Les chloroplastes sont de minuscules centrales végétales qui capturent énergie lumineuse pour produire les amidons et les sucres qui alimentent la croissance des plantes.
On les trouve à l'intérieur cellules végétales dans les feuilles des plantes et dans les algues vertes et rouges ainsi que dans les cyanobactéries. Les chloroplastes permettent aux plantes de produire les produits chimiques complexes nécessaires à la vie à partir de substances inorganiques simples telles que le dioxyde de carbone, l'eau et les minéraux.
En tant que producteur d'aliments autotrophes, les plantes forment la base de la chaîne alimentaire, soutenant tous les consommateurs de haut niveau tels que les insectes, les poissons, les oiseaux et les mammifères jusqu'aux humains.
Les chloroplastes cellulaires sont comme de petites usines qui produisent du carburant. Ainsi, ce sont les chloroplastes des cellules végétales vertes qui rendent possible la vie sur Terre.
Qu'y a-t-il à l'intérieur d'un chloroplaste - la structure du chloroplaste
Bien que les chloroplastes soient des gousses microscopiques à l'intérieur de minuscules cellules végétales, ils ont une structure complexe qui leur permet de capturer l'énergie lumineuse et de l'utiliser pour assembler des glucides au niveau moléculaire.
Les principaux composants structurels sont les suivants :
- Une couche externe et interne avec un espace intermembranaire entre elles.
- A l'intérieur de la membrane interne sont ribosomes et thylakoïdes.
- La membrane interne contient une gelée aqueuse appelée le stroma.
- Le fluide stroma contient l'ADN chloroplastique ainsi que des protéines et des amidons. C'est là que se produit la formation des glucides à partir de la photosynthèse.
La fonction des ribosomes chloroplastiques et des thylkaoïdes
le ribosomes sont des amas de protéines et de nucléotides qui fabriquent des enzymes et d'autres molécules complexes requises par le chloroplaste.
Ils sont présents en grand nombre dans toutes les cellules vivantes et produisent des substances cellulaires complexes telles que des protéines selon les instructions de ARN code génétique molécules.
le thylakoïdes sont noyés dans le stroma. Dans les plantes, ils forment des disques fermés qui sont disposés en piles appelées grand-mère, avec une seule pile appelée granum. Ils sont constitués d'une membrane thylakoïde entourant la lumière, un matériau acide aqueux contenant des protéines et facilitant les réactions chimiques du chloroplaste.
Lamelles forment des liens entre les disques grana, reliant la lumière des différents empilements.
La partie photosensible de la photosynthèse a lieu sur la membrane thylacoïdienne où chlorophylle absorbe l'énergie lumineuse et la transforme en énergie chimique utilisée par la plante.
Chlorophylle: la source d'énergie du chloroplaste
Chlorophylle est un photorécepteur pigment présent dans tous les chloroplastes.
Lorsque la lumière frappe la feuille d'une plante ou la surface des algues, elle pénètre dans les chloroplastes et se réfléchit sur les membranes thylakoïdes. Frappée par la lumière, la chlorophylle de la membrane dégage des électrons que le chloroplaste utilise pour d'autres réactions chimiques.
La chlorophylle dans les plantes et les algues vertes est principalement la chlorophylle verte appelée chlorophylle a, le type le plus courant. Il absorbe la lumière bleu-violet et rouge orangé-rouge tout en réfléchissant la lumière verte, donnant aux plantes leur couleur verte caractéristique.
Autre types de chlorophylle sont des types b à e, qui absorbent et reflètent différentes couleurs.
La chlorophylle de type b, par exemple, se trouve dans les algues et absorbe un peu de lumière verte en plus de la rouge. Cette absorption de lumière verte peut être le résultat d'organismes évoluant près de la surface de l'océan, car la lumière verte ne peut pénétrer que sur une courte distance dans l'eau.
La lumière rouge peut voyager plus loin sous la surface.
Les membranes chloroplastiques et l'espace intermembranaire
Les chloroplastes produisent des glucides tels que le glucose et des protéines complexes qui sont nécessaires ailleurs dans les cellules de la plante.
Ces matériaux doivent pouvoir sortir du chloroplaste et soutenir le métabolisme général des cellules et des plantes. Dans le même temps, les chloroplastes ont besoin de substances produites ailleurs dans les cellules.
Les membranes chloroplastiques régulent le mouvement des molécules dans et hors du chloroplaste en permettant aux petites molécules de passer tout en utilisant mécanismes de transport spéciaux pour les grosses molécules. Les membranes intérieure et extérieure sont semi-perméables, permettant la la diffusion de petites molécules et d'ions.
Ces substances traversent l'espace intermembranaire et pénètrent dans les membranes semi-perméables.
