Le monde végétal est l'une des principales richesses de notre planète. C'est grâce à la flore sur Terre qu'il y a de l'oxygène que nous respirons tous, il y a une énorme base alimentaire dont dépendent tous les êtres vivants. Les plantes sont uniques en ce sens qu'elles peuvent convertir des composés chimiques inorganiques en substances organiques.
Ils font cela grâce à la photosynthèse. Ce processus le plus important se déroule dans des organites végétaux spécifiques, les chloroplastes. Ce plus petit élément assure en fait l'existence de toute vie sur la planète. Au fait, qu'est-ce qu'un chloroplaste ?
Définition de base
C'est le nom des structures spécifiques dans lesquelles se déroulent les processus de photosynthèse, qui visent à la liaison du dioxyde de carbone et à la formation de certains glucides. Le sous-produit est l'oxygène. Ce sont des organites allongés, atteignant une largeur de 2 à 4 microns, leur longueur atteint 5 à 10 microns. Certaines espèces d'algues vertes ont parfois des chloroplastes géants de 50 microns de long !
La même algue peut avoirautre particularité: pour l'ensemble de la cellule ils n'ont qu'un seul organite de cette espèce. Dans les cellules des plantes supérieures, il y a le plus souvent entre 10 et 30 chloroplastes. Cependant, dans leur cas, il peut y avoir des exceptions frappantes. Ainsi, dans le tissu palissadique du shag ordinaire, il y a 1000 chloroplastes par cellule. A quoi servent ces chloroplastes ? La photosynthèse est leur rôle principal, mais loin d'être le seul. Pour bien comprendre leur importance dans la vie végétale, il est important de connaître de nombreux aspects de leur origine et de leur développement. Tout cela est décrit dans la suite de l'article.
L'origine du chloroplaste
Alors, qu'est-ce qu'un chloroplaste, avons-nous appris. D'où viennent ces organites ? Comment se fait-il que les plantes aient développé un appareil aussi unique qui convertit le dioxyde de carbone et l'eau en composés organiques complexes ?
Actuellement, parmi les scientifiques, le point de vue de l'origine endosymbiotique de ces organites prévaut, car leur présence indépendante dans les cellules végétales est plutôt douteuse. Il est bien connu que le lichen est une symbiose d'algues et de champignons. Les algues unicellulaires vivent à l'intérieur de la cellule du champignon. Aujourd'hui, les scientifiques suggèrent que dans les temps anciens, les cyanobactéries photosynthétiques pénétraient dans les cellules végétales, puis perdaient partiellement leur "indépendance", transférant la majeure partie du génome au noyau.
Mais le nouvel organoïde a conservé sa caractéristique principale dans son intégralité. Il s'agit simplement du processus de photosynthèse. Cependant, l'appareil lui-même, nécessaire pour mener à bien ce processus, est formé souscontrôle à la fois du noyau cellulaire et du chloroplaste lui-même. Ainsi, la division de ces organites et d'autres processus associés à la mise en œuvre de l'information génétique dans l'ADN sont contrôlés par le noyau.
Preuve
Relativement récemment, l'hypothèse de l'origine procaryote de ces éléments n'était pas très populaire dans la communauté scientifique, beaucoup la considéraient comme "des inventions d'amateurs". Mais après une analyse approfondie des séquences nucléotidiques de l'ADN des chloroplastes, cette hypothèse a été brillamment confirmée. Il s'est avéré que ces structures sont extrêmement similaires, voire apparentées, à l'ADN des cellules bactériennes. Ainsi, une séquence similaire a été trouvée dans les cyanobactéries libres. En particulier, les gènes du complexe synthétisant l'ATP, ainsi que ceux des "machines" de transcription et de traduction, se sont révélés extrêmement similaires.
Les promoteurs qui déterminent le début de la lecture de l'information génétique à partir de l'ADN, ainsi que les séquences nucléotidiques terminales responsables de sa terminaison, sont également organisés à l'image et à la ressemblance des bactéries. Bien sûr, des milliards d'années de transformations évolutives pourraient apporter de nombreux changements au chloroplaste, mais les séquences dans les gènes du chloroplaste sont restées absolument les mêmes. Et c'est la preuve irréfutable et complète que les chloroplastes ont bien eu un ancêtre procaryote. C'est peut-être l'organisme à partir duquel les cyanobactéries modernes ont également évolué.
Développement des chloroplastes à partir des proplastides
L'organoïde "adulte" se développe à partir des proplastes. Il s'agit d'un petit, complètement incoloreun organite qui ne mesure que quelques microns de diamètre. Il est entouré d'une membrane bicouche dense qui contient de l'ADN circulaire spécifique aux chloroplastes. Ces "ancêtres" des organites n'ont pas de système membranaire interne. En raison de leur taille extrêmement petite, leur étude est extrêmement difficile et il existe donc extrêmement peu de données sur leur développement.
