O mundo vegetal é uma das principais riquezas do nosso planeta. É graças à flora da Terra que há oxigênio que todos respiramos, há uma enorme base alimentar da qual todos os seres vivos dependem. As plantas são únicas porque podem converter compostos químicos inorgânicos em substâncias orgânicas.
Eles fazem isso através da fotossíntese. Este processo mais importante ocorre em organelas vegetais específicas, os cloroplastos. Este menor elemento realmente garante a existência de toda a vida no planeta. A propósito, o que é um cloroplasto?
Definição básica
Este é o nome das estruturas específicas nas quais ocorrem os processos de fotossíntese, que visam a ligação do dióxido de carbono e a formação de certos carboidratos. O subproduto é o oxigênio. Estas são organelas alongadas, atingindo uma largura de 2-4 mícrons, seu comprimento atinge 5-10 mícrons. Algumas espécies de algas verdes às vezes têm cloroplastos gigantes com 50 mícrons de comprimento!
As mesmas algas podem teroutra característica: para toda a célula eles têm apenas uma organela desta espécie. Nas células das plantas superiores, na maioria das vezes existem 10-30 cloroplastos. No entanto, no caso deles, pode haver exceções impressionantes. Assim, no tecido paliçada do shag comum existem 1000 cloroplastos por célula. Para que servem esses cloroplastos? A fotossíntese é seu principal, mas longe de ser o único papel. Para entender claramente seu significado na vida das plantas, é importante conhecer muitos aspectos de sua origem e desenvolvimento. Tudo isso é descrito no restante do artigo.
A origem do cloroplasto
Então, o que é um cloroplasto, aprendemos. De onde vieram essas organelas? Como é que as plantas desenvolveram um aparelho tão único que converte dióxido de carbono e água em compostos orgânicos complexos?
Atualmente, entre os cientistas, prevalece o ponto de vista da origem endossimbiótica dessas organelas, já que sua ocorrência independente nas células vegetais é bastante duvidosa. É bem conhecido que o líquen é uma simbiose de algas e fungos. As algas unicelulares vivem dentro da célula do cogumelo. Agora, os cientistas sugerem que, nos tempos antigos, as cianobactérias fotossintéticas penetravam nas células das plantas e depois perdiam parcialmente sua “independência”, transferindo a maior parte do genoma para o núcleo.
Mas o novo organoide manteve integralmente sua característica principal. É apenas sobre o processo de fotossíntese. No entanto, o próprio aparelho, necessário para realizar este processo, é formado sobcontrole do núcleo da célula e do próprio cloroplasto. Assim, a divisão dessas organelas e outros processos associados à implementação da informação genética no DNA são controlados pelo núcleo.
Evidência
Recentemente, a hipótese da origem procariótica desses elementos não era muito popular na comunidade científica, muitos a consideravam "invenções de amadores". Mas após uma análise aprofundada das sequências de nucleotídeos no DNA dos cloroplastos, essa suposição foi brilhantemente confirmada. Descobriu-se que essas estruturas são extremamente semelhantes, até mesmo relacionadas, ao DNA das células bacterianas. Assim, uma sequência semelhante foi encontrada em cianobactérias de vida livre. Em particular, os genes do complexo sintetizador de ATP, bem como nas "máquinas" de transcrição e tradução, mostraram-se extremamente semelhantes.
Promotores que determinam o início da leitura da informação genética do DNA, bem como sequências de nucleotídeos terminais que são responsáveis pela sua terminação, também são organizados à imagem e semelhança das bactérias. É claro que bilhões de anos de transformações evolutivas poderiam fazer muitas mudanças no cloroplasto, mas as sequências nos genes do cloroplasto permaneceram absolutamente as mesmas. E esta é uma prova irrefutável e completa de que os cloroplastos realmente tiveram um ancestral procariótico. Pode ter sido o organismo do qual as cianobactérias modernas também evoluíram.
Desenvolvimento de cloroplastos a partir de proplastídeos
O organoide "adulto" se desenvolve a partir dos proplastídeos. Este é um pequeno, completamente incoloruma organela com apenas alguns mícrons de diâmetro. Ele é cercado por uma membrana de bicamada densa que contém DNA circular específico de cloroplasto. Esses "ancestrais" de organelas não possuem um sistema de membrana interno. Devido ao seu tamanho extremamente pequeno, seu estudo é extremamente difícil e, portanto, há muito poucos dados sobre seu desenvolvimento.
