El mundo vegetal es una de las principales riquezas de nuestro planeta. Es gracias a la flora de la Tierra que hay oxígeno que todos respiramos, hay una enorme base alimenticia de la que dependen todos los seres vivos. Las plantas son únicas porque pueden convertir compuestos químicos inorgánicos en sustancias orgánicas.
Lo hacen a través de la fotosíntesis. Este proceso más importante tiene lugar en orgánulos vegetales específicos, los cloroplastos. Este elemento más pequeño en realidad asegura la existencia de toda la vida en el planeta. Por cierto, ¿qué es un cloroplasto?
Definición básica
Este es el nombre de las estructuras específicas en las que tienen lugar los procesos de fotosíntesis, que tienen como objetivo la unión del dióxido de carbono y la formación de ciertos carbohidratos. El subproducto es oxígeno. Estos son orgánulos alargados, que alcanzan un ancho de 2 a 4 micrones, su longitud alcanza los 5 a 10 micrones. ¡Algunas especies de algas verdes a veces tienen cloroplastos gigantes de 50 micrones de largo!
Las mismas algas pueden tenerotra característica: para toda la célula tienen un solo orgánulo de esta especie. En las células de las plantas superiores, la mayoría de las veces hay entre 10 y 30 cloroplastos. Sin embargo, en su caso, puede haber excepciones llamativas. Entonces, en el tejido de empalizada del cormorán moñudo ordinario hay 1000 cloroplastos por célula. ¿Para qué sirven estos cloroplastos? La fotosíntesis es su papel principal, pero lejos de ser el único. Para comprender claramente su significado en la vida vegetal, es importante conocer muchos aspectos de su origen y desarrollo. Todo esto se describe en el resto del artículo.
El origen del cloroplasto
Entonces, aprendimos qué es un cloroplasto. ¿De dónde vienen estos orgánulos? ¿Cómo sucedió que las plantas desarrollaron un aparato tan único que convierte el dióxido de carbono y el agua en compuestos orgánicos complejos?
Actualmente, entre los científicos prevalece el punto de vista del origen endosimbiótico de estos orgánulos, ya que su aparición independiente en las células vegetales es bastante dudosa. Es bien sabido que el liquen es una simbiosis de algas y hongos. Las algas unicelulares viven dentro de la célula del hongo. Ahora, los científicos sugieren que en la antigüedad, las cianobacterias fotosintéticas penetraron en las células vegetales y luego perdieron parcialmente su "independencia", transfiriendo la mayor parte del genoma al núcleo.
Pero el nuevo organoide conservó su característica principal en su totalidad. Se trata sólo del proceso de fotosíntesis. Sin embargo, el propio aparato, necesario para llevar a cabo este proceso, se forma bajocontrol tanto del núcleo celular como del propio cloroplasto. Por lo tanto, la división de estos orgánulos y otros procesos asociados con la implementación de la información genética en el ADN están controlados por el núcleo.
Evidencia
Relativamente recientemente, la hipótesis del origen procariótico de estos elementos no era muy popular en la comunidad científica, muchos la consideraban "invenciones de aficionados". Pero después de un análisis en profundidad de las secuencias de nucleótidos en el ADN de los cloroplastos, esta suposición se confirmó brillantemente. Resultó que estas estructuras son extremadamente similares, incluso relacionadas, con el ADN de las células bacterianas. Entonces, se encontró una secuencia similar en las cianobacterias de vida libre. En particular, los genes del complejo sintetizador de ATP, así como en las "máquinas" de transcripción y traducción, resultaron ser extremadamente similares.
Los promotores que determinan el inicio de la lectura de la información genética del ADN, así como las secuencias de nucleótidos terminales que son responsables de su terminación, también están organizados a imagen y semejanza de los bacterianos. Por supuesto, miles de millones de años de transformaciones evolutivas podrían generar muchos cambios en el cloroplasto, pero las secuencias en los genes del cloroplasto permanecieron absolutamente iguales. Y esta es una prueba irrefutable y completa de que los cloroplastos tuvieron una vez un antepasado procariótico. Puede haber sido el organismo del que también evolucionaron las cianobacterias modernas.
Desarrollo de cloroplastos a partir de proplastidios
El organoide "adulto" se desarrolla a partir de proplastidios. Este es un pequeño, completamente incoloro.un orgánulo que tiene solo unas pocas micras de ancho. Está rodeado por una membrana bicapa densa que contiene ADN circular específico de cloroplasto. Estos "ancestros" de los orgánulos no tienen un sistema de membrana interna. Debido a su tamaño extremadamente pequeño, su estudio es extremadamente difícil y, por lo tanto, hay muy pocos datos sobre su desarrollo.
