Si chiamano cloroplasti. Cloroplasti. Il ruolo energetico dell'ATP

L'intero processo di fotosintesi avviene nei plastidi verdi: i cloroplasti. Esistono tre tipi di plastidi: leucoplasti - incolori, cromoplasti - arancioni, cloroplasti - verdi. È nei cloroplasti che si concentra la clorofilla del pigmento verde. Le piante non verdi, come i funghi, mancano di plastidi. Queste piante non hanno la capacità di fotosintetizzare. Nel processo di evoluzione, la differenziazione dei plastidi è avvenuta molto presto. È vero, i batteri fotosintetici e le alghe blu-verdi non hanno ancora plastidi; il loro ruolo è svolto dalla parte colorata del protoplasma adiacente al guscio. Questa è l'organizzazione più primitiva dell'apparato fotosintetico. Tuttavia le alghe possiedono già particolari formazioni (cromatofori) in cui si concentrano i pigmenti, di forma varia (a spirale, a nastro, a forma di placche o di stelle); Le piante superiori sono caratterizzate da un tipo di plastide completamente formato a forma di disco o lente biconvessa. Avendo assunto la forma di un disco, i cloroplasti diventano un apparato fotosintetico universale.

La composizione chimica dei cloroplasti è piuttosto complessa ed è caratterizzata da un elevato contenuto di acqua (75%). Circa il 75-80% della quantità totale di sostanza secca proviene da vari composti organici, il 20-25% da sostanze minerali. La base strutturale dei cloroplasti sono le proteine, il cui contenuto raggiunge il 50-55% del peso secco, circa la metà delle quali sono solubili in acqua. Un contenuto proteico così elevato è spiegato dalle loro diverse funzioni nei cloroplasti. Si tratta di proteine ​​strutturali che sono alla base delle membrane, proteine ​​enzimatiche, proteine ​​di trasporto che mantengono una certa composizione ionica diversa dal citosol, proteine ​​contrattili, simili all'actomiosina muscolare, che assicurano l'attività motoria dei cloroplasti. Le proteine ​​svolgono anche una funzione recettoriale, partecipando alla regolazione dell'intensità della fotosintesi al variare delle condizioni dell'ambiente interno ed esterno.

Il componente più importante dei cloroplasti sono i lipidi, il cui contenuto varia dal 30 al 40% del peso secco. I lipidi dei cloroplasti sono rappresentati da tre gruppi di composti.

I carboidrati non sono sostanze costituzionali del cloroplasto. In piccolissime quantità gli esteri fosforici degli zuccheri partecipano al ciclo di riduzione del carbonio e sono principalmente prodotti della fotosintesi; Pertanto, il contenuto di carboidrati nei cloroplasti varia in modo significativo (dal 5 al 50%). Nei cloroplasti che funzionano attivamente, i carboidrati di solito non si accumulano; Con una diminuzione della necessità di prodotti fotosintetici, nei cloroplasti si formano grandi grani di amido. In questo caso il contenuto di amido può aumentare fino al 50% del peso secco e l'attività dei cloroplasti diminuirà.

I cloroplasti hanno un alto contenuto di minerali. Gli stessi cloroplasti costituiscono il 25-30% della massa fogliare, ma contengono fino all'80% di ferro, 70-72% di magnesio e zinco, circa 50% di rame, 60% di calcio contenuto nei tessuti fogliari. Questi dati sono in buon accordo con l'elevata e diversificata attività enzimatica dei cloroplasti. Gli elementi minerali agiscono come gruppi prostetici e cofattori per l'attività enzimatica. Il magnesio fa parte della clorofilla. Il ruolo importante del calcio è quello di stabilizzare le strutture della membrana dei cloroplasti.

La struttura del cloroplasto, osservata al microscopio elettronico, è molto complessa. Come il nucleo e i mitocondri, il cloroplasto è circondato da conchiglia, costituito da due membrane lipoproteiche. L'ambiente interno è rappresentato da una sostanza relativamente omogenea - matrice, O stroma, in cui penetrano le membrane - lamelle. Le lamelle collegate tra loro formano bolle - tilacoidi. Strettamente adiacenti l'uno all'altro, si formano i tilacoidi cereali, che possono essere distinti anche al microscopio ottico. A loro volta, i grani in uno o più punti sono uniti tra loro mediante fili intergranulari - tilacoidi stromali. I pigmenti cloroplasti coinvolti nella cattura dell'energia luminosa, così come gli enzimi necessari per la fase luminosa della fotosintesi, sono incorporati nelle membrane tilacoidi.

