Caractéristiques, fonctions et structure des chloropastes

Les Chloroplastes Ils sont un type d'organites cellulaires délimités par un système de membranes complexes, caractéristique des plantes et des algues. Dans ce plastidium se trouve la chlorophylle, le pigment responsable des processus de photosynthèse, le vert des légumes et la vie autotrophe de ces lignées.

De plus, les chloroplastes sont liés à la génération d'énergie métabolique (ATP - adénosine trypphosphate), synthèse d'acides aminés, vitamines, acides gras, composants lipidiques de leurs membranes et réduction des nitrites. Il a également un rôle dans la production de substances de défense contre les agents pathogènes.

Chloroplaste. Par Miguelsierra [gfdl (http: // www.gnou.Org / copyleft / fdl.html) ou cc by-sa 4.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 4.0)], de Wikimedia Commons

Cet organelle photosynthétique a son propre génome circulaire (ADN) et il est proposé que, comme les mitochondries, ils proviennent d'un processus de symbiose entre un hôte et une bactérie photosynthétique ancestrale.

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Origine

Les chloroplastes sont des organites qui ont des caractéristiques de groupes d'organismes très éloignés: algues, plantes et procaryotes. Ces preuves suggèrent que l'organelle est originaire d'un corps procaryote avec la capacité d'effectuer la photosynthèse.

On estime que le premier organisme eucaryote, avec la capacité d'effectuer la photosynthèse, est originaire d'environ 1.000 millions d'années. Les tests indiquent que ce saut évolutif important a été causé par l'acquisition d'un cyanobactérien par un invité eucaryote. Ce processus a donné lieu à différentes lignées d'algues rouges, vertes et plantes.

De même, des événements de symbiose secondaire et tertiaire sont soulevés dans lesquels une lignée eucaryote établit une relation symbiotique avec un autre eucaryota photosynthétique de la vie libre.

Au cours de l'évolution, le génome de la bactérie supposée a été réduit et certains de ses gènes ont été transférés et intégrés dans le génome du noyau.

L'organisation du génome du chloroplaste actuel se souvient de celle d'un procaryote, mais il a également des attributs de matériel génétique eucaryote.

Théorie de l'endosimbiotique

La théorie endosimbiotique a été proposée par Lynn Margulis dans une série de livres publiés entre les années 60 et 80. Cependant, c'était une idée qui conduisait déjà depuis les années 1900, proposée par Mereschkowsky.

Cette théorie explique l'origine des chloroplastes, des mitochondries et des corps basaux présents dans les fléaux. Selon cette hypothèse, ces structures étaient autrefois des procaryotes libres.

Il n'y a pas beaucoup de preuves qui soutiennent l'origine endosimbiotique des corps basaux des procaryotes mobiles.

En revanche, il existe des preuves importantes qui soutiennent l'origine endosimbiotique des mitochondries des α-protéobactéries et des chloroplastes des cyanobactéries. La preuve la plus claire et la plus forte est la similitude entre les deux génomes.

Caractéristiques générales des chloroplastes

Les chloroplastes sont le type le plus visible de plastes de cellules végétales. Ce sont des structures ovales entourées de membranes et à l'intérieur, il se produit le processus le plus célèbre d'eucaryotes autotrophes: Photosynthèse. Ce sont des structures dynamiques et ont leur propre matériel génétique.

Ils sont généralement situés sur les feuilles des plantes. Une cellule végétale typique peut avoir 10 à 100 chloroplastes, bien que le nombre soit assez variable.

Comme les mitochondries, l'héritage des chloroplastes des parents aux enfants se produit par l'un des parents et non des deux. En fait, ces organites sont assez similaires aux mitochondries à divers aspects, bien que plus complexes.

Structure (pièces)

Chloroplaste. Par gmsotavio [cc by-sa 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0) ou gfdl (http: // www.gnou.Org / copyleft / fdl.html)], de Wikimedia Commons

Les chloroplastes sont de grands organites, de 5 à 10 µm de longueur. Les caractéristiques de cette structure peuvent être visualisées au microscope optique traditionnel.