Sabe-se que vários desses protoplastídeos estão presentes no núcleo de cada célula-ovo de animais e plantas. Durante o desenvolvimento do embrião, eles se dividem e são transferidos para outras células. Isso é fácil de verificar: os traços genéticos que estão de alguma forma associados aos plastídios são transmitidos apenas pela linha materna.
A membrana interna do protoplastídeo se projeta para dentro do organoide durante o desenvolvimento. A partir dessas estruturas, crescem as membranas dos tilacóides, responsáveis pela formação dos grânulos e lamelas do estroma do organoide. Na escuridão completa, o protopastídeo começa a se transformar no precursor do cloroplasto (etioplasto). Este organoide primário é caracterizado pelo fato de que uma estrutura cristalina bastante complexa está localizada dentro dele. Assim que a luz atinge a folha da planta, ela é completamente destruída. Depois disso, ocorre a formação da estrutura interna "tradicional" do cloroplasto, que é formada apenas por tilacóides e lamelas.
Diferenças nas plantas de armazenamento de amido
Cada célula do meristema contém vários desses proplastídeos (seu número varia de acordo com o tipo de planta e outros fatores). Assim que esse tecido primário começa a se transformar em folha, as organelas precursoras se transformam em cloroplastos. Então,folhas de trigo jovens que completaram seu crescimento têm cloroplastos na quantidade de 100-150 peças. As coisas são um pouco mais complicadas para aquelas plantas que são capazes de acumular amido.
Eles armazenam esse carboidrato em plastídios chamados amiloplastos. Mas o que essas organelas têm a ver com o tema do nosso artigo? Afinal, os tubérculos de batata não estão envolvidos na fotossíntese! Deixe-me esclarecer essa questão com mais detalhes.
Descobrimos o que é um cloroplasto, ao longo do caminho revelando a conexão desse organoide com as estruturas dos organismos procariontes. Aqui a situação é semelhante: os cientistas descobriram há muito tempo que os amiloplastos, como os cloroplastos, contêm exatamente o mesmo DNA e são formados exatamente pelos mesmos protoplastídeos. Portanto, eles devem ser considerados no mesmo aspecto. Na verdade, os amiloplastos devem ser considerados como um tipo especial de cloroplasto.
Como são formados os amiloplastos?
Pode-se fazer uma analogia entre protoplastídeos e células-tronco. Simplificando, os amiloplastos a partir de algum ponto começam a se desenvolver ao longo de um caminho ligeiramente diferente. Os cientistas, no entanto, aprenderam algo curioso: conseguiram a transformação mútua de cloroplastos de folhas de batata em amiloplastos (e vice-versa). O exemplo canônico, conhecido por todos os alunos, é que os tubérculos de batata ficam verdes na luz.
Outras informações sobre as formas de diferenciação dessas organelas
Sabemos que no processo de amadurecimento dos frutos de tomates, maçãs e algumas outras plantas (e nas folhas de árvores, gramíneas e arbustos no outono)"degradação", quando os cloroplastos em uma célula vegetal se transformam em cromoplastos. Essas organelas contêm pigmentos corantes, carotenóides.
Essa transformação se deve ao fato de que, sob certas condições, os tilacóides são completamente destruídos, após o que a organela adquire uma organização interna diferente. Aqui voltamos novamente à questão que começamos a discutir no início do artigo: a influência do núcleo no desenvolvimento dos cloroplastos. É ele, por meio de proteínas especiais que são sintetizadas no citoplasma das células, que inicia o processo de reestruturação do organoide.
Estrutura do cloroplasto
Tendo falado sobre a origem e desenvolvimento dos cloroplastos, devemos nos debruçar sobre sua estrutura com mais detalhes. Além disso, é muito interessante e merece uma discussão à parte.
A estrutura básica dos cloroplastos consiste em duas membranas de lipoproteínas, interna e externa. A espessura de cada um é de cerca de 7 nm, a distância entre eles é de 20-30 nm. Como no caso de outros plastídios, a camada interna forma estruturas especiais que se projetam para dentro do organoide. Nos cloroplastos maduros, existem dois tipos de membranas "tortuosas" ao mesmo tempo. As primeiras formam lamelas estromais, as últimas formam membranas tilacóides.
