Cloroplasti e Plastidi nelle Piante

Plastidi

• Sono organelli tipici delle cellule vegetali (alghe e piante terrestri)
• Contengono DNA e tutto l'apparato biochimico necessario alla sintesi proteica
• Possiedono ribosomi 70S e RNA
• Il DNA è circolare e presente in alcune decine di copie; è stato sequenziato e contiene 120.000-200.000 coppie di nucleotidi.

Ipotesi endosimbiontica

• L'ipotesi endosimbiontica spiega l'origine dei cloroplasti nelle cellule eucariotiche delle piante, derivati da un cianobatterio.
• Il processo ha portato a tre linee evolutive contenenti plastidi primari:
  • Clorofite (includendo le piante terrestri)
  • Rodofite
  • Glaucofite.

I Cloroplasti

• Sono plastidi tipici delle parti verdi delle piante (chloros = verde).
• Hanno forma discoidale con dimensioni da 4 a 6 μm.
• Non sono fissi nel citoplasma ma si muovono con le correnti citoplasmatiche (ciclosi).
• Sono sede della fotosintesi.
• Accumulano ferro legato alla proteina fitoferritina.

Membrana dei Cloroplasti

• La membrana esterna è ricca di lipidi ed è permeabile a molecole di piccole dimensioni (fino a 10 kD) grazie alle porine.
• La membrana interna è sede di numerosi enzimi, e trasporta grosse molecole e ioni grazie a carriers.
• Il riconoscimento e il trasporto delle proteine avviene grazie a sequenze di aminoacidi (~50) nella porzione N-terminale, il peptide segnale.
• Le proteine sintetizzate nel citosol entrano nei plastidi grazie al sistema di trasporto proteico TOC-TIC.
• Il genoma plastidiale codifica per un numero di proteine più limitato a quello realmente necessario per la funzione del cloroplasto.

Componenti strutturali dei Cloroplasti

• I tilacoidi aumentano enormemente la superficie interna utile.
• Gli impilamenti formano il granum (o grano) e più pile sono detti grana.
• Altri tilacoidi formano i tilacoidi intergrana.

Tilacoidi: Composizione

• Lipidi: rappresentano oltre il 70% composto da glicolipidi, galattolipidi, solfolipidi e fosfolipidi.
• Proteine: numerosi complessi proteici coinvolti nella fotosintesi.

Fotosintesi

• La fase luminosa avviene nei tilacoidi, dove avviene la cattura dell'energia luminosa e l'eccitazione della clorofilla, la fotolisi dell'acqua e la produzione di O2, nonché la produzione di ATP e NADPH.
• La fase oscura avviene nello stroma dove avviene la cattura e la fissazione (riduzione) della CO2 e il consumo di ATP e NADPH.
• Il processo completo converte l'energia luminosa in energia chimica.

Enzima Rubisco

• È il ponte tra il sistema vivente e non-vivente.
• È una grossa proteina, codificata dal DNA cloroplastidiale e sintetizzata nello stroma.
• È associata ad altre proteine codificate dal DNA nucleare, sintetizzate nel citoplasma, ma importate nello stroma.
• È particolarmente lento, fissando solo 3 molecole di CO2 al secondo, ma è l'enzima più abbondante sulla Terra.

Pigmenti

• Sono sostanze che assorbono la luce in specifiche lunghezze d'onda, riflettono quella non assorbita, e conferiscono il colore.
• Clorofilla a (fotosintetico) e clorofilla b (assessorio), carotenoidi.

Clorofille

• I cloroplasti contengono clorofille a, clorofille b e clorofille c.
• Assorbono la luce a specifiche lunghezze d'onda, che sono visibili in uno spettro.

Carotenoidi

• Sono pigmenti accessori, liposolubili.
• Hanno un colore giallo-arancione-rosso.
• Proteggono l'organismo dallo stress dovuto alla forte luce, e sono importanti per la sintesi di alcune vitamine.

Fotosistemi

• I fotosistemi sono complessi proteine-pigmento nelle membrane tilacoidali.
• Ogni fotosistema è costituito da un complesso antenna e un centro di reazione.
• I pigmenti nel complesso antenna captano l'energia luminosa e la trasferiscono al centro di reazione.
• Ci sono due tipi di fotosistemi: Fotosistema II (P680) e Fotosistema I (P700).

Cromoplasti

• Conferiscono colore giallo, arancio o rosso alle cellule.
• Si trovano in frutti, fiori, petali, e foglie che stanno ingiallendo.
• Non contengono clorofilla.
• Sono ricchi di carotenoidi (carotenoidi, liposolubili).
• Si sviluppano da proplastidi, cloroplasti o amiloplasti.

Amiloplasti e leucoplasti

• Sono plastidi incolori, hanno tilacoidi molto ridotti e accumulano amido secondario.
• Svolgono la funzione di riserva in vari organi della pianta (semi, radici, frutti, fusti sotterranei).
• Derivano dai proplastidi, più raramente da cloroplasti
• Possono convertirsi in cloroplasti se esposti alla luce.

Eso-Plastidi

• Mancano di clorofilla.
• La loro struttura interna è formata da un sistema di endomembrane.
• Quando esposti alla luce, iniziano a disgregarsi

Sviluppo di un cloroplasto

• I cloroplasti si sviluppano a partire dai proplastidi, tramite processi di invaginazione della membrana interna con formazione dei tilacoidi.