Los Cloroplastos

¿Qué son los cloroplastos?

Los cloroplastos

Lo primero que debemos hacer para que todo sea claro es dar la definición de cloroplastos. Los cloroplastos son los orgánulos celulares de los vegetales y algas verdes que son los encargados de llevar a cabo la fotosíntesis. Estos se encuentran en los organismos eucariotas, en grandes cantidades. Sus tamaños son variables, aunque generalmente suelen ser esféricos u óvalos. En ellos la energía lumínica se transforma en energía química. Esta puede ser aprovechada por los vegetales.

En 1881 Theodor Engelmann, un biólogo alemán, demostró a través de un experimento que cuando las células del alga verde Spirogyra se iluminan, algunas bacterias de desplazan activamente para agruparse en el exterior de las células. Lo hacían cerca del sitio que correspondía a los grandes cloroplastos. Esas bacterias estaban usando las pequeñas cantidades de oxígeno. Asimismo, se liberaban en el cloroplasto por la fotosíntesis para estimular su respiración aerobia.

Función de los cloroplastos

Los cloroplastos

Su principal función es la realización de la fotosíntesis. Durante este proceso se obtienen hidratos de carbono a partir del dióxido de carbono y de la energía de la luz. También es fundamental para los seres vivos. A través de ella las plantas fabrican materia verde orgánica para ellas y para todos los organismos heterótrofos que dependen de ellas. Esto lo hacen a través de las cadenas alimentarias de la biosfera.

Además, también sirven como lugares para el almacenamiento de almidón, así como de síntesis de algunas proteínas. Es en el estroma de cloroplasto donde se almacena la glucosa, en forma de gránulos de almidón. Estos, que generalmente son de gran tamaño, pueden observarse con el microscopio óptico.

Asimismo, el ADN del cloroplasto contiene información genética para la síntesis de varias proteínas del cloroplasto. Esta síntesis se produce en los ribosomas 70s del orgánulo.

Cloroplastos estructura

Los cloroplastos son orgánulos con forma de disco, de unos 6 metros de diámetro y unos 10 (o más) de longitud. Al igual que las mitocondrias, están rodeados por dos membranas: una externa y otra interna. 

La externa tiene una mayor permeabilidad a los iones y a las grandes moléculas que la interna. Esta última es prácticamente impermeable pero contiene proteínas transportadoras.

Cloroplastos célula vegetal

Los cloroplastos equivalen a al origen de la primera célula vegetal. Sus cloroplastos son los ancestros de todos los plastos que existen. También de los incluidos en otros grupos como los dinoflagelados, alveolados o cromistas.

Se encuentran en las células de algas y plantas como, por ejemplo, el brócoli. Capturan la energía luminosa y almacenan esta en forma de moléculas de combustible en los tejidos vegetales. Las mitocondrias están tanto dentro de sus células como en las células vegetales.

La clorofila, como veremos después, es fundamental para la célula vegetal. Este pigmento verdoso consigue que la planta capte la luz el sol y transforme las sustancias inorgánicas en orgánicas para que sirvan a la célula de nutriente.

Imágenes de cloroplastos

Como mucha veces una imagen vale más que mil palabras, vamos a ver varias de los cloroplastos para que observes mejor sus características:

 

 

Aunque ya hemos hablado sobre eso, en esta última imagen puedes ver más gráficamente la estructura de los cloroplastos.

Cloroplastos y sus partes

Ahora vamos a los cloroplastos y sus partes. Tienen una forma muy característica y particular que los diferencia de otras estructuras subcelulares. En la zona exterior, tienen una membrana que les sirve para separar el citoplasma. En la interna, otra que va replegándose hacia su zona interior.

Es e la interna donde se encuentran unas vesículas de forma plana conocidas con el nombre de tilacoides. Estas están insertadas en unas cavidades interna del cloroplasto que se llama estroma y contiene un fluido intracloroplástico.

Asimismo, en el estroma pueden encontrarse otras sustancias. Por ejemplo, los lípidos, el almidón o los ribosomas. Los tilacoides se apilan en forma de columnas con cavidades llamadas granas. Ellas hacen que la clorofila se almacene para que quede empaquetada y ocupe el mínimo espacio posible.

Mitocondrias y cloroplastos

Cada célula tiene una enorme necesidad de energía para fabricar materiales y tomar y eliminar cosas del medio. También para reproducirse y moverse. Por esto mismo, cuenta con estructuras que les proporcionan toda la energía necesaria para vivir. Estas son los cloroplastos (en células vegetales) y las mitocondrias (en células animales y vegetales). Las dos son similares en bastantes aspectos. Estos son algunos de los principales: 

  • Generalmente, ambos son alargados (de uno a cinco micras o micrómetros de longitud aproximadamente)
  • Están rodeados por una doble membrana.
  • El ADN de ambas, resto de su posible evolución de organismo de vida libre.
  • Tienen enzimas que sintetizan ATP (triosfato de adenosina). Aunque lo cierto es que los sistemas son utilizados de diferente manera.

