Les chloroplastes Il s'agit d'un type d'organites cellulaires délimités par un système complexe de membranes, caractéristique des plantes et des algues. Dans ce plaste se trouve la chlorophylle, le pigment responsable des processus de photosynthèse, la couleur verte des plantes et permettant la vie autotrophe de ces lignées..
De plus, les chloroplastes sont liés à la génération d'énergie métabolique (ATP - adénosine triphosphate), à la synthèse d'acides aminés, de vitamines, d'acides gras, de composants lipidiques de leurs membranes et à la réduction des nitrites. Elle joue également un rôle dans la production de substances de défense contre les agents pathogènes..
Cet organite photosynthétique possède son propre génome circulaire (ADN) et il est suggéré que, comme les mitochondries, elles proviennent d'un processus de symbiose entre un hôte et une bactérie photosynthétique ancestrale..
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Les chloroplastes sont des organites qui présentent les caractéristiques de groupes d'organismes très éloignés: algues, plantes et procaryotes. Ces preuves suggèrent que l'organite provenait d'un organisme procaryote ayant la capacité de photosynthétiser..
On estime que le premier organisme eucaryote, avec la capacité de photosynthèse, est né il y a environ 1 milliard d'années. Les preuves indiquent que ce saut évolutif majeur a été causé par l'acquisition d'une cyanobactérie par un hôte eucaryote. Ce processus a donné naissance à différentes lignées d'algues et de plantes rouges et vertes.
De la même manière, des événements de symbiose secondaire et tertiaire sont soulevés dans lesquels une lignée d'eucaryotes établit une relation symbiotique avec un autre eucaryote photosynthétique vivant en liberté..
Au cours de l'évolution, le génome de la bactérie putative a été raccourci et certains de ses gènes ont été transférés et intégrés dans le génome du noyau.
L'organisation du génome actuel du chloroplaste ressemble à celle d'un procaryote, mais elle possède également des attributs du matériel génétique des eucaryotes..
La théorie endosymbiotique a été proposée par Lynn Margulis dans une série de livres publiés entre les années 60 et 80. Cependant, c'était une idée déjà utilisée depuis les années 1900, proposée par Mereschkowsky.
Cette théorie explique l'origine des chloroplastes, des mitochondries et des corps basaux présents dans les flagelles. Selon cette hypothèse, ces structures étaient autrefois des organismes procaryotes libres..
Il n'y a pas beaucoup de preuves pour soutenir l'origine endosymbiotique des corps basaux des procaryotes mobiles..
En revanche, il existe des preuves importantes soutenant l'origine endosymbiotique des mitochondries des α-protéobactéries et des chloroplastes des cyanobactéries. La preuve la plus claire et la plus solide est la similitude entre les deux génomes.
Les chloroplastes sont le type de plastes le plus visible dans les cellules végétales. Ce sont des structures ovales entourées de membranes et à l'intérieur d'elles se produit le processus le plus célèbre des eucaryotes autotrophes: la 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 par les deux. En fait, ces organites sont assez similaires aux mitochondries à plusieurs égards, bien que plus complexes..
Les chloroplastes sont de gros organites de 5 à 10 µm de longueur. Les caractéristiques de cette structure peuvent être visualisées au microscope optique traditionnel..
Ils sont entourés d'une double membrane lipidique. De plus, ils ont un troisième système de membranes internes, appelées membranes thylacoïdiennes..
Ce dernier système membraneux forme un ensemble de structures en forme de disque, appelées thylakoïdes. L'union des thylakoïdes en tas s'appelle "grana" et ils sont reliés les uns aux autres.
Grâce à ce système à triple membrane, la structure interne du chloroplaste est complexe et se divise en trois espaces: l'espace intermembranaire (entre les deux membranes externes), le stroma (trouvé dans le chloroplaste et à l'extérieur de la membrane thylacoïdienne) et enfin le lumière thylacoïdienne.
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 dans l'organite. La phosphaditylcholine et la phosphatiditélglycérol sont les lipides les plus abondants dans les membranes chloroplastiques.
