Todo lo que siempre quiso saber sobre la fotosíntesis y la respiración celular y no se atrevió a preguntar (III)


Ya sé que todos ustedes, estimados lectores, esperan con impaciencia el momento en que desvele todos los milagros de la fotosíntesis y la respiración celular, y que les ha quedado un regusto indefinible por las explicaciones introductorias. Son de aquéllos que no leen los agradecimientos, los prefacios y las introducciones. ¡Mal hecho! ¿Cómo van a poder degustar las maravillas que les esperan sin el aparato adecuado? Paciencia, pues. Pronto hablaremos de esos procesos extraordinarios, pero antes deben saber algo sobre los cloroplastos y las mitocondrias.

Las células se dividen básicamente en procariotas y eucariotas. Las primeras son más pequeñas y más simples. No tienen núcleo, por lo que el ADN no está separado del citplasma. Las bacterias son procariotas típicos.



Las eucarióticas son mayores, más complejas (llenas de orgánulos), y tienen un núcleo en el que se encuentran los cromosomas que contienen el ADN. ¡Usted es un montón de células eucarióticas!



En esta imagen vemos una comparación entre una típica célula eucariota animal y otra vegetal.

Ambas tienen mitocondrias, pero sólo las vegetales tienen cloroplastos. Unos y otros son centrales energéticas. Pero son diferentes. En los cloroplastos tiene lugar la fotosíntesis y, por eso, sólo aparecen en algunos organismos unicelulares (algas fundamentalmente) y en los vegetales. Las mitocondrias, sin embargo, son comunes a todas las células eucariotas, porque en ellos se extrae la energía de las moléculas que sirven de alimento para producir, básicamente, ATP (recuerden la entrada anterior). Sobre todo son importantes porque la mitocondria es el único lugar en el que puede utilizarse oxígeno para producir ATP (¡la respiración celular!). Y ese proceso aeróbico es tan eficaz que seguramente explica el éxito de la célula eucariota.

Y aquí llega la parte más interesante. La parte que explica que les haya hablado de las células procariotas y las eucariotas.

Los cloroplastos y las mitocondrias son especiales. Tienen un cierto aire de familia, con esa pinta de judías rodeadas por una membrana doble. Y además tienen ADN propio. Lo curioso es que ese aire de familia se extiende a la propia célula procariota. Hay bacterias fotosintéticas que se parecen muchísimo a los cloroplastos de las algas unicelulares; incluso tienen un tamaño similar. Además el ADN de las bacterias (y el de los cloroplastos y las mitocondrias) no es como el de la célula eucariota, ya que no está unido a las proteínas que forman los cromosomas. Al contrario, el ADN aparece en forma de anillo desnudo. Además, los cloroplastos y las mitocondrias tienen sus propios ribosomas (una especie de fábricas de producir proteínas) y pueden crecer, duplicar su ADN e, incluso, dividirse, como lo haría cualquier célula. Más aún, la célula eucariota no puede producir cloroplastos y mitocondrias. Si, durante la división celular, una de las células hija recibe todos los cloroplastos o todas las mitocondrias, la otra no podrá crearlos (como sí sucede con otros orgánulos).

El hecho de que tengan ADN añade otra característica: a diferencia del ADN del núcleo, el ADN de una mitocondria casi siempre procede de la madre. Esto es fácil de comprender: el óvulo pone todos los orgánulos, mientras que el espermatozoide sólo introduce material genético (salvo en contadas ocasiones en las que introduce sus mitocondrias). Como el ADN mitocondrial no se recombina, sino que sólo varía por mutación, es un marcador estupendo: se ha utilizado para medir variabilidades genéticas y para fijar tiempos en la antigüedad de las especies. Si recuerdan la historia esa de la Eva negra, antepasada de todos nosotros, el cálculo se basó precisamente en el análisis de las variaciones del ADN mitocondrial.

Pues bien, Lynn Margulis (aunque existían precedentes) planteó la hipótesis de que esas características extrañas y la similitud de las mitocondrias y los cloroplastos con las células procariotas, se podía explicar si aquéllos en sus orígenes habían sido eso precisamente. De ser cierta, los cloroplastos y las mitocondrias habrían sido bacterias, atrapadas dentro de células eucariotas que, en vez de ser destruidas, se habían convertido en simbiontes.