Se sabe que varios de estos protoplastidios están presentes en el núcleo de cada óvulo de animales y plantas. Durante el desarrollo del embrión, se dividen y se transfieren a otras células. Esto es fácil de verificar: los rasgos genéticos que de alguna manera están asociados con los plástidos se transmiten solo a través de la línea materna.
La membrana interna del protoplasto sobresale en el organoide durante el desarrollo. A partir de estas estructuras crecen las membranas tilacoides, que son las responsables de la formación de gránulos y laminillas del estroma del organoide. En completa oscuridad, el protopástido comienza a transformarse en el precursor del cloroplasto (etioplasto). Este organoide primario se caracteriza por el hecho de que en su interior se encuentra una estructura cristalina bastante compleja. Tan pronto como la luz golpea la hoja de la planta, se destruye por completo. Después de eso, se produce la formación de la estructura interna "tradicional" del cloroplasto, que está formada únicamente por tilacoides y laminillas.
Diferencias en las plantas de almacenamiento de almidón
Cada célula de meristemo contiene varios de estos proplastidios (su número varía según el tipo de planta y otros factores). Tan pronto como este tejido primario comienza a transformarse en una hoja, los orgánulos precursores se convierten en cloroplastos. Asi que,las hojas jóvenes de trigo que han completado su crecimiento tienen cloroplastos en la cantidad de 100-150 piezas. La cosa es un poco más complicada para aquellas plantas que son capaces de acumular almidón.
Almacenan este carbohidrato en plástidos llamados amiloplastos. Pero, ¿qué tienen que ver estos orgánulos con el tema de nuestro artículo? ¡Después de todo, los tubérculos de papa no están involucrados en la fotosíntesis! Permítanme aclarar este tema con más detalle.
Descubrimos qué es un cloroplasto, y en el camino revelamos la conexión de este organoide con las estructuras de los organismos procarióticos. Aquí la situación es similar: los científicos descubrieron hace mucho tiempo que los amiloplastos, como los cloroplastos, contienen exactamente el mismo ADN y se forman a partir de exactamente los mismos protoplástidos. Por lo tanto, deben ser considerados en el mismo aspecto. De hecho, los amiloplastos deben considerarse como un tipo especial de cloroplasto.
¿Cómo se forman los amiloplastos?
Se puede establecer una analogía entre los protoplastos y las células madre. En pocas palabras, los amiloplastos desde algún punto comienzan a desarrollarse a lo largo de un camino ligeramente diferente. Los científicos, sin embargo, aprendieron algo curioso: lograron lograr la transformación mutua de cloroplastos de hojas de patata en amiloplastos (y viceversa). El ejemplo canónico, conocido por todos los escolares, es que los tubérculos de patata se vuelven verdes a la luz.
Otra información sobre las formas de diferenciación de estos orgánulos
Sabemos que en el proceso de maduración de los frutos de los tomates, manzanas y algunas otras plantas (y en las hojas de los árboles, pastos y arbustos en el otoño)"degradación", cuando los cloroplastos de una célula vegetal se convierten en cromoplastos. Estos orgánulos contienen pigmentos colorantes, carotenoides.
Esta transformación se debe al hecho de que, bajo ciertas condiciones, los tilacoides se destruyen por completo, después de lo cual el orgánulo adquiere una organización interna diferente. Aquí volvemos nuevamente al tema que comenzamos a discutir al principio del artículo: la influencia del núcleo en el desarrollo de los cloroplastos. Es ella, a través de proteínas especiales que se sintetizan en el citoplasma de las células, la que inicia el proceso de reestructuración del organoide.
Estructura de cloroplasto
Habiendo hablado sobre el origen y desarrollo de los cloroplastos, debemos detenernos en su estructura con más detalle. Además, es muy interesante y merece una discusión aparte.
La estructura básica de los cloroplastos consta de dos membranas de lipoproteínas, interna y externa. El grosor de cada uno es de unos 7 nm, la distancia entre ellos es de 20-30 nm. Como en el caso de otros plástidos, la capa interna forma estructuras especiales que sobresalen en el organoide. En los cloroplastos maduros, hay dos tipos de membranas "tortuosas" a la vez. Los primeros forman láminas estromales, los segundos forman membranas tilacoides.