Les grosses molécules telles que les protéines complexes sont bloquées par les deux membranes. Au lieu de cela, pour ces substances complexes, des mécanismes de transport spéciaux sont disponibles pour permettre à des substances spécifiques de traverser les deux membranes tandis que d'autres sont bloquées.
La membrane externe a un complexe protéique de translocation pour transporter certains matériaux à travers la membrane, et la membrane interne a un complexe correspondant et similaire pour ses transitions spécifiques.
Ces mécanismes de transport sélectif sont particulièrement importants car la membrane interne synthétise des lipides, Les acides gras et caroténoïdes qui sont nécessaires au propre métabolisme du chloroplaste.
Le système thylacoïde
La membrane thylakoïde est la partie du thylakoïde qui est active dans la première étape de la photosynthèse.
Chez les plantes, la membrane thylakoïde forme généralement des sacs ou des disques minces et fermés qui sont empilés en grana et restent en place, entourés par le fluide stroma.
L'arrangement des thylakoïdes en empilements hélicoïdaux permet un compactage serré des thylakoïdes et une structure complexe de grande surface de la membrane thylakoïde.
Pour les organismes plus simples, les thylakoïdes peuvent être de forme irrégulière et peuvent flotter librement. Dans chaque cas, la lumière frappant la membrane thylakoïde initie la réaction lumineuse dans l'organisme.
L'énergie chimique libérée par la chlorophylle est utilisée pour diviser les molécules d'eau en hydrogène et oxygène. L'oxygène est utilisé par l'organisme pour la respiration ou est libéré dans l'atmosphère tandis que l'hydrogène est utilisé dans la formation de glucides.
Le carbone de ce processus provient du dioxyde de carbone dans un processus appelé fixation du carbone.
Le stroma et l'origine de l'ADN chloroplastique
Le processus de photosynthèse est composé de deux parties: le réactions dépendantes de la lumière qui commencent par la lumière interagissant avec la chlorophylle et le réactions sombres (alias réactions indépendantes de la lumière) qui fixent le carbone et produisent du glucose.
Les réactions lumineuses n'ont lieu que pendant la journée lorsque l'énergie lumineuse frappe la plante, tandis que les réactions sombres peuvent avoir lieu à tout moment. Les réactions lumineuses commencent dans la membrane thylakoïde tandis que la fixation du carbone des réactions sombres a lieu dans le stroma, le liquide gélatineux entourant les thylakoïdes.
En plus d'héberger les réactions sombres et les thylakoïdes, le stroma contient l'ADN chloroplastique et les ribosomes chloroplastiques.
En conséquence, les chloroplastes ont leur propre source d'énergie et peuvent se multiplier par eux-mêmes, sans dépendre de la division cellulaire.
En savoir plus sur les organites cellulaires apparentés dans les cellules eucaryotes: membrane cellulaire et paroi cellulaire.
Cette capacité peut être attribuée à l'évolution de cellules simples et de bactéries. Une cyanobactérie doit être entrée dans une cellule précoce et a été autorisée à y rester car l'arrangement est devenu mutuellement bénéfique.
Avec le temps, la cyanobactérie a évolué en chloroplaste organite.
Fixation du carbone dans les réactions sombres
La fixation du carbone dans le stroma chloroplastique a lieu après que l'eau se soit divisée en hydrogène et oxygène au cours des réactions lumineuses.
Les protons des atomes d'hydrogène sont pompés dans la lumière à l'intérieur des thylakoïdes, la rendant acide. Dans les réactions sombres de la photosynthèse, les protons diffusent de nouveau de la lumière dans le stroma via une enzyme appelée ATP synthase.
Cette diffusion de protons à travers l'ATP synthase produit ATP, un produit chimique de stockage d'énergie pour les cellules.
L'enzyme RuBisCO se trouve dans le stroma et fixe le carbone du CO2 pour produire des molécules de glucides à six carbones qui sont instables.
Lorsque les molécules instables se décomposent, l'ATP est utilisé pour les convertir en molécules de sucre simples. Les glucides du sucre peuvent être combinés pour former des molécules plus grosses telles que le glucose, le fructose, le saccharose et l'amidon, qui peuvent tous être utilisés dans le métabolisme cellulaire.
Lorsque les glucides se forment à la fin du processus de photosynthèse, les chloroplastes de la plante ont éliminé carbone de l'atmosphère et l'a utilisé pour créer de la nourriture pour la plante et, éventuellement, pour tous les autres organismes vivants choses.
En plus de former la base de la chaîne alimentaire, la photosynthèse chez les plantes réduit la quantité de dioxyde de carbone gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Ainsi, les plantes et les algues, grâce à la photosynthèse dans leurs chloroplastes, contribuent à réduire les effets du changement climatique et du réchauffement climatique.