Cloroplastos.

Os plastos ou plastídeos é um grupo de organelas específicas de células vegetais, que possuem características semelhantes com as mitocôndrias como: membrana dupla, DNA próprio e origem endosimbionte.

Os plastos desenvolvem-se a partir de proplastídeos, que são organelas pequenas presentes nas células imaturas dos meristemas vegetais e desenvolvem-se de acordo com as necessidades da célula, surgindo diferentes tipos de plastos como: os cromoplastos (que contêm pigmentos), os leucoplastos (sem pigmento), etioplastos (que se desenvolvem na ausência de luz), amiloplastos (que acumulam amido como substância de reserva), proteoplastos (que armazenam proteína) e os oleoplastos (acumulam lipídeos).

Etioplastos Amiloplastos

Os cloroplastos são um tipo de cromoplastos que contém pigmento chamado clorofila, que são capazes de absorver a energia eletromagnética da luz solar e a convertem em energia química por um processo chamado fotossíntese.

As células vegetais e as algas verdes possuem um grande número de cloroplastos, de forma esférica ou ovóide, variando de tamanho de acordo com o tipo celular, e são bem maiores que as mitocôndrias.

Origem Evolutiva dos Cloroplastos

Acredita-se que os cloroplastos tenham se originado de organismos procariontes fotossintéticos (algas azuis), que se estalaram em células primitivas eucariontes aeróbicas por endossimbiose. Essa simbiose há cerca de 1,2 bilhões de anos, teria dado origem às algas vermelhas, depois as algas pardas e verdes e aos vegetais superiores.

Durante o processo evolutivo, as bactérias precursoras dos cloroplastos transferiram parte de seu material genético para o DNA da célula hospedeira, assim passaram a depender do genoma da célula hospedeira para a produção de muitas de suas proteínas.

Esta origem é semelhante ao da mitocôndria, mas existem diferenças como o tamanho das organelas, o cloroplasto é bem maior que a mitocôndria, e a fonte de energia é diferente, o cloroplasto usa energia luminosa enquanto a mitocôndria usa energia química.

Composição Química dos Cloroplastos

Os cloroplastos são as organelas mais evidentes das células vegetais. Ela é composta por 50% de proteínas, 35% de lipídeos, 5% de clorofila, água e carotenóides. Parte das proteínas são sintetizadas pelo núcleo da célula, mas os lipídeos são sintetizados dentro da própria organela.

O número de cloroplastos é regulado pela célula. Existem células que contém apenas um cloroplasto, mais a maioria das células que realizam fotossíntese contém cerca de 40 a 200 cloroplastos, que se movimentam em função da intensidade de luz e da corrente citoplasmática.

Semelhantes às mitocôndrias, os cloroplastos são envoltos por duas membranas, uma externa altamente permeável, e uma interna que necessita de proteínas específicas para o transporte de metabólicos, e um espaço intermebrana.

No interior da organela existe uma matriz amorfa chamada estroma que contém várias enzimas, grãos de amido, ribossomos e DNA. No entanto, a membrana interna do cloroplasto não é dobrada em cristas e não contém uma cadeia transportadora de elétrons. Mergulhado no estroma, existe um sistema de membrana (bicamada) que forma um conjunto de sacos achatados em forma de discos chamados de membrana tilacóide (do grego thylakos, saco). O conjunto de discos empilhados recebe o nome de granum. O lúmen da membrana tilacóide é chamado de espaço tilacóide.

Na membrana exposta ao estroma se localizam as clorofilas que participam da fotossíntese. Os pigmentos ligados a diferentes proteínas e lipídeos nas membranas dos tilacóides granares e estromáticos formam sistemas complexos de proteínas-clorofila denominados fotossistemas. Há dois tipos de fotossistemas:

Fotossistema I: localizado na região da membrana voltada para o estroma, são as menores partículas intramembranosas.

Fotossistema II: localizado em tilacóides granares, formado por partículas maiores.

Sistema Genético dos Cloroplastos

O genoma plastidial consiste em uma pequena molécula de DNA circular, com características muito semelhantes com das mitocôndrias e das bactérias.

O DNA dos plastos ocorre em maior quantidade e é mais complexo do que da mitocôndria. Existem 30 a 200 cópias de DNA por organela contendo aproximadamente 120 genes.

O sequenciamento genético dos cloroplastos de várias plantas levou a identificação de muitos desses genes. Eles transcrevem todos os RNAs ribossômicos que compõem os plastoribossomos e 30 tipos diferentes de RNA transportadores.

Esse genoma codifica ainda 20 proteínas ribossômicas, 30 proteínas que funcionam na fotossíntese e algumas subunidades de RNA polimerase (proteínas envolvidas na expressão gênica). Mas mesmo sintetizando suas próprias proteínas, cerca de 90% das proteínas dos cloroplastos são codificadas pelos genes nucleares que são importadas do citosol para a organela.