On sait que plusieurs de ces protoplastes sont présents dans le noyau de chaque ovule d'animaux et de plantes. Au cours du développement de l'embryon, ils se divisent et sont transférés dans d'autres cellules. C'est facile à vérifier: les traits génétiques associés d'une manière ou d'une autre aux plastes ne sont transmis que par la lignée maternelle.
La membrane interne du protoplastide fait saillie dans l'organoïde au cours du développement. À partir de ces structures, se développent des membranes thylakoïdes, responsables de la formation de granules et de lamelles du stroma de l'organoïde. Dans l'obscurité totale, le protopastide commence à se transformer en précurseur du chloroplaste (étioplaste). Cet organoïde primaire se caractérise par le fait qu'une structure cristalline assez complexe se trouve à l'intérieur. Dès que la lumière atteint la feuille de la plante, elle est complètement détruite. Après cela, la formation de la structure interne "traditionnelle" du chloroplaste se produit, qui est formée uniquement par les thylakoïdes et les lamelles.
Différences dans les usines de stockage d'amidon
Chaque cellule de méristème contient plusieurs de ces proplastes (leur nombre varie selon le type de plante et d'autres facteurs). Dès que ce tissu primaire commence à se transformer en feuille, les organites précurseurs se transforment en chloroplastes. Alors,les jeunes feuilles de blé qui ont terminé leur croissance ont des chloroplastes d'une quantité de 100 à 150 pièces. Les choses sont un peu plus compliquées pour les plantes capables d'accumuler de l'amidon.
Ils stockent ce glucide dans des plastes appelés amyloplastes. Mais qu'est-ce que ces organites ont à voir avec le sujet de notre article ? Après tout, les tubercules de pomme de terre ne sont pas impliqués dans la photosynthèse ! Permettez-moi de clarifier ce problème plus en détail.
Nous avons découvert ce qu'est un chloroplaste, révélant en cours de route la connexion de cet organoïde avec les structures des organismes procaryotes. Ici, la situation est similaire: les scientifiques ont découvert depuis longtemps que les amyloplastes, comme les chloroplastes, contiennent exactement le même ADN et sont formés à partir d'exactement les mêmes protoplastides. Ils doivent donc être considérés sous le même aspect. En fait, les amyloplastes doivent être considérés comme un type particulier de chloroplaste.
Comment se forment les amyloplastes ?
On peut faire une analogie entre les protoplastides et les cellules souches. En termes simples, les amyloplastes à partir d'un certain point commencent à se développer le long d'une voie légèrement différente. Les scientifiques ont cependant appris quelque chose de curieux: ils ont réussi à réaliser la transformation mutuelle des chloroplastes des feuilles de pomme de terre en amyloplastes (et vice versa). L'exemple canonique, connu de tous les écoliers, est que les tubercules de pomme de terre deviennent verts à la lumière.
Autres informations sur les modes de différenciation de ces organites
Nous savons que dans le processus de maturation des fruits des tomates, des pommes et de certaines autres plantes (et dans les feuilles des arbres, des herbes et des arbustes à l'automne)"dégradation", lorsque les chloroplastes d'une cellule végétale se transforment en chromoplastes. Ces organites contiennent des pigments colorants, des caroténoïdes.
Cette transformation est due au fait que dans certaines conditions, les thylakoïdes sont complètement détruits, après quoi l'organite acquiert une organisation interne différente. Nous revenons ici à la question que nous avons commencé à aborder au tout début de l'article: l'influence du noyau sur le développement des chloroplastes. C'est elle, grâce à des protéines spéciales qui sont synthétisées dans le cytoplasme des cellules, qui initie le processus de restructuration de l'organoïde.
Structure du chloroplaste
Après avoir parlé de l'origine et du développement des chloroplastes, nous devrions nous attarder plus en détail sur leur structure. De plus, c'est très intéressant et mérite une discussion séparée.
La structure de base des chloroplastes est constituée de deux membranes lipoprotéiques, l'une interne et l'autre externe. L'épaisseur de chacun est d'environ 7 nm, la distance entre eux est de 20-30 nm. Comme dans le cas d'autres plastides, la couche interne forme des structures spéciales qui font saillie dans l'organoïde. Dans les chloroplastes matures, il existe deux types de membranes "tortueuses" à la fois. Les premiers forment des lamelles stromales, les seconds forment des membranes thylakoïdes.