Lamela e tilacóides
Deve-se notar que há uma conexão clara que a membrana do cloroplasto tem com formações semelhantes localizadas dentro do organoide. O fato é que algumas de suas dobras podem se estender de uma parede a outra (como nas mitocôndrias). Assim, as lamelas podem formar uma espécie de "bolsa" ou uma ramificaçãorede. No entanto, na maioria das vezes essas estruturas estão localizadas paralelamente umas às outras e não estão conectadas de forma alguma.
Não esqueça que dentro do cloroplasto também existem tilacóides de membrana. Estes são "sacos" fechados que são dispostos em uma pilha. Como no caso anterior, existe uma distância de 20-30 nm entre as duas paredes da cavidade. As colunas desses “sacos” são chamadas de grãos. Cada coluna pode conter até 50 tilacóides e, em alguns casos, há ainda mais. Como as "dimensões" gerais de tais pilhas podem chegar a 0,5 mícrons, às vezes elas podem ser detectadas usando um microscópio de luz comum.
O número total de grãos contidos nos cloroplastos das plantas superiores pode chegar a 40-60. Cada tilacóide adere tão firmemente ao outro que suas membranas externas formam um único plano. A espessura da camada na junção pode ser de até 2 nm. Observe que tais estruturas, que são formadas por tilacóides e lamelas adjacentes, não são incomuns.
Nos locais de contato existe também uma camada, às vezes atingindo os mesmos 2 nm. Assim, os cloroplastos (cuja estrutura e funções são muito complexas) não são uma única estrutura monolítica, mas uma espécie de “estado dentro de um estado”. Em alguns aspectos, a estrutura dessas organelas não é menos complexa do que toda a estrutura celular!
Granas são interligadas precisamente com a ajuda de lamelas. Mas as cavidades dos tilacóides, que formam pilhas, estão sempre fechadas e não se comunicam de forma alguma com a intermembrana.espaço. Como você pode ver, a estrutura dos cloroplastos é bastante complexa.
Quais pigmentos podem ser encontrados nos cloroplastos?
O que pode estar contido no estroma de cada cloroplasto? Existem moléculas de DNA individuais e muitos ribossomos. Nos amiloplastos, é no estroma que se depositam os grãos de amido. Consequentemente, os cromoplastos têm pigmentos de coloração lá. Claro, existem vários pigmentos de cloroplasto, mas o mais comum é a clorofila. É dividido em vários tipos ao mesmo tempo:
- Grupo A (azul-verde). Ocorre em 70% dos casos, está contido nos cloroplastos de todas as plantas superiores e algas.
- Grupo B (amarelo-verde). Os 30% restantes também são encontrados em espécies superiores de plantas e algas.
- Grupos C, D e E são muito mais raros. Encontrado nos cloroplastos de algumas espécies de algas e plantas inferiores.
Não é incomum que algas vermelhas e marrons tenham tipos completamente diferentes de corantes orgânicos em seus cloroplastos. Algumas algas geralmente contêm quase todos os pigmentos de cloroplastos existentes.
Funções do cloroplasto
Claro, sua principal função é converter a energia luminosa em componentes orgânicos. A própria fotossíntese ocorre nos grãos com a participação direta da clorofila. Ele absorve a energia da luz solar, convertendo-a na energia dos elétrons excitados. Este último, tendo seu excesso de suprimento, emite excesso de energia, que é usado para a decomposição da água e a síntese de ATP. Quando a água se decompõe, formam-se oxigénio e hidrogénio. O primeiro, como escrevemos acima, é um subproduto e é liberado no espaço circundante, e o hidrogênio se liga a uma proteína especial, a ferredoxina.
Oxida novamente, transferindo hidrogênio para um agente redutor, que em bioquímica é abreviado como NADP. Assim, sua forma reduzida é NADP-H2. Simplificando, a fotossíntese produz as seguintes substâncias: ATP, NADP-H2 e um subproduto na forma de oxigênio.
O papel energético do ATP
O ATP formado é extremamente importante, pois é o principal "acumulador" de energia que vai para as diversas necessidades da célula. O NADP-H2 contém um agente redutor, hidrogênio, e este composto é capaz de liberá-lo facilmente, se necessário. Simplificando, é um agente redutor químico eficaz: no processo de fotossíntese, ocorrem muitas reações que simplesmente não podem ocorrer sem ele.
