Cloroplastele și mitocondriile – structură și funcții

Știm că organismul nostru este format din trilioane și trilioane de celule, iar motivul pentru care trebuie să consumăm alimente, cum ar fi legumele, este pentru a avea energia necesară pentru a putea face sport, a studia, a merge și chiar a respira.

Dar ce se întâmplă exact în corpul nostru pentru a transforma energia stocată în alimente într-o formă pe care corpul nostru să o poată folosi? Și cum este încorporată această energie în alimente?

Răspunsurile la aceste întrebări au foarte mult de-a face cu două organite importante: mitocondriile și cloroplastele.

• Cloroplastele sunt organite care se găsesc în celulele plantelor și algelor. Ele captează energia luminoasă și o stochează sub formă de molecule de combustibil în țesuturile plantei;
• Mitocondriile se găsesc în interiorul celulelor animalelor și plantelor. Ele convertesc energia stocată în moleculele de combustibil într-o formă pe care celula o poate folosi.

Cloroplastele

Cloroplastele se întâlnesc numai la plante și la algele fotosintetice. (Oamenii și alte animale cu prezintă cloroplaste în celule.) Sarcina cloroplastului este de a efectua un proces numit fotosinteză.

Prin fotosinteză, energia luminoasă este colectată și utilizată pentru a produce zaharuri din dioxid de carbon. Aceste zaharuri pot fi folosite de celula vegetală sau pot fi consumate de animalele care mănâncă plante, cum ar fi oamenii. Energia conținută în aceste zaharuri este obținută printr-un proces numit respirație celulară, care are loc în mitocondriile celulelor vegetale și animale.

Cloroplastele sunt discuri plate cu diametrul de 2-10 microni și 1 micron grosime. Cloroplastul are un înveliș format din două membrane: externă și internă. Între aceste două straturi se află spațiul intermembranar. Fluidul din cloroplast se numește stroma (lichid stromatic), fiind corespondentul citoplasmei dintr-o bacterie. Cloroplastele conțin mici elemente de ADN, ARN și ribozomi, lipide, enzime și unele metale. Foița internă a membranei formează prelungiri în interiorul stromei sub formă de lame stromatice numite tilacoide (granale și intergranale), în lungul cărora se dispun grupe de saci aplatizați, numiți saculi granari, ce conțin clorofila. Ansamblul format din lamele stromatice și saculi granari reprezintă grana.

Diagrama cloroplastului. | Sursa: KELVIN MA/WIKIMEDIA COMMONS (CC BY 3.0)

Puteți afla mai multe informații despre cloroplaste, clorofilă și fotosinteză din articolul dedicat procesului de fotosinteză la plantele superioare.

Mitocondriile

Mitocondriile sunt adesea numite ”uzinele electrice” ale celulei. Sarcina lor este de a realiza o aprovizionare constantă cu adenozintrifosfat (ATP), principala moleculă purtătoare de energie a celulei. Procesul de producere a ATP folosind energia chimică din combustibili precum zaharurile se numește respirație celulară, iar mulți dintre pașii acesteia au loc în interiorul mitocondriilor.

Mitocondriile se găsesc în citosolul celular. Ele au formă ovală și prezintă două membrane: una exterioară, care înconjoară întregul organit, și una interioară, cu multe proeminențe interioare numite cristae, care îi măresc suprafața.

Diagrama mitocondriei. | Sursa: KELVIN MA/WIKIMEDIA COMMONS (CC0 1.0)

Spațiul dintre membrane se numește spațiu intermembranar, iar compartimentul închis de membrana interioară se numește matrice mitocondrială. Matricea conține ADN mitocondrial și ribozomi.

Structura multicompartimentată a mitocondriilor ne poate părea complicată. Este adevărat, însă ea se dovedește a fi foarte utilă pentru respirația celulară, permițând menținerea separată a reacțiilor chimice și a unor concentrații diferite de molecule în „camere” separate.

Deși mitocondriile se găsesc în majoritatea tipurilor de celule umane (precum și în majoritatea tipurilor de celule de la alte animale și plante), numărul lor variază în funcție de rolul celulei și de nevoile acesteia de energie. De exemplu, celulele musculare au nevoi mari de energie și un număr mare de mitocondrii, în timp ce celulele roșii din sânge, care sunt foarte specializate pentru transportul oxigenului, nu au deloc mitocondrii.

Cum au apărut aceste organite?

Atât mitocondriile, cât și cloroplastele conțin propriul lor ADN și ribozomi. De ce ar avea aceste organite nevoie de ADN și ribozomi, când există ADN în nucleu și ribozomi în citosol?

Dovezi solide indică endosimbioza drept răspuns la acest mister. Simbioza este o relație în care organismele din două specii separate trăiesc într-o relație strânsă, de dependență. Endosimbioza (endo = „înăuntru”) este un tip specific de simbioză în care un organism trăiește în interiorul altui organism.

Endosimbioza. | Sursa: OPENSTAX COLLEGE (modificat) (CC BY 4.0)

Bacteriile, mitocondriile și cloroplastele au dimensiuni similare. Bacteriile au, de asemenea, ADN și ribozomi similari celor din mitocondrii și cloroplaste. Pe baza acestei dovezi și a altora, oamenii de știință cred că celulele-gazdă și bacteriile au format relații endosimbiotice cu mult timp în urmă, când celulele-gazdă individuale au absorbit bacterii aerobe (care folosesc oxigen) și fotosintetice, dar nu le-au distrus. De-a lungul a milioane de ani de evoluție, bacteriile aerobe au devenit mitocondrii, iar bacteriile fotosintetice au devenit cloroplaste.