Asimismo, tienen también una gran cantidad de diferencias. La mayoría están relacionadas con la cantidad de funciones que desarrollan en las células. Ahora veremos más detalladamente sus características principales.

Cloroplastos dibujo

Los cloroplastos

En este dibujo  de cloroplastos puedes observar detalladamente las partes de las que se componen los cloroplastos: membrana externa, membrana interna, estroma, grana (pila de tilacoides), canal de interconexión de tilacoides.

Cloroplastos y mitocondrias

Para señalar con mayor claridad las diferencias entre cloroplastos y mitocondrias que hemos señalado anteriormente, vamos a ver sus principales características. Pero primero vamos a ver de dónde viene la palabra “mitocondrias”. Lo hace del griego: mitos=hilo y khonrion (condria)=hilo pequeño.

Cloroplastos

  • Captan la energía de la luz solar durante la fotosíntesis. Almacenan esa energía en un carbohidrato.
  • Solamente se encuentran en los vegetales y en algunos protistas (especialmente en las algas unicelulares).
  • Están rodeados por dos membranas. La interna incluye estroma (un material semifluido). Dentro de él están las pilas interconectadas de sacos membranosos vacíos (los sacos que son individuales son denominados como tilacoides mientras que a la pila de sacos se les denomina grana).

Mitocondrias

  • Convierten la energía de la luz en ATP (triosfato de adenosina) para su uso en célula (respiración celular).
  • Producen ATP utilizando la energía que está almacenada en las moléculas alimenticias.
  • Liberan energía mediante una molécula alimenticia. Por esto son también conocidas como centrales eléctricas de las células.
  • Son los únicos sitios dentro de una célula en los que puede el oxígeno puede usarse en el desdoblamiento de los alimentos.

Cloroplastos y mitocondrias utilizan la señalización retrógrada para solicitar el núcleo de las proteínas que son necesarias para ejercer correctamente su papel de productores de energía.

Por poner un ejemplo, en las células animales la señalización del de la mitocondria al núcleo modula procesos tan fundamentales como la división celular. Asimismo, influye de forma determinante en la progresión de los tumores.

Cloroplastos microscopio

Cloroplastos en microscopios: Estas imágenes, captadas a través de microscopios, muestran el interior de los cloroplastos.

Características de los cloroplastos

Vamos a ver las características de los cloroplastos en profundidad. Se trata de un tipo de plastidio (o plasto) con forma ovalada o redondeada. Su apariencia es en forma de disco y son parte activa en el almacenamiento y la síntesis de los distintos alimentos.

Pueden diferenciarse de los otros tipos de plastidios por su color verde o verdoso. Este es resultado de la presencia de dos pigmentos: el de la clorofila A y el de la clorofila B.

En las plantas de los cloroplastos se producen todos esos tejidos verdes. Están especialmente concentrados en las células arénqueme del mesófilo foliar especialmente. Su medida es aproximadamente de 0.001 milímetros y de unos 005 a 0.007 milímetros de diámetro. Están envueltos por el cloroplasto que tiene una doble membrana.

Después de la membrana doble (interna y externa) está el espacio intermembral y después una tercera membrana interna, plegada, que se caracteriza porque en ella están presentes los discos cerrados. Es conocida como “Membrana de Thylakoid”.

Los cloroplastos están en plantas de tipos altos y esta membrana se arregla en pilas especiales, denominadas como “grana”. Las granas están conectadas entre ellas las láminas estomacales. Estas son extensiones que van desde el grano y después pasan por el estoma hasta el otro grano que está al lado.

La membrana tilacoide recubre la zona acuosa central. Esta es generalmente conocida como lumen tilacoide. El espacio existente entre las membranas interna y tilacoidal es conocida como conestroma. Esta es una raíz que contiene todo tipo de encimas disueltas, copias del genoma del cloroplasto y los gránulos de almidón.

Son fundamentales para las plantas, ya que, sin ellos, su crecimiento sería imposible. Así que a ellos debemos agradecer en gran parte todos los beneficios que estas nos proporcionan. Sin los cloroplastos, no podrían reaccionar ni pasar por el proceso de la fotosíntesis, del que hablaremos detalladamente más adelante. Esto impediría radicalmente su crecimiento, ya que no obtendrían la suficiente energía química para transformar la energía externa en otra beneficiosa para desarrollarse en óptimas condiciones.

Las células animales no contienen cloroplastos y tampoco lo necesitan. Para agilizar su proceso de crecimiento y desarrollo no necesitan de la fotosíntesis.

