Capítulo VII Era VI: El cloroplasto

El cloroplasto

Trabajo realizado por: Lorena Sánchez Germán y Cristina Pérez García.

Imagen: Cloroplastos, observados a través de un microscopio óptico.

1.- ¿Qué es el cloroplasto?

Son orgánulos característicos de las células vegetales; fabrican clorofila y se encargan de la fotosíntesis. Pertenecen a un grupo más amplio de orgánulos denominados plastos (amiloplastos; cromoplastos...) Los cloroplastos solo están presentes en las partes verdes de un vegetal, suelen ser ovoides, verdes, grandes (varias micras de diámetro) y relativamente numerosos (20-40 por célula). Al igual que las mitocondrias, presentan también cierta autonomía dentro de la célula.

Imagen: Partes del cloroplasto.

2.- Estructura del cloroplasto.

Un cloroplasto consta de:

• Una membrana externa lisa y permeable.
• Un espacio intermembranoso acuoso.
• Una membrana interna, más impermeable, que contiene proteínas transportadoras especiales.
• El estroma o medio interno que contiene numerosos enzimas y al igual que la mitocondria, presenta ADN bicatenario circular y ribosomas 70s. En el estroma se encuentran las enzimas del ciclo de Calvin (fase oscura de la fotosíntesis).
• Los tilacoides; sáculos aplastados que contienen los pigmentos fotosintéticos y que pueden aparecer apilados (tilacoides de las granas) o alargados (tilacoides del estroma). En las membranas de los tilacoides (y granas) se localizan los fotosistemas, los transportadores electrónicos y la ATP-sintetasa implicada en la fotofosforilación (fase luminosa de la fotosíntesis).

Imagen: Función y estructura de un cloroplasto.

3.- Función del cloroplasto.

En los cloroplastos se realiza la fotosíntesis, que ocurre en dos etapas:

Imagen: Fase luminosa, Fotosíntesis.

1. Fase luminosa. Tiene lugar en los tilacoides, concretamente en la membrana tilacoidal, donde la energía luminosa se transforma en energía química gracias a la clorofila.
2. Fase oscura. Ocurre en el estroma y durante ella se fija el CO2 atmosférico que es reducido a materia orgánica, gastándose la energía obtenida en la fase anterior. Es el ciclo de Calvin.

 

Imagen: Ciclo de Calvin.

Imagen: Proceso de fotosíntesis dentro de un cloroplasto.

4.- Origen del cloroplasto.

El origen del cloroplasto se explica a través de la teoría endosimbiótica, popularizada por la bióloga Lynn Margulis en la década de 1960.

 
Según esta teoría, el cloroplasto se originó mediante los siguientes eventos: 

• Proceso de endosimbiosis: Hace aproximadamente 1,500 millones de años, una célula eucariota primitiva (que ya poseía núcleo y probablemente mitocondrias) ingirió a una cianobacteria fotosintética.

• Relación simbiótica: En lugar de ser digerida, la bacteria estableció una relación de beneficio mutuo con el hospedador: la cianobacteria proporcionaba energía mediante la fotosíntesis y la célula más grande ofrecía protección y nutrientes.

• Evolución a orgánulo: Con el tiempo, la cianobacteria perdió gran parte de su genoma original, transfiriendo genes al núcleo de la célula hospedadora y convirtiéndose en un orgánulo especializado: el cloroplasto.

Imagen: Esquema general de la teoría endosimbiótica

Evidencias científicas

La relación entre cloroplastos y bacterias se sustenta en varias pruebas biológicas: 

• ADN propio: Poseen su propio ADN circular, similar al de las bacterias actuales.

• Doble membrana: Se cree que la membrana interna pertenecía a la bacteria original y la externa a la vesícula de la célula hospedadora que la envolvió.

• Ribosomas: Tienen ribosomas de tipo 70S, idénticos a los de los procariotas.

• División autónoma: Se reproducen de forma independiente de la célula mediante un proceso similar a la fisión binaria bacteriana.

5.- Problemas de los cloroplastos.

Los problemas de los cloroplastos afectan directamente la capacidad de supervivencia de las plantas, ya que son los encargados de la fotosíntesis. Estos problemas pueden ser genéticos, ambientales o causados por patógenos.

1. Deficiencias nutricionales y Clorosis.
El problema más común es la clorosis, una condición donde las hojas pierden su color verde normal y se vuelven amarillas o blanquecinas debido a la falta de clorofila. 