La membrane externe contient une série de pores. De petites molécules peuvent pénétrer librement dans ces canaux. La membrane interne, quant à elle, ne permet pas le libre transit de ce type de molécules de faible poids. Pour que les molécules entrent, elles doivent le faire via des transporteurs spécifiques ancrés à la membrane.
Dans certains cas, il existe une structure appelée réticulum périphérique, formée par un réseau de membranes, provenant spécifiquement de la membrane interne du chloroplaste. Certains auteurs les considèrent comme uniques parmi les plantes à métabolisme C4, bien qu'elles aient été trouvées dans des plantes C3.
La fonction de ces tubules et vésicules n'est pas encore claire. Il est proposé qu'ils pourraient contribuer au transport rapide des métabolites et des protéines dans le chloroplaste ou à augmenter la surface de la membrane interne..
La chaîne de transport d'électrons impliquée dans les processus photosynthétiques se produit dans ce système membranaire. Les protons sont pompés à travers cette membrane, du stroma vers les thylakoïdes..
Ce gradient aboutit à la synthèse d'ATP, lorsque les protons sont renvoyés vers le stroma. Ce processus est équivalent à celui qui se produit dans la membrane interne des mitochondries..
La membrane thylacoïde est composée de quatre types de lipides: le monogalactosyl diacylglycérol, le digalactosyl diacylglycérol, le sulfoquinovosyl diacylglycérol et le phosphatidylglycérol. Chaque type remplit une fonction spéciale dans la bicouche lipidique de cette section..
Les thylakoïdes sont des structures membraneuses sous la forme de sacs ou de disques plats qui sont empilés dans un "cochenille»(Le pluriel de cette structure est granum). Ces disques ont un diamètre de 300 à 600 nm. L'espace interne du thylacoïde s'appelle la lumière.
L'architecture de la pile thylacoïdienne est toujours débattue. Deux modèles sont proposés: le premier est le modèle hélicoïdal, dans lequel les thylacoïdes sont enroulés entre les grains en forme d'hélice..
En revanche, l'autre modèle propose une bifurcation. Cette hypothèse suggère que les grana sont formés par des bifurcations du stroma.
Le stroma est le fluide gélatineux qui entoure les thylakoïdes et est situé dans la région interne du chloroplaste. Cette région correspond au cytosol de la bactérie supposée à l'origine de ce type de plaste..
Dans ce domaine se trouvent des molécules d'ADN et une grande quantité de protéines et d'enzymes. Plus précisément, ce sont les enzymes qui participent au cycle de Calvin, pour la fixation du dioxyde de carbone dans le processus photosynthétique. Vous pouvez également trouver des granulés d'amidon
Les ribosomes chloroplastiques se trouvent dans le stroma, car ces structures synthétisent leurs propres protéines.
L'une des caractéristiques les plus importantes des chloroplastes est qu'ils ont leur propre système génétique.
Le matériel génétique des chloroplastes est constitué de molécules d'ADN circulaires. Chaque organite possède plusieurs copies de cette molécule circulaire de 12 à 16 kb (kilobase). Ils sont organisés en structures appelées nucléoïdes et se composent de 10 à 20 copies du génome plastidique, ainsi que de protéines et de molécules d'ARN..
L'ADN du chloroplaste code pour environ 120 à 130 gènes. Il en résulte des protéines et de l'ARN liés aux processus photosynthétiques tels que les composants du photosystème I et II, l'ATP synthase et l'une des sous-unités de Rubisco.
La rubisco (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase / oxygénase) est un complexe enzymatique crucial dans le cycle de Calvin. En fait, elle est considérée comme la protéine la plus abondante sur la planète Terre..
Les ARN de transfert et ribosomiques sont utilisés dans la traduction des ARN de message qui sont codés dans le génome du chloroplaste. Comprend les ARN ribosomiques 23S, 16S, 5S et 4.5S et les ARN de transfert. Il code également pour 20 protéines ribosomales et certaines sous-unités de l'ARN polymérase..
Cependant, certains éléments nécessaires au fonctionnement du chloroplaste sont codés dans le génome nucléaire de la cellule végétale..