Lamelles et thylakoïdes
Il convient de noter qu'il existe un lien clair entre la membrane chloroplastique et des formations similaires situées à l'intérieur de l'organoïde. Le fait est que certains de ses plis peuvent s'étendre d'une paroi à l'autre (comme dans les mitochondries). Ainsi les lamelles peuvent former soit une sorte de "sac" soit un ramifiéréseau. Cependant, le plus souvent, ces structures sont situées parallèlement les unes aux autres et ne sont en aucun cas connectées.
N'oubliez pas qu'à l'intérieur du chloroplaste se trouvent également des thylakoïdes membranaires. Ce sont des "sacs" fermés qui sont disposés en pile. Comme dans le cas précédent, il y a une distance de 20-30 nm entre les deux parois de la cavité. Les colonnes de ces "sacs" sont appelées grains. Chaque colonne peut contenir jusqu'à 50 thylakoïdes, et dans certains cas, il y en a même plus. Étant donné que les "dimensions" globales de tels empilements peuvent atteindre 0,5 micron, elles peuvent parfois être détectées à l'aide d'un microscope optique ordinaire.
Le nombre total de grains contenus dans les chloroplastes des plantes supérieures peut atteindre 40 à 60. Chaque thylakoïde adhère si étroitement à l'autre que leurs membranes externes forment un seul plan. L'épaisseur de la couche à la jonction peut aller jusqu'à 2 nm. Notez que de telles structures, qui sont formées par des thylakoïdes et des lamelles adjacents, ne sont pas rares.
Aux endroits de leur contact, il y a aussi une couche, atteignant parfois les mêmes 2 nm. Ainsi, les chloroplastes (dont la structure et les fonctions sont très complexes) ne sont pas une structure monolithique unique, mais une sorte « d'état dans un état ». À certains égards, la structure de ces organites n'est pas moins complexe que l'ensemble de la structure cellulaire !
Granas sont interconnectés précisément à l'aide de lamelles. Mais les cavités des thylakoïdes, qui forment des empilements, sont toujours fermées et ne communiquent en aucune façon avec l'intermembrane.espace. Comme vous pouvez le constater, la structure des chloroplastes est assez complexe.
Quels pigments peut-on trouver dans les chloroplastes ?
Que peut contenir le stroma de chaque chloroplaste ? Il existe des molécules d'ADN individuelles et de nombreux ribosomes. Dans les amyloplastes, c'est dans le stroma que se déposent les grains d'amidon. En conséquence, les chromoplastes contiennent des pigments colorants. Bien sûr, il existe différents pigments chloroplastiques, mais le plus courant est la chlorophylle. Il est divisé en plusieurs types à la fois:
- Groupe A (bleu-vert). Il survient dans 70% des cas, est contenu dans les chloroplastes de toutes les plantes supérieures et algues.
- Groupe B (jaune-vert). Les 30 % restants se trouvent également dans les espèces supérieures de plantes et d'algues.
- Les groupes C, D et E sont beaucoup plus rares. Trouvé dans les chloroplastes de certaines espèces d'algues et de plantes inférieures.
Il n'est pas rare que les algues rouges et brunes aient des types de colorants organiques complètement différents dans leurs chloroplastes. Certaines algues contiennent généralement presque tous les pigments chloroplastiques existants.
Fonctions des chloroplastes
Bien sûr, leur fonction principale est de convertir l'énergie lumineuse en composants organiques. La photosynthèse elle-même se produit dans les grains avec la participation directe de la chlorophylle. Il absorbe l'énergie de la lumière solaire et la convertit en énergie d'électrons excités. Ce dernier, ayant son apport excédentaire, dégage un excès d'énergie, qui est utilisé pour la décomposition de l'eau et la synthèse de l'ATP. Lorsque l'eau se décompose, de l'oxygène et de l'hydrogène se forment. Le premier, comme nous l'avons écrit ci-dessus, est un sous-produit et est libéré dans l'espace environnant, et l'hydrogène se lie à une protéine spéciale, la ferrédoxine.
Il s'oxyde à nouveau, transférant de l'hydrogène à un agent réducteur, qui en biochimie est abrégé en NADP. En conséquence, sa forme réduite est NADP-H2. En termes simples, la photosynthèse produit les substances suivantes: ATP, NADP-H2 et un sous-produit sous forme d'oxygène.
Le rôle énergétique de l'ATP
L'ATP formé est extrêmement important, car c'est le principal "accumulateur" d'énergie qui va aux divers besoins de la cellule. Le NADP-H2 contient un agent réducteur, l'hydrogène, et ce composé est capable de le céder facilement si nécessaire. En termes simples, il s'agit d'un agent réducteur chimique efficace: dans le processus de photosynthèse, de nombreuses réactions ont lieu qui ne peuvent tout simplement pas se dérouler sans lui.
