Los cloroplastos son potencias de plantas diminutas que capturan energia luminosa para producir los almidones y azúcares que alimentan el crecimiento de las plantas.
Se encuentran dentro células vegetales en hojas de plantas y en algas verdes y rojas, así como en cianobacterias. Los cloroplastos permiten a las plantas producir los compuestos químicos complejos necesarios para la vida a partir de sustancias inorgánicas simples como el dióxido de carbono, el agua y los minerales.
Como productor de alimentos autótrofos, las plantas forman la base de la cadena de comida, apoyando a todos los consumidores de alto nivel, como insectos, peces, aves y mamíferos, hasta los humanos.
Los cloroplastos celulares son como pequeñas fábricas que producen combustible. De esta manera, son los cloroplastos de las células vegetales verdes los que hacen posible la vida en la Tierra.
Qué hay dentro de un cloroplasto: la estructura del cloroplasto
Aunque los cloroplastos son vainas microscópicas dentro de pequeñas células vegetales, tienen una estructura compleja que les permite capturar energía luminosa y usarla para ensamblar carbohidratos a nivel molecular.
Los principales componentes estructurales son los siguientes:
- Una capa exterior e interior con un espacio intermembrana entre ellas.
- Dentro de la membrana interna hay ribosomas y tilacoides.
- La membrana interna contiene una gelatina acuosa llamada estroma.
- El líquido del estroma contiene el ADN del cloroplasto, así como proteínas y almidones. Es donde tiene lugar la formación de carbohidratos a partir de la fotosíntesis.
La función de los ribosomas de cloroplasto y tylkaoids
La ribosomas son grupos de proteínas y nucleótidos que fabrican enzimas y otras moléculas complejas requeridas por el cloroplasto.
Están presentes en grandes cantidades en todas las células vivas y producen sustancias celulares complejas, como proteínas, de acuerdo con las instrucciones de Código genético de ARN moléculas.
La tilacoides están incrustados en el estroma. En las plantas forman discos cerrados que se disponen en pilas llamadas grana, con una sola pila llamada granum. Están formados por una membrana tilacoide que rodea la luz, un material ácido acuoso que contiene proteínas y facilita las reacciones químicas del cloroplasto.
Laminillas Forman enlaces entre los discos de grana, conectando el lumen de las diferentes pilas.
La parte sensible a la luz de la fotosíntesis tiene lugar en la membrana tilacoide donde clorofila absorbe la energía luminosa y la convierte en energía química utilizada por la planta.
Clorofila: la fuente de energía del cloroplasto
Clorofila es un fotorreceptor pigmento que se encuentra en todos los cloroplastos.
Cuando la luz golpea la hoja de una planta o la superficie de las algas, penetra en los cloroplastos y se refleja en las membranas tilacoides. Golpeada por la luz, la clorofila en la membrana emite electrones que el cloroplasto usa para otras reacciones químicas.
La clorofila en las plantas y las algas verdes es principalmente la clorofila verde llamada clorofila a, el tipo más común. Absorbe la luz azul violeta y rojo anaranjado rojizo mientras refleja la luz verde, dando a las plantas su color verde característico.
Otro tipos de clorofila son del tipo b al e, que absorben y reflejan diferentes colores.
La clorofila tipo b, por ejemplo, se encuentra en las algas y absorbe algo de luz verde además de la roja. Esta absorción de luz verde puede ser el resultado de organismos que evolucionan cerca de la superficie del océano porque la luz verde puede penetrar solo una corta distancia en el agua.
La luz roja puede viajar más lejos por debajo de la superficie.
Las membranas de cloroplasto y el espacio intermembrana
Los cloroplastos producen carbohidratos como glucosa y proteínas complejas que se necesitan en otras partes de las células de la planta.
Estos materiales deben poder salir del cloroplasto y apoyar el metabolismo general de las células y las plantas. Al mismo tiempo, los cloroplastos necesitan sustancias producidas en otras partes de las células.
Las membranas de cloroplasto regulan el movimiento de moléculas dentro y fuera del cloroplasto al permitir que las moléculas pequeñas pasen mientras se usa mecanismos especiales de transporte para moléculas grandes. Tanto la membrana interna como la externa son semipermeables, lo que permite la difusión de pequeñas moléculas e iones.
Estas sustancias atraviesan el espacio intermembrana y penetran en las membranas semipermeables.
