Ejercicio resuelto de Orgánulos celulares · Biología · 2020

Opción 2A (2.5 puntos)
Orgánulos celulares: mitocondrias y cloroplastos.

a) (0.5 puntos) Indica qué analogías y qué diferencias estructurales existen entre estos orgánulos.
b) (1 punto) Indica si las células procariotas presentan estos orgánulos o no. Si no los tienen, ¿dónde y cómo desarrollan las funciones de estos orgánulos?
c) (1 punto) Indica, con la ayuda de esquemas, qué tipo de procesos metabólicos transcurren en el interior de estos orgánulos.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{(0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}\mathbf{\text{Indica}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{analog}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{as}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{diferencias}}\mathbf{\text{estructurales}}\mathbf{\text{existen}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{org}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nulos.}}$

Las analogías son numerosas y no casuales. Ambos están delimitados por una doble membrana con su espacio intermembranoso; ambos poseen un sistema de membranas internas que multiplica la superficie —las crestas en la mitocondria, los tilacoides en el cloroplasto—; ambos encierran una matriz interna con enzimas propias; ambos contienen ADN circular sin histonas y ribosomas 70S, semejantes a los bacterianos; y ambos se dividen por sí mismos, con independencia del núcleo. Estos últimos rasgos son el fundamento de la teoría endosimbiótica de Lynn Margulis, según la cual los dos orgánulos proceden de bacterias que fueron fagocitadas y quedaron viviendo dentro de una célula ancestral.

Las diferencias afectan sobre todo a la organización de la membrana interna. En la mitocondria, esa membrana se repliega hacia la matriz formando las crestas, y es en ella donde se aloja la cadena respiratoria, de modo que solo hay dos compartimentos internos. En el cloroplasto, en cambio, la membrana interna es lisa y el sistema fotosintético reside en una tercera membrana independiente, la de los tilacoides, que forman pilas llamadas grana; hay por tanto un compartimento más, el lumen tilacoidal. Además, el cloroplasto contiene pigmentos fotosintéticos —clorofilas y carotenoides— de los que la mitocondria carece, y suele ser mayor.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}\mathbf{\text{Indica}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lulas}}\mathbf{\text{procariotas}}\mathbf{\text{presentan}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{org}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nulos}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{no.}}\mathbf{\text{Si}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{tienen,}}\mathbf{\text{¿d}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nde}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{desarrollan}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{funciones}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{org}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nulos?}}$

No los presentan. Las células procariotas carecen por completo de orgánulos membranosos: no tienen mitocondrias, ni cloroplastos, ni retículo, ni aparato de Golgi. Su única membrana es la plasmática.

Y sin embargo muchas bacterias respiran y algunas hacen fotosíntesis. La solución es que las funciones de esos orgánulos las asume la propia membrana plasmática, que hace las veces de membrana mitocondrial interna o de membrana tilacoidal.

En las bacterias aerobias, la cadena transportadora de electrones y las ATP-sintasas se alojan en la membrana plasmática, que bombea protones al espacio periplásmico y establece allí el gradiente. En muchas especies esa membrana se repliega hacia el interior formando mesosomas, que aumentan la superficie disponible, exactamente igual que hacen las crestas. Las enzimas del ciclo de Krebs, por su parte, están disueltas en el citoplasma, no en ninguna matriz.

En las cianobacterias, que realizan fotosíntesis oxigénica, los pigmentos y los fotosistemas se sitúan en membranas tilacoidales libres en el citoplasma, derivadas de invaginaciones de la membrana plasmática, y las enzimas del ciclo de Calvin están en el citoplasma.

Esta equivalencia funcional es, de nuevo, un argumento a favor de la teoría endosimbiótica: los orgánulos hacen dentro de la célula eucariota lo mismo que la bacteria hacía con su propia membrana.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}\mathbf{\text{Indica,}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{ayuda}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{esquemas,}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{procesos}}\mathbf{\text{metab}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{licos}}\mathbf{\text{transcurren}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{interior}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{org}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nulos.}}$

En la mitocondria transcurre la respiración celular aerobia, que es un proceso catabólico: oxida por completo la materia orgánica hasta $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ y agua y conserva la energía liberada en forma de ATP.

${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2⟶6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+\text{energ}\acute{\text{i}}\text{a}$



En el cloroplasto transcurre la fotosíntesis, que es un proceso anabólico: emplea la energía de la luz para fabricar materia orgánica a partir de materia inorgánica y desprende oxígeno.

$6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\stackrel{\text{ luz }}{\to }{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2$



Los dos procesos son complementarios y coexisten en la misma célula vegetal: el cloroplasto fabrica la materia orgánica y libera oxígeno, y la mitocondria la degrada consumiendo ese oxígeno para obtener ATP a cualquier hora del día o de la noche.