Las mitocondrias y los cloroplastos La estructura y función de mitocondrias y cloroplastos. Endosimbiosis. Google ClassroomFacebookTwitter Correo electrónico Puntos más importantes: Las mitocondrias son las "centrales energéticas" de la célula, ya que rompen las moléculas de combustible y capturan la energía en la respiración celular. Los cloroplastos se encuentran en plantas y algas. Son responsables de capturar la energía luminosa para hacer azúcares en la fotosíntesis. Las mitocondrias y los cloroplastos probablemente comenzaron como bacterias que fueron "tragadas" por células más grandes (la teoría endosimbiótica). Introducción Probablemente sepas que tu cuerpo está formado por células (millones de millones de ellas). Tal vez también sepas que el motivo por el que tienes que tomar alimentos, como los vegetales, es para tener la energía para hacer cosas como hacer deporte, estudiar, caminar e incluso respirar. Pero, ¿qué ocurre exactamente en tu organismo para convertir la energía almacenada en el brócoli en una forma que tu cuerpo puede utilizar? Y ¿cómo es que la energía queda guardada en el brócoli? Las respuestas a estas preguntas tienen mucho que ver con dos organelos importantes: las mitocondrias y los cloroplastos. Los cloroplastos son organelos que se encuentran en las células del brócoli, así como las de otras plantas y algas. Capturan la energía luminosa y la almacenan como moléculas de combustible en los tejidos vegetales. Las mitocondrias se encuentran dentro de tus células y también en las células vegetales. Convierten la energía almacenada en las moléculas del brócoli (o de otras moléculas de combustible) en una forma que las células pueden utilizar. Echemos un vistazo a estos dos organelos muy importantes. Cloroplastos Los cloroplastos solo se encuentran en las plantas y las algas fotosintéticas (los humanos y demás animales no tienen cloroplastos). La función del cloroplasto es realizar un proceso llamado fotosíntesis. En la fotosíntesis, la energía luminosa se captura y se usa para formar azúcares a partir de dióxido de carbono. Los azúcares producidos en la fotosíntesis pueden ser usados por la célula vegetal, o los pueden consumir los animales que se comen la planta, como serían los humanos. La energía contenida en estos azúcares se extrae a través de un proceso conocido como respiración celular, que sucede en la mitocondria de células vegetales y animales. Los cloroplastos son organelos en forma de disco que se encuentran en el citosol de una célula. Tienen membranas internas y externas con un espacio intermembranoso entre ellas. Si pasaras a través de las dos membranas y llegaras al espacio en el centro, te darías cuenta que contiene discos membranosos conocidos como tilacoides, que están acomodados en pilas interconectadas llamadas granas (en singular, granum). Esquema de un cloroplasto que muestra las membranas externa e interna, el espacio intermembranal, el estroma y los tilacoides dispuestos en pilas llamadas granas. _Imagen modificada de "Cloroplasto mini", de Kelvin Ma (CC BY 3.0)_ La membrana de un tilacoide tiene complejos que capturan la luz entre los que se encuentran la clorofila, el pigmento que le da a las plantas su color verde. Los tilacoides son huecos y el espacio dentro del disco se conoce como espacio del tilacoide o lumen, mientras que el líquido alrededor de los tilacoides se llama estroma. Aprende más acerca de los cloroplastos, la clorofila y la fotosíntesis en la sección sobre fotosíntesis Mitocondrias A las mitocondrias (singular mitocondria) a menudo se les llama las centrales energéticas o fábricas de energía de la célula. Su función es producir un suministro constante de trifosfato de adenosina (ATP), la molécula energética principal de la célula. Al proceso de producir ATP a partir de moléculas de combustible como los azúcares se le llama respiración celular y muchos de sus pasos suceden dentro de las mitocondrias. Las mitocondrias están suspendidas en el citosol gelatinoso de la célula. Tienen forma ovalada y dos membranas: una externa, que rodea el todo el organelo, y una interna, con muchos pliegues hacia el interior llamados crestas que aumentan la superficie. Micrografía electrónica de una mitocondria, mostrando la matriz, crestas, membrana externa y membrana interna. _Créditos de imagen: imagen superior, "Células eucariontes: Figura 7", de OpenStax College, Biología (CC BY 3.0). Modificación de la obra de Matthew Britton; datos de escala de Matt Russell. Imagen inferior: modificación de "Mitocondria mini", de Kelvin Ma (dominio público)_ Alguna vez se pensó que las crestas eran dobleces amplios y ondulados, pero como se analiza en el video sobre mitocondrias, ahora se cree que se parecen más a largas cavernas^11start superscript, 1, end superscript. A continuación tenemos una reconstrucción 3D de una rebanada de una mitocondria: Crédito de la imagen: "MitochondrionCAM," por Carmann (dominio público)^22squared El espacio entre las membranas se conoce como espacio intermembranoso, y el compartimento encerrado por la membrana interna se llama la matriz mitocondrial. La matriz contiene ADN mitocondrial y ribosomas. Más adelante hablaremos sobre el motivo por el cual las mitocondrias (y los cloroplastos) tienen su propio ADN y ribosomas. La estructura de varios compartimentos de la mitocondria podría parecernos muy complicada. Es cierto, pero resulta ser muy útil para la respiración celular, ya que permite separar las reacciones y mantener concentraciones distintas de las moléculas en diferentes "habitaciones". [¿Cómo funciona eso?] Aunque las mitocondrias se encuentran en la mayoría de las células humanas (así como en la mayoría de los tipos de células