Contenuto
- Cosa c'è dentro un cloroplasto: la struttura dei cloroplasti
- La funzione dei ribosomi e dei tilokaoidi dei cloroplasti
- Clorofilla: la fonte di energia cloroplastica
- Le membrane dei cloroplasti e lo spazio intermembrana
- Il sistema Thylakoid
- Lo Stroma e l'origine del DNA dei cloroplasti
- Carbon Fixing in the Dark Reactions
I cloroplasti sono minuscole centrali elettriche che catturano energia luminosa per produrre amidi e zuccheri che alimentano la crescita delle piante.
Si trovano all'interno delle cellule vegetali nelle foglie delle piante e nelle alghe verdi e rosse e nei cianobatteri. I cloroplasti consentono alle piante di produrre le sostanze chimiche complesse necessarie per la vita da sostanze semplici e inorganiche come anidride carbonica, acqua e minerali.
Come produzione alimentare autotrofi, le piante costituiscono la base della catena alimentare, supportando tutti i consumatori di livello superiore come insetti, pesci, uccelli e mammiferi fino all'uomo.
I cloroplasti cellulari sono come piccole fabbriche che producono carburante. In questo modo, sono i cloroplasti nelle cellule vegetali verdi che rendono possibile la vita sulla Terra.
Cosa c'è dentro un cloroplasto: la struttura dei cloroplasti
Sebbene i cloroplasti siano baccelli microscopici all'interno di minuscole cellule vegetali, hanno una struttura complessa che consente loro di catturare energia leggera e utilizzarla per assemblare carboidrati a livello molecolare.
I principali componenti strutturali sono i seguenti:
La funzione dei ribosomi e dei tilokaoidi dei cloroplasti
I ribosomi sono gruppi di proteine e nucleotidi che producono enzimi e altre molecole complesse richieste dal cloroplasto.
Sono presenti in gran numero in tutte le cellule viventi e producono sostanze cellulari complesse come le proteine secondo le istruzioni delle molecole del codice genetico dell'RNA.
I tilacoidi sono incorporati nello stroma. Nelle piante formano dischi chiusi che sono disposti in pile chiamate grana, con un singolo stack chiamato granum. Sono costituiti da una membrana tilosoidea che circonda il lume, un materiale acido acquoso contenente proteine e che facilita le reazioni chimiche dei cloroplasti.
lamelle formare collegamenti tra i dischi grana, collegando il lume delle diverse pile.
La parte sensibile alla luce della fotosintesi si svolge sulla membrana tilosoidea dove clorofilla assorbe l'energia della luce e la trasforma in energia chimica utilizzata dalla pianta.
Clorofilla: la fonte di energia cloroplastica
La clorofilla è a fotorecettore pigmento trovato in tutti i cloroplasti.
Quando la luce colpisce la foglia di una pianta o la superficie delle alghe, penetra nei cloroplasti e si riflette sulle membrane tilacoidi. Colpita dalla luce, la clorofilla nella membrana emette elettroni che il cloroplasto utilizza per ulteriori reazioni chimiche.
La clorofilla nelle piante e nelle alghe verdi è principalmente la clorofilla verde chiamata clorofilla a, il tipo più comune. Assorbe la luce viola-blu e rossastra-arancio mentre riflette la luce verde, dando alle piante la loro caratteristico colore verde.
Altri tipi di clorofilla sono i tipi da b a e, che assorbono e riflettono colori diversi.
La clorofilla di tipo b, ad esempio, si trova nelle alghe e assorbe un po 'di luce verde oltre al rosso. Questo assorbimento della luce verde può essere il risultato di organismi che si evolvono vicino alla superficie dell'oceano perché la luce verde può penetrare solo a breve distanza nell'acqua.
La luce rossa può spostarsi più sotto la superficie.
Le membrane dei cloroplasti e lo spazio intermembrana
I cloroplasti producono carboidrati come glucosio e proteine complesse che sono necessarie altrove nelle cellule delle piante.
Questi materiali devono essere in grado di uscire dal cloroplasto e supportare il metabolismo generale delle cellule e delle piante. Allo stesso tempo, i cloroplasti hanno bisogno di sostanze prodotte altrove nelle cellule.
Le membrane dei cloroplasti regolano il movimento delle molecole all'interno e all'esterno del cloroplasto consentendo il passaggio di piccole molecole durante l'utilizzo meccanismi di trasporto speciali per grandi molecole. Sia la membrana interna che quella esterna sono semi-permeabili, consentendo la diffusione di piccole molecole e ioni.
Queste sostanze attraversano lo spazio intermembranico e penetrano nelle membrane semipermeabili.
Grandi molecole come proteine complesse sono bloccate dalle due membrane. Invece, per sostanze così complesse, sono disponibili speciali meccanismi di trasporto per consentire a sostanze specifiche di attraversare le due membrane mentre altre sono bloccate.
