuttavia, alcuni elementi necessari per il funzionamento del cloroplasto sono codificati nel genoma nucleare della cellula vegetale.

funzioni

Cloroplasti possono essere considerati come importante centro metabolico in piante, in cui più reazioni biochimiche grazie alla ampio spettro di enzimi e proteine ​​ancorate contenenti tali organelli verificano membrane.

Hanno una funzione critica negli organismi vegetali: è il luogo in cui si svolgono i processi fotosintetici, dove la luce solare viene trasformata in carboidrati, con l'ossigeno come prodotto secondario.

Una serie di funzioni secondarie della biosintesi si verifica anche nei cloroplasti. Successivamente, discuteremo ogni funzione in dettaglio:

fotosintesi

La fotosintesi avviene grazie alla clorofilla. Questo pigmento si trova all'interno dei cloroplasti, nelle membrane dei thylakoidi.

È composto da due parti: un anello e una coda. L'anello contiene magnesio ed è responsabile dell'assorbimento della luce. Può assorbire luce blu e luce rossa, riflettendo l'area verde dello spettro luminoso.

Le reazioni fotosintetiche si verificano grazie al trasferimento di elettroni. Energia da energia luminosa a pigmento clorofilla dà (si dice che la molecola viene "eccitato dalla luce"), causando il movimento di queste particelle nella membrana tilacoidi. La clorofilla ottiene i suoi elettroni da una molecola di acqua.

Questo processo determina la formazione di un gradiente elettrochimico che consente la sintesi di ATP nello stroma. Questa fase è anche conosciuta come "luminosa".

La seconda parte della fotosintesi (o fase oscura) si verifica nello stroma e continua nel citosol. È anche noto come reazioni di fissazione del carbonio. In questa fase, i prodotti delle reazioni di cui sopra sono usati per costruire carboidrati dalla CO₂.

Sintesi di biomolecole

Inoltre, i cloroplasti hanno altre funzioni specializzate che consentono lo sviluppo e la crescita della pianta.

In questo organello avviene l'assimilazione di nitrati e solfati e possiedono gli enzimi necessari per la sintesi di amminoacidi, fitormoni, vitamine, acidi grassi, clorofilla e carotenoidi.

Alcuni studi hanno identificato un numero significativo di aminoacidi sintetizzati da questo organello. Kirk et al. Hanno studiato la produzione di amminoacidi in cloroplasti di Vicia faba L.

Questi autori hanno scoperto che gli amminoacidi più abbondanti sintetizzati erano glutammato, aspartato e treonina. Altri tipi, come alanina, serina e glicina sono stati anche sintetizzati, ma in piccole quantità. Sono stati anche rilevati i rimanenti tredici amminoacidi.

Sono stati in grado di isolare diversi geni coinvolti nella sintesi dei lipidi. I cloroplasti possiedono le vie necessarie per la sintesi dei lipidi isoprenoidi, essenziali per la produzione di clorofilla e altri pigmenti.

Difesa contro gli agenti patogeni

Le piante non hanno un sistema immunitario sviluppato simile a quello degli animali. Pertanto, le strutture cellulari devono produrre sostanze antimicrobiche per essere in grado di difendersi dagli agenti nocivi. A questo scopo, le piante possono sintetizzare le specie reattive dell'ossigeno (ROS) o l'acido salicilico.

I cloroplasti sono legati alla produzione di queste sostanze che eliminano i possibili agenti patogeni che entrano nella pianta.

Allo stesso modo, funzionano come "sensori molecolari" e partecipano a meccanismi di allerta, comunicando le informazioni ad altri organelli.

Altri plastidi

I cloroplasti appartengono a una famiglia di organuli vegetali chiamati plastidi o plastidi. I cloroplasti differiscono principalmente dal resto dei plastidi perché possiedono il pigmento clorofilla. Gli altri plastidi sono:

-I cromoplasti: queste strutture contengono carotenoidi, sono presenti in fiori e fiori. Grazie a questi pigmenti, le strutture vegetali hanno colori gialli, arancioni e rossi.

-I leucoplastos: questi plastidi non contengono pigmenti e quindi sono bianchi. Servono come riserva e si trovano in organi che non ricevono luce diretta.

-I amiloplasti: contengono amido e si trovano nelle radici e nei tuberi.

I plastidi provengono da strutture chiamate protoplastidi. Una delle caratteristiche più sorprendenti dei plastidi è la loro proprietà di cambiare tipo, sebbene siano già nella fase matura. Questo cambiamento è innescato da segni ambientali o intrinseci della pianta.

Ad esempio, i cloroplasti sono in grado di dare origine a cromoplasti. Per questo cambiamento, la membrana tilacoide si disintegra e i carotenoidi sono sintetizzati.

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