Cloroplastos: características, funções e estrutura - Ciência - 2023

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o cloroplastos São um tipo de organelas celulares delimitadas por um complexo sistema de membranas, característico de plantas e algas. Nesse plastídio está a clorofila, o pigmento responsável pelos processos de fotossíntese, pela cor verde das plantas e que permite 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. Também tem papel na produção de substâncias de defesa contra patógenos.

Essa organela fotossintética possui seu próprio genoma circular (DNA) e é proposto 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 procariotos. Essa evidência sugere que a organela se originou de um organismo procariótico com capacidade de fotossintetizar.

Estima-se que o primeiro organismo eucariótico, com capacidade de fotossintetizar, tenha se originado há cerca de 1 bilhão de anos. As evidências indicam que este salto evolutivo importante foi causado pela aquisição de uma cianobactéria por um hospedeiro eucariótico. Este processo deu origem a diferentes linhagens de algas e plantas vermelhas e verdes.

Da mesma forma, eventos de simbiose secundários e terciários são gerados nos quais uma linhagem de eucariotos estabelece uma relação simbiótica com outro eucarioto fotossintético de vida livre.

Durante o curso da evolução, o genoma da bactéria putativa foi encurtado e alguns de seus genes foram transferidos e integrados ao genoma do núcleo.

A organização do atual genoma do cloroplasto lembra a de um procarionte, porém também possui atributos do material genético dos eucariotos.

A teoria endossimbiótica

A teoria endossimbiótica foi proposta por Lynn Margulis em uma série de livros publicados entre os anos 60 e 80. No entanto, era uma ideia que já vinha sendo utilizada desde 1900, proposta por Mereschkowsky.

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

Não há muitas evidências para apoiar a origem endossimbiótica de corpos basais de procariotos móveis.

Em contraste, há evidências significativas que apóiam a origem endossimbiótica das mitocôndrias de α-Proteobactérias e cloroplastos de cianobactérias. A evidência mais clara e forte é a semelhança entre os dois genomas.

Características gerais dos cloroplastos

Os cloroplastos são o tipo mais conspícuo de plastídios nas células vegetais. São estruturas ovais rodeadas por membranas e dentro delas ocorre o mais famoso processo de eucariotos autotróficos: a fotossíntese. São estruturas dinâmicas e possuem material genético próprio.

Eles geralmente estão localizados nas folhas das plantas. Uma célula vegetal típica pode ter de 10 a 100 cloroplastos, embora o número seja bastante variável.

Como as mitocôndrias, a herança de cloroplastos dos pais para os filhos ocorre por um dos pais e não por ambos. Na verdade, essas organelas são bastante semelhantes às mitocôndrias de várias maneiras, embora mais complexas.

Estrutura (partes)

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

Eles são circundados 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 junção dos tilacóides em pilhas é chamada de "grana" e eles estão conectados uns aos outros.

Graças a este sistema triplo de membranas, a estrutura interna do cloroplasto é complexa e está dividida em três espaços: o espaço intermembrana (entre as duas membranas externas), o estroma (encontrado no cloroplasto e fora da membrana tilacóide) e por durar 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 a organela. A fosfeditilcolina e a fosfatidez / glicerol são os lípidos mais abundantes nas membranas dos cloroplastos.

A membrana externa contém uma série de poros. Moléculas pequenas podem entrar livremente nesses canais. A membrana interna, por sua vez, 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 na 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 os consideram exclusivos de plantas com metabolismo C4, embora tenham sido encontrados em plantas C3.

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

Membrana tilacóide

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 os tilacóides.

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 da mitocôndria.

A membrana tilacóide é composta por quatro tipos de lipídios: monogalactosil diacilglicerol, digalactosil diacilglicerol, sulfoquinovosil diacilglicerol e fosfatidilglicerol. Cada tipo cumpre uma função especial na bicamada lipídica desta seção.

Tilacóides

Os tilacóides são estruturas membranosas na forma de sacos ou discos planos que são empilhados em uma "cochonilha”(O plural desta estrutura é granum) Esses discos têm um diâmetro de 300 a 600 nm. O espaço interno do tilacóide é denominado lúmen.

A arquitetura da pilha de tilacóide ainda é debatida. Dois modelos são propostos: o primeiro é o modelo helicoidal, no qual os tilacóides são enrolados entre os grãos em forma de hélice.

