Cloroplastos:
Estrutura e Fatores que os Afetam

FILOGENIA DOS PLASTÍDEOS

  A primazia dos plastídios (ou simplesmente plastos) sobre asmitocôndrias é sustentada por muitos fatos, a inexistência de oxigênio livre naatmosfera primitiva (rica em hidrogênio e amônia) e o principal deles. Pois, aocontrário das mitocôndrias, os plastídios liberam oxigênio e inclusive a oxigenaçãoda atmosfera é atribuída à sua função fotossintética.

  Além das semelhanças morfológicas, os plastídios e mitocôndriasdividem ainda muitas similaridades bioquímicas, excetuando os pigmentos assimiladores:fotossistema de transferência de energia e carreador de hidrogênio, citocromos, pequenaquantidade de RNA e DNA, cerca de 30 % de lipídeos e mais de 50% de proteínas (Fahn,1974).

  Assim, é possível assumir que ambas as organelas tenham umrelacionamento em sua história ontogenética. Acredita-se agora que elas tenham seoriginado de sistemas independentes, apesar das semelhanças quando organelas maduras e deseus iniciais, que são determinados geneticamente como corpos distintos.Filogeneticamente, as mitocôndrias devem ter se originado dos plastídios, mesmo sendo asmitocôndrias, hoje, as organelas indispensáveis em todas as células aeróbias, enquantoos plastídios são somente indispensáveis nas células autotróficas; o plastidomaparece representar o sistema de organelas mais antigo na citologia (Frey-Wyssling eMühlethaler, 1965).

ORIGEM DOS PLASTÍDIOS

  Desde o século XIX que a origem dos plastídios, principalmente doscloroplastos, vem sendo estudada por muitos pesquisadores, de modo que hoje há resumidamente duas correntes básicas nesta linha de pesquisadores: aqueles que crêem queos plastídios se originam por brotamento e fissão de outro plastídios, e aqueles quecrêem que os plastídios são eliminados durante o processo de oogênese e surgem denovo mais tarde.

  A descoberta do DNA dos cloroplastos por Ris e Plant (apud Orierson eCovey, 1988), na década de 60, foi um marco importante para o posterior entendimento damultiplicação dos mesmos. Seu DNA é uma fita dupla e circular que se diferencia do DNAnuclear pela ausência de histonas e de 5-metil-citosina.

  Shephard (apud Walles, 1971), por exemplo, estudando células enucleadasde Acetabularia, observou que o número de cloroplastos aumentava entre 15-100% emduas semanas, e nestas células a síntese de DNA a partir de 11CO2,ocorria em presença de luz. Também foi observado, por outros autores, a incorporaçãode 3H-timidina pelo DNA do cloroplasto quando era inexistente a incorporaçãodesta base pelo núcleo. Tais dados indicaram a independência dos cloroplastos no que serefere a duplicação de DNA - e, consequentemente, reprodutiva.

  Outros autores, Mühlethaler e Bell (apud Walles, 1971) por exemplo,advogam que os plastídios são destruídos durante a oogênese e são substituídos pornovas organelas derivadas do núcleo da célula ovo. Estes autores trabalharam com Pteridiumaquilinum Estudos com Pinus laricio feitos por Camefort (apud Walles, 1971)levaram à mesma conclusão, a formação de novo dos plastídios (e também dasmitocôndrias). Por outro lado, vários estudos feitos com Sphaerocarpos donnellii,Gossipium sp. e Mysorum minumum mostraram não haver nenhum desaparecimentodos plastídios ou mitocôndrias durante a oogênese ou sua origem de novo a partir do núcleo.

TEORIA DA CONVERSIBILIDADE DOS PLASTÍDIOS

  Em 1885, Schimper (apud Frey-Wyssling e Mühlethaler, 1965) lançou sua teoria da conversibilidade dos plastídios. Segundo essa teoria,que foi confirmada posteriormente pelos geneticistas modernos, os plastídios em seusvariados tipos (leucoplastos, cloroplastos e cromoplastos) podem ser uns convertidos nosoutros e todos têm origem independente do núcleo da célula pela sua capacidade deautorreplicação.