Las moléculas grandes, como las proteínas complejas, están bloqueadas por las dos membranas. En cambio, para sustancias tan complejas, se encuentran disponibles mecanismos de transporte especiales para permitir que sustancias específicas atraviesen las dos membranas mientras que otras se bloquean.
La membrana externa tiene un complejo de proteínas de translocación para transportar ciertos materiales a través de la membrana, y la membrana interna tiene un complejo similar y correspondiente para sus transiciones específicas.
Estos mecanismos de transporte selectivo son especialmente importantes porque la membrana interna sintetiza lípidos, ácidos grasos y carotenoides que son necesarios para el propio metabolismo del cloroplasto.
El sistema tilacoide
La membrana tilacoide es la parte del tilacoide que está activa en la primera etapa de la fotosíntesis.
En las plantas, la membrana tilacoide generalmente forma sacos o discos delgados y cerrados que se apilan en grana y permanecen en su lugar, rodeados por el fluido del estroma.
La disposición de los tilacoides en pilas helicoidales permite un empaquetamiento compacto de los tilacoides y una estructura compleja de gran superficie de la membrana tilacoide.
Para organismos más simples, los tilacoides pueden tener una forma irregular y pueden flotar libremente. En cada caso, la luz que incide sobre la membrana tilacoide inicia la reacción lumínica en el organismo.
La energía química liberada por la clorofila se utiliza para dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. El organismo utiliza el oxígeno para la respiración o se libera a la atmósfera, mientras que el hidrógeno se utiliza en la formación de carbohidratos.
El carbono para este proceso proviene del dióxido de carbono en un proceso llamado fijacion de carbon.
El estroma y el origen del ADN del cloroplasto
El proceso de fotosíntesis se compone de dos partes: el reacciones dependientes de la luz que comienzan con la interacción de la luz con la clorofila y la reacciones oscuras (también conocido como reacciones independientes de la luz) que fijan carbono y producen glucosa.
Las reacciones a la luz solo tienen lugar durante el día cuando la energía de la luz incide en la planta, mientras que las reacciones oscuras pueden tener lugar en cualquier momento. Las reacciones de luz comienzan en la membrana tilacoide mientras que la fijación de carbono de las reacciones oscuras tiene lugar en el estroma, el líquido gelatinoso que rodea a los tilacoides.
Además de albergar las reacciones oscuras y los tilacoides, el estroma contiene el ADN del cloroplasto y los ribosomas del cloroplasto.
Como resultado, los cloroplastos tienen su propia fuente de energía y pueden multiplicarse por sí mismos, sin depender de la división celular.
Aprenda sobre los orgánulos celulares relacionados en las células eucariotas: membrana celular y pared celular.
Esta capacidad se remonta a la evolución de células y bacterias simples. Una cianobacteria debe haber entrado en una célula temprana y se le permitió quedarse porque el arreglo se convirtió en beneficioso para ambas partes.
Con el tiempo, la cianobacteria se convirtió en cloroplasto. orgánulo.
Fijación de carbono en las reacciones oscuras
La fijación de carbono en el estroma del cloroplasto tiene lugar después de que el agua se divide en hidrógeno y oxígeno durante las reacciones de luz.
Los protones de los átomos de hidrógeno se bombean al lumen dentro de los tilacoides, volviéndolos ácidos. En las reacciones oscuras de la fotosíntesis, los protones se difunden fuera de la luz hacia el estroma a través de una enzima llamada ATP sintasa.
Esta difusión de protones a través de la ATP sintasa produce ATP, una sustancia química de almacenamiento de energía para las células.
La enzima RuBisCO se encuentra en el estroma y fija el carbono del CO2 para producir moléculas de carbohidratos de seis carbonos que son inestables.
Cuando las moléculas inestables se descomponen, se usa ATP para convertirlas en moléculas de azúcar simples. Los carbohidratos de azúcar se pueden combinar para formar moléculas más grandes como glucosa, fructosa, sacarosa y almidón, todos los cuales pueden usarse en el metabolismo celular.
Cuando los carbohidratos se forman al final del proceso de fotosíntesis, los cloroplastos de la planta se han eliminado carbono de la atmósfera y lo usó para crear alimento para la planta y, eventualmente, para todos los demás seres vivos. cosas.
Además de formar la base de la cadena alimentaria, la fotosíntesis en las plantas reduce la cantidad de dióxido de carbono. gases de efecto invernadero en la atmósfera. De esta forma, las plantas y las algas, a través de la fotosíntesis en sus cloroplastos, ayudan a reducir los efectos del cambio climático y el calentamiento global.