Micrografia eletrônica de um cloroplasto.Nota-se a parede celular (estrutura clara do lado esquerdo do cloroplasto), gotículas de lipídeos (pequenos grânulos escuros dentro do cloroplasto) e bem evidenciado o grana e a membrana tilacóide.

Todos os animais e a maioria dos microrganismos dependem da captação contínua de grandes quantidades de compostos orgânicos do ambiente. Estes compostos fornecem tanto os esqueletos de carbonos para a biossíntese quanto a energia metabólica, que dirige todos os processos celulares. Acredita-se que os primeiros organismos da Terra primitiva tiveram acesso a uma abundância de compostos orgânicos produzidos por processos geoquímicos, mas que a maioria destes compostos originais foram utilizados há bilhões de anos. Desde aquele tempo, virtualmente todos os materiais orgânicos necessários para as células vivas foram produzidos por organismos fotossintetizantes, incluindo maitos tipos de bactérias fotossintetizantes. As mais avançadas bactérias fotossintetizantes são as cianobactérias, que possuem mínimas necessidades nutricionais. Elas utilizam elétrons da água e a energia da luz solar para converter o CO2 atmosférico em compostos orgânicos. No curso da separação da água [na reação nH2O + nCO2 ---> (CH2O)n + nO2], eles liberam na atmosfera o oxigênio necessário para a fosforilação oxidativa. Acredita-se que a evolução das cianobactérias , a partir de bactérias fotossintetizantes primitivas, foi um pré-requisito para o desenvolvimento de formas de vida aeróbica. Em vegetais, os quais se desenvolveram mais tarde, a fotossíntese ocorre em uma organela intracelular especializada - o cloroplasto. Os cloroplastos fazem a fotossíintese durante as horas de luz diurna. Os produtos da fotossíntese são usados diretamente pelas células fotossintetizantes para a biossíntese e são também convertidos em um açúcar de baixo peso molecular (normalmente sacarose), que é exportado para suprir as necessidades metabólicas das outras várias células não-fotossintedzantes do vegetal. Alternativamente, os produtos podem ser armazenados na forma de um polissacarídeo osmoticamente inerte (normalmente amido), que é mantido disponível como fonte de açúcar para uso futuro.

Evidências bioquímicas sugerem que os cloroplastos são descendentes de bactérias fotossintetizantes produtoras de oxigênio, que foram endocitadas e que viveram em simbiose com células eucarióticas primitivas. Acredita-se que as mitocôndrias sejam também descendentes de bactérias endocitadas. As muitas diferenças entre os cloroplastos e as mitocôndrias refletem os seus distintos ancestrais, bem como as suas subseqüentes divergências evolutivas. Todavia, os mecanismos fundamentais envolvidos na sintese de ATP dirigida pela luz em cloroplastos e a síntese de ATP direcionada pela respiração nas mitocôndrias são muito semelhantes.

O Cloroplasto é membro de uma família de organelas típica de vegetais - os Plastídeos

Os cloroplastos são os mais proeminentes membros da farnilia de organelas dos plastídeos. Os plastideos estão presentes em todas as células vegetais vivas, onde cada tipo de célula tem o seu componente característico. Todos os plastídeos compartilham certas característicascas. Mais curiosamente, todos os plastídeos de uma espécie particular de vegetal contêm múltiplas cópias de um mesmo genoma relativamente pequeno e são circundados por um envelope composto de duas membranes concêntricas.

Todos os plastídeos se desenvolvem a partir de proplastídeos, os quais são organelas relativamente pequenas presentes nas células imaturas dos meristemas vegetais. Os proplastídeos se desenvolvem de acordo com as necessidades de cada célula diferenciada, e o tipo que estará presente é determinado em grande parte pelo genoma nuclear. Se uma folha é cultivada no escuro, os seus proplastídeos se alargam e se tornam etioplastídeos, os quais possuem um arranjo semicristalino de membranes internal que contém um precursor amarelo de clorofila ao invés da clorofila. Quando a folha é exposta à luz., os etioplastos rapidamente se desenvolvem em cloroplastos, convertendo este precursor em clorofila e sintetizando uma nova membrana, pigmentos, enzimas fotossintetizantes e componentes da cadeia transportadora de elétrons. Os leucoplastos são plastídeos que ocorrem em muitos tecidos epidermais e internos que não se tornam verdes e fotossintetizantes. Eles são um pouco mais alargados do que os proplastídeos. Uma forma comum de leucoplasto é o amiloplasto , o qual acumula amido em tecidos de reserva. Em algumas plantas, tal como batatas, os amiloplastos podem crescer tanto que chegam ao tamanho médio das células animals. É importante emender que os plastídeos não são somente sítios para a fotossíntese e para o depósito de materiais de reserva. Os vegetais exploraram os seus plastídeos na compartimentalização celular do metabolismo intermediário. Os plastídeos produzem mais energia e força redutora (como ATP e NADPH) do que a planta pode utilizar em suas reações biossintéticas. As sínteses de purinas e pirimidinas, da maioria dos aminoácidos e de todos os ácidos graxos dos vegetais ocorrem nos plastideos, enquanto em células animais estes compostos são produzidos no citosol.