Fotosíntesis cloroplastos

Los cloroplastos

Cuando, por medio de la fotosíntesis, los organismos tienen la capacidad de elaborar sus propios alimentos, son denominados como autótrofos. Cuando, por el contrario, deben encontrar esos alimentos en la naturaleza, se llaman heterótrofos. Es decir, organismos que no pueden sintetizar su alimento a partir de alimentos no orgánicos.

Las membranas tilacoides tienen un gran contenido en proteínas. No son usuales porque tienen cantidades más o menos pequeñas de fosfolípidos. En su lugar, las membranas albergan un porcentaje alto de glupolípidos. Estos contienen galactosa.

Los ácidos grasos de estos lípidos albergan varios enlaces dobles. Esto hace que la bicapa lipídica de las membranas tilacoides sea muy fluida.

La causa de que la clorofila tenga ese color verde es que es capaz de absorber luz del espectro verde visible entre los colores rojo y azul, que, al mismo tiempo, reflejan el color verde.

Los cloroplastos son orgánulos exclusivos y típicos de las células vegetales que poseen clorofila. Es a causa de ellos que las plantas son capaces de realizar el proceso de la fotosíntesis. Este proceso transforma la energía luminosa en energía química contenida en las partículas de ATP. Al igual que la membrana externa de la mitocondria, la membrana externa de la envoltura exterior de los cloroplastos contiene varias porinas diferentes.

Las bacterias usan las pequeñas cantidades de oxígeno que se liberaban en el cloroplasto durante la fotosíntesis para su respiración aeróbica.

La molécula pequeña está compuesta por tres átomos de hidrógeno y uno de carbono. Los grupos metilos se añaden a los ácidos nucleicos o a las proteínas. También pueden extraerse de estos, cambiando la forma en la que actúan en el cuerpo.

Esta sustancia está localizada en los cloroplastos que, como hemos indicado anteriormente, son organelos que llevan a cabo el proceso de la fotosíntesis. En los vegetales verdes se localizan los cloroplastos. Así forman parte del sistema de biosíntesis a partir de la energía y de la luz. No obstante, son mucho más visibles y abundantes. Al punto de colorear algunas frutas, raíces y flores.

Tipos de cloroplastos

Cloroplastos

  • Generalmente, están en las células de plantas y algas.
  • Realizan la fotosíntesis.
  • Son organismos celulares que en los organismos eucariontes fotosintetizadores se ocupan de la fotosíntesis
  • Están limitados por una envoltura que está formada por dos membranas concéntricas. Contienen vesículas: los tilacoides, que es donde están organizados los pigmentos y el resto de moléculas que transforman la energía luminosa en energía química.

Cromoplastos

  • Solo se encuentran en las células de algas y plantas
  • Almacenan y sintetizan pigmentos
  • Su presencia es determinante en el color rojo, amarillo y anaranjado de algunas frutas, hortalizas y flores.
  • Su color se debe a la presencia de algunos pigmentos como las xantofilas (de color amarillo) o los pimientos (de color rojo). Por poner un ejemplo, la zanahoria y el tomate contienen una gran cantidad de pigmentos carotinoides.

Leucoroplastos

  • Son incoloros.
  • Están localizados en las células vegetales de órganos no expuestos a la luz como tubérculos, raíces, semillas y órganos encargados de almacenar el almidón.

Cloroplastos en microscopio

Los cloroplastos

Aquí puedes observar células rectangulares y los cloroplastos de una Elodea Canadensis. Se aprecia claramente el color verde que tienen gracias a la clorofila. A veces también cabe la posibilidad de que este color verde quede algo enmascarado por la xantofila y la carotina que siempre acompañan a la clorofila en estos orgánulos

Fijándose en este vídeo también puede verse el movimiento de ciclosis de los cloroplastos, cuya función es hacer más fácil el intercambio de sustancias intracelularmente (entre la célula y el exterior). Este es un movimiento que varía según el estímulo de la célula. También influyen factores como estímulos externos como la luz.

Para qué sirven los cloroplastos

Los cloroplastos

En realidad, los cloroplastos tienen múltiples funciones. Una de las principales es la fotosíntesis. Es indudable que son un gran aporte para el medio ambiente.

Son unos orgánulos. Es decir, una parte constituyente elemental de la célula que tiene una unidad estructural y cumple una función determinada.

Estos orgánulos se encuentran en las células de varias verduras, plantas verdes y hongos. Nunca en animales ni en hongos.  La verdad es que la estructura de los cloroplastos es más complicada que la de la mitocondrial, que ya lo es de por sí. Además de las dos membranas que tiene en su envoltura, cuenta con distintos sacos en su interior. Estos están formados por otras membranas más que apresan un pigmento verde: la conocidísima clorofila.

