Los cloroplastos son los plastos de mayor importancia biológica ya que son los que llevan a cabo la fotosíntesis, proceso que transforma la energía lumínica en energía química gracias a los pigmentos fotosintéticos como la clorofila. Estos orgánulos enlazan los bioelementos y construyen moléculas orgánicas como la glucosa. Se localizan en las células vegetales fotosintéticas y en las algas.

Se pueden mover por movimientos ameboideos y contráctiles, y se colocan en la parte de la célula que recibe mayor cantidad de luz. Las algas fotosintéticas suelen tener un gran cloroplasto, pero las células vegetales tienen algunas decenas.

CLASIFICACIÓN

Los plastos se caracterizan por sintetizar y acumular sustancias de reserva (almidón, aceites y proteínas). Se clasifican en dos grandes grupos:

• LEUCOPLASTOS: Carecen de pigmentos y almacenan sustancias. Se encuentran en los cotiledones (hojas embrionarias de las semillas)
  • Amiloplastos (almidón)
  • Oleoplastos (grasas)
  • Proteoplastos (proteínas)
• CROMOPLASTOS. Contienen pigmentos

ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN

La morfología puede ser ovoide, lenticular o helicoidal (Spirogyra). Los cloroplastos están formados por una doble membrana (externa e interna), un espacio intermembranoso y un espacio interior o estroma, donde se encuentran los tilacoides, con forma de sáculos aplanados. En el cloroplasto se distingue:

• Membrana externa. Su estructura es similar a la del resto de las membranas:
  • 60% de lípidos (fosfolípidos de membrana y fitoesteroles)
  • 40% de proteínas. La membrana externa contiene porinas, por lo que es muy permeable.
• Espacio intermembrana. De composición muy parecida al citosol, por la permeabilidad de la membrana externa.
• Membrana interna, es poco permeable, aunque presenta proteínas de transporte específicas que regulan el paso de sustancias.
• Estroma. Es el espacio central del cloroplasto. Contiene en su interior:
  • ADN circular de bicatenario, que codifica la síntesis de proteínas del cloroplasto.
  • Plastorribosomas, similares a los de las bacterias  (70S).
  • Enzimas, de dos tipos:
    • Las que permiten fijar y reducir CO2 a materia orgánica, como la rubisCO (se trata de la proteína más abundante de la naturaleza)
    • Las que permiten la replicación, transcripción y traducción de la información del ADN del cloroplasto. (ADN polimerasa, ARN polimerasa)

• Tilacoides (del estroma y grana). Son sáculos aplanados aislados o interconectados, parecidos a una pila de monedas formando una red interna membranosa. Se llama grana a cada uno de estos apilamientos, con un número variable de sacos. Las membranas de los tilacoides contienen todo lo necesario para realizar la fotosíntesis.
  • 50 % proteínas que podemos clasificarlas en tres grupos:
    • Proteínas asociadas a los pigmentos: forman grandes complejos, integrados en la membrana.
    • Proteínas transportadoras de electrones: como en la mitocondria, aunque transportan los electrones desde el agua, hasta el NADP, que se reduce.
    • ATP-sintetasa, semejante a la de la membrana mitocondrial interna.
  • 38 % son lípidos,
  • 12 % pigmentos (carotenoides y clorofilas).

FUNCIONES DE LOS CLOROPLASTOS

Las principales funciones de los cloroplastos son:

• Fotosíntesis. Los cloroplastos se encargan de realizar la fotosíntesis. En la fotosíntesis se producen dos tipos de reacciones:
  • Reacciones dependientes de la luz, como las que producen ATP y NADPH.
  • Reacciones independientes de la luz, que utilizan la energía obtenida por las que dependen de la luz, para fijar CO₂ y formar glúcidos principalmente.