Laminillas y tilacoides
Cabe señalar que existe una clara conexión que tiene la membrana del cloroplasto con formaciones similares ubicadas dentro del organoide. El caso es que algunos de sus pliegues pueden extenderse de una pared a otra (como en las mitocondrias). Así que las laminillas pueden formar una especie de "bolsa" o ramificadored. Sin embargo, la mayoría de las veces estas estructuras están ubicadas paralelas entre sí y no están conectadas de ninguna manera.
No olvides que dentro del cloroplasto también hay tilacoides de membrana. Estas son "bolsas" cerradas que están dispuestas en una pila. Como en el caso anterior, existe una distancia de 20-30 nm entre las dos paredes de la cavidad. Las columnas de estas "bolsas" se llaman granos. Cada columna puede contener hasta 50 tilacoides y, en algunos casos, incluso más. Dado que las "dimensiones" generales de dichas pilas pueden alcanzar los 0,5 micrones, a veces se pueden detectar con un microscopio de luz normal.
El número total de granos contenidos en los cloroplastos de las plantas superiores puede llegar a 40-60. Cada tilacoides se adhiere con tanta fuerza al otro que sus membranas externas forman un solo plano. El espesor de la capa en la unión puede ser de hasta 2 nm. Tenga en cuenta que tales estructuras, que están formadas por tilacoides y láminas adyacentes, no son infrecuentes.
En los lugares de su contacto también hay una capa, que a veces alcanza los mismos 2 nm. Por lo tanto, los cloroplastos (cuya estructura y funciones son muy complejas) no son una estructura monolítica única, sino una especie de "estado dentro de un estado". ¡En algunos aspectos, la estructura de estos orgánulos no es menos compleja que la estructura celular completa!
Granas se interconectan precisamente con la ayuda de láminas. Pero las cavidades de los tilacoides, que forman pilas, siempre están cerradas y no se comunican con la intermembrana de ninguna manera.espacio. Como puede ver, la estructura de los cloroplastos es bastante compleja.
¿Qué pigmentos se pueden encontrar en los cloroplastos?
¿Qué puede contener el estroma de cada cloroplasto? Hay moléculas de ADN individuales y muchos ribosomas. En los amiloplastos, es en el estroma donde se depositan los granos de almidón. En consecuencia, los cromoplastos tienen allí pigmentos colorantes. Por supuesto, hay varios pigmentos de cloroplastos, pero el más común es la clorofila. Se divide en varios tipos a la vez:
- Grupo A (azul-verde). Ocurre en el 70% de los casos, está contenido en los cloroplastos de todas las plantas superiores y algas.
- Grupo B (amarillo-verde). El 30% restante también se encuentra en especies superiores de plantas y algas.
- Los grupos C, D y E son mucho más raros. Se encuentra en los cloroplastos de algunas especies de algas inferiores y plantas.
No es raro que las algas rojas y marrones tengan tipos completamente diferentes de tintes orgánicos en sus cloroplastos. Algunas algas generalmente contienen casi todos los pigmentos de cloroplasto existentes.
Funciones de los cloroplastos
Por supuesto, su función principal es convertir la energía luminosa en componentes orgánicos. La fotosíntesis en sí ocurre en los granos con la participación directa de la clorofila. Absorbe la energía de la luz solar, convirtiéndola en la energía de los electrones excitados. Estos últimos, al tener su exceso de suministro, desprenden un exceso de energía, que se utiliza para la descomposición del agua y la síntesis de ATP. Cuando el agua se descompone, se forman oxígeno e hidrógeno. El primero, como escribimos anteriormente, es un subproducto y se libera en el espacio circundante, y el hidrógeno se une a una proteína especial, la ferredoxina.
Se oxida nuevamente, transfiriendo hidrógeno a un agente reductor, que en bioquímica se abrevia como NADP. En consecuencia, su forma reducida es NADP-H2. En pocas palabras, la fotosíntesis produce las siguientes sustancias: ATP, NADP-H2 y un subproducto en forma de oxígeno.
El papel energético del ATP
El ATP formado es sumamente importante, ya que es el principal "acumulador" de energía que va a las diversas necesidades de la célula. NADP-H2 contiene un agente reductor, hidrógeno, y este compuesto es capaz de desprenderse fácilmente si es necesario. En pocas palabras, es un agente reductor químico eficaz: en el proceso de fotosíntesis, tienen lugar muchas reacciones que simplemente no pueden continuar sin él.