Les chloroplastes peuvent être considérés comme des centres métaboliques importants dans les plantes, où de multiples réactions biochimiques ont lieu 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 le lieu où se produisent les processus photosynthétiques, où la lumière du soleil est transformée en glucides, l'oxygène étant un produit secondaire..
Une série de fonctions biosynthétiques secondaires se produisent également dans les chloroplastes. Ci-dessous, nous discuterons de chaque fonction en détail:
La photosynthèse se produit grâce à la chlorophylle. Ce pigment se trouve dans les chloroplastes, dans les membranes des thylakoïdes.
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 la lumière bleue et la lumière rouge, reflétant la zone verte du spectre lumineux.
Les réactions photosynthétiques se produisent grâce au transfert d'électrons. L'énergie provenant de la lumière donne de l'énergie au pigment chlorophylle (la molécule est dite «excitée par la lumière»), provoquant un mouvement de ces particules dans la membrane thylacoïdienne. La chlorophylle tire ses électrons d'une molécule d'eau.
Ce processus aboutit à la formation d'un gradient électrochimique qui permet la synthèse d'ATP dans le stroma. Cette phase est également appelée «légère».
La deuxième partie de la photosynthèse (ou phase sombre) se produit dans le stroma et se poursuit dans le cytosol. Il est également connu sous le nom de réactions de fixation du carbone. À ce stade, les produits des réactions précédentes sont utilisés pour fabriquer des glucides à partir du COdeux.
De plus, les chloroplastes ont d'autres fonctions spécialisées qui permettent le développement et la croissance de la plante..
Dans cet organite, l'assimilation des nitrates et des sulfates se produit et ils possèdent les enzymes nécessaires à la synthèse des acides aminés, des phytohormones, des vitamines, des acides gras, de la chlorophylle et des caroténoïdes..
Certaines études ont identifié un nombre important d'acides aminés synthétisés par cet organite. Kirk et al.Etudié la production d'acides aminés dans les chloroplastes de Vicia faba L.
Ces auteurs ont découvert que les acides aminés synthétisés les plus abondants étaient le glutamate, l'aspartate et la thréonine. D'autres types, tels que l'alanine, la sérine et la glycine, ont également été synthétisés mais en plus petites quantités. Les treize acides aminés restants ont également été détectés.
Différents gènes impliqués dans la synthèse des lipides ont été isolés. Les chloroplastes possèdent les voies nécessaires à la synthèse des lipides isoprénoïdes, essentiels à la production de chlorophylle et d'autres pigments..
Les plantes n'ont pas un système immunitaire développé semblable à celui des animaux. Par conséquent, les structures cellulaires doivent produire des substances antimicrobiennes afin de se défendre contre les agents nocifs. À cette fin, les plantes peuvent synthétiser des espèces réactives de l'oxygène (ROS) ou de l'acide salicylique..
Les chloroplastes sont liés à la production de ces substances qui éliminent les éventuels agents pathogènes qui pénètrent dans la plante.
De même, ils fonctionnent comme des «capteurs moléculaires» et participent à des mécanismes d'alerte, en communiquant des informations à d'autres organites..
Les chloroplastes appartiennent à une famille d'organites végétaux appelés plastes ou plastes. Les chloroplastes diffèrent principalement des autres plastides en ayant le pigment chlorophylle. Les autres plastes sont:
-Chromoplastes: ces structures contiennent des caroténoïdes, ils sont présents dans les fleurs et les fleurs. Grâce à ces pigments, les structures végétales ont des couleurs jaune, orange et rouge.
-Leucoplastes: Ces plastes ne contiennent pas de pigments et sont donc blancs. Ils servent de réserve et se retrouvent dans des organes qui ne reçoivent pas de lumière directe.
-Amyloplastes: contiennent de l'amidon et se trouvent dans les racines et les tubercules.
Les plastes proviennent de structures appelées protoplastides. L'une des caractéristiques les plus surprenantes des plastes est leur propriété de changer de type, même s'ils sont déjà à un stade de maturité. Ce changement est déclenché par des signaux environnementaux ou intrinsèques de l'usine.
Par exemple, les chloroplastes sont capables de donner naissance à des chromoplastes. Pour ce changement, la membrane thylacoïde se désintègre et les caroténoïdes sont synthétisés..
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