Ensuite, les enzymes chloroplastiques entrent en jeu, qui agissent dans l'obscurité et à l'extérieur du gran: l'hydrogène de l'agent réducteur et l'énergie de l'ATP sont utilisés par le chloroplaste pour démarrer la synthèse d'un certain nombre de substances organiques. Étant donné que la photosynthèse se produit dans des conditions de bon éclairage, les composés accumulés sont utilisés pour les besoins des plantes elles-mêmes pendant la période sombre de la journée.
Vous pouvez à juste titre remarquer que ce processus est étrangement similaire à la respiration sous certains aspects. En quoi la photosynthèse est-elle différente de celle-ci ? Le tableau vous aidera à comprendre ce problème.
| Éléments de comparaison | Photosynthèse | Respirer |
| Quand ça arrive | Diurne uniquement, en plein soleil | À tout moment |
| Où ça fuit | Cellules contenant de la chlorophylle | Toutes les cellules vivantes |
| Oxygène | Mise en surbrillance | Absorption |
| CO2 | Absorption | Mise en surbrillance |
| Matière organique | Synthèse, fractionnement partiel | Split seulement |
| Énergie | Avaler | Se démarque |
C'est ainsi que la photosynthèse diffère de la respiration. Le tableau montre clairement leurs principales différences.
Quelques "paradoxes"
La plupart des autres réactions ont lieu là, dans le stroma du chloroplaste. La voie ultérieure des substances synthétisées est différente. Ainsi, les sucres simples vont immédiatement au-delà de l'organoïde, s'accumulant dans d'autres parties de la cellule sous forme de polysaccharides, principalement d'amidon. Dans les chloroplastes, se produisent à la fois le dépôt de graisses et l'accumulation préliminaire de leurs précurseurs, qui sont ensuite excrétés vers d'autres zones de la cellule.
Il faut bien comprendre que toutes les réactions de fusion nécessitent une énorme quantité d'énergie. Sa seule source est la même photosynthèse. C'est un processus qui demande souvent tellement d'énergie qu'il faut l'obtenir,détruisant les substances formées à la suite de la synthèse précédente! Ainsi, la majeure partie de l'énergie obtenue au cours de son parcours est dépensée pour effectuer de nombreuses réactions chimiques au sein de la cellule végétale elle-même.
Seule une partie est utilisée pour obtenir directement les substances organiques que la plante absorbe pour sa propre croissance et son développement ou les dépose sous forme de graisses ou de glucides.
Les chloroplastes sont-ils statiques ?
Il est généralement admis que les organites cellulaires, y compris les chloroplastes (dont nous avons décrit en détail la structure et les fonctions), sont situés strictement au même endroit. Ce n'est pas vrai. Les chloroplastes peuvent se déplacer dans la cellule. Ainsi, en basse lumière, ils ont tendance à se positionner près du côté le plus éclairé de la cellule, dans des conditions de lumière moyenne et basse, ils peuvent choisir des positions intermédiaires dans lesquelles ils parviennent à "capter" le plus de lumière solaire. Ce phénomène est appelé "phototaxie".
Comme les mitochondries, les chloroplastes sont des organites assez autonomes. Ils ont leurs propres ribosomes, ils synthétisent un certain nombre de protéines très spécifiques qui ne sont utilisées que par eux. Il existe même des complexes enzymatiques spécifiques, au cours desquels des lipides spéciaux sont produits, nécessaires à la construction des coquilles lamellaires. Nous avons déjà parlé de l'origine procaryote de ces organites, mais il faut ajouter que certains scientifiques considèrent les chloroplastes comme des descendants anciens de certains organismes parasites qui sont d'abord devenus des symbiotes, puis complètementfont désormais partie intégrante de la cellule.
L'importance des chloroplastes
Pour les plantes, c'est évident - c'est la synthèse de l'énergie et des substances qui sont utilisées par les cellules végétales. Mais la photosynthèse est un processus qui assure l'accumulation constante de matière organique à l'échelle planétaire. À partir du dioxyde de carbone, de l'eau et de la lumière du soleil, les chloroplastes peuvent synthétiser un grand nombre de composés complexes de haut poids moléculaire. Cette capacité n'est caractéristique que pour eux, et une personne est encore loin de répéter ce processus dans des conditions artificielles.
Toute la biomasse à la surface de notre planète doit son existence à ces plus petits organites, situés au plus profond des cellules végétales. Sans eux, sans le processus de photosynthèse effectué par eux, il n'y aurait pas de vie sur Terre dans ses manifestations modernes.
Nous espérons que cet article vous a appris ce qu'est un chloroplaste et quel est son rôle dans un organisme végétal.
