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6.9.2.5.1. Cloroplastos

Cloroplastos

Los cloroplastos son un tipo de cromoplastos que se localizan en las células vegetales fotosintéticas y en las algas verdes.

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.

El medio interno del cloroplasto se llama estroma, y está compuesto por una disolución de glúcidos, lípidos, prótidos, ácidos nucleicos, pigmentos, nucleótidos, sales y elementos.

Su principal función es capturar la energía lumínica y utilizarla en la síntesis de materia orgánica.

Estructura de los cloroplastos

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 e interna. Su estructura es similar a la del resto de las membranas (60 por 100 son lípidos y el 40 por 100 proteínas). La membrana externa contiene porinas, por lo que es muy permeable, y la membrana interna, que es menos permeable, presenta proteínas de transporte específicas que regulan el paso de sustancias entre el hialoplasma y el estroma. Carecen de clorofila y, como en las mitocondrias, estas membranas tampoco tienen colesterol.
  • Espacio intermembrana. De composición muy parecido al citosol, por la permeabilidad de la membrana externa.
  • Tilacoides 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.

El 38 % son lípidos, el 50 % proteínas y el 12 % pigmentos (carotenoides y clorofilas). Las proteínas 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.
  • Estroma. Es el espacio central del cloroplasto. Contiene en su interior:

Cloroplasto

By Miguelsierra (Own work) [GFDL or CC BY-SA 4.0-3.0-2.5-2.0-1.0], via Wikimedia Commons

Funciones de los cloroplastos

Las principales funciones de los cloroplastos son:

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).
  • Biosíntesis de ácidos grasos. Utilizan los glúcidos, el NADPH y el ATP sintetizados en la fase lumínica de la fotosíntesis.
  • Reducción de nitratos a nitritos. Los nitritos se reducen a amoníaco, que es la fuente de nitrógeno para la síntesis de los aminoácidos y de los nucleótidos.

¿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

  • Semejanzas entre mitocondrias y cloroplastos:
    • 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 granas de los tilacoides).
      • Mitocondrias y cloroplastos tienen un espacio interno (matriz mitocondrial y estroma) que contiene:
        • ADN bicatenario circular, similar al bacteriano.
        • Ribosomas 70 S, similares a los bacterianos. Estos ribosomas sintetizan las proteínas necesarias específicas para la mitocondria y cloroplasto respectivamenente.
      • 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 Pi.
      • 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 entre mitocondrias y cloroplastos
    • 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.
Características Mitocondrias Cloroplastos
Función principal Producción de energía (ATP) a través de la respiración celular. Fotosíntesis, producción de glucosa y almacenamiento de energía.
Ubicación Presente en células eucariotas, tanto en animales como en plantas. Presente en células de plantas y algunas algas.
Estructura Doble membrana: membrana externa y membrana interna con crestas. Doble membrana: membrana externa y membrana interna con tilacoides.
Orgánulo autónomo Sí, tienen su propio ADN y pueden replicarse independientemente. Sí, tienen su propio ADN y pueden replicarse independientemente.
Origen evolutivo Se cree que surgieron de la endosimbiosis de bacterias aeróbicas. Se cree que surgieron de la endosimbiosis de cianobacterias fotosintéticas
Composición de la membrana Contienen fosfolípidos, proteínas y enzimas involucradas en la producción de energía. Contienen fosfolípidos, proteínas y pigmentos fotosintéticos, como la clorofila.
Procesos metabólicos Respiración celular, ciclo de Krebs, cadena de transporte de electrones. Fotosíntesis, fotosistemas I y II, fijación de carbono.
Producción de ATP A través de la fosforilación oxidativa en la membrana interna. A través de la fotofosforilación en los tilacoides.
Pigmentos presentes No contienen pigmentos fotosintéticos. Contienen clorofila a, clorofila b y otros pigmentos carotenoides.
Relación con la luz No están directamente involucradas en la captación de luz. Son responsables de la absorción de la luz y su conversión en energía química.