Fig. 1. Struttura del cloroplasto

1 - membrana esterna; 2 - membrana interna; 3 - grano di amido; 4 - DNA; 5 - tilacoidi stromali (tasti); 6 - grana tilacoide; 7 - matrice (stroma)

La struttura dei cloroplasti maturi è la stessa in tutte le piante superiori, così come nelle cellule dei diversi organi della stessa pianta (foglie, radici verdi, corteccia, frutti). A seconda del carico funzionale delle cellule, dello stato fisiologico dei cloroplasti e della loro età, si distingue il grado della loro struttura interna: dimensione, numero di grani, connessione tra loro. Pertanto, nelle cellule di guardia degli stomi, la funzione principale dei cloroplasti è la fotoregolazione dei movimenti stomatici. Questo processo è fornito di energia da mitocondri altamente strutturati. I cloroplasti contengono grandi granuli di amido, tilacoidi rigonfi e globuli lipofili, che indicano il loro basso carico energetico.

Con l'età, la struttura dei cloroplasti cambia in modo significativo. I cloroplasti giovani sono caratterizzati da una struttura lamellare; in questo stato i cloroplasti sono in grado di riprodursi per divisione. Nei cloroplasti maturi il gran sistema è ben espresso. Nell'invecchiamento dei cloroplasti, i tilacoidi stromali si rompono, la connessione tra grana diminuisce e successivamente si osserva la rottura della clorofilla e la distruzione del grana. Nel fogliame autunnale, la degradazione dei cloroplasti porta alla formazione di cromoplasti, in cui i carotenoidi sono concentrati in plastoglobuli.

Caratteristiche fisiologiche dei cloroplasti

Una proprietà importante dei cloroplasti è la loro capacità di muoversi. I cloroplasti non solo si muovono insieme al citoplasma, ma sono anche capaci di cambiare spontaneamente la loro posizione nella cellula. La velocità di movimento dei clorollasti è di circa 0,12 µm/s. I cloroplasti possono essere distribuiti uniformemente in una cellula, ma più spesso si accumulano vicino al nucleo e vicino alle pareti cellulari. La direzione e l'intensità dell'illuminazione sono di grande importanza per la posizione dei cloroplasti nella cellula. A bassa intensità luminosa, i cloroplasti diventano perpendicolari ai raggi incidenti, un adattamento per catturarli meglio. In condizioni di illuminazione elevata, i cloroplasti si spostano verso le pareti laterali e si girano di taglio verso i raggi incidenti. A seconda dell'illuminazione, anche la forma dei cloroplasti può cambiare. A una maggiore intensità luminosa la loro forma diventa più vicina a quella sferica.

La funzione principale dei cloroplasti è il processo di fotosintesi. Nel 1955, D. Arnon dimostrò che l'intero processo di fotosintesi può essere effettuato in plastificati di cloro isolati. È importante notare che i cloroplasti non si trovano solo nelle cellule fogliari. Si trovano nelle cellule di organi non specializzati nella fotosintesi: negli steli, nelle glume e nelle spighe, nelle radici, nei tuberi di patata, ecc. In alcuni casi, i plastidi verdi si trovano nei tessuti situati non nelle parti esterne illuminate delle piante , ma in strati lontani dalla luce, nei tessuti del cilindro centrale dello stelo, nella parte centrale del bulbo del giglio, nonché nelle cellule embrionali dei semi di molte angiosperme. Quest'ultimo fenomeno (embrione contenente clorofilla) attira l'attenzione dei tassonomi vegetali. Esistono proposte per dividere tutte le angiosperme in due grandi gruppi: cloroombriofite e leucoembriofite, cioè quelle che contengono e non contengono cloroplasti nell'embrione (Yakovlev). Gli studi hanno dimostrato che la struttura dei cloroplasti situati in altri organi vegetali, così come la composizione dei pigmenti, sono simili ai cloroplasti fogliari. Ciò suggerisce che sono capaci di fotosintesi.

Se vengono esposti alla luce, sembra che avvenga effettivamente la fotosintesi. Pertanto, la fotosintesi dei cloroplasti situati nelle tende dell'orecchio può rappresentare circa il 30% della fotosintesi totale della pianta. Le radici che diventano verdi alla luce sono capaci di fotosintesi. Nei cloroplasti, situati nella buccia del frutto fino a un certo stadio del suo sviluppo, può verificarsi anche la fotosintesi. Secondo l'ipotesi di A.L. Kursanov, i cloroplasti situati vicino alle vie conduttrici, rilasciando ossigeno, contribuiscono ad aumentare l'intensità del metabolismo dei tubi del setaccio. Tuttavia, il ruolo dei cloroplasti non si limita alla loro capacità di fotosintesi. In alcuni casi possono servire come fonte di sostanze nutritive (E.R. Gübbenet). I cloroplasti contengono più vitamine, enzimi e persino fitormoni (in particolare gibberellina). In condizioni in cui è esclusa l'assimilazione, i plastidi verdi possono svolgere un ruolo attivo nei processi metabolici.



/. Cloroplasti

2. Tilacoidi

3. Membrane tilacoidi

4. Complessi proteici

5. Sintesi biochimica nello stroma dei cloroplasti

1. Le cellule embrionali contengono incolore proplastidi. A seconda del tipo di tessuto si stanno sviluppando: in cloroplasti verdi;

altre forme di plastidi - derivati ​​​​dei cloroplasti (filogeneticamente successivi):

Cromoplasti gialli o rossi;

Leucoplasti incolori.

Struttura e composizione cloroplasti. IN Le cellule delle piante superiori, come alcune alghe, hanno circa 10-200 cloroplasti lenticolari di soli 3-10 micron di dimensione.

Cloroplasti- plastidi di cellule di organi di piante superiori, esposto alla luce, come ad es:

Fusto non lignificato (tessuti esterni);

Frutti giovani;

Meno comunemente nell'epidermide e nella corolla del fiore.

Il guscio del cloroplasto, costituito da due membrane, circonda uno stroma incolore, nel quale sono penetrati molte tasche piatte di membrana chiuse (cisterne) - tilacoidi, di colore verde. Ecco perché le cellule con cloroplasti sono verdi.

A volte il colore verde è mascherato da altri pigmenti di cloroplasti (nelle alghe rosse e brune) o dalla linfa cellulare (nel faggio). Le cellule delle alghe contengono una o più forme diverse di cloroplasti.

I cloroplasti contengono seguendo diversi pigmenti(a seconda del tipo di pianta):

Clorofilla:

Clorofilla A (blu-verde) - 70% (nelle piante superiori e

alghe verdi); . clorofilla B (giallo-verde) - 30% (ibid.);

La clorofilla C, D ed E sono meno comuni in altri gruppi di alghe;

Carotenoidi:

Caroteni rosso-arancio (idrocarburi);

Xantofille gialle (meno spesso rosse) (caroteni ossidati). Grazie alla ficoxantina xantofilla, i cloroplasti delle alghe brune (feoplasti) si colorano di marrone;

Ficobiliproteine ​​contenute nei rodoplasti (cloroplasti delle alghe rosse e azzurre):

Ficocianina blu;

Ficoeritrina rossa.

Funzione dei cloroplasti: pigmento cloroplastico assorbe la luce implementare fotosintesi - il processo di conversione dell'energia luminosa in energia chimica delle sostanze organiche, principalmente carboidrati, che vengono sintetizzati nei cloroplasti da sostanze povere di energia - CO2 e H2O

2. Procarioti non hanno cloroplasti, ma li hanno ce ne sono numerosi tilacoidi,delimitata dalla membrana plasmatica:

Nei batteri fotosintetici:

Tubolare o piatto;

Sia sotto forma di bolle che di lobi;

Nelle alghe blu-verdi, i tilacoidi sono serbatoi appiattiti:

Formare un sistema sferico;

O paralleli tra loro;

Oppure disposti in modo casuale.

Nelle piante eucariotiche le cellule tilacoidi sono formate da pieghe della membrana interna del cloroplasto. I cloroplasti sono permeati da un bordo all'altro con lunghi tilacoidi stromali, attorno al quale fittamente fitto e corto tilacoide gran. Pile di tali tilacoidi grana sono visibili al microscopio ottico come grana verde di dimensioni 0,3-0,5 µm.

3. Tra la grana, lo stroma tilacoideo è intrecciato in un reticolo. I tilacoidi Grana sono formati da processi sovrapposti di tilacoidi stromali. Allo stesso tempo, interno (intracisternale) gli spazi di molti o tutti i tilacoidi rimangono collegati tra loro.

Membrane tilacoidi Spessore 7-12 nm, molto ricco di proteine ​​(contenuto proteico - circa 50%, oltre 40 proteine ​​diverse in totale).