Se distinguen dos fases de la fotosíntesis:

• Luminosa (obtención de energía). Se produce en las lamelas y granas. Dependen directamente de la luz. Como producto, se obtiene ATP (energía química), y NADPH (un potente reductor). La energía solar activa un electrón de la clorofila, que se va desplazando por una cadena de transporte. La energía que se obtiene se emplea en bombear protones a través de la membrana del tilacoide. El gradiente electroquímico que se crea se aprovecha para sintetizar ATP. La clorofila recupera los electrones perdidos, al romperse la molécula de agua, que se oxida, dejando libre al oxígeno. El último aceptor de electrones de la cadena es el NADP, que se reduce a NADPH.
• Oscura (fijación del CO₂). Se produce en el estroma. Estas reacciones pueden realizarse en la oscuridad, ya que no dependen directamente de la luz. El ATP y el NADPH, obtenidos en la fase luminosa, se utilizan como fuente de energía y como reductor, respectivamente, transformando los compuestos inorgánicos (dióxido de carbono) en compuestos orgánicos (glúcidos).

ACTIVIDADES

• Explicación de la composición, estructura y función de los cloroplastos

• ¿Hay cloroplastos en todas las células vegetales?

Aunque los cloroplastos son exclusivos de las células eucariotas vegetales y es una de las principales características diferenciadoras de las células animales, no todas las células vegetales tienen cloroplastos. Por ejemplo, las células vegetales de la raíz no tendrán cloroplastos ni realizarán la fotosíntesis.

• Similitudes y diferencias entre mitocondrias y cloroplastos

SIMILITUDES

• A nivel estructural:
  • Mitocondrias y cloroplastos tienen doble membrana (membrana externa, membrana interna) y un espacio intermembrana que las separa.
  • Mitocondrias y cloroplastos presentan repliegues membranosos internos destinados a aumentar la superficie de membrana (crestas mitocondriales y tilacoides de los grana).
  • Mitocondrias y cloroplastos tienen un espacio interno (matriz mitocondrial y estroma) que contiene:
    • ADN bicatenario circular, similar al bacteriano.
    • Ribosomas 70 S y 55 S, similares a los bacterianos. Estos ribosomas sintetizan las proteínas necesarias específicas para la mitocondria y cloroplasto respectivamente.
    • Mitocondrias y cloroplastos tienen complejos multienzimáticos que forman cadenas de transporte de electrones con las que se produce ATP.
• A nivel funcional:
  • Mitocondrias y cloroplastos son los orgánulos transductores de energía, produciendo ATP a partir de ADP y P_i.
  • El ADN mitocondrial se replica en la matriz mitocondrial y el ADN del cloroplasto, en el estroma.
  • Ambos se reproducen por bipartición, tienen cadena de transporte de electrones, sintetizan ATP, sus propias proteínas, etc.

DIFERENCIAS

• A nivel estructural:
  • Las mitocondrias presentan una membrana mitocondrial interna con unos repliegues llamados crestas mitocondriales, mientras que los cloroplastos presentan tilacoides apilados dentro del estroma, con una superficie mucho mayor.
  • Los cloroplastos contienen el pigmento clorofila que les da el color verde. En cambio, las mitocondrias, no.
  • Los cloroplastos tienen fotosistemas I y II. En cambio, las mitocondrias, no.
• A nivel funcional:
  • Las mitocondrias intervienen en el catabolismo (respiración aerobia) transformando la energía química de las moléculas orgánicas en ATP utilizable por las células. Producen energía a partir de la oxidación de nutrientes mediante procesos catabólicos. Realizan el ciclo de Krebs.
  • Los cloroplastos intervienen en el anabolismo autótrofo, transformando la energía procedente del sol en energía química de las biomoléculas orgánicas. Sintetizan moléculas orgánicas mediante procesos anabólicos. Realizan el ciclo de Calvin.
  • Las mitocondrias necesitan oxígeno para producir energía. Los cloroplastos producen oxígeno como sustancia de desecho al fabricar moléculas orgánicas.
  • Las mitocondrias están en las células eucariotas (animales y vegetales), los cloroplastos solo en las células vegetales.

• PREGUNTAS EBAU CANARIAS

Junio de 2021,

Las Naciones Unidas declaró 2020 Año Internacional de la Sanidad Vegetal (AISV). El objetivo es la sensibilización a escala internacional sobre cómo la protección de la sanidad vegetal puede ayudar a acabar con el hambre, reducir la pobreza, proteger el medio ambiente y estimular el desarrollo económico. (Fuente: FAO.org)

a. Citar los orgánulos con doble membrana presentes en una célula vegetal.
b. Indicar la principal función de los orgánulos citados en el apartado a.
c. Indicar dónde se pueden encontrar ribosomas en una célula vegetal