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Los cloroplastos son células vegetales que producen energía.

Los cloroplastos son células vegetales que producen energía.

Estructuras de cloroplasto. Enciclopedia británica / Getty Images

Conoces el sol, ¿verdad? Es esta bola gigantesca de gas ardiente que emite tanta energía que le da energía a todos los organismos de la Tierra, empezando por nuestros amigos verdes, las plantas. El sol emite todo tipo de radiaciones electromagnéticas y las plantas utilizan la energía que llega en forma de luz visible para llevar a cabo el salvaje y mágico proceso de la fotosíntesis.

La fotosíntesis no es mágica, sin embargo, es solo el trabajo químico frío de estas diminutas estructuras celulares llamadas cloroplastos, un tipo de orgánulo que se encuentra solo en plantas eucariotas y algas (eucariota significa tener un núcleo claramente definido) que captura la luz solar y convierte esa energía en alimento para la planta.

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Cloroplastos de bacterias antiguas

Los cloroplastos funcionan de manera muy similar a las mitocondrias, otro tipo de orgánulo que se encuentra en las células eucariotas responsables de la producción de energía, lo cual no es sorprendente, ya que ambos evolucionaron cuando una bacteria vieja estaba involucrada, ¡pero no se digirió! – una bacteria más grande. Esto condujo a una especie de cooperación forzada entre dos organismos, que ahora explicamos a través de algo llamado “hipótesis del endosimbionte”. Los cloroplastos y las mitocondrias se reproducen independientemente del resto de la célula y tienen su propio ADN.

Los cloroplastos se pueden encontrar en cualquier parte verde de la planta y son básicamente una bolsa en una bolsa (lo que significa que hay una doble membrana), que contiene muchas bolsas pequeñas (estructuras llamadas tilaquia) que contienen un pigmento que absorbe la luz llamado clorofila. , suspendido en un líquido (llamado estroma).

La clave de la magia fotosintética de un cloroplasto reside en sus membranas. Dado que un cloroplasto comenzó hace mucho tiempo como una bacteria independiente con su propia membrana celular, estos orgánulos tienen dos membranas celulares: la membrana externa la deja la célula que envuelve a la bacteria y la membrana interna es la membrana doméstica de la bacteria. Piense en la membrana exterior como el papel de envolver para un regalo y la membrana interior como la caja en la que vino originalmente el juguete. El espacio más importante para la fotosíntesis se encuentra entre el interior de la caja y el juguete: los tilacoides.

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Los cloroplastos funcionan en gradientes, como baterías.

La doble membrana de un cloroplasto crea dos particiones con cuatro espacios distintos: el espacio fuera de la celda; el citoplasma dentro de la célula; el estroma dentro del cloroplasto, pero fuera del tilacoide (es decir, el espacio entre la membrana interna y externa, el papel de envolver y la caja); y el espacio tilacoide, esencialmente dentro de las bacterias originales. Los propios tilacoides son solo pequeños montones de bolsitas se acercó en membranas, definidas por sus membranas, en realidad. Estas membranas son particiones que no permiten que las cosas se muevan de un espacio a otro, les guste o no, permitiendo que el cloroplasto almacene partículas cargadas eléctricamente en determinadas zonas y las mueva de un espacio a otro, otras a través de canales específicos.

“Así es como funcionan las baterías”, dice Brandon Jackson, profesor asociado en el Departamento de Ciencias Biológicas y Ambientales de la Universidad de Longwood en Farmville, Virginia. “Se necesita energía para poner muchos electrones negativos en un extremo de la batería y muchas cargas positivas en el otro. Si conecta los dos extremos con un cable, los electrones REALMENTE querrán descender para aplanar los componentes electrónicos. – Gradiente químico entre ellos. Quieren fluir tanto que si pones algo a lo largo de este cable, como una bombilla, un motor o un chip de computadora, se abrirán camino y serán útiles a medida que se muevan. No hacen nada útil , el movimiento aún emite energía, pero también el calor “.

Según Jackson, para crear una batería en una celda vegetal, debe haber una fuente de energía y divisores para crear y mantener gradientes. Si el gradiente está nivelado, parte de la energía utilizada para crearlo escapa. Así, en el caso de la batería de cloroplasto, se crea un gradiente electroquímico a medida que la planta absorbe energía del sol y las membranas que cubren la tilapia actúan como particiones entre las diferentes concentraciones de iones de hidrógeno (protones) que se han interrumpido. algunas moléculas de agua.