Actividad basada en Asturias, Junio de 2023, pregunta 4

Asturias, Junio de 2023, pregunta 4

Pregunta 4. El proyecto WatchPlant del CSIC persigue el desarrollo de una nueva tecnología que combina plantas vivas e inteligencia artificial para medir la contaminación en ciudades y relacionarla con la salud humana. En el esquema que se representa:

Asturias, Junio de 2023, pregunta 4

a. Indica el nombre de este orgánulo y el de las estructuras numeradas 1-2-3-4-5-6-7-8-9. (Calificación 0.5 puntos)

  • Estructura 1.
  • Estructura 2.
  • Estructura 3.
  • Estructura 4.
  • Estructura 5.
  • Estructura 6.
  • Estructura 7.
  • Estructura 8.
  • Estructura 9.

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Preguntas que han salido en exámenes de acceso a la Universidad (Selectividad, EBAU, EvAU)

Aragón. Junio de 2016, opción A, cuestión 3.

Las células eucariotas poseen diversos orgánulos:

a) Identifique el orgánulo cuyo esquema aparece en la figura adjunta, así como las distintas partes del mismo señaladas con números (1 punto).

b) Indique el tipo de organismos en los que se encuentra este orgánulo y exprese, mediante la ecuación general del proceso, la función principal del mismo (0,5 puntos).

c) Indique los lugares concretos dentro del orgánulo en los que se llevan a cabo las distintas fases del proceso (0,5 puntos).

Aragón. Junio de 2012, opción A, 4.

Compare la mitocondria y el cloroplasto, indicando dos diferencias estructurales (0,5 puntos) y dos diferencias funcionales (0,5 puntos); dos semejanzas estructurales (0,5 puntos) y dos semejanzas funcionales. (0,5 puntos)

Aragón. Septiembre de 2011. Opción A. 2.

Describa la estructura de un cloroplasto (puede utilizarse un dibujo correctamente interpretado). (2 puntos)

Islas Baleares, Julio de 2019, opción A, cuestión 2.

Los cloroplastos

a) Dibuja un cloroplasto y señala sus partes y estructuras.

b) ¿Cuál es el origen evolutivo de los cloroplastos?

c) ¿En qué tipo de células se encuentran y cuál es su función?

País Vasco, Julio de 2020, opción 2A

Orgánulos celulares: mitocondrias y cloroplastos.

a) (0,5 puntos) Indica qué analogías y qué diferencias estructurales existen entre estos orgánulos.

b) (1 punto) Indica si las células procariotas presentan estos orgánulos o no. Si no los tienen ¿dónde y cómo desarrollan las funciones de estos orgánulos?

c) (1 punto) Indica,  con la ayuda de esquemas, qué tipo de procesos metabólicos transcurren en el interior de estos orgánulos.

Canarias, Junio de 2021, pregunta 7

7. 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.

Castilla y León, Junio de 2022, pregunta 7

Respecto a la célula eucariota:

a) Dibujar un cloroplasto y señale en él sus partes. Indique la función de dicho orgánulo. (1,25)
b) Especificar un orgánulo o estructura celular para cada una de las siguientes características o funciones: 1. Síntesis de ribosomas; 2. Síntesis de los lípidos de membrana; 3. Síntesis y modificación de proteínas; 4. Contiene enzimas digestivos, y 5. Orgánulo estructural y fisiológicamente polarizado. (0,75)

Extremadura, Junio de 2023, pregunta 4

4. Respecto a las mitocondrias y los cloroplastos:

A. Indique dos semejanzas y dos diferencias entre ambos orgánulos. (1 punto).
B. Razone si el siguiente enunciado es verdadero o falso: (1 punto)
“Todas las células animales poseen mitocondrias, pero no cloroplastos; mientras que todas las células vegetales poseen cloroplastos, pero no mitocondrias”.