Os Cloroplastos e suas estruturas internas.

Figura: Esta organela fotossintetizante contém três membranas distintas (a membrana externa, a membrana interna e a membrana tilacóide) que definem três compartimentos internos separados (o espaço intermembranas, o estroma, o espaço tilacóide). A membrana tilacóide contém todos os sistemas
geradores de energia do cloroplasto. Como indicado, as tilacóides individuais estão interconectadas, uma que tendem a se empilhar para formar agregados chamados de grana.

Os cloroplastos fauzem as suas interconversões energéticas por mecanismos quimiosmóticos de maneira muito semelhante àquela utilizada pelas mitocôndrias, e são organizadas pelos mesmos principios . Eles possuem uma membrane externa altamente permeável. uma membrane interna muito menos permeável. na qual proteinas carreadoras especiais estão embebidas, e um espaço intermembranas muito estreito. A membrane interna circunda um grande espaço chamado de estroma, o qual é análogo à matriz mitocondrial e contém várias enzimas, ribossomos, RNA e DNA. Há, entretanto, uma importante diferença entre a organização das mitocôndrias e a dos cloroplastos. A membrane interna dos cloroplastos não é dobrada em cristas e não contém uma cadeia transportadora de elétrons. Ao invés disso, a cadeia transportadora de elétrons, bem como o sistema fotossintetizante que absorve luz e uma ATP sintase, estão todos contidos em uma terceira membrana distinta, que forma um conjunto de sacos achatados semelhantes a discos, as tilacóides. Acredita-se que o lúmen de cada tilacóide está conectado com o lúmen de outras tilacóides. conseqüentemente definindo um terceiro compartimento interno chamado de espaço tilacóide, o qual é separado do estroma pela membrana tilacóide.

Desenho esquemático de um corte de um cloroplastos e suas estruturas internas.

A Fotossíntese

Os cloroplastos e bactérias fotossintetizantes obtêm elétrons de alta energia por meio de fotossistemas capazes de capturar elétrons excitados, quando a luz solar é absorvida pelas moléculas de clorofila. Os fotossistemas são constituídos por um complexo de proteínas e pigmentos precisamente ordenados, em que a fotossíntese ocorre.

Há dois fotossistemas em cloroplastos e cianobactérias. Os dois fotossistemas estão normalmente ligados em série e transferem elétrons da água para o NADP+ para formar o NADPH, com a concomitante produção de um gradiente eletroquímico de prótons transmembrana; o oxigênio molecular (O2) é gerado como produto secundário.

Todos os processos de transporte de elétrons ocorrem na membrana tilacóide: para fabricar ATP, H+ é bombeado para o espaço tilacóide e um refluxo de H+, através da ATP sintetase, produz o ATP no estroma cloroplástico. Este ATP é usado em conjunto com o NAPH feito pela fotossíntese para direcionar um grande número de reações biossintéticas no estroma cloroplástico, incluindo as reações de fixação de carbono (Ciclo de Calvin-Benson), mais importantes, que geram carboidratos a partir de Gás Carbônico (CO2). Juntamente com outros produtos dos cloroplastos, este carboidrato é exportado para o citosol celular onde é utilizado.

Cloroplasto é uma organela presente nas células das plantas e algas, rico em clorofila, responsável pela sua cor verde e é um dos três tipos de plastos (organelas citoplasmáticas cuja fórmula varia de acordo com o tipo de organismo e célula em que se encontra), sendo os outros dois os cromoplastos e os leucoplastos. Cloroplasto é o local onde se realiza a fotossíntese. Os cloroplastos distinguem-se bem dos restantes organelas da célula, quer pela cor, quer pela sua estrutura, geralmente laminar, possui RNA, DNA e ribossomos, podendo assim sintetizar proteinas e se auto-multiplicar

Em seu interior apresenta um líquido semelhante ao que preenche as mitocôndrias.

A mesma teoria endossimbiótica apresentada para as mitocôndrias é empregada para os cloroplastos.

Os cloroplastos tambem existem em algumas bactérias, ex: as cianobactérias.

Estrutura

Os cloroplastos possuem suas delimitações constituida por duas membranas lipoprotéicas. A membrana externa é lisa, enquanto a interna é composta por várias dobras voltadas para o interior do cloroplasto.

