Las estructuras del cloroplasto. Enciclopedia Británica / Getty Images Tu conoces el sol ¿Derecha? Es esa bola gigante de gas ardiente que emite tanta energía que alimenta a todos los organismos de la Tierra, comenzando con nuestros amigos verdes, Las plantas. El sol emite todo tipo de radiación electromagnética, y las plantas usan la energía que se muestra en forma de luz visible para lograr lo salvaje, proceso de fotosíntesis de apariencia mágica.
La fotosíntesis no es mágica, sin embargo, es solo la genialidad química de estas pequeñas estructuras celulares llamadas cloroplastos, un tipo de orgánulo que se encuentra solo en plantas y algas eucariotas (eucariotas significa que poseen un núcleo claramente definido) que captura la luz solar y convierte esa energía en alimento para la planta.
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 de hace mucho tiempo fue envuelta, ¡pero no digerida por! - una bacteria más grande. Resultó en una especie de cooperación forzada entre dos organismos que ahora explicamos a través de algo llamado la "hipótesis del endosimbionte". Tanto los cloroplastos como 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 dentro de una bolsa (lo que significa que hay membranas dobles), que contienen una gran cantidad de pequeñas bolsas (estructuras llamadas tilacoides) 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 está en sus membranas. Debido a 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 es un sobrante de la célula que envuelve a la bacteria, y la membrana interna es la membrana original de la bacteria. Piense en la membrana exterior como el papel de envolver de un regalo y la membrana interior como la caja en la que vino originalmente el juguete. El espacio más importante para la fotosíntesis es el que se encuentra entre el interior de la caja y el juguete:los tilacoides.
La doble membrana de un cloroplasto crea dos divisores con cuatro espacios distintos:el espacio fuera de la célula; el citoplasma dentro de la célula; el estroma dentro del cloroplasto pero fuera del tilacoide (también conocido como el espacio entre las membranas interna y externa, el papel de regalo y la caja); y el espacio tilacoide, básicamente dentro de la bacteria original. Los tilacoides en sí mismos son solo pequeñas pilas de bolsas cubierto en membranas, definidas por sus membranas, De hecho. Estas membranas son divisores que no permiten que las cosas simplemente crucen entre espacios, quieras o no, permitiendo que el cloroplasto acumule partículas cargadas eléctricamente en ciertas áreas y las mueva de un espacio a otro 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 quieren fluir hacia abajo para aplanar el gradiente electroquímico entre ellos. Quieren fluir tanto que si pones algo a lo largo de ese cable como una bombilla, un motor o un chip de computadora, se abrirán paso y serán útiles a medida que avancen. Si no hacen algo útil, el movimiento aún liberará energía, pero igual que el calor ".
Según Jackson, para hacer una batería en una celda vegetal, tiene que haber una fuente de energía y algunos divisores para crear y mantener gradientes. Si se permite aplanar el gradiente, parte de la energía que se utilizó para crearlo se escapa. Entonces, en el caso de la batería de cloroplasto, Se crea un gradiente electroquímico cuando la planta absorbe la energía del sol y las membranas que cubren los tilacoides actúan como divisores entre diferentes concentraciones de iones de hidrógeno (protones) que han sido arrancados de algunas moléculas de agua.
Hay mucha química dentro de un cloroplasto, pero el resultado de la química es la conversión de la luz solar en energía almacenada, básicamente la creación de una batería.
Entonces, sigamos la energía:
El sol brilla sobre una hoja. Esa energía solar excita los electrones dentro de las moléculas de agua en la hoja, y debido a que los electrones excitados rebotan mucho, los átomos de hidrógeno y oxígeno en las moléculas de agua se rompen, lanzar estos electrones excitados a la primera etapa de la fotosíntesis, un conglomerado de enzimas, proteínas y pigmentos llamados fotosistema II, que rompe el agua, produciendo iones de hidrógeno (protones que se utilizarán en la batería y gas oxígeno que flotará en el aire como basura vegetal).
Estos electrones energizados se transmiten a algunas otras proteínas unidas a la membrana que usan esa energía para impulsar bombas de iones que escoltan los iones de hidrógeno desde el espacio entre las membranas hacia el espacio tilacoide. que es donde ocurren todas las reacciones de la fotosíntesis dependientes de la luz. Los fotosistemas y las bombas de electrones cubren las superficies de las membranas tilacoides, bombear los iones de hidrógeno del estroma (el espacio de fluido entre el tilacoide y la membrana interna) hacia las pilas y pilas de bolsas de tilacoides, y estos iones De Verdad quiero salir de estos tilacoides, que es lo que crea el gradiente electroquímico. De esta manera, la energía de la luz, esa cosa que brilla en tu cara cuando sales al exterior, se convierte en una especie de