El objetivo de las mitocondrias es oxidar moléculas como azúcares, derivadas de los alimentos que ingerimos, en ATP. El propósito de los cloroplastos es fabricar azúcares a partir de CO2 y luz solar. Mientras que el ATP es el producto final del proceso de respiración celular que realizan las mitocondrias, es solo un producto intermedio, en el camino hacia el azúcar, para los cloroplastos. Vamos a analizar esto un poco más para que veas lo que quiero decir.
Cuando comes algo, tu cuerpo comienza el proceso de descomponerlo para que podamos extraer energía de él. La forma que toma esta energía es ATP. A medida que lo descompone más y más, generará un poco de ATP en la reacción, pero en su mayoría producirá NADH, un “transportador de electrones” usado para conducir la parte más importante de la reacción, la cadena de transporte de electrones y la quimiosmosis. :
Entonces, la forma en que funciona la cadena de transporte de electrones, en pocas palabras, es que arranca los electrones y el ion de hidrógeno de esa molécula de NADH, y usa la energía del electrón para alimentar una bomba, lo que fuerza ese ion de hidrógeno de la matriz en el centro de la mitocondria en el espacio entre sus dos membranas. Luego pasa el electrón a otra bomba, y luego a otra, que hacen lo mismo, fuerzan a un átomo de hidrógeno dentro de ese espacio entre membranas. Con esto continuamente sucediendo, terminas con un montón de iones de hidrógeno empaquetados en ese espacio entre membranas, como se ve en la imagen de arriba.
Si está familiarizado con el concepto de difusión, sabe que cuando tiene un montón de cosas en algún lugar, quiere extenderse a un espacio donde hay menos. Estos iones de hidrógeno no son una excepción. Están empaquetados en ese espacio entre las membranas, como las sardinas, por lo que quieren volver a la matriz donde tienen espacio para estirar las piernas. Sin embargo, el único camino hacia allá es a través de una enzima llamada ATP sintasa. A medida que atraviesan la enzima, la giran como una rueda de agua, generando energía. Esta energía se utiliza para convertir ADP en ATP, que luego se puede enviar al resto de la célula para usarla como energía.
Ahora, veamos lo que hacen los cloroplastos. En muchos sentidos, es más o menos lo mismo, pero dio un puntapié en reversa. Como lo hice arriba, comenzaré con un diagrama:
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Dentro de los cloroplastos, tienes fotosistemas. Estos fotosistemas arrojarán energía a los electrones cuando sean golpeados con la luz solar. Cuando la luz del sol llega al fotosistema 2 (sé que viene primero, pero fueron nombrados en el orden en que fueron descubiertos, no en el orden en que ocurren) excita los electrones de una molécula de agua, lo que hace que la molécula de agua se divida en oxígeno y dos hidrógenos. Así que ahora, al igual que lo hicimos en la cadena de transporte de electrones en la mitocondria, tenemos algunos electrones libres y también iones de hidrógeno flotando. Los electrones pasan a una bomba, que hace lo mismo que las bombas en las mitocondrias. Fuerza más iones de hidrógeno en el cloroplasto. Después de hacer esto, pasa el electrón a otro fotosistema (fotosistema 1) que vuelve a energizar el electrón gastado y lo pasa a una enzima que fabrica NADPH (otro transportador de electrones, como NADH). Todos esos iones de hidrógeno que se están metiendo en el cloroplasto quieren eliminarse y, al igual que en las mitocondrias, la única forma de que salgan es a través de la ATP sintasa. Entonces ellos van por ahí, hacen girar la rueda, y hacen ATP.
Sin embargo, este ATP no se transporta al resto de la célula para hacer el trabajo celular. Se usa para hacer azúcar. Ahora, es posible que note que antes de descomponer el azúcar en NADH y usarlo para hacer ATP. Ahora estamos haciendo lo opuesto. Estamos fabricando NADPH y ATP, y usándolo para ayudarnos a desarrollar azúcar. Es, como dije antes, algo así como la respiración celular corriendo en reversa.
Lo que sucede ahora es que todo ese ATP y NADPH que acabamos de crear se usa en el cloroplasto como fuente de energía para unir moléculas de CO2 en azúcares.
No voy a profundizar en lo que dice este diagrama. Si tomas una clase de biología, la golpearán hasta la muerte, pero lo importante es notar que el ATP, el NADPH y el CO2 se utilizan para construir algunos azúcares … Bueno, en realidad están construyendo G3P que se pegarán para producir azúcares. otro proceso, pero entiendes la idea. Eso es lo que hizo el ATP en los cloroplastos. Hace azúcares, azúcares que aún necesitan ser descompuestos por las mitocondrias para extraer energía de ellos. Es por eso que las plantas necesitan mitocondrias.
Ahora, podrías estar pensando “Eso es estúpido. Acabo de hacer ATP. ¿Por qué tengo que convertirlo en azúcar para que las mitocondrias lo vuelvan a convertir en ATP? ¿Por qué no solo usas el ATP que fabricaron los cloroplastos? “Y estarías en lo cierto. De hecho, hay muchas bacterias que hacen exactamente eso. De hecho, los cloroplastos evolucionaron a partir de una bacteria así. Hay un par de maneras de ver por qué las plantas hacen las cosas de la manera que lo hacen, sin embargo, la razón funcional y la razón evolutiva.
La razón funcional es que realmente no se puede almacenar ATP. Puedes almacenar azúcar Lo que significa que es mejor tener su energía de esta forma, ya que puede guardarla para más adelante en lugar de tener que usarla de inmediato.
La razón evolutiva es que las mitocondrias fueron las primeras, evolucionando a partir de bacterias que utilizaron el método detallado anteriormente para fabricar su energía. Dado que este método de fabricación de energía era aproximadamente 19 veces más eficiente que el método que usaban nuestros antepasados pre eucarióticos, los mantuvimos como mascotas y decidimos usarlos para fabricar nuestra energía para nosotros. Los cloroplastos llegaron más tarde y las células “infectadas” que ya tenían mitocondrias. Como estas bacterias podían fabricar ATP a partir de la luz solar, inmediatamente se las consideró útiles para las células que las captaban y, como las mitocondrias que las precedían, pronto se integraron en la estructura de la célula.
Es interesante observar que las partes básicas utilizadas tanto para la fotosíntesis como para la respiración celular son las mismas. Básicamente es el mismo conjunto de maquinaria para usar con diferentes propósitos, un gran ejemplo de cómo funciona la evolución. Pero ahora, estos antepasados de las plantas tenían dos células que producían ATP, una de la luz solar y otra de azúcar, por lo que comenzaron a producir azúcar a partir del ATP que producían los cloroplastos y a utilizar las mitocondrias para descomponer ese azúcar. Una gran división del trabajo y otro gran ejemplo de cómo la evolución hace uso de lo que tiene disponible. Aquí hay un pequeño diagrama que detalla la historia de cómo los primeros organismos fueron domesticados por su gran, gran, gran, gran, gran ……… usted consigue el punto, abuelos.