• Causas: Falta de hierro (la más frecuente), magnesio o nitrógeno, así como suelos con pH muy alto que bloquean la absorción de nutrientes.
• Consecuencia: Sin suficiente clorofila, la planta no puede absorber energía solar, lo que detiene la producción de glucosa y oxígeno.

2. Estrés ambiental y oxidativo.
Los factores externos dañan la estructura interna del cloroplasto (membranas tilacoides y estroma), afectando su función. 

• Iluminación excesiva: Provoca que el cloroplasto envíe señales de "estrés" al núcleo, lo que puede limitar el crecimiento o incluso activar la muerte celular programada.
• Sequía y salinidad: Generan la acumulación de especies reactivas de oxígeno (ROS), sustancias tóxicas que destruyen las membranas del cloroplasto y otros componentes celulares.

3. Ataques de patógenos (Virus y Bacterias)
Los cloroplastos son un objetivo principal para los virus vegetales, que los utilizan para replicarse o para suprimir las defensas de la planta. 

• Síntomas: Las infecciones virales causan patrones de mosaico (manchas) y deformaciones foliares al alterar la función fotosintética.

4. Problemas Genéticos y de Desarrollo

• Proteínas defectuosas: Las mutaciones pueden causar errores en el plegamiento de proteínas dentro del cloroplasto. Las plantas tienen mecanismos para reciclar o destruir estas proteínas defectuosas, pero si el sistema falla bajo estrés, la célula se degrada.
• Interrupción del ciclo celular: Defectos graves en proteínas cloroplásticas pueden causar que las células de la planta entren prematuramente en diferenciación o que se produzcan células sin plastidios, resultando en un crecimiento raquítico o enano.

Consecuencia Final

Si los cloroplastos sufren daños severos e irreparables, la planta pierde su fuente de energía. Una vez agotadas sus reservas, la planta se marchita y muere inevitablemente.

Programa 5 minutos de Ciencia RadioAtrio

7.- Bibliografía.

• Apuntes biología 2º Bachillerato
• https://es.khanacademy.org/science/biology/structure-of-a-cell/tour-of-organelles/a/chloroplasts-and-mitochondria
  
• https://www.educa2.madrid.org/web/argos/inicio/-/book/apuntes-de-citologia2?_book_viewer_WAR_cms_tools_chapterIndex=04996783-0dfb-4ded-8e4b-0821d3a004d6
  
• https://biologia-geologia.com/biologia2/69251_cloroplastos.html
  

Capítulo XIII. Era IV. Los cloroplastos

Trabajo realizado por: Natalia Pino, Irene Torres y Álvaro Sanromán.



¿Qué es el cloroplasto?

Los cloroplastos son los orgánulos celulares que, en los organismos eucariotas fotosintetizadores, se encargan de realizar la fotosíntesis. Están limitados por una envoltura formada por las dos membranas concéntricas y contienen muchas vesículas, los tilacoides, donde se encuentran organizados los pigmentos y demás moléculas que convierten la energía lumínica en energía química, como la clorofila.






¿ Qué es la fotosíntesis?

Proceso químico que se produce en las plantas, las algas y algunos tipos de bacterias cuando se exponen a la luz del sol. Durante la fotosíntesis, el agua y el dióxido de carbono se combinan para formar carbohidratos (azúcares) y se desprende oxígeno.






¿Cómo se lleva a cabo la fase luminosa de la fotosíntesis ?

En las plantas, las reacciones de la luz ocurren en la membrana de los tilacoides de organelos llamados cloroplastos. Los fotosistemas, grandes complejos de proteínas y pigmentos (moléculas que absorben la luz) que son óptimos para recolectar luz, son clave en las reacciones luminosas.





¿Qué ocurre en la fase oscura de la fotosíntesis?

La fase oscura se realiza en el estroma de los cloroplastos, y comprende un conjunto de reacciones por las cuales el CO2 es fijado y transformado en sustancias orgánicas.






¿Cuáles son las fases de la parte oscura?

- Carboxilación o fijación de carbono: En esta etapa, el COz se fija a una molécula aceptora(aceptora = que recibe) llamada ribulosa 1,5 bifosfato, gracias a la acción de la enzima rubisco.

- Reducción: El fosfoglicerato se reduce y se transforma en un compuesto llamado gliceraldehído-3-fosfato (PGAL). Esta reacción requiere el ATP y el NADPH formados en la fase luminosa.

- Regeneración: Se regenera la molécula aceptora ribulosa 1,5 bifosfato mediante la acción del ATP y de diversas enzimas.