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Sigue la energía

Hay mucha química dentro de un cloroplasto, pero el resultado de la química es la conversión de la luz solar en energía almacenada, básicamente creando una batería.

Entonces, sigamos la energía:

El sol brilla sobre una hoja. Esta energía solar excita los electrones dentro de las moléculas de agua de la hoja y, como los electrones excitados rebotan mucho, los átomos de hidrógeno y oxígeno en las moléculas de agua se separan, liberando estos electrones excitados. En la primera fase de la fotosíntesis, un conglomerado de enzimas, proteínas y pigmentos llamado fotosistema II, que descompone el agua y produce iones de hidrógeno (protones que se utilizarán en la batería y oxígeno gaseoso que flotará en el aire como desechos vegetales).

Estos electrones energizados se transmiten a otras proteínas unidas a la membrana que utilizan esta energía para impulsar bombas de iones que escoltan a los iones de hidrógeno desde el espacio entre las membranas hasta el espacio tilacoide, donde ocurren todas las reacciones dependientes de la fotosíntesis. Los fotosistemas y las bombas de electrones recubren las superficies de las membranas de tilacoides, bombeando iones de hidrógeno desde el estroma (el espacio de líquido entre el tilacoide y la membrana interna) hacia las células y pilas de bolsas de tilacoides, y estos iones mismo Quiero salir de estos tilacoides, que crean el gradiente electroquímico. De esta manera, la energía de la luz, esa que brilla en tu rostro cuando sales, se convierte en una especie de batería, como las que alimentan tus auriculares inalámbricos.

En este punto, el fotosistema asume y organiza la acumulación temporal de energía generada por la batería. Ahora que se ha permitido que el electrón se mueva a lo largo del gradiente, está mucho más relajado, por lo que absorbe algo de luz para reactivarlo y transmite esa energía a una enzima especial que lo usa, el electrón. protón. para producir NADPH, una molécula transportadora de energía que proporciona un almacenamiento a corto plazo de la energía química que luego se utilizará para producir glucosa.

En este punto, la energía de la luz está ahora en dos lugares: está almacenada en el NADPH Es como un gradiente electroquímico de la diferencia en la concentración de iones de hidrógeno dentro del tilacoide versus justo fuera de él en el estroma.

“Pero el alto gradiente de iones de hidrógeno dentro del tilacoide quiere degradarlo Necesita degradar “, dice Jackson.” Los gradientes representan la “organización”, esencialmente lo opuesto a la entropía. Y la termodinámica nos dice que la entropía siempre intentará aumentar, lo que significa que un gradiente debe descomponerse. Por lo tanto, los iones de hidrógeno dentro de cada tilacoide realmente quieren escapar para igualar las concentraciones en ambos lados de la membrana interna. Pero las partículas cargadas no pueden atravesar una bicapa de fosfolípidos en ningún lugar; necesitan algún tipo de canal para pasar, al igual que los electrones necesitan un cable para pasar de un lado de la batería al otro. “

Entonces, así como puedes poner un motor eléctrico en ese cable y hacer que los electrones conduzcan un automóvil, el canal a través del cual pasan los iones de hidrógeno es un motor. Estos protones fluyen a través de su canal previsto, como el agua que fluye a través de una presa hidroeléctrica en un gradiente de elevación, y este movimiento produce suficiente energía para crear una reacción que crea ATP, que es otra forma de almacenamiento de energía a corto plazo.

Ahora, la energía de la luz original se ha convertido en energía de almacenamiento químico a corto plazo en forma de NADPH y ATP, que luego serán útiles en reacciones oscuras (también conocidas como ciclo de Calvin o ciclo de fijación de carbono) en el cloroplasto. , que descienden todos al estroma porque este líquido contiene una enzima capaz de convertir NADPH, ATP y dióxido de carbono en azúcares que nutren la planta, ayudan a respirar o se utilizan para producir celulosa.

“Las moléculas orgánicas complejas como la celulosa, que está hecha de glucosa, requieren mucha energía para producirse y todo proviene del sol”, dice Jackson. Después de la energía, comienza con la energía de la onda de luz, luego la energía del electrón energizado, luego la energía del gradiente electroquímico y luego energía química en forma de NADPH y ATP. Se exhala oxígeno gaseoso y el NADPH y el ATP no están acostumbrados a hacer otras cosas en la célula; en cambio, ambos ingresaron al ciclo de unión al carbono, donde otras enzimas los colocan en su lugar. Úselo para construir glucosa y otros. moléculas orgánicas. “

Y todo esto gracias a un diminuto orgánulo llamado cloroplasto.

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