Em contraste, o outro modelo propõe uma bifurcação. Essa hipótese sugere que os grana são formados por bifurcações do estroma.

Stroma

O estroma é o fluido gelatinoso que envolve os tilacóides e está localizado na região interna do cloroplasto. Essa região corresponde ao citosol da suposta bactéria que deu origem a esse tipo de plastídio.

Nesta área estão as moléculas de DNA e uma grande quantidade de proteínas e enzimas. Especificamente, existem 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

Os ribossomos do cloroplasto são encontrados no estroma, uma vez que essas estruturas sintetizam suas próprias proteínas.

Genoma

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

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

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

Rubisco (ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase / oxigenase) é um complexo enzimático crucial no ciclo de Calvin. Na verdade, é considerada a proteína mais abundante do planeta Terra.

Os RNAs de transferência e ribossômicos são usados na tradução de RNAs de mensagem que são codificados no genoma do cloroplasto. Inclui RNAs ribossômicos 23S, 16S, 5S e 4.5S e RNAs de transferência. Ele também codifica 20 proteínas ribossômicas e certas subunidades da RNA polimerase.

No entanto, certos elementos necessários ao funcionamento do cloroplasto são codificados no genoma nuclear da célula vegetal.

Características

Os cloroplastos podem ser considerados importantes centros metabólicos nas plantas, onde ocorrem múltiplas reações bioquímicas graças ao amplo espectro de enzimas e proteínas ancoradas às membranas que essas organelas contêm.

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

Uma série de funções biossintéticas secundárias também ocorrem nos cloroplastos. Abaixo, discutiremos cada função em detalhes:

Fotossíntese

A fotossíntese ocorre graças à clorofila. Esse pigmento é encontrado dentro dos cloroplastos, nas membranas dos tilacóides.

É composto por duas partes: um anel e uma cauda. O anel contém magnésio e é responsável pela absorção da luz. Ele pode absorver luz azul e luz vermelha, refletindo a área verde do espectro de 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 do tilacóide. A clorofila obtém seus elétrons de uma molécula de água.

Esse processo resulta na formação de um gradiente eletroquímico que permite a síntese de ATP no estroma. Esta fase também é conhecida como "luz".

A segunda parte da fotossíntese (ou fase escura) ocorre no estroma e continua no citosol. Também conhecidas como reações de fixação de carbono. Nesta fase, os produtos das reações anteriores são usados para construir carboidratos a partir de CO₂.

Síntese de biomoléculas

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

Nessa organela ocorre a assimilação de nitratos e sulfatos, que possuem as enzimas necessárias para a síntese de aminoácidos, fitormônios, vitaminas, ácidos graxos, clorofila e carotenóides.

Certos estudos identificaram um número significativo de aminoácidos sintetizados por esta organela. Kirk e colegas estudaram a produção de aminoácidos em cloroplastos de Vicia faba EU.

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.

Diferentes genes envolvidos na síntese de lipídios foram isolados. Os cloroplastos possuem as vias necessárias para a síntese de lipídios isoprenóides, essenciais para a produção de clorofila e outros pigmentos.

Defesa contra patógenos

As plantas não possuem um sistema imunológico desenvolvido semelhante ao dos animais. Portanto, as estruturas celulares devem produzir substâncias antimicrobianas para se defenderem de agentes nocivos. Para tanto, 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, funcionam como "sensores moleculares" e participam de mecanismos de alerta, comunicando informações a outras organelas.

Outros plastídios

Os cloroplastos pertencem a uma família de organelas vegetais chamadas plastídios ou plastídios. Os cloroplastos diferem principalmente do resto dos plastídios por terem o pigmento clorofila. Os outros plastídios são:

-Os cromoplastos: essas estruturas contêm carotenóides, eles estão presentes em flores e flores. Graças a esses pigmentos, as estruturas das plantas apresentam as cores amarela, laranja e vermelha.

-Leucoplastos: esses plastídios não contêm pigmentos e, portanto, são brancos. Eles servem como reserva e são encontrados em órgãos que não recebem luz direta.

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

Os plastídeos se originam de estruturas chamadas protoplastídeos. Uma das características mais surpreendentes dos plastídios é sua propriedade de mudar de tipo, mesmo que já estejam em um estágio maduro. Essa mudança é desencadeada por sinais ambientais ou intrínsecos da planta.

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

Referências

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