Páginas de las fotos: 

- Partes del cloroplasto- lifeder

- ⁠Fase oscura- edea.juntadeandalucia.es

- ⁠Fase luminosa- Cienciasfera

- ⁠Fotosíntesis- Ecología verde

Capítulo XI. Era IV. Fotosíntesis

FOTOSÍNTESIS

Trabajo realizado por: Emma Vivas y Fernando Coto

Nos cansamos de decir que sin las plantas no podríamos vivir, que son las grandes productoras de oxígeno, los pulmones de la tierra. En esta entrada conoceremos a fondo la fotosíntesis, el proceso que lo libera.

Imagen: Fundación Aquae, La fotosíntesis de las plantas.

1-.¿Qué es la fotosíntesis?

La fotosíntesis es un proceso físico químico mediante el cual las plantas, algas, bacterias fotosintéticas y algunos protistas como diatomeas fabrican materia orgánica, fundamentalmente glúcidos, a partir del CO2 y gracias a la asimilación de energía solar que es transformada en energía química. Este proceso tiene lugar en los cloroplastos de las células vegetales o en los mesosomas de las procariotas y es fundamental en la tierra ya que inicia la mayor parte de las cadenas alimentarias en los ecosistemas. Además tiene un profundo impacto sobre la atmósfera y el clima terrestre ya que cada año estos organismos convierten en carbohidratos más del 10% del dióxido de carbono atmosférico. 

Imagen: Ecología Verde, Fotosíntesis

2-.¿Qué tipos existen?

Para clasificar los tipos de fotosíntesis nos centramos en sí desprende o no oxígeno

Primero, la oxigénica, conlleva la liberación de oxígeno y la utilización de dióxido de carbono atmosférico para la síntesis de compuestos orgánicos; es el caso de las plantas, algas y algunos tipos de bacterias. Por otro lado, la anoxigénica, no produce oxígeno pero sí que usa la energía solar para formar compuestos orgánicos; es el caso de algunos tipos de bacterias diferentes a los anteriores. 

3-.¿Cómo afectó el proceso a la tierra?

Desde el punto de vista de la evolución, transformó la atmósfera, sustituyendo gran cantidad de CO2 por O2, lo que provocó la aparición de organismos que utilizan el oxígeno para vivir. Cabe mencionar que conocer este proceso es esencial para entender la vida en la tierra, así como las relaciones entre los seres vivos y la atmósfera, ya que posee un papel fundamental en ambos. Además, el aumento de la concentración de dióxido de carbono por parte de los humanos, está afectando también a la fotosíntesis.

Imagen: Blog Fibras y Normas, Atmósfera 

4-.¿Qué es la clorofila? 

Todo el pigmentos imprescindibles para la fotosíntesis son de color verde puesto que absorben longitudes desde ondas largas y cortas reflejando las intermedias. Su estructura básica está formada por un núcleo de porfirina una molécula constituida por cuatro anillos de pirrol con un átomo de magnesio unida al fitol un lípido y isoprenoide hidrófugo que permite situarse al clorofila entre los fosfolípidos de la membrana tilacoidal existen varios tipos de clorofila la clorofila A, presente en organismos que desprenden O2; la clorofila B, también en muchas plantas; y las c y d. Mientras que la clorofila a tienen como radical un grupo metano, la clorofila b tiene un aldehído. Las bacterias contienen bacterioclorofila.

 

Imagen: Opinión Duel, Diferencias entre clorofilas a y b

5-.¿Cómo ocurre?

Captación de luz y transporte fotosintético de electrones:

Los organismos fotosintéticos, poseen uno o más pigmentos capaces de absorber radiación visible que desencadenará las reacciones fotoquímicas de la fotosíntesis. Éstos se pueden extraer con alcohol o disolventes orgánicos.

Los pigmentos primarios tienen como finalidad principal la captación de energía lumínica y están acompañados de pigmentos accesorios que amplían el espectro de absorción de los anteriores, pero también les sirven de protección ante la luz excesiva.

Los pigmentos clorofílicos son el pigmento biológico más abundante de nuestro planeta y su color se debe a la capacidad de absorber las fracciones roja y azul de la luz solar. 

En las plantas vasculares, las moléculas de clorofila se organizan en complejos antena, pigmentos unidos a proteínas y conectados a fotosistemas mediante un centro de reacción; contienen los receptores y transportadores de electrones necesarios para llevar los electrones excitados absorbidos por los fotones, hasta sus finales aceptores, las moléculas de NADP que se reducirán en NADPH+H+.

