Mitocondrias y Cloroplastos

Las células obtienen energía de su entorno, normalmente en forma de energía química procedente de moléculas alimenticias (como la glucosa) o de energía solar. Después necesitan convertir esta energía en formas útiles para las tareas cotidianas. La función de las mitocondriasy los cloroplastos es transformar la energía, de fuente energética a ATP, para uso celular. Pero lo hacen de formas distintas, como veremos a continuación.

Fig. 1: Esquema de una mitocondria y sus componentes (izquierda) y su aspecto al microscopio (derecha).

La mayoría de las células eucariotas (células de protistas, plantas, animales y hongos) tienen cientos de mitocondrias (en singular mitocondria) dispersas en el citosol. Pueden tener forma elíptica u ovalada y presentan dos membranas bicapa con unespacio intermembrana entre ellas (Figura 1). Lamembrana externa rodea todo el orgánulo y lo separa del citoplasma. La membrana interna tiene numerosos pliegues hacia dentro que se extienden hacia el interior de la mitocondria. Los pliegues se denominan cristae y rodean el espacio interior denominadomatriz . La matriz contiene el ADN y los ribosomas propios de la mitocondria.

Las mitocondrias transfieren la energía de la glucosa o los lípidos en ATP (trifosfato de adenosina, la principal molécula energética a corto plazo de las células) mediante la respiración celular. En la matriz y en las cristae se producen distintas reacciones químicas de la respiración celular. En la respiración celular (en una descripción simplificada), las mitocondrias utilizan moléculas de glucosa y oxígeno para producir ATP y, como subproductos, dióxido de carbono y agua. El dióxido de carbono es un producto de desecho en los eucariotas; por eso lo exhalamos al respirar.

Los cloroplastos sólo se encuentran en las células de las plantas y las algas (protistas fotosintéticos). Realizan la fotosíntesis, transfiriendo la energía de la luz solar en ATP, que se utiliza para sintetizar glucosa. Los cloroplastos pertenecen a un grupo de orgánulos conocidos como plástidos que producen y almacenan material en plantas y algas.

Los cloroplastos tienen forma de lente y, al igual que las mitocondrias, poseen una doble membrana y un espacio intermembranoso (Figura 2). La membrana interna encierra la membrana tilacoide que forma numerosos montones de discos membranosos interconectados llenos de líquido llamados tilacoides. Cada pila de tilacoides es un granum (plural grana), y están rodeados por un fluido llamado estroma. El estroma contiene el ADN y los ribosomas propios del cloroplasto.

Fig. 2: Esquema de un cloroplasto y sus componentes (ADN y ribosomas no mostrados), y aspecto de los cloroplastos dentro de las células al microscopio (derecha).

Los tilacoides contienen varios pigmentos (moléculas que absorben la luz visible en ondas específicas) incorporados en su membrana. La clorofila es más abundante y es el principal pigmento que capta la energía de la luz solar. En la fotosíntesis, los cloroplastos transfieren la energía del sol en ATP que se utiliza, junto con el dióxido de carbono y el agua, para producir hidratos de carbono (principalmente glucosa), oxígeno y agua (descripción simplificada). Las moléculas de ATP son demasiado inestables y deben utilizarse en el momento. Las macromoléculas son la mejor forma de almacenar y transportar esta energía al resto de la planta.

En las plantas, los cloroplastos están ampliamente distribuidos, pero son más comunes y abundantes en las hojas y en las células de otros órganos verdes (como los tallos), donde se produce principalmente la fotosíntesis (la clorofila es verde, lo que da a estos órganos su color característico). Los órganos que no reciben luz solar, como las raíces, no tienen cloroplastos. Algunas bacterias cianobacterias también realizan la fotosíntesis, pero no tienen cloroplastos. Su membrana interna (son bacterias de doble membrana) contiene las moléculas de clorofila.

Existen similitudes entre los cloroplastos y las mitocondrias relacionadas con su función, ya que ambos orgánulos transforman la energía de una forma a otra. Otras semejanzas están más relacionadas con el origen de estos orgánulos (como tener una doble membrana y su propio ADN y ribosomas, de lo que hablaremos en breve). Algunas similitudes entre estos orgánulos son

• Aumento de la superficie mediante pliegues (cristae en la membrana interna mitocondrial) o sacos interconectados (membrana tilacoide en los cloroplastos), optimizando el uso del espacio interior.

• Compartimentación: Los pliegues y sacos de la membrana también proporcionan compartimentos en el interior del orgánulo. Esto permite entornos separados para la ejecución de las distintas reacciones necesarias para la respiración celular y la fotosíntesis. Esto es comparable a la compartimentación que proporcionan las membranas en las células eucariotas.

• Síntesis de ATP: Ambos orgánulos sintetizan ATP mediante quimiosmosis. Como parte de la respiración celular y la fotosíntesis, los protones se transportan a través de las membranas de los cloroplastos y las mitocondrias. En resumen, este transporte libera energía que impulsa la síntesis de ATP.

• Doble membrana: Tienen la membrana externa delimitadora y la membrana interna.

• ADNy ribosomas: Tienen una cadena corta de ADN que codifica para un pequeño número de proteínas que sintetizan sus propios ribosomas. Sin embargo, la mayoría de las proteínas de las membranas de las mitocondrias y los cloroplastos son dirigidas por el núcleo celular y sintetizadas por ribosomas libres en el citoplasma.

• Se reproducen: Se reproducen por sí mismas, independientemente del ciclo celular.

La finalidad última de ambos orgánulos es proporcionar a las células la energía necesaria para funcionar. Sin embargo, lo hacen de formas distintas. Las diferencias entre mitocondrias y cloroplastos son:

• La membrana interna de las mitocondrias se pliega hacia el interior, mientras que la membrana interna de los cloroplastos no lo hace. Una membrana diferente forma los tilacoides en el interior de los cloroplastos.

• Las mitocondrias descomponen los hidratos de carbono (o lípidos) para producir ATP mediante la respiración celular. Los cloroplastos producen ATP a partir de la energía solar y lo almacenan en hidratos de carbono mediante la fotosíntesis.

• Las mitocondrias están presentes en la mayoría de las células eucariotas (de animales, plantas, hongos y protistas), mientras que sólo las plantas y las algas tienen cloroplastos. Esta importante diferencia explica las reacciones metabólicas distintivas que realiza cada orgánulo. Los organismos fotosintéticos son autótrofos, es decir, producen su alimento. Por eso tienen cloroplastos. En cambio, los organismos heterótrofos (como nosotros) obtienen su alimento comiendo otros organismos o absorbiendo partículas alimenticias. Pero una vez que obtienen su alimento, todos los organismos necesitan mitocondrias para descomponer estas macromoléculas y producir el ATP que utilizan sus células.