Los cloroplastos son estructuras de membrana en las que tiene lugar la fotosíntesis. Este proceso en plantas superiores y cianobacterias permitió que el planeta mantuviera la capacidad de sustentar la vida utilizando dióxido de carbono y reponiendo la concentración de oxígeno. La fotosíntesis en sí tiene lugar en estructuras como los tilacoides. Estos son los "módulos" de membrana de los cloroplastos, en los que tiene lugar la transferencia de protones, la fotólisis del agua, la glucosa y la síntesis de ATP.
Estructura de los cloroplastos vegetales
Los cloroplastos se denominan estructuras de doble membrana que se encuentran en el citoplasma de las células vegetales y las clamidomonas. Por el contrario, las células de cianobacterias realizan la fotosíntesis en los tilacoides y no en los cloroplastos. Este es un ejemplo de un organismo subdesarrollado que puede proporcionar su nutrición a través de enzimas de fotosíntesis ubicadas en protuberancias del citoplasma.
Según su estructura, el cloroplasto es un orgánulo de dos membranas en forma de burbuja. Se encuentran en gran número en las células de las plantas fotosintéticas y se desarrollan únicamente en el caso decontacto con la luz ultravioleta. Dentro del cloroplasto se encuentra su estroma líquido. En su composición, se parece al hialoplasma y consta de un 85% de agua, en la que se disuelven los electrolitos y se suspenden las proteínas. El estroma de los cloroplastos contiene tilacoides, estructuras en las que proceden directamente las fases clara y oscura de la fotosíntesis.
Aparato hereditario de cloroplastos
Junto a los tilacoides hay gránulos con almidón, que es producto de la polimerización de la glucosa obtenida como resultado de la fotosíntesis. Libremente en el estroma hay ADN plástido junto con ribosomas dispersos. Puede haber varias moléculas de ADN. Junto con el aparato biosintético, se encargan de restaurar la estructura de los cloroplastos. Esto sucede sin utilizar la información hereditaria del núcleo celular. Este fenómeno también permite juzgar la posibilidad de crecimiento y reproducción independientes de los cloroplastos en el caso de la división celular. Por lo tanto, los cloroplastos, en algunos aspectos, no dependen del núcleo celular y representan, por así decirlo, un organismo subdesarrollado simbiótico.
Estructura de los tilacoides
Los tilacoides son estructuras de membrana en forma de disco ubicadas en el estroma de los cloroplastos. En las cianobacterias se ubican completamente sobre invaginaciones de la membrana citoplasmática, ya que no poseen cloroplastos independientes. Hay dos tipos de tilacoides: el primero es un tilacoides con un lumen, y el segundo es uno lamelar. El tilacoide con un lumen es más pequeño en diámetro y es un disco. Varios tilacoides dispuestos verticalmente forman una grana.
Los tilacoides lamelares son placas anchas que no tienen lumen. Pero son una plataforma a la que se unen múltiples granos. En ellos, la fotosíntesis prácticamente no ocurre, ya que son necesarios para formar una estructura fuerte que sea resistente al daño mecánico de la célula. En total, los cloroplastos pueden contener de 10 a 100 tilacoides con un lumen capaz de realizar la fotosíntesis. Los propios tilacoides son las estructuras elementales responsables de la fotosíntesis.
El papel de los tilacoides en la fotosíntesis
Las reacciones más importantes de la fotosíntesis tienen lugar en los tilacoides. El primero es el desdoblamiento por fotólisis de la molécula de agua y la síntesis de oxígeno. El segundo es el tránsito de un protón a través de la membrana a través del complejo molecular citocromo b6f y la cadena de electrotransporte. También en los tilacoides tiene lugar la síntesis de la molécula de ATP de alta energía. Este proceso ocurre con el uso de un gradiente de protones que se ha desarrollado entre la membrana tilacoide y el estroma del cloroplasto. Esto significa que las funciones de los tilacoides permiten realizar toda la fase luminosa de la fotosíntesis.
Fase luminosa de la fotosíntesis
Una condición necesaria para la existencia de la fotosíntesis es la capacidad de crear un potencial de membrana. Se logra mediante la transferencia de electrones y protones, por lo que se crea un gradiente de H+ 1000 veces mayor que en las membranas mitocondriales. Es más ventajoso tomar electrones y protones de las moléculas de agua para crear un potencial electroquímico en una celda. Bajo la acción de un fotón ultravioleta sobre las membranas de los tilacoides, éste se vuelve disponible. Se elimina un electrón de una molécula de agua, lo queadquiere carga positiva, y por lo tanto, para neutralizarla, es necesario dejar caer un protón. Como resultado, 4 moléculas de agua se descomponen en electrones, protones y forman oxígeno.
La cadena de procesos de fotosíntesis
Después de la fotólisis del agua, la membrana se recarga. Los tilacoides son estructuras que pueden tener un pH ácido durante la transferencia de protones. En este momento, el pH en el estroma del cloroplasto es ligeramente alcalino. Esto genera un potencial electroquímico que hace posible la síntesis de ATP. Las moléculas de trifosfato de adenosina se utilizarán más tarde para las necesidades energéticas y la fase oscura de la fotosíntesis. En particular, la célula usa ATP para utilizar dióxido de carbono, lo que se logra mediante su condensación y síntesis de moléculas de glucosa basadas en ellas.
En la fase oscura, NADP-H+ se reduce a NADP. En total, la síntesis de una molécula de glucosa requiere 18 moléculas de ATP, 6 moléculas de dióxido de carbono y 24 protones de hidrógeno. Esto requiere fotólisis de 24 moléculas de agua para utilizar 6 moléculas de dióxido de carbono. Este proceso te permite liberar 6 moléculas de oxígeno, que luego serán utilizadas por otros organismos para sus necesidades energéticas. Al mismo tiempo, los tilacoides son (en biología) un ejemplo de estructura de membrana que permite el uso de la energía solar y un potencial transmembrana con un gradiente de pH para convertirlos en la energía de los enlaces químicos.