Galicia, Junio de 2023, pregunta 4

La microfotografía de la figura 3 muestra un orgánulo celular:

Galicia, Junio de 2023, pregunta 4

A) ¿Cuál es?

B) ¿En qué células está presente y cómo se explica su aparición en estas células?

C) Describe el orgánulo con sus componentes.

D) ¿Cuál es su función?

Canarias, Julio de 2023, pregunta 8.

El Año Internacional del Mijo (2023) y el impulso para aumentar su producción contribuirán a la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible. (Fuente: FAO.org) El término “mijo” abarca un grupo diverso de cereales ancestrales. Vital importancia para el funcionamiento vegetal es el orgánulo que se esquematiza en el dibujo.

a. Indica a qué orgánulo corresponde la imagen.
b. Nombra las partes numeradas en la figura.
c. Indica el principal proceso que se realiza en el conjunto numerado con el 2.
d. Indica dos procesos que tenga lugar en el indicado con el 3.

Actividad basada en Cataluña, incidencia de junio de 1998, ejercicio 1

1.1) Identifique la palabra que corresponde a cada una de las letras que se encuentran entre comillas en el siguiente texto. Responded en vuestro cuaderno. (1 punto)

La ____"A"____ es una lámina que separa los medios intra y extracelular. Químicamente está constituida mayoritariamente por una bicapa de _____ en la que se insertan las ______ Esta lámina presenta en su superficie externa unas terminaciones glucídicas muy ramificadas que forman el ____"D"___.

El ____"E"____ es el orgánulo que controla y gobierna todas las funciones celulares. Está constituido por una doble membrana (la parte externa de la misma es prolongación del retículo endoplasmático rugoso), la cual presenta una serie de _____"F"_____ que comunican el interior de este orgánulo con el citoplasma.

Los _____"G"_____ intervienen en la síntesis de proteínas. Los podemos encontrar libres en el citoplasma, sobre las membranas del _____"H "____ y en el interior de los _____"I"_____ y de los _____"J" _____

1.2) Identifique los orgánulos Y y Z que se presentan en continuación. Da nombre a cada una de sus partes. (1 punto)

1.3) Si tomáramos muestras de tejido muscular de las piernas de un corredor de maratón y las comparáramos con muestras de epidermis de cebolla. Qué muestra esperaría que tuviera una densidad de mitocondrros más grande? ¿Por qué? (1 punto)

1.4) Suponga el siguiente experimento: A la planta I le suministramos CO2 normal y agua que contiene átomos de oxígeno radiactivo. A la planta II le suministramos agua normal y CO2 que contiene átomos de carbono radiactivo. Permitimos que ambas plantas realicen la fotosíntesis, y cuantificamos la radiactividad del gas oxígeno y de los glúcidos producidos por una y otra planta. ¿Cuál crees que producirá glúcidos radiactivos? ¿Por qué? ¿Cuál crees que producirá gas oxígeno radiactivo? ¿Por qué? (1 punto)

1.1) Identifique la palabra que corresponde a cada una de los huecos que faltan en el texto:

La  es una lámina que separa los medios intra y extracelular. Químicamente está constituida mayoritariamente por una bicapa de en la que se insertan las . Esta lámina presenta en su superficie externa unas terminaciones glucídicas muy ramificadas que forman el .

El es el orgánulo que controla y gobierna todas las funciones celulares. Está constituido por una doble membrana (la parte externa de la misma es prolongación del retículo endoplasmático rugoso), la cual presenta una serie de que comunican el interior de este orgánulo con el citoplasma.

Los intervienen en la síntesis de proteínas. Los podemos encontrar libres en el citoplasma, sobre las membranas del y en el interior de las y de los .

1.2) Identifique los orgánulos Y y Z que se presentan en continuación. Da nombre a cada una de sus partes. (1 punto)

Orgánulo Y: . 
Orgánulo Z: .
  1.- .     6.- . 
  2.- .     7.- .
  3.- .     8.- .
4.- .    9.- .
5.- .   10.- .