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Ils sont entourés d'une membrane lipidique double. De plus, ils ont un troisième système de membranes internes, appelés membranes tilacoïdes.

Ce dernier système membraneux forme un ensemble de structures similaires à un album, connu sous le nom de Tilacoides. L'union des thilacoïdes dans les batteries est appelée "grana" et est connectée les unes aux autres.

Grâce à ce système triple membranes, la structure interne du chloroplaste est complexe et est divisée en trois espaces: l'espace intermembranaire (entre les deux membranes externes), le stroma (trouvé dans le chloroplaste et à l'extérieur de la membrane du tilacoïde) et par dernière la lumière du tilacoïde.

Membranes externes et internes

Le système membranaire est lié à la génération d'ATP. Comme les membranes des mitochondries, c'est la membrane interne qui détermine le passage des molécules à l'intérieur de l'organelle. La phosphaditilcholine et le phosphaditylglycérol sont les lipides les plus abondants des membranes chloroplastes.

La membrane externe contient une série de pores. Les petites molécules peuvent entrer librement ces canaux. La membrane interne, quant à elle, n'autorise pas le transit libre de ce type de molécules de faible poids. Pour que les molécules entrent, elles doivent le faire au moyen de transporteurs spécifiques ancrés à la membrane.

Dans certains cas, il existe une structure appelée réticulum périphérique, formé par un réseau membranaire, en particulier de la membrane chloroplastique interne. Certains auteurs les considèrent uniquement aux plantes atteints de métabolisme C4, bien qu'ils aient été trouvés dans les plantes C3.

La fonction de ces tubules et vésicules n'est pas encore claire. Il est proposé qu'ils puissent contribuer au transport rapide des métabolites et des protéines dans le chloroplaste ou pour augmenter la surface de la membrane interne.

Membrane tilacoïde

Membrane tilacoïde. Tameria Sur Wikipédia Anglais [domaine public], via Wikimedia Commons

La chaîne de convoyeur électronique impliqué dans des processus photosynthétiques se produit dans ce système membranaire. Les protons sont pompés à travers cette membrane, du stroma à l'intérieur des Tilacoides.

Ce gradient entraîne une synthèse d'ATP, lorsque les protons sont à nouveau dirigés vers le stroma. Ce processus est équivalent à celui qui se produit dans la membrane interne des mitochondries.

La membrane tilacoïde est formée par quatre types de lipides: le monogalactosyl diacylglycérol, la diacylglycérol, le sulquinovosyle diacylglycérol et le phosphatidylglycérol. Chaque type remplit une fonction spéciale dans la bicouche lipidique de cette section.

Tilacoïde

Les tilacoïdes sont des structures membraneuses sous forme de sacs ou de disques plats qui sont empilés dans un "cochenille»(Le pluriel de cette structure est Granulé). Ces albums ont un diamètre de 300 à 600 nm. Dans l'espace interne du Tilacoïde, il s'appelle Lumen.

L'architecture d'empilement de tilacoïde est toujours débattue. Deux modèles sont proposés: le premier est le modèle hélicoïdal, dans lequel les tilacoïdes sont roulés parmi le pogging sous la forme d'une hélice.

En revanche, l'autre modèle propose une bifurcation. Cette hypothèse suggère que la grana est formée par des bifurcations de stroma.

Stroma

Le stroma est le liquide gélatineux entourant le tilacoïde et se trouve dans la région interne du chloroplaste. Cette région correspond au cytosol des bactéries supposées qui ont créé ce type de plastidium.

Dans ce domaine se trouvent des molécules d'ADN et une grande quantité de protéines et d'enzymes. Sont spécifiquement les enzymes qui participent au cycle Calvin, pour la fixation de l'anhydride carbonique dans le processus photosynthétique. Vous pouvez également trouver des granules d'amidon

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Dans le stroma sont les ribosomes des chloroplastes, car ces structures synthétisent leurs propres protéines.

