Cloroplastos: características, funções e estrutura

Os cloroplastos são um tipo de organelos celulares característicos delimitados por um sistema de membrana de complexo de plantas e algas. Neste plastídeo está a clorofila, pigmento responsável pelos processos de fotossíntese, a cor verde dos vegetais e permitindo a vida autotrófica dessas linhagens.

Além disso, os cloroplastos estão relacionados à geração de energia metabólica (ATP – trifosfato de adenosina), síntese de aminoácidos, vitaminas, ácidos graxos, componentes lipídicos de suas membranas e redução de nitritos. Ele também tem um papel na produção de substâncias de defesa de patógenos.

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Cloroplasto Por Miguelsierra [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) ou CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], do Wikimedia Commons

Essa organela fotossintética possui seu próprio genoma circular (DNA) e afirma-se que, como as mitocôndrias , elas se originaram de um processo de simbiose entre um hospedeiro e uma bactéria fotossintética ancestral.

Origem

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

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

Da mesma forma, são propostos eventos de simbiose secundária e terciária nos quais uma linhagem eucariótica estabelece uma relação simbiótica com outro eucariótico fotossintético de vida livre.

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

A organização do genoma dos cloroplastos atuais lembra a de um procariótico, mas também possui atributos do material genético eucariótico.

Teoria endossimbiótica

A teoria endossimbiótica foi proposta por Lynn Margulis em uma série de livros publicados entre as décadas de 60 e 80. No entanto, era uma idéia que vinha ocorrendo desde 1900, proposta por Mereschkowsky.

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

Não há muita evidência para apoiar a origem endossimbiótica de corpos basais de procariontes móveis.

Por outro lado, existem evidências importantes que apoiam a origem endossimbiótica das mitocôndrias de α-Proteobacteria e cloroplastos de cianobactérias. A evidência mais clara e mais forte é a semelhança entre os dois genomas.

Características gerais dos cloroplastos

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Os cloroplastos são o tipo mais visível de plastídeo nas células vegetais . São estruturas ovais cercadas por membranas e no interior do processo mais famoso de eucariotos autotróficos ocorre: a fotossíntese. São estruturas dinâmicas e têm 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 a mitocôndria, a herança dos cloroplastos de pais para filhos ocorre por um dos pais e não por ambos. De fato, essas organelas são bastante semelhantes às mitocôndrias em vários aspectos, embora mais complexas.

Estrutura (peças)

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Cloroplasto Por Gmsotavio [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) ou GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], do Wikimedia Commons

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

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Eles são cercados 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 em pilhas é chamada “grana” e elas são conectadas umas às outras.

Graças a esse sistema de membrana tripla, a estrutura interna do cloroplasto é complexa e é dividida em três espaços: o espaço intermembranar (entre as duas membranas externas), o estroma (encontrado no cloroplasto e fora da membrana do tilacóide) e por Por último, o lúmen do tilacóide.

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 os organelos. A fospaditilcolina e o fosfatilglicerol 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 desse 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, existe uma estrutura chamada retículo periférico, formada por uma rede de membranas, originada especificamente da membrana interna do cloroplasto. Alguns autores as consideram únicas para plantas com metabolismo C4, embora tenham sido encontradas em plantas C3.

A função desses túbulos e vesículas ainda não está clara. Propõe-se que eles possam contribuir para o transporte rápido de metabólitos e proteínas dentro do cloroplasto ou aumentar a superfície da membrana interna.

Membrana tilacóide

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Membrana tilacoide. Tameeria sur Wikipédia anglais [Domínio público], via Wikimedia Commons

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 tilacóide.

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

A membrana tilacóide 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

Tilacoides são estruturas membranosas na forma de sacos ou discos planos que são empilhados em uma ” grana ” (o plural dessa estrutura é granum ). Esses discos têm um diâmetro de 300 a 600 nm. No espaço interno do tilacóide é chamado de lúmen.

A arquitetura do empilamento de tilacóides ainda é debatida. Dois modelos são propostos: o primeiro é o modelo helicoidal, no qual os tilacóides são enrolados entre os grânulos em forma de hélice.

Por outro lado, o outro modelo propõe um garfo. Essa hipótese sugere que a avó é formada por bifurcações do estroma.

Stroma

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

Nesta área estão as moléculas de DNA e muitas proteínas e enzimas. Especificamente, são as enzimas que participam do ciclo de Calvin, para a fixação do dióxido de carbono no processo fotossintético. Grânulos de amido também podem ser encontrados

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No estroma estão os ribossomos dos cloroplastos, pois essas estruturas sintetizam suas próprias proteínas.

Genoma

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

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

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

A rubisco (ribulose-1,5-bifosfato 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 ribossômicos são usados ​​na tradução de RNAs mensageiros que são codificados no genoma do cloroplasto. Inclui RNAs ribossômicos 23S, 16S, 5S e 4.5S e 30 RNAs de transferência. 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 ligadas à membrana que essas organelas contêm.

Eles têm uma função crítica nos organismos vegetais: é o local onde ocorrem os processos fotossintéticos, onde a luz solar é transformada em carboidratos , tendo o oxigênio como produto secundário.

Uma série de funções secundárias de biossíntese também ocorre nos cloroplastos. A seguir, discutiremos detalhadamente cada função:

Fotossíntese

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Fotossíntese (esquerda) e respiração (direita). Imagem da direita tirada da BBC

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 da luz. Ele pode absorver a luz azul e a luz vermelha, refletindo a área verde do espectro da luz.

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

Esse processo resulta na formação de um gradiente eletroquímico que permite a síntese de ATP no estroma. Essa 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 fase, os produtos das reações anteriores são usados ​​para construir carboidratos a partir de CO 2 .

Síntese de biomoléculas

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

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

Alguns estudos identificaram um número significativo de aminoácidos sintetizados por essa organela. Kirk e colaboradores estudaram a produção de aminoácidos nos cloroplastos de Vicia faba L.

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

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

Defesa de Patógenos

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

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

Da mesma forma, eles funcionam como “sensores moleculares” e participam de mecanismos de alerta, comunicando as informações a outras organelas.

Outros plastídeos

Os cloroplastos pertencem a uma família de organelas vegetais chamadas plastídeos ou plastídeos. Os cloroplastos diferem principalmente do restante dos plastídeos por possuir o pigmento clorofila. Os outros plastídeos são:

-As cromoplastos : estas estruturas contêm carotenóides estão presentes em flores e flores. Graças a esses pigmentos, as estruturas das plantas têm cores amarela, laranja e vermelha.

-As leucoplastos : Estes plastídeos não contêm pigmentos e, portanto, são de cor branca. Eles servem como reserva e são encontrados em órgãos que não recebem luz direta.

-Amiloplastos: contêm amido e são encontrados nas raízes e nos tubérculos.

Os plastídeos se originam de estruturas chamadas protoplastidas. Uma das características mais surpreendentes dos plastídeos é sua propriedade de mudar de tipo, mesmo que já estejam no estágio maduro. Essa alteração é desencadeada por sinais ambientais ou intrínsecos da planta.

Por exemplo, os cloroplastos são capazes de dar origem a cromoplastos. Para essa alteração, a membrana tilacóide se desintegra e os carotenóides são sintetizados.

Referências

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