Na membrana interna dos cloroplastos estão vários fotossistemas, todos com várias moléculas de clorofila dispostas de maneira a formar uma espécie de antena com a finalidade de captar luz. Os fotossistemas possuem outras substancia além da clorofila que também participam da fotossíntese.

NOTA: Um tipo de plasto pode se transformar em outro facilmente.

CLOROPLASTOS

Cloroplasto (em inglês)

Cloroplasto é uma organela presente nas células das plantas e algas, rico em clorofila, responsável pela sua cor verde e é um dos três tipos de plastos (organelas citoplasmáticas cuja fórmula varia de acordo com o tipo de organismo e célula em que se encontra), sendo os outros dois os cromoplastos e os leucoplastos. Cloroplasto é o local onde se realiza a fotossíntese. Os cloroplastos distinguem-se bem das restantes organelas da célula, quer pela cor, quer pela sua estrutura, geralmente laminar, possuem RNA, DNA e ribossomos, podendo assim sintetizar proteínas e se auto-multiplicar.

Em seu interior apresenta um líquido semelhante ao que preenche as mitocôndrias, o estroma.

A fotossíntese típica dos cloroplastos também é realizada por bactérias, as cianobactérias. Este fato é uma das evidências nas quais se baseia a teoria endossimbiótica de origem dos cloroplastos. Segundo esta teoria, os cloroplastos teriam se originado de uma cianobactéria ancestral engolfada pela célula eucariótica precursora. Essa teoria também é empregada para explicar a origem das mitocôndrias.

Estrutura

Os cloroplastos possuem suas delimitações constituídas por duas membranas lipoprotéicas. A membrana externa é lisa, enquanto a interna é composta por várias dobras voltadas para o interior do cloroplasto.

Na membrana interna dos cloroplastos estão vários fotossistemas, todos com várias moléculas de clorofila dispostas de maneira a formar uma espécie de antena com a finalidade de captar luz. Os fotossistemas possuem outras substâncias além da clorofila que também participam da fotossíntese.

NOTA:Um tipo de plasto pode se transformar em outro facilmente.

Os cloroplastos, organelas da fotossíntese, possuem em geral 5micrômetros de comprimento. Veja um esquema de um cloroplasto:

As membranas tilacóides contém o equipamento de transdução de energia: as proteínas coletoras de luz, os centros de reação, as cadeias de transporte de elétrons e ATP sintase. Possuem quantidades quase iguais de lipídeos e de proteínas. A membrana tilacóide, como a membrana mitocondrial interna, é impermeável a maioria das moléculas e íons. A membrana externa de um cloroplasto, como a de uma mitocôndria, é altamente permeável a pequenas moléculas e íons. O estroma contém as enzimas que utilizam o NADPH e o ATP sintetizados pelos tilacóides para transformar gás carbônico em glicídeos. Os cloroplastos possuem seu próprio DNA e o equipamento para replicá-lo e expressá-lo. No entanto, os cloroplastos (como as mitocôndrias) não são autônomos: também possuem proteínas codificadas pelo DNA nuclear.

A Clorofila

A primeira etapa da fotossíntese é a absorção de luz por uma molécula fotoreceptora. O principal fotoreceptor nos cloroplastos das plantas verdes é a clorofila a. Os quatros átomos de nitrogênio dos pirróis são coordenados a um átomo de magnésio. Outra característica que distingue a clorofila é a presença de fitol, um álcool altamente hidrófobo com 20 carbonos, esterificado com uma cadeia lateral ácida. A clorofila b difere da clorofila a por ter um grupamento formila no lugar de um metila em um de seus pirróis.

Essas clorofilas são fotoreceptores muito eficazes porque contem redes de ligações simples e duplas alternadas. Tais compostos são chamados de polienos. Têm faixas de absorção muito fortes na região visível do espectro, onde também é máximo o fluxo solar que atinge a Terra. Os coeficientes molares de absorção nos picos das clorofilas a e b são os mais altos, observados entre compostos orgânicos. Os espectros de absorção das clorofilas a e b são diferentes. A luz que não é absorvida pela clorofila a – a 460nm – é capturada pela clorofila b, que tem uma absorção intensa nesse comprimento de onda. Assim, esses dois tipos de clorofila complementam um ao outro na absorção da luz solar incidente. A região do espectro de 500 a 600nm é fracamente absorvido por essas clorofilas, mas isso não é problema para os vegetais verdes. Por outro lado, a luz é um fator limitante para as cianobactérias e as algas vermelhas. Elas contêm pigmentos acessórios de captação de luz que as capacitam a utilizar com eficiência a luz que não foi absorvida pelas clorofilas dos organismos fotossintéticos na água acima deles.