Un gran porcentaje de los científicos que han estudiado a fondo la materia opina que los cloroplastos desempeñan un papel más importante incluso que el de la mitocondria. Esta conclusión es debida a que es gracias a ellos que se produce la fotosíntesis, algo sumamente esencial. Este, como hemos dicho antes, es un proceso que está basado en usar la energía que irradia el sol mediante la luz solar. De esta manera se activa la síntesis de las moléculas de carbono pequeñas (muy ricas en energía), para luego dejar salir el oxígeno.

Son el centro metabólico de las plantas. Ese es uno de los principales motivos que los hacen fundamentales. En dicho centro ocurren una gran cantidad de reacciones bioquímicas. Eso es gracias al amplio espectro de enzimas y proteínas que posee.

Los cloroplastos

La función que poseen en los organismos vegetales es, a su vez, muy crítica: es el sitio donde empieza algo tan esencial como la fotosíntesis. Este fundamental proceso consigue que la luz que el sol irradia se convierta en carbohidratos. Su siguiente producto es algo tan fundamental como el oxígeno. En los cloroplastos, a su vez, puede observarse que se desarrollan funciones que incluyen la biosíntesis. 

De hecho, hace unos años un trabajo de investigación publicado en una prestigiosa revista descubrió otra función de los cloroplastos como reguladores del desarrollo de las plantas. También se determinó que, en condiciones de estrés, el cloroplasto manda señales al núcleo de la célula para modificar la forma en la que desarrolla la planta.

El importante artículo describió por primera vez el mecanismo molecular por el que, ante una luz excesiva, la planta altera su desarrollo. El grupo de investigación utilizó pequeñas plántulas de Arabidopsis thaliana que estaban en proceso de desarrollo guiado por la luz (proceso conocido como fotomorfogénesis. 

Los investigadores trataron estas plántulas con un fármaco que daña los cloroplastos. Después comprobaron sorprendidos que las plantas que habían sido tratadas con dicho fármaco adquirían un aspecto similar al de las plantas que habían crecido con ausencia de luz. Esto era un claro indicativo de que señalización retrograda estaba impidiendo la fotomorfogénesis normal a pesar de la presencia de la luz. Ante este resultado, los investigadores llegaron a la conclusión de que el siguiente paso era buscar cuál era el mecanismo molecular causante de este sorprendente efecto.

Experimentos

Los experimientos que realizaron posteriormente arrojaron como resultado que el gen nuclear GLK1 es determinante en la regulación de la fotomorfogénesis ya que este es un gen que está regulado por la señalización retrógrada y por las proteínas PIF, que son sensibles a la luz.

Las proteínas PIF son abundantes en la oscuridad y evitan la acción de GLK1 pero en el momento en el que la plántula sale de la tierra y llega a ella la luz, las proteínas PIF se degradan, permitiendo así que GLK1 promueva el desarrollo fotomorfogénico de la plántula. Este incluye la adquisición de la clorofila (y, por ende, del color verde) y la expansión de las hojas. 

Pero, a pesar de esto, cuando el cloroplasto se daña (por ejemplo, a la hora de aplicar el fármaco), o detecta condiciones ambientales estresantes (por ejemplo, cuando se somete a la planta a una excesiva iluminación), baja la expresión de GLK1. Hace esto como respuesta a las señales retrógradas que son enviadas por el cloroplasto, mediante un mecanismo independiente de PIF. Este mecanismo molecular permite que se frene el desarrollo. Así la planta se protege del daño foto-oxidativo, quedando a la espera de las condiciones favorables para el crecimiento.

La síntesis de este ambicioso artículo describió por primera vez que el cloroplasto funciona como una antena sensora de estrés que es capaz de tomar de forma temporal la dirección de la célula al núcleo para así proteger a la planta y modificar ese desarrollo.

Clorofila y cloroplastos

Como hemos dicho anteriormente, la clorofila es un pigmento que puede encontrase en la parte interior de los cloroplastos. Es muy importante, ya que es el encargado de que la fotosíntesis se produzca. Se divide en dos partes: la cola y el anillo.

El anillo es el encargado de absorber la luz y trae con él una porción de magnesio. Dicha absorción se basa solamente en luces rojas y azules. De este modo se refleja al espectro de luz el ares verde. La energía proveniente de la luz del sol se transforma en energía que lleva a la clorofila.

Las plantas tienen diferentes tipos de pigmentos aparte de la clorofila. Algunos de ellos también son los encargados de ayudar en la tarea de absorber la energía lumínica. Estos pigmentos diferentes se ven más durante el otoño. En esa época de año, las plantas fabrican una menor cantidad de clorofila y, por eso mismo, los otros colores no están ocultos detrás de ese verde.

Las plantas, como hemos indicado anteriormente, pueden llegar a sufrir daños por un exceso de luz solar. Afortunadamente, hay pigmentos necroclorofílicos en las plantas actúan como una especie de “protector solar”.

Para finalizar os dejamos el vídeo de la clorofila, realizado en una producción audiovisual de Youtube.

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