  Ainda segundo a teoria de Schimper, o plastidoma (sistema de plastídiosde uma célula) seria autônomo; onde apenas divisões e metamorfose ocorreriam, porémnunca haveria formação de plastídios. Muitos estudos se sucederam, de modo queatualmente a teoria citada está de certa forma modificada. Foi descoberto que os eventosde formação e duplicação dos plastídios não seguem um ciclo - como proposto - pois,por exemplo, cloroplastos que são etiolados (etioplastos) e assumem uma coloraçãofortemente amarela são incapazes de retornar a sua condição anterior. Assim foiestabelecido que os plastídios têm um desenvolvimento monotrópico, como esquematizado aseguir:

  Nesse sistema, os iniciais dos proplastídios são impossíveis de seremdistinguidos dos iniciais das promitocôndrias, a não ser pelo subseqüentedesenvolvimento; contudo parece que eles são individualizados geneticamente.

  Muitas são as diferenças morfológicas e bioquímicas dos diferentes plastídios, no quadro abaixo - retirado de Grierson e Covey (1988) - estão sumarizadas algumas delas no que se refere a ocorrência e função:

PLASTÍDEOS OCORRÊNCIA FUNÇÕES
Proplastídios Células meristemáticas Originar outros plastídios
Amiloplastídios Células próximas ao ápice radicular e caulinar, e em órgãos que reservam amido. Seus grãos de amido funcionam como estatólitos para a gravipercepção.
Cloroplastídios Órgãos verdes da planta Fotossíntese, síntese de lipídios, aminoácidos, hormônios, etc.
Cromoplastídios Em geral em pétalas e frutos Atração de predadores e polinizadores
Etioplastídios Folhas crescidas no escuro Se são pouco diferenciados, podem ser convertidos em cloroplastídios por ação da luz

CLOROPLASTOS: ESTRUTURA EFUNÇÃO

  A constituição bioquímica dos cloroplastos e de certa forma simples,como já citado anteriormente: proteínas (50%), lipídios (35%), clorofilas (5%), água,e pequenas quantidades de carotenóides (Fahn, 1974). Entretanto, na fração protéicahá uma infinidade de enzimas responsáveis pelo processo fotossintético.

Nas plantas superiores, os cloroplastos em geral são discos biconvexosou plano-convexos, com cerca de 5-10 micrometros de diâmetro e 2-3 micrometros deespessura. Nas Angiospermas, uma célula fotossintética pode ter de 15 a 20 cloroplastos(ou mais) que tendem a se posicionar paralelamente a parede celular. Porém sua forma eposicionamento podem ser alterados pela incidência da intensidade luminosa (Hall, Flowerse Roherts, 1974). Os cloroplastos são limitados por uma membrana lipo-protéica dupla comum espaço de cerca de 70- 100 ângstrons entre suas duas camadas.

  Sob microscopia óptica e possível visualizar no interior de um cloroplasto pequenos discos verdes (denominados grana, singular granum). Em microscopia eletrônica, é possível reconhecer a natureza lamelar desses grana na qual cada unidade lamelar representa um tilacóide. Os tilacóides podem variar em forma e distribuição; alguns sãovesículas restritas à área de um granum, outros se estendem por todo ocloroplasto, interligando os grana. Todo esse sistema de membranas está imersonuma matriz protéica, denominada estroma (Mühlethaler, 1971). No estroma estãolocalizadas as enzimas necessárias ao processo de fixação e metabolismo de CO2(reações fotossintéticas que não dependem da luz).

  Os tilacóides são o sítio das reações da fotossíntese que dependemda presença de luz, neles se encontram as clorofilas e outros pigmentos. Segundo Bogorad (1991) o arranjo dos tilacóides difere nos principais grupos taxonômicos; e osplastídios das algas (e algumas Angiospermas como cereais e soja, p.e., segundo Griersone Covey, 1988) são agranais, eles têm grupos de vesículas que são comprimidas eespalhadas pelo interior do cloroplasto.

  Em geral, os cloroplastos das chamadas plantas C3 têm um grão de amido (amido de assimilação em seu interior que pode crescer, tornando ocloroplasto incapaz fotossinteticamente, quando então e conhecido como amiloplasto (Mudde Kozlowski, 1975).

  Entre os plastídios, os cloroplastos são os que têm atraído aatenção da maioria dos pesquisadores, e, assim, são os mais conhecidos sob o ponto devista fisio- morfológico. A fotossíntese realizada nos cloroplastos está dividida e resumida nas seguintes reações (segundo Frey-Wyssling e Mühlethaler, 1965):

a) absorção da energia luminosa e sua subseqüente transferência para o ADP, originando o ATP (fosforilação fotossintética);
b) fotólise da água e transferência do hidrogênio para o sistema fotossintético, (reação de Hill);
c) transferência de CO2, do ar para um açúcar de 5 carbonos e a clivagem do composto de 6 carbonos em duas moléculas de ácido fosfoglicérico;
d) hidrogenação do ácido fosfoglicérico a fosfogliceraldeído (C3H5O3P), que como triose pode se polimerizar a hexoses (assimilação de CO2) e regenerar ribulose (ciclo de Calvin).