Fotosistemas:

Hay fotosistema I se localiza principalmente en los tilacoides del estroma y contiene la clorofila P700 que presenta un máximo absorción de luz a 700 nanómetros, actúan en la fase luminosa en la fosforilación cíclica y en la no cíclica. Por otro lado, el fotosistema II se encuentra principalmente en los tilacoides de las granas y contiene la clorofila P680 que presenta un máximo absorción de luz a-680 nanómetros y actúa en la fase luminosa pero solo en la fosforilación no cíclica.  

Imagen: Khan Academy, Fotosistema

Fase Luminosa:  

La llevan a cabo cuatro complejos proteicos: el PSII, el citocromo b/f, el PSI y la ATP sintasa; de la siguiente manera: primero, el PSII oxida el agua y produce O2 liberando protones al lumen tilacoidal. Seguidamente, el complejo Cit b/f, recibe los electrones del PSII y los cede al PSI; también transporta protones al lumen desde el estroma. Después, el PSI reduce el NADP+ a NADHP+ en el estroma gracias a la ferredoxina(fd). Finalmente, la ATP sintasa produce ATP en el estroma a medida que los protones difunden a su través desde el lumen hacia el estroma.

Imagen: Proyecto Biosfera, Fase Luminosa de la Fotosíntesis

Fase oscura(Ciclo de Calvin):

Tiene lugar en el estroma y en ella se gasta ATP y poder reductor para generar materia orgánica sencilla a partir de materia mineral. Que se llame así no quiere decir que ocurra por la noche ya que precisa de los productos de la fase anterior. Lo esencial de la se oscura es la reducción del CO2 hasta la glucosa mediante una serie de reacciones cíclicas. El ciclo se inicia gracias a la enzima ribulosa-bifosfato-carboxilasa-oxidasa abreviada RuBisCO, que una la ribulosa-1,5-difosfato con el CO2 formando un compuesto inestable de 6 carbonos que rápidamente se divide en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico. En la fase de reducción, el ácido se fosforila y luego se reduce para transformarse en gliceraldehído-3-fosfato consumiendo ATP y poder reductor, una parte seguirá en el ciclo y otra se usará para fabricar glucosa mediante la gluconeogénesis. Por último, se regenera la ribulosa-1,5-difosfato mediante en complejo proceso y gastando ATP.

Imagen: Junta de Andalucía, Fase oscura

6-.Fotosíntesis y Biosfera

La fotosíntesis, las reacciones fotoquímicas y bioquímicas, tienen lugar en organismos intactos que están continuamente respondiendo a las condiciones ambientales, fundamentalmente a la radiación, temperatura, concentración de CO2 y disponibilidad de agua. Estos factores afectan a la fotosíntesis por tener un efecto directo sobre el proceso o los procesos fotosintéticos de manera que en cualquier momento la fotosíntesis está determinada por un factor ambiental, el factor limitante, que determina la etapa más lenta. Como toda la materia orgánica de las plantas procede en última instancia de la fotosíntesis, ésta limita su crecimiento y en consecuencia la productividad de los ecosistemas naturales y agrícolas.

Imagen: Goconqr, La Biosfera

Es importante destacar la importancia de todos estos factores que cambian día a día la vida en nuestro planeta, eso sí, casi sin darnos cuenta a corto plazo: el primero de los factores es la radiación incidente, que varía en función de la latitud y la presencia de diferentes moléculas gaseosas en la atmósfera, además de que no toda la radiación que llega a la hoja de la planta es absorbida; otro factor es la concentración de CO2 en los espacios intercelulares que, si no hay suficiente, la fotosíntesis está muy limitada mientras que la respiración celular sigue funcionando, por lo tanto, la planta perdería CO2; por último, considerar que a bajas temperaturas la fotosíntesis con frecuencia está limitada por la disponibilidad de fosfato en el cloroplasto, si la utilización de triosas P en el citosol disminuye, no entra fosfato al cloroplasto y la fotosíntesis se inhibe, la síntesis de almidón en el cloroplasto y sacarosa en el citosol disminuye con la temperatura, reduciéndose la demanda de triosas P y provocando la limitación por fosfato.

7-.Bibliografía:

Carril, E. P. U. (2011). Fotosíntesis: aspectos básicos. Reduca (Biología), 2(3).

Reol, E. M. (2003). Los pigmentos fotosintéticos, algo más que la captación de luz para la fotosíntesis. Ecosistemas, 12(1).