Además de lo dicho, había una razón más. Como dije antes, las mitocondrias y los cloroplastos tienen una membrana doble. Si eran producto de un «engullimiento», la unión de la membrana propia y de la membrana de la célula eucariota explicaría esa doble membrana.

El proceso habría sido un ejemplo más del triunfo de las «buenas soluciones». Imaginemos, hace unos mil millones de años, células eucarióticas primitivas que viven de engullir otras células (fundamentalmente procariotas, ya que son más pequeñas). Para esas células el botín es escaso, ya que la extracción de energía, que se realiza en el citosol, el líquido en el que «flotan» los orgánulos, es anaeróbica (no utiliza oxígeno), mediante glucólisis. Ya veremos este mecanismo con más detalle en otra entrada, pero se puede anticipar que no es muy eficaz: un par de ATP y dos NADH por molécula de glucosa. Esas células eucarióticas tendrían que comer mucho y gastar mucha energía para sobrevivir. Bueno, también usan la fermentación alcohólica, pero no quería insistir mucho en ésta por no dibujar una célula eucariota primitiva no sólo ineficiente, sino beoda.

A diferencia de nuestra primitiva y chapucera célula eucariota, algunas células procariotas habrían desarrollado los enzimas necesarias para utilizar oxígeno en el desdoblamiento de las moléculas alimenticias. Para una célula así, el interior de una de esas gordas e improductivas células eucariotas debía ser un vergel: un montón de «restos de comida» sin usar que, gracias a su mejora teconológica, podía ser aprovechado. Y para la célula eucariota, la presencia de un fabricante tan extraordinario no era nociva, sino al contrario, ya que parte del ATP producido se volcaría en su propio citosol. Así que, si la teoría es cierta, una de esas procariotas «modernas», una vez engullida, en vez de ser devorada por la célula eucariota, «decidió» quedarse y fabricar ATP, y de paso dividirse dentro de la célula. Cuando la eucariota se dividió a su vez, sus descendientes ya tenían una población de «bacterias», dentro, suficiente. La combinación de ambas era invencible.

Posteriormente, una de estas células engulliría también un procariota fotosintético. El proceso sería el mismo: la procariota usaría el ATP de la célula para producir azúcares que serían luego usados por las mitocondrias para producir más ATP. De esas procariotas descenderían los cloroplastos.

Estaríamos formados, por tanto, por el resultado de una fusión ancestral de dos tipos de células, de las que descenderían todas las células vegetales y animales. Sin esa fusión, la aparición de organismos pluricelulares hubiera resultado energéticamente mucho más difícil.

Pero la tecnología provendría de las células más pequeñas.

Mírese al espejo: usted es básicamente una enorme bacteria con ínfulas.


12 comentarios en “Todo lo que siempre quiso saber sobre la fotosíntesis y la respiración celular y no se atrevió a preguntar (III)

  1. «Usted es básicamente una enorme bacteria con ínfulas.»

    Bueno, vale, pero por lo menos no soy como el virus ese birrioso que se sienta en la segunda fila a la izquierda.

  2. Bien. Progresa adecuadamente. Y, en efecto, la idea de Margulis es interesante, divertida y seminal. Creo que los biólogos no han querido -o sabido- extraerle todo lo que podría dar de sí.

    (Ah: no desprecie usted la glucolisis tan alegremente. Finalmente, a un diviorcio simétrico y una decarboxilación subsecuente, no se le puede sacar mucho más. Pero luego, ya disfrazada de Ac-Co A, entra en el ciclo y entonces…)

    ((Y lo digo así de mal por no levantar la liebre. Más que nada.))

  3. Creo que lo he entendido, pero me asalta una duda: los restos de la combustión para producir energía aprovechando la simbiosis eucariota-procariota, ¿adónde van? Es decir, ¿no sucede que los restos de la producción de energía acaban por interferir en el proceso y anularlo? Si es que se eliminan de las células para impedir el colapso por contaminación, ¿cómo expulsan esos restos? ¿Y cómo se reinsertan en el ciclo?

    A lo mejor es que no me he enterado de nada, que todo puede ser.

    («…bacteria con ínfulas». Me encanta, porque conozco tantos seres humanos que responden a esa definición que se la voy a robar para emplearla, y no precisamente hablando de fotosíntesis.)

  4. super buena la pajina los felisito y un saludo al profesor de ciencias del colegio villa independencia gabriel ezpinosa

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