Génome

L'une des caractéristiques les plus importantes des chloroplastes est qu'ils ont leur propre système génétique.

Le matériel génétique des chloroplastes se compose de molécules d'ADN circulaires. Chaque organelle a plusieurs copies de cette molécule circulaire de 12 à 16 kb (kilobases). Ils sont organisés en structures appelées nucléoïdes et se composent de 10 à 20 copies du génome plastique, ainsi que des protéines et des molécules d'ARN.

L'ADN chloroplastique code pour environ 120 à 130 gènes. Ceux-ci entraînent des protéines et des ARN liés aux processus photosynthétiques tels que le composant du photosystème I et II, de l'ATP synthase et de l'une des sous-unités Rubisco.

Rubisco (Ribulosa-1,5-Bishoposphate carboxylase / oxygénase) est un complexe enzymatique crucial dans le cycle Calvin. En fait, la protéine la plus abondante sur la planète Terre est considérée.

Les ARN de transfert et les ribosomales sont utilisés dans la traduction des messages codés dans le génome du chloroplaste. Comprend des ribosomales 23s, 16s, 5s et 4,5 et 30 côtes de transfert. Il code également pour 20 protéines ribosomales et certaines sous-unités d'ARN polymérase.

Cependant, certains éléments nécessaires au fonctionnement du chloroplaste sont codés dans le génome nucléaire des cellules végétales.

Les fonctions

Les chloroplastes peuvent être considérés comme un centre métabolique important dans les plantes, où plusieurs réactions biochimiques se produisent grâce au large spectre d'enzymes et de protéines ancrées aux membranes que ces organites contiennent.

Ils ont une fonction critique dans les organismes végétaux: c'est l'endroit où se produisent les processus photosynthétiques, où la lumière du soleil est transformée en glucides, ayant de l'oxygène comme produit secondaire.

Dans les chloroplastes également une série de fonctions secondaires de la biosynthèse. Ensuite, nous discuterons de chaque fonction en détail:

Photosynthèse

Photosynthèse (à gauche) et respiration (DCHA). Image du droit extrait de la BBC

La photosynthèse se produit grâce à la chlorophylle. Ce pigment se trouve dans les chloroplastes, dans les membranes tilacoïdes.

Il est composé de deux parties: un anneau et une queue. L'anneau contient du magnésium et est responsable de l'absorption de la lumière. Il peut absorber le feu bleu et rouge, reflétant la zone verte du spectre lumineux.

Les réactions photosynthétiques se produisent grâce au transfert d'électrons. L'énergie de la lumière confère l'énergie au pigment de chlorophylle (on dit que la molécule est "excitée par la lumière"), provoquant un mouvement de ces particules dans la membrane tilacoïde. La chlorophylle obtient ses électrons d'une molécule d'eau.

Ce processus entraîne la formation d'un gradient électrochimique qui permet la synthèse de l'ATP dans le stroma. Cette phase est également connue sous le nom de "lumineux".

La deuxième partie de la photosynthèse (ou phase sombre) se produit dans le stroma et continue dans le cytosol. Il est également connu sous le nom de réactions de fixation du carbone. À ce stade, les produits des réactions ci-dessus sont utilisés pour construire des glucides à partir de CO₂.

Synthèse des biomolécules

De plus, les chloroplastes ont d'autres fonctions spécialisées qui permettent le développement et la croissance de la plante.

Dans cet organelle, l'assimilation des nitrates et des sulfates se produit, et ils ont les enzymes nécessaires pour la synthèse des acides aminés, des phytohormones, des vitamines, des acides gras, de la chlorophylle et des caroténoïdes.

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Certaines études ont identifié un nombre important d'acides aminés synthétisés par cet organelle. Kirk et les collaborateurs ont étudié la production d'acides aminés dans les chloroplastes de Vicia Faba L.

Ces auteurs ont constaté que les acides aminés synthétisés les plus abondants étaient le glutamate, l'aspartate et le treonine. D'autres types, comme Alanina, la sérine et la glycina, ont également été synthétisés mais en moins de quantité. Les acides aminés restants ont également été détectés.