A seguir, entram em ação as enzimas do cloroplasto, que atuam no escuro e fora do gran: o hidrogênio do agente redutor e a energia do ATP são usados pelo cloroplasto para iniciar a síntese de várias substâncias orgânicas. Como a fotossíntese ocorre em condições de boa iluminação, os compostos acumulados são usados para as necessidades das próprias plantas durante a hora escura do dia.
Você pode notar corretamente que este processo é suspeitosamente semelhante à respiração em alguns aspectos. Como a fotossíntese é diferente dela? A tabela ajudará você a entender esse problema.
| Itens de comparação | Fotossíntese | Respiração |
| Quando acontece | Somente durante o dia, com luz solar | A qualquer hora |
| Onde vaza | Células contendo clorofila | Todas as células vivas |
| Oxigênio | Destaque | Absorção |
| CO2 | Absorção | Destaque |
| Matéria Orgânica | Síntese, divisão parcial | Só divisão |
| Energia | Engolir | Destaca-se |
É assim que a fotossíntese difere da respiração. A tabela mostra claramente suas principais diferenças.
Alguns "paradoxos"
A maioria das outras reações ocorre ali mesmo, no estroma do cloroplasto. O caminho adicional das substâncias sintetizadas é diferente. Assim, os açúcares simples vão imediatamente além do organoide, acumulando-se em outras partes da célula na forma de polissacarídeos, principalmente amido. Nos cloroplastos, ocorre tanto a deposição de gorduras quanto o acúmulo preliminar de seus precursores, que são então excretados para outras áreas da célula.
Deve ser claramente entendido que todas as reações de fusão requerem uma enorme quantidade de energia. Sua única fonte é a mesma fotossíntese. Este é um processo que muitas vezes requer tanta energia que tem que ser obtida,destruindo as substâncias formadas como resultado da síntese anterior! Assim, a maior parte da energia obtida em seu curso é gasta na realização de muitas reações químicas dentro da própria célula vegetal.
Apenas parte dele é usado para obter diretamente as substâncias orgânicas que a planta leva para seu próprio crescimento e desenvolvimento ou depósitos na forma de gorduras ou carboidratos.
Os cloroplastos são estáticos?
É geralmente aceito que as organelas celulares, incluindo os cloroplastos (cuja estrutura e funções descrevemos em detalhes), estão localizadas estritamente em um só lugar. Isso não é verdade. Os cloroplastos podem se mover pela célula. Assim, com pouca luz, eles tendem a se posicionar perto do lado mais iluminado da célula, em condições de luz média e baixa, podem escolher algumas posições intermediárias em que consigam “captar” mais luz solar. Este fenômeno é chamado de "fototaxia".
Como as mitocôndrias, os cloroplastos são organelas bastante autônomas. Eles têm seus próprios ribossomos, sintetizam uma série de proteínas altamente específicas que são usadas apenas por eles. Existem até complexos enzimáticos específicos, durante o trabalho dos quais são produzidos lipídios especiais, necessários para a construção de conchas de lamelas. Já falamos sobre a origem procariótica dessas organelas, mas deve-se acrescentar que alguns cientistas consideram os cloroplastos como descendentes antigos de alguns organismos parasitas que primeiro se tornaram simbiontes e depois completamentetornaram-se parte integrante da célula.
A importância dos cloroplastos
Para as plantas, é óbvio - esta é a síntese de energia e substâncias que são usadas pelas células vegetais. Mas a fotossíntese é um processo que garante o acúmulo constante de matéria orgânica em escala planetária. A partir de dióxido de carbono, água e luz solar, os cloroplastos podem sintetizar um grande número de compostos complexos de alto peso molecular. Essa habilidade é característica apenas para eles, e uma pessoa ainda está longe de repetir esse processo em condições artificiais.
Toda biomassa na superfície do nosso planeta deve sua existência a essas organelas menores, localizadas nas profundezas das células vegetais. Sem eles, sem o processo de fotossíntese realizado por eles, não haveria vida na Terra em suas manifestações modernas.
Esperamos que você tenha aprendido com este artigo o que é um cloroplasto e qual seu papel em um organismo vegetal.