La membrana esterna ha un complesso proteico di traslocazione per trasportare determinati materiali attraverso la membrana e la membrana interna ha un complesso corrispondente e simile per le sue transizioni specifiche.
Questi meccanismi di trasporto selettivo sono particolarmente importanti perché la membrana interna sintetizza lipidi, acidi grassi e carotenoidi che sono richiesti per il proprio metabolismo dei cloroplasti.
Il sistema Thylakoid
La membrana del tilacoide è la parte del tilacoide che è attiva nel primo stadio della fotosintesi.
Nelle piante, la membrana del tilacoide generalmente forma sacchi o dischi chiusi, sottili che sono impilati in grana e rimangono al loro posto, circondati dal fluido dello stroma.
La disposizione dei tilacoidi in pile elicoidali consente un impaccamento stretto dei tilacoidi e una struttura complessa e ad alta superficie della membrana tiloidea.
Per gli organismi più semplici, i tilacoidi possono avere una forma irregolare e possono fluttuare liberamente. In ogni caso, la luce che colpisce la membrana del tilacoide avvia la reazione della luce nell'organismo.
L'energia chimica rilasciata dalla clorofilla viene utilizzata per dividere le molecole d'acqua in idrogeno e ossigeno. L'ossigeno viene utilizzato dall'organismo per la respirazione o viene rilasciato nell'atmosfera mentre l'idrogeno viene utilizzato nella formazione di carboidrati.
Il carbonio per questo processo viene dall'anidride carbonica in un processo chiamato fissazione del carbonio.
Lo Stroma e l'origine del DNA dei cloroplasti
Il processo di fotosintesi è composto da due parti: le reazioni dipendenti dalla luce che iniziano con la luce interagendo con la clorofilla e il reazioni oscure (ovvero reazioni indipendenti dalla luce) che fissano il carbonio e producono glucosio.
Le reazioni alla luce si verificano solo durante il giorno quando l'energia della luce colpisce la pianta mentre le reazioni al buio possono aver luogo in qualsiasi momento. Le reazioni luminose iniziano nella membrana tilosoidea mentre il fissaggio del carbonio delle reazioni oscure avviene nello stroma, il liquido gelatinoso che circonda i tilacoidi.
Oltre a ospitare le reazioni oscure e i tilacoidi, lo stroma contiene il DNA dei cloroplasti e i ribosomi dei cloroplasti.
Di conseguenza, i cloroplasti hanno una propria fonte di energia e possono moltiplicarsi da soli, senza fare affidamento sulla divisione cellulare.
Ulteriori informazioni sugli organelli cellulari correlati nelle cellule eucariotiche: membrana cellulare e parete cellulare.
Questa capacità può essere ricondotta all'evoluzione di cellule e batteri semplici. Un cianobatterio deve essere entrato in una cellula precoce e gli è stato permesso di rimanere perché l'accordo è diventato reciprocamente vantaggioso.
Nel tempo, il cianobatterio si è evoluto nell'organello dei cloroplasti.
Carbon Fixing in the Dark Reactions
Il fissaggio del carbonio nello stroma cloroplastico avviene dopo che l'acqua è stata suddivisa in idrogeno e ossigeno durante le reazioni luminose.
I protoni degli atomi di idrogeno vengono pompati nel lume all'interno dei tilacoidi, rendendolo acido. Nelle oscure reazioni della fotosintesi, i protoni si diffondono dal lume nello stroma attraverso un enzima chiamato ATP sintasi.
Questa diffusione di protoni attraverso l'ATP sintasi produce ATP, una sostanza chimica che immagazzina energia per le cellule.
L'enzima Rubisco si trova nello stroma e fissa il carbonio dalla CO2 per produrre molecole di carboidrati a sei atomi di carbonio che sono instabili.
Quando le molecole instabili si rompono, l'ATP viene utilizzato per convertirle in semplici molecole di zucchero. I carboidrati dello zucchero possono essere combinati per formare molecole più grandi come glucosio, fruttosio, saccarosio e amido, che possono essere utilizzati nel metabolismo cellulare.
Quando i carboidrati si formano alla fine del processo di fotosintesi, i cloroplasti delle piante hanno rimosso il carbonio dall'atmosfera e lo hanno usato per creare cibo per la pianta e, infine, per tutti gli altri esseri viventi.
Oltre a costituire la base della catena alimentare, la fotosintesi nelle piante riduce la quantità di anidride carbonica presente nell'atmosfera. In questo modo, le piante e le alghe, attraverso la fotosintesi nei loro cloroplasti, aiutano a ridurre gli effetti dei cambiamenti climatici e del riscaldamento globale.