Différents gènes impliqués dans la synthèse des lipides ont été isolés. Les chloroplastes ont les routes nécessaires pour la synthèse des lipides isaprénoïdes, essentiels pour la production de chlorophylle et d'autres pigments.

Défense pathogène

Les plantes n'ont pas de système immunitaire développé similaire à celui des animaux. Par conséquent, les structures cellulaires doivent produire des substances antimicrobiennes pour pouvoir se défendre contre les agents nocifs. À cette fin, les plantes peuvent synthétiser l'oxygène réactif (ROS) ou les espèces d'acide salicylique.

Les chloroplastes sont liés à la production de ces substances qui éliminent les agents pathogènes possibles qui entrent dans la plante.

Ils fonctionnent également comme un "capteurs moléculaires" et participent à des mécanismes d'alerte, communiquant des informations à d'autres organites.

Autres plastes

Les chloroplastes appartiennent à une famille d'organiques de légumes appelés plastes ou plastiques. Les chloroplastes diffèrent principalement du reste des plastes en possédant le pigment de chlorophylle. Les autres plastes sont:

-Chromoplastos: Ces structures contiennent des caroténoïdes, sont présents dans les fleurs et les fleurs. Grâce à ces pigments, les structures végétales ont des couleurs jaune, orange et rouge.

-Les leucoplastes: ces plastes ne contiennent pas de pigments et sont donc blancs. Ils servent de réservation et se trouvent dans des organes qui ne reçoivent pas de lumière directe.

-Les amyloplastes: ils contiennent de l'amidon et se trouvent dans les racines et les tubercules.

Les plastes proviennent de structures appelées protoplastes. L'une des caractéristiques les plus surprenantes des plastides est leur propriété pour changer de type, même si elles sont déjà au stade mature. Ce changement est déclenché par des signaux environnementaux ou intrinsèques de la plante.

Par exemple, les chloroplastes sont capables de donner naissance à des chromoplastes. Pour ce changement, la membrane tilacoïde se désintégre et les caroténoïdes est synthétisée.

Les références

1. Allen, J. F. (2003). Pourquoi les chloroplastes et les mitechondries contiennent des génomes. Génomique comparative et fonctionnelle, 4(1), 31-36.
2. Cooper, G. M (2000). La cellule: approche moléculaire. Deuxième édition. Sinauer Associates
3. Daniell, H., Lin, C.-S., Miam., & Chang, W.-J. (2016). Genomes chloroplastes: diversité, évolution et applications en génie génétique. Biologie du génome, 17, 134.
4. Gracen, V. ET., Hilliard, J. H., Brown, R. H., & West, s. H. (1972). Resticulum périphal dans les chloroplastes des plantes différant dans les pathoways de fixation CO 2 et Hutortespirion. Usine, 107(3), 189-204.
5. Gris, m. W. (2017). Lynn Margulis et l'hypothèse de l'endosymbionnt: 50 ans plus tard. Biologie de la cellule moléculaire, 28(10), 1285-1287.
6. Jensen, P. ET., & Leister, D. (2014). Évolution, structure et fonctions chloroplastes. Rapports F1000Prime, 6, 40.
7. Kirk, P. R., & Leech, R. M. (1972). Biosynthèse d'acide d'amino par des chloroplats isolés pendant la photosynthèse . Physiologie des plantes, cinquante(2), 228-234.
8. Kobayashi, k., & Wada, h. (2016). Rôle des lipides dans la biogenèse des chloroplastes. Dans Lipides dans le développement des plantes et des algues (PP. 103-125). Springer, Cham.
9. Sowden, R. g., Watson, S. J., & Jarvis, P. (2017). Le rôle des chloroplastes dans la pathologie végétale. Essais en biochimie, EBC20170020.
10. Plus sage. R., & Hoober, J. K. (2007). La structure et la fonction des plastes. Springer Science & Business Media.