A continuación, entran en juego las enzimas del cloroplasto, que actúan en la oscuridad y fuera de la gran: el hidrógeno del agente reductor y la energía del ATP son utilizados por el cloroplasto para iniciar la síntesis de una serie de sustancias orgánicas. Dado que la fotosíntesis ocurre en condiciones de buena iluminación, los compuestos acumulados se utilizan para las necesidades de las propias plantas durante la oscuridad del día.
Puedes notar correctamente que este proceso es sospechosamente similar a respirar en algunos aspectos. ¿En qué se diferencia la fotosíntesis de ella? La tabla le ayudará a comprender este problema.
| Artículos de comparación | Fotosíntesis | Respiración |
| Cuando sucede | Solo durante el día, a la luz del sol | En cualquier momento |
| Donde se filtra | Células que contienen clorofila | Todas las células vivas |
| Oxígeno | Res altar | Absorción |
| CO2 | Absorción | Res altar |
| Materia orgánica | Síntesis, división parcial | Solo dividir |
| Energía | Tragarse | Destaca |
Así es como la fotosíntesis difiere de la respiración. La tabla muestra claramente sus principales diferencias.
Algunas "paradojas"
La mayoría de las reacciones posteriores tienen lugar allí mismo, en el estroma del cloroplasto. La ruta posterior de las sustancias sintetizadas es diferente. Entonces, los azúcares simples van inmediatamente más allá del organoide, acumulándose en otras partes de la célula en forma de polisacáridos, principalmente almidón. En los cloroplastos se produce tanto el depósito de grasas como la acumulación preliminar de sus precursores, que luego se excretan a otras zonas de la célula.
Debe entenderse claramente que todas las reacciones de fusión requieren una enorme cantidad de energía. Su única fuente es la misma fotosíntesis. Este es un proceso que a menudo requiere tanta energía que tiene que ser obtenido,destruyendo las sustancias formadas como resultado de la síntesis anterior! Así, la mayor parte de la energía que se obtiene en su curso se gasta en llevar a cabo muchas reacciones químicas dentro de la propia célula vegetal.
Solo una parte se utiliza para obtener directamente aquellas sustancias orgánicas que la planta toma para su propio crecimiento y desarrollo o deposita en forma de grasas o carbohidratos.
¿Los cloroplastos son estáticos?
En general, se acepta que los orgánulos celulares, incluidos los cloroplastos (cuya estructura y funciones hemos descrito en detalle), están ubicados estrictamente en un solo lugar. Esto no es verdad. Los cloroplastos pueden moverse alrededor de la célula. Así, en condiciones de poca luz, tienden a tomar una posición cerca del lado más iluminado de la celda, en condiciones de luz media y baja, pueden elegir algunas posiciones intermedias en las que logran “atrapar” la mayor cantidad de luz solar. Este fenómeno se denomina "fototaxis".
Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos son organelos bastante autónomos. Tienen sus propios ribosomas, sintetizan una serie de proteínas altamente específicas que solo ellos utilizan. Incluso hay complejos enzimáticos específicos, durante cuyo trabajo se producen lípidos especiales, que son necesarios para la construcción de cubiertas de láminas. Ya hemos hablado del origen procariótico de estos orgánulos, pero cabe añadir que algunos científicos consideran que los cloroplastos son antiguos descendientes de unos organismos parásitos que primero se convirtieron en simbiontes y luego completamentese han convertido en una parte integral de la célula.
La importancia de los cloroplastos
Para las plantas, es obvio: esta es la síntesis de energía y sustancias que utilizan las células vegetales. Pero la fotosíntesis es un proceso que asegura la constante acumulación de materia orgánica a escala planetaria. A partir de dióxido de carbono, agua y luz solar, los cloroplastos pueden sintetizar una gran cantidad de compuestos complejos de alto peso molecular. Esta habilidad es característica solo para ellos, y una persona aún está lejos de repetir este proceso en condiciones artificiales.
Toda la biomasa en la superficie de nuestro planeta debe su existencia a estos orgánulos más pequeños, que se encuentran en las profundidades de las células vegetales. Sin ellos, sin el proceso de fotosíntesis que llevan a cabo, no habría vida en la Tierra en sus manifestaciones modernas.
Esperamos que haya aprendido de este artículo qué es un cloroplasto y cuál es su papel en un organismo vegetal.