1.3) Si tomáramos muestras de tejido muscular de las piernas de un corredor de maratón y las comparáramos con muestras de epidermis de cebolla. Qué muestra esperaría que tuviera una densidad de mitocondrias más grande? ¿Por qué? 

Habrá una mayor densidad de mitocondrias en el tejido muscular de las piernas de un corredor de maratón que en la epidermis de una cebolla porque necesitan más energía. Cuanto mayor sea la necesidad energética de un órgano o tejido, mayor cantidad de mitocondrias tendrán sus células.

1.4) Suponga el siguiente experimento: A la planta I le suministramos CO2 normal y agua que contiene átomos de oxígeno radiactivo. A la planta II le suministramos agua normal y CO2 que contiene átomos de carbono radiactivo. Permitimos que ambas plantas realicen la fotosíntesis, y cuantificamos la radiactividad del gas oxígeno y de los glúcidos producidos por una y otra planta. ¿Cuál crees que producirá glúcidos radiactivos? ¿Por qué? ¿Cuál crees que producirá gas oxígeno radiactivo? ¿Por qué?

En la fotosíntesis se distinguen dos fases: la fase lumínica y la fase oscura:

  • En la fase lumínica de la fotosíntesis se transforma energía lumínica en energía química. Se realiza la fotólisis de la molécula de agua, necesaria con el fin de suministrar electrones a la cadena de transporte de electrones del tilacoide, por reducir el NADP+ a NADPH, liberando oxígeno como producto final. Por tanto, las moléculas de oxígeno que se desprenden en este proceso. provienen de los átomos de oxígeno de las moléculas de agua.
  • En la fase oscura de la fotosíntesis, el CO2 atmosférico es reducido con consumo de NADPH, y es transformado en glucosa. En consecuencia, todos los átomos de carbono de las moléculas de glucosa provienen del gas CO2 atmosférico.

Por tanto, la planta I producirá oxígeno radiactivo y la planta II glucosa radiactiva.

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Ideas básicas sobre los cloroplastos

Los cloroplastos son orgánulos exclusivos de las  células eucariotas vegetales fotosintéticas y en las algas verdes.

Los cloroplastos están compuestos por:

Repasando los cloroplastos

Pregunta

¿Dónde se encuentra la molécula de ADN circular en el cloroplasto?

Respuestas

En la membrana externa.

En los tilacoides.

En el estroma.

En la membrana tilacoide.

Retroalimentación

Pregunta

¿Qué tipo de reacciones se realizan en la fase oscura de la fotosíntesis?

Respuestas

Obtención de energía.

Síntesis de ATP.

Fijación del CO2.

Transporte de electrones.

Retroalimentación

Pregunta

¿Cuál es la función principal de los tilacoides en los cloroplastos?

Respuestas

Almacenar sustancias de reserva.

Capturar la energía lumínica.

Sintetizar proteínas.

Realizar la β-oxidación de los ácidos grasos.

Retroalimentación

Pregunta

¿Cuál es la principal diferencia entre cloroplastos y mitocondrias?

Respuestas

Los cloroplastos no tienen información genética propia, a diferencia de las mitocondrias.

Los cloroplastos están presentes en células animales, mientras que las mitocondrias en células vegetales.

Los cloroplastos capturan energía lumínica para la fotosíntesis, mientras que las mitocondrias realizan la respiración celular.

Los cloroplastos realizan la β-oxidación de los ácidos grasos, mientras que las mitocondrias almacenan sustancias de reserva.

Retroalimentación

Pregunta

¿En qué fase de la fotosíntesis se producen ATP y NADPH?

Respuestas

Fase luminosa.

Fase oscura.

Fase intermedia.

Retroalimentación

Pregunta

¿Qué tipo de orgánulos son exclusivos de células vegetales y protistas fotosintéticos?

Respuestas

Lisosomas.

Mitocondrias.

Cloroplastos.

Peroxisomas.

Retroalimentación

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