Nelle membrane dei thilacodd viene eseguita quella parte delle reazioni di fotosintesi che è associata alla conversione dell'energia: le cosiddette reazioni alla luce. Questi processi coinvolgono due fotosistemi I e II contenenti clorofilla, collegati da una catena di trasporto degli elettroni, e un'ATPasi di membrana che produce ATP. Utilizzando il metodo scheggiatura congelante,È possibile dividere le membrane tilacoidi in due strati lungo il confine che passa tra i due strati lipidici. In questo caso, utilizzando un microscopio elettronico puoi vedere quattro superfici:

Membrana dal lato dello stroma;

La membrana dal lato dello spazio interno del tilacoide;

Il lato interno del monostrato lipidico adiacente A stroma;

Il lato interno del monostrato adiacente allo spazio interno.

In tutti e quattro i casi è visibile un denso impaccamento di particelle proteiche, che normalmente penetrano attraverso la membrana, ma quando la membrana si stratifica, si staccano dall'uno o dall'altro strato lipidico.

4. Con detersivi(es. digitonina) possono essere isolati dalle membrane dei tilacoidi sei diversi complessi proteici:

Grandi particelle FSN-SSK, che sono una proteina integrale idrofobica della membrana. Il complesso FSN-SSK si trova principalmente in quei luoghi in cui le membrane sono in contatto con l'adiacente tilacoide. Può essere diviso:

Per particella di FSP;

E diverse particelle CCK identiche ricche di clorofilla. Si tratta di un complesso di particelle che “raccolgono” quanti di luce e trasferiscono la loro energia alla particella FSP;

Particelle PS1, proteine ​​integrali idrofobe di membrana;

Particelle con componenti della catena di trasporto degli elettroni (citocromi), otticamente indistinguibili da PS1. Proteine ​​integrali idrofobe di membrana;

CF0 - parte dell'ATPasi di membrana fissata nella membrana con una dimensione di 2-8 nm; è una proteina integrale idrofoba di membrana;

CF1 è una “testa” idrofila periferica e facilmente staccabile dell’ATPasi di membrana. Il complesso CF0-CF1 agisce allo stesso modo di F0-F1 nei mitocondri. Il complesso CF0-CF1 è localizzato principalmente in quei luoghi dove le membrane non si toccano;

Periferica, idrofilo, un enzima ribulosio bifosfato carbossilasi legato molto debolmente, appartenente funzionalmente allo stroma.

Le molecole di clorofilla sono contenute nelle particelle PS1, FSP e SSC. Sono anfipatici e contenere:

Un anello porfirinico idrofilo a forma di disco che si trova sulla superficie della membrana (nello stroma, nello spazio interno del tilacoide o su entrambi i lati);

Residuo fitolo idrofobico. I residui di fitolo si trovano nelle particelle proteiche idrofobiche.

5. Nello stroma dei cloroplasti vengono effettuati processi sintesi biochimica(fotosintesi), di conseguenza vengono rinviati:

Granuli di amido (prodotto della fotosintesi);

I plastoglobuli, che sono costituiti da lipidi (principalmente glicolipidi) e accumulano chinoni:

Plastochinone;

Fillochinone (vitamina K1);

Tocoferilchinone (vitamina E);

Cristalli della fitoferritina proteica contenente ferro (accumulo di ferro).

I plastidi sono organelli specifici delle cellule vegetali (sono presenti nelle cellule di tutte le piante, ad eccezione della maggior parte dei batteri, dei funghi e di alcune alghe).

Le cellule delle piante superiori contengono solitamente da 10 a 200 plastidi di dimensioni 3-10 µm, il più delle volte a forma di lente biconvessa. Nelle alghe, i plastidi verdi, chiamati cromatofori, sono molto diversi per forma e dimensione. Possono avere forme a stella, a nastro, a rete e altre forme.

Esistono 3 tipi di plastidi:

• Plastidi incolori - leucoplasti;
• dipinto - cloroplasti(Colore verde);
• dipinto - cromoplasti(giallo, rosso e altri colori).

Questi tipi di plastidi sono in una certa misura in grado di trasformarsi l'uno nell'altro: i leucoplasti, con l'accumulo di clorofilla, si trasformano in cloroplasti e questi ultimi, con l'aspetto di rosso, marrone e altri pigmenti, in cromoplasti.

Struttura e funzioni dei cloroplasti

I cloroplasti sono plastidi verdi contenenti un pigmento verde: la clorofilla.

La funzione principale del cloroplasto è la fotosintesi.

I cloroplasti hanno i propri ribosomi, DNA, RNA, inclusioni di grasso e grani di amido. L'esterno del cloroplasto è ricoperto da due membrane proteico-lipidiche e piccoli corpi - grana e canali di membrana - sono immersi nel loro stroma semiliquido (sostanza fondamentale).

Nonne(dimensione di circa 1 µm) - pacchetti di sacche rotonde piatte (tilacoidi), piegate come una colonna di monete. Si trovano perpendicolari alla superficie del cloroplasto. I tilacoidi della vicina grana sono collegati tra loro da canali di membrana, formando un unico sistema. Il numero di grana nei cloroplasti varia. Ad esempio, nelle cellule degli spinaci, ciascun cloroplasto contiene 40-60 grani.

I cloroplasti all'interno della cellula possono muoversi passivamente, portati via dalla corrente del citoplasma, oppure spostarsi attivamente da un posto all'altro.

• Se la luce è molto intensa si girano di taglio verso i raggi luminosi del sole e si allineano lungo le pareti parallele alla luce.
• In condizioni di scarsa illuminazione, i cloroplasti si spostano sulle pareti cellulari rivolte verso la luce e rivolgono verso di essa la loro ampia superficie.
• Nell'illuminazione media occupano una posizione media.

In questo modo si ottengono le condizioni di illuminazione più favorevoli per il processo di fotosintesi.

Clorofilla

La grana dei plastidi delle cellule vegetali contiene clorofilla, confezionata con molecole proteiche e fosfolipidiche per fornire la capacità di catturare l'energia luminosa.

La molecola di clorofilla è molto simile alla molecola di emoglobina e differisce principalmente per il fatto che l'atomo di ferro situato al centro della molecola di emoglobina viene sostituito nella clorofilla da un atomo di magnesio.

In natura esistono quattro tipi di clorofilla: a, b, c, d.

Le clorofille a e b contengono piante superiori e alghe verdi, le diatomee contengono a e c, le alghe rosse contengono a e d.

Le clorofille a e b sono state studiate meglio di altre (furono separate per la prima volta dallo scienziato russo M.S. Tsvet all'inizio del XX secolo). Oltre a loro, ci sono quattro tipi di batterioclorofille: pigmenti verdi di batteri viola e verdi: a, b, c, d.

La maggior parte dei batteri fotosintetici contengono la batterioclorofilla a, alcuni contengono la batterioclorofilla b e i batteri verdi contengono c e d.

La clorofilla ha la capacità di assorbire l'energia solare in modo molto efficiente e di trasferirla ad altre molecole, che è la sua funzione principale. Grazie a questa capacità, la clorofilla è l'unica struttura sulla Terra che garantisce il processo di fotosintesi.

La funzione principale della clorofilla nelle piante è assorbire l'energia luminosa e trasferirla ad altre cellule.

I plastidi, come i mitocondri, sono caratterizzati in una certa misura dall'autonomia all'interno della cellula. Si riproducono per fissione.

Insieme alla fotosintesi, il processo di biosintesi proteica avviene nei plastidi. A causa del loro contenuto di DNA, i plastidi svolgono un ruolo nella trasmissione dei caratteri per via ereditaria (eredità citoplasmatica).

Struttura e funzioni dei cromoplasti

I cromoplasti appartengono a uno dei tre tipi di plastidi delle piante superiori. Questi sono piccoli organelli intracellulari.

I cromoplasti hanno diversi colori: giallo, rosso, marrone. Danno un colore caratteristico ai frutti maturi, ai fiori e al fogliame autunnale. Ciò è necessario per attirare gli insetti impollinatori e gli animali che si nutrono di frutti e distribuiscono i semi su lunghe distanze.

La struttura del cromoplasto è simile ad altri plastidi. I gusci interni dei due sono poco sviluppati, talvolta del tutto assenti. Lo stroma proteico, il DNA e le sostanze pigmentarie (carotenoidi) si trovano in uno spazio limitato.

I carotenoidi sono pigmenti liposolubili che si accumulano sotto forma di cristalli.

La forma dei cromoplasti è molto varia: ovale, poligonale, a forma di ago, a forma di mezzaluna.

Il ruolo dei cromoplasti nella vita di una cellula vegetale non è completamente compreso. I ricercatori suggeriscono che le sostanze pigmentate svolgono un ruolo importante nei processi redox e sono necessarie per la riproduzione e lo sviluppo fisiologico delle cellule.

Struttura e funzioni dei leucoplasti

I leucoplasti sono organelli cellulari in cui si accumulano i nutrienti. Gli organelli hanno due gusci: uno esterno liscio e uno interno con numerose sporgenze.

I leucoplasti si trasformano in cloroplasti alla luce (ad esempio, i tuberi di patata verde nel loro stato normale sono incolori);

La forma dei leucoplasti è sferica e regolare. Si trovano nel tessuto di stoccaggio delle piante, che riempie le parti molli: il nucleo dello stelo, la radice, i bulbi, le foglie.

Le funzioni dei leucoplasti dipendono dal loro tipo (a seconda del nutriente accumulato).

Tipi di leucoplasti:

1. Amiloplasti accumulano amido e si trovano in tutte le piante, poiché i carboidrati sono il principale prodotto alimentare della cellula vegetale. Alcuni leucoplasti sono completamente pieni di amido; sono chiamati grani di amido.
2. Elaioplasti produrre e immagazzinare i grassi.
3. Proteinoplasti contengono proteine.

I leucoplasti servono anche come sostanza enzimatica. Sotto l'influenza degli enzimi, le reazioni chimiche procedono più velocemente. E in un periodo sfavorevole della vita, quando i processi di fotosintesi non vengono eseguiti, i polisaccaridi vengono scomposti in carboidrati semplici, di cui le piante hanno bisogno per sopravvivere.

La fotosintesi non può avvenire nei leucoplasti perché non contengono granuli o pigmenti.

I bulbi delle piante, che contengono molti leucoplasti, possono tollerare lunghi periodi di siccità, basse temperature e caldo. Ciò è dovuto alle grandi riserve di acqua e sostanze nutritive negli organelli.

I precursori di tutti i plastidi sono i proplastidi, piccoli organelli. Si presume che i leuco e i cloroplasti siano in grado di trasformarsi in altre specie. Alla fine, dopo aver adempiuto alle loro funzioni, i cloroplasti e i leucoplasti diventano cromoplasti: questa è l'ultima fase dello sviluppo dei plastidi.

È importante saperlo! In una cellula vegetale può essere presente un solo tipo di plastide alla volta.

Tabella riassuntiva della struttura e delle funzioni dei plastidi

Proprietà	Cloroplasti	Cromoplasti	Leucoplasti
Struttura	Organello a doppia membrana, con grana e tubuli membranosi	Organello con un sistema di membrane interne non sviluppato	Piccoli organelli che si trovano in parti della pianta nascoste dalla luce
Colore	Verdi	Multicolore	Incolore
Pigmento	Clorofilla	Carotenoide	Assente
Modulo	Girare	Poligonale	Globulare
Funzioni	Fotosintesi	Attrarre potenziali distributori di piante	Apporto di nutrienti
Sostituibilità	Trasformarsi in cromoplasti	Non cambiare, questa è l'ultima fase dello sviluppo del plastide	Trasformarsi in cloroplasti e cromoplasti

Le cellule vegetali sono conosciute come plastidi verdi. I plastidi aiutano a immagazzinare e assemblare sostanze essenziali per la produzione di energia. Il cloroplasto contiene un pigmento verde chiamato clorofilla, che assorbe l'energia luminosa per il processo di fotosintesi. Pertanto, il nome cloroplasto indica che questi organelli sono plastidi contenenti clorofilla.

Come i cloroplasti, hanno un proprio DNA, sono responsabili della produzione di energia e si riproducono indipendentemente dagli altri attraverso un processo di divisione simile alla fissione binaria batterica. Sono anche responsabili della produzione di aminoacidi e componenti lipidici necessari per la produzione dei cloroplasti. I cloroplasti si trovano anche nelle cellule di altri organismi fotosintetici come le alghe.

Cloroplasto: struttura

Diagramma della struttura del cloroplasto

I cloroplasti si trovano solitamente nelle cellule di guardia situate nelle foglie delle piante. Le cellule di guardia circondano minuscoli pori chiamati stomi, aprendoli e chiudendoli per consentire lo scambio di gas necessario per la fotosintesi. I cloroplasti e altri plastidi si sviluppano da cellule chiamate proplastidi, che sono cellule immature e indifferenziate che si sviluppano in diversi tipi di plastidi. Il proplastide che si sviluppa in un cloroplasto esegue questo processo solo in presenza di luce. I cloroplasti contengono diverse strutture diverse, ciascuna con funzioni specializzate. Le strutture principali di un cloroplasto includono:

• Membrana: contiene membrane a doppio strato lipidico interno ed esterno che agiscono come rivestimenti protettivi e mantengono le strutture chiuse dei cloroplasti. Quello interno separa lo stroma dallo spazio intermembrana e regola il passaggio delle molecole dentro/fuori dal cloroplasto.
• Lo spazio intermembrana è lo spazio tra la membrana esterna e quella interna.
• Il sistema tilacoide è un sistema di membrane interne costituito da strutture di membrana appiattite simili a sacche chiamate tilacoidi che fungono da siti per convertire l'energia luminosa in energia chimica.
• Tilacoide con lume (lume) - un compartimento in ciascun tilacoide.
• I Grana sono densi agglomerati stratificati di sacche tilacoidi (10-20) che fungono da siti per convertire l'energia luminosa in energia chimica.
• Lo stroma è il fluido denso all'interno del cloroplasto, contenente la membrana all'interno ma all'esterno della membrana tilacoide. È qui che l'anidride carbonica viene convertita in carboidrati (zuccheri).
• La clorofilla è un pigmento fotosintetico verde presente nel cloroplasto grana che assorbe l'energia luminosa.

Cloroplasto: fotosintesi

La fotosintesi converte l’energia della luce solare in energia chimica. L'energia chimica viene immagazzinata sotto forma di glucosio (zucchero). L'anidride carbonica, l'acqua e la luce solare vengono utilizzate per produrre glucosio, ossigeno e acqua. La fotosintesi avviene in due fasi: una fase luminosa e una fase oscura.

La fase leggera della fotosintesi avviene solo in presenza di luce e avviene all'interno del cloroplasto grana. Il pigmento principale utilizzato per convertire l'energia luminosa in energia chimica è la clorofilla a. Altri pigmenti coinvolti nell’assorbimento della luce includono la clorofilla b, la xantofilla e il carotene. Durante la fase luminosa, la luce solare viene convertita in energia chimica sotto forma di ATP (una molecola contenente energia libera) e NADP (una molecola che trasporta elettroni ad alta energia).

Sia l'ATP che il NADP vengono utilizzati durante la fase oscura per produrre zucchero. La fase oscura della fotosintesi è anche conosciuta come fase di fissazione del carbonio o ciclo di Calvin. Le reazioni in questa fase si verificano nello stroma. Lo stroma contiene enzimi che facilitano una serie di reazioni che utilizzano ATP, NADP e anidride carbonica per produrre zucchero. Lo zucchero può essere immagazzinato come amido, utilizzato durante la respirazione o nella produzione di polpa.

I cloroplasti sono plastidi di piante superiori in cui avviene il processo di fotosintesi, cioè l'utilizzo dell'energia dei raggi luminosi per formare sostanze organiche da sostanze inorganiche (anidride carbonica e acqua) con il contemporaneo rilascio di ossigeno nell'atmosfera. I cloroplasti hanno la forma di una lente biconvessa, la loro dimensione è di circa 4-6 micron. Si trovano nelle cellule del parenchima delle foglie e in altre parti verdi delle piante superiori. Il loro numero in una cella varia tra 25-50.

La struttura del cloroplasto, osservata al microscopio elettronico, è molto complessa. Come il nucleo e i mitocondri, il cloroplasto è circondato da un guscio costituito da due membrane lipoproteiche. L'ambiente interno è rappresentato da una sostanza relativamente omogenea - la matrice, o stroma, che è penetrata da membrane - lamelle. Le lamelle collegate tra loro formano vescicole: i tilacoidi. Strettamente adiacenti l'uno all'altro, i tilacoidi formano la grana, che può essere distinta anche al microscopio ottico. A loro volta, i grana in uno o più punti sono uniti tra loro mediante fili intergranali: i tilacoidi stromali. I pigmenti cloroplasti coinvolti nella cattura dell'energia luminosa, così come gli enzimi necessari per la fase luminosa della fotosintesi, sono incorporati nelle membrane tilacoidi.

Composizione chimica dei cloroplasti: acqua - 75%; Il 75-80% della quantità totale di sostanza secca è organica. composti, 20-25% minerale.

La base strutturale dei cloroplasti sono le proteine ​​(50-55% del peso secco), la metà delle quali sono proteine ​​solubili in acqua. Un contenuto proteico così elevato si spiega con le loro diverse funzioni all'interno dei cloroplasti (proteine ​​strutturali della membrana, proteine ​​enzimatiche, proteine ​​di trasporto, proteine ​​contrattili, proteine ​​recettoriali). Il componente più importante dei cloroplasti sono i lipidi (30-40% di sostanza secca).

I cloroplasti contengono vari pigmenti. A seconda del tipo di pianta è:

clorofilla:
- clorofilla A (blu-verde) - 70% (nelle piante superiori e nelle alghe verdi);
- clorofilla B (giallo-verde) - 30% (ibid.);
- la clorofilla C, D ed E sono meno comuni - in altri gruppi di alghe;

carotenoidi:
- caroteni (idrocarburi) rosso-arancio;
- xantofille gialle (meno spesso rosse) (caroteni ossidati). Grazie alla ficoxantina xantofilla, i cloroplasti delle alghe brune (feoplasti) si colorano di marrone;

· ficobiliproteine ​​contenute nei rodoplasti (cloroplasti delle alghe rosse e azzurre):
- ficocianina blu;
- ficoeritrina rossa.

Il cloroplasto ha un proprio DNA, cioè un proprio genoma e un proprio apparato per realizzare l'informazione genetica attraverso la sintesi di RNA e proteine.

La funzione principale dei cloroplasti è catturare e convertire l'energia luminosa.

Le membrane che formano la grana contengono un pigmento verde: la clorofilla. È qui che avvengono le reazioni luminose della fotosintesi: l'assorbimento dei raggi luminosi da parte della clorofilla e la conversione dell'energia luminosa nell'energia degli elettroni eccitati. Gli elettroni eccitati dalla luce, cioè dotati di energia in eccesso, cedono la loro energia alla decomposizione dell'acqua e alla sintesi dell'ATP. Quando l'acqua si decompone, si formano ossigeno e idrogeno. L'ossigeno viene rilasciato nell'atmosfera e l'idrogeno è legato dalla proteina ferredossina.

La ferredossina poi si ossida nuovamente, donando questo idrogeno a un agente riducente chiamato NADP. Il NADP assume la sua forma ridotta: NADP-H2. Pertanto, il risultato delle reazioni luminose della fotosintesi è la formazione di ATP, NADP-H2 e ossigeno e vengono consumati acqua ed energia luminosa.

Nell'ATP viene accumulata molta energia: viene quindi utilizzata per la sintesi e per altri bisogni della cellula. NADP-H2 è un accumulatore di idrogeno e quindi lo rilascia facilmente. Pertanto, NADP-H2 è un agente riducente chimico. Un gran numero di biosintesi sono associate proprio alla riduzione e NADP-H2 funge da fornitore di idrogeno in queste reazioni.

Inoltre, con l'aiuto di enzimi nello stroma dei cloroplasti, cioè all'esterno della grana, si verificano reazioni oscure: l'idrogeno e l'energia contenuta nell'ATP vengono utilizzati per ridurre l'anidride carbonica atmosferica (CO2) e includerla nella composizione delle sostanze organiche. La prima sostanza organica formata a seguito della fotosintesi subisce un gran numero di riarrangiamenti e dà origine all'intera varietà di sostanze organiche sintetizzate nella pianta e che compongono il suo corpo. Alcune di queste trasformazioni avvengono proprio lì, nello stroma del cloroplasto, dove sono presenti enzimi per la formazione di zuccheri, grassi e tutto il necessario per la sintesi proteica. Gli zuccheri possono quindi spostarsi dal cloroplasto ad altre strutture cellulari e da lì ad altre cellule vegetali, oppure formare amido, i cui grani sono spesso visibili nei cloroplasti. Anche i grassi si depositano nei cloroplasti, sia sotto forma di gocce, sia sotto forma di sostanze più semplici, precursori dei grassi, ed escono dal cloroplasto.

I cloroplasti hanno una certa autonomia nel sistema cellulare. Hanno i propri ribosomi e un insieme di sostanze che determinano la sintesi di alcune delle proprie proteine ​​del cloroplasto. Esistono anche enzimi, il cui lavoro porta alla formazione dei lipidi che compongono le lamelle e la clorofilla. Come abbiamo visto, il cloroplasto possiede anche un sistema autonomo per la produzione di energia. Grazie a tutto ciò, i cloroplasti sono in grado di costruire autonomamente le proprie strutture. Si ritiene addirittura che i cloroplasti (come i mitocondri) abbiano avuto origine da alcuni organismi inferiori che si stabilirono in una cellula vegetale e prima entrarono in simbiosi con essa, e poi ne divennero parte integrante, un organello.