FATORES QUE INTERFEREM NA MORFO-FISIOLOGIA DOS CLOROPLASTOS

  Muitos são os fatores que influenciam no funcionamento e estrutura doscloroplastos. A maioria dos estudos engloba os efeitos fisiológicos de alguns agentes deorigem exógena sobre os cloroplastos.

  Como poderia se supor, a luz é um importante fator no desenvolvimento efuncionamento dos cloroplastos. Em plantas crescidas na ausência de luz não háformação de cloroplastos - mas formação dos chamados etioplastos. Tais plastídios emgeral são grandes e incapazes de realizar a fotossíntese; entretanto podem serconvertidos em cloroplastos se não sofreram uma etiolação intensa.

  Os cloroplastos geralmente posicionam-se paralelamente às paredespericlinais dos órgãos, para captar mais luz, porém se a intensidade de luz é forte eultrapassa um dado limite, eles tomam um posição anticlinal para assim receberem menosluz - uma vez que sob intensidade luminosa alta os cloroplastos perdem sua capacidadefotossintética e podem ser destruídos.

  Outro fator ambiental que afeta considerável e fortemente oscloroplastos é o ozônio. Altas concentrações desse gás inibem o transporte deelétrons, a fixação de CO2 consequentemente também, a produção de ATP, eainda promove a formação de granulações no estroma decorrente da coagulação dafração protéica I dos cloroplastos (carboxidismutase ou ribulose-1,5-difosfatocarboxilase). O interessante e que em baixas concentrações, o ozônio pode ser bloqueadopelos ácidos graxos insaturados das membranas celulares e pelos grupos sulfidril doestroma (Mudd e Kozlowski, 1975).

  Os fluoretos que se acumulam nos cloroplastos devido a sua combinaçãocom o magnésio da clorofila, diminuem sensivelmente a ação fotossintética dos mesmos.

  Foram comparados os efeitos de SO2 e NO2 sobre oscloroplastos de Phaseolus vulgaris. Fumigações de NO2 causaram umadilatação nos tilacóides que era reversível se o NO2 fosse substituído porar atmosférico, isto por que em presença de luz e CO2 esse gás pode serreduzido através das enzimas do estroma. O SO2 causou efeito similar, mas emconcentrações mais baixas nas membranas internas dos cloroplastos pois aí situam-se ostransportadores de sulfato que são estimulados pela luz. Outros estudos com NO2revelaram que este gás pode causar plasmólise nas células do parênquima paliçádico,destruição dos grãos de amido dos cloroplastos e escurecimento da parede celular (Welburn et al. apud Mudd e Kozlowski, 1975; Treshow, 1984).

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BOOORAD, L. An introduction to photosynthesis and photosynthetic apparatus. IN: BOOORAD, L.; VASIL, I.K. (Ed.). The photosynthetic apparatus: molecular biology and operatlon. San Diego: Academic Press, Inc., 1991. Cap. 1, p. 3-23.

FAHN, A.. Plant anatomy. 2. ed. Oxford: Pergamon Press Ltda., 1974. 611 p.

FREY-WYSLING, A., MÜHLETHALER, K Ultrastnactural plant cytology with a introduction to molecular biology. New York: Elsevier Publishig Co., 1965. Cap. H: Plastids, p. 230-274.

GRIERSON, D.; COVEY, S.N. Plant molecular biology. 2. ed. New York: Chapman and Hall, 1988. Cap. 3: Plastoma and chloroplast biogenesis, p. 47- 77.

HALL, J.L.; FLOWERS, T.J.; ROBERTS, R.M. Plant cell structure and metabolism. London: Longman, 1974. Cap. 8: The cloroplast, p. 269-314.

MUDD, J.B.; KOZLOWSKI, T.T. Responses of plant to air pollution. New York: Academic Press, 1975. 353 p. MUHLETHALER, K. The ultrastructure of plastids. IN: GIBBS, M. (Ed.). Structure and Function of chloroplasts. New York: Springer-Verlag, 1971. p. 7-34.

TRESHOW, M. (Ed.). Air pollution and plant life. Chichester: John Wiley & Sons, 1984. 486 p.

WALLES, B. Plastid inheritance and mutations. IN: GIBBS, M. (Ed.). Structure and function of chloroplasts. New York: Springer-Verlag, 1971.