en otros animales y plantas), su número varía según la función de la célula y la energía que necesita. Las células musculares, por ejemplo, generalmente requieren grandes cantidades de energía y mitocondrias, mientras que los glóbulos rojos, que están muy especializados para transportar oxígeno, carecen de mitocondrias por completo^33cubed. ¿De dónde vienen estos organelos? Tanto las mitocondrias como los cloroplastos tienen su propio ADN y ribosomas. ¿Por qué necesitarían estos organelos ADN y ribosomas, si hay ADN en el núcleo y ribosomas en el citosol? Hay evidencia contundente que apunta a la endosimbiosis como respuesta a este dilema. La simbiosis es una relación en la que organismos de dos especies diferentes viven una relación cercana y dependiente. La endosimbiosis (endo- = "dentro") es un tipo específico de simbiosis donde un organismo vive dentro de otro. 1. Sucedió el primer evento endosimbiótico: el eucarionte ancestral consumió la bacteria aerobia que evolucionó en la mitocondria. 2. En un segundo evento endosimbiótico, el eucarionte temprano consumió las bacterias fotosintéticas que evolucionaron en cloroplastos." _Imagen modificada de "Orígenes de los eucariontes: Figura 4," de OpenStax College, Biology, (CC BY 4.0)_ Las bacterias, las mitocondrias y los cloroplastos, son semejantes en tamaño. Las bacterias además tienen ADN y ribosomas similares a aquellos de las mitocondrias y cloroplastos^44start superscript, 4, end superscript. De acuerdo con esta y otra evidencia, los científicos piensan que células hospederas y bacterias formaron una relación endosimbiótica hace mucho tiempo, cuando las células hospederas individuales tomaron las bacterias aerobias (que consumen oxígeno) y fotosintéticas, pero no las destruyeron. A lo largo de millones de años de evolución, las bacterias aerobias se convirtieron en mitocondrias y las bacterias fotosintéticas se volvieron cloroplastos. [Créditos y referencias] https://es.khanacademy.org/science/high-school-biology/hs-cells/hsprokaryotes-and-eukaryotes/a/chloroplasts-and-mitochondria Mitocondrias Las mitocondrias son para las células lo que las centrales eléctricas son para las ciudades: proporcionan la energía necesaria para las numerosas reacciones químicas del metabolismo. Están presentes en las células de casi todos los organismos eucariotas, incluidos los animales, las plantas y los hongos, y se cree que son el resultado de la incorporación de una bacteria por parte de otra célula de mayor tamaño hace unos 1500 millones de años. A partir de entonces, se inició una larga relación simbiótica. Las mitocondrias tienen la particularidad de poseer su propio ADN, que heredan exclusivamente a través de la línea materna. En 2013, Jean-Claude Martinou, de la Universidad de Ginebra, y sus colaboradores habían observado que en las mitocondrias se acumulaba ARN (resultante de la transcripción del ADN) junto con otras proteínas, en forma de gránulos. Pero las características de estos últimos y su dinámica todavía no se habían podido precisar. El equipo de Jean-Claude Martinou y el de Suliana Manley, del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausana, unieron esfuerzos para examinar el interior de una mitocondria en una célula viva y desvelar la organización de su información genética. [iStock-wir0man] Para observar estos gránulos en una célula viva funcional, los biofísicos tuvieron que superar un gran obstáculo: su pequeño tamaño. En efecto, el límite de difracción, inherente a las leyes de la física, hace imposible distinguir los detalles de un objeto cuyo tamaño es inferior a la mitad de la longitud de onda de la luz utilizada para observarlo. Pero la radiación de longitud de onda corta, como la luz ultravioleta, es muy energética y daña a los organismos vivos, incluido su material genético. Por lo tanto, es necesario estudiarlos con la luz visible, cuya longitud de onda es entre 400 y 800 nanómetros. Las técnicas clásicas de microscopía no permiten observar con claridad detalles menores de 200 nanómetros. Afortunadamente, la denominada microscopía de superresolución permite evitar la difracción en ciertas condiciones. Mediante esta técnica, los biofísicos han logrado examinar con precisión la arquitectura a nanoescala de los gránulos de ARN mitocondrial. En ellos, de unos 130 nanómetros de tamaño, el ARN se pliega de modo compacto dentro de una nube de proteínas, con las que forman una gota líquida estable. CONTENIDOS RELACIONADOS ¿Por qué las mitocondrias cuentan con su propio ADN? Sobre el origen de las mitocondrias Un nuevo modelo sobre el origen de las mitocondrias Estos gránulos, distribuidos uniformemente por toda la mitocondria, tienen la capacidad de intercambiar rápidamente sus componentes y de fusionarse o separarse entre sí. Contienen la información genética necesaria para fabricar las proteínas que participan en la producción de energía de la célula. Su organización flexible y dinámica permite entender por qué las mitocondrias representan unas eficaces centrales energéticas. Es importante estudiar las mitocondrias en detalle porque su disfunción en las células que requieren mucha energía (como las musculares, cardíacas o cerebrales) puede desembocar en una serie de enfermedades graves. El conocimiento de la maquinaria mitocondrial tal vez ayude en el futuro a desarrollar nuevas estrategias para combatir estas enfermedades. William Rowe-Pirra Referencia: «Mitochondrial RNA granules are fluid condensates positioned by membrane dynamics». Timo Rey et al. en Nature Cell Biology, vol. 22, págs. 1180-1186, septiembre de 2020. https://www.investigacionyciencia.es/noticias/en-las-mitocondrias-el-arn-se-almacena-enforma-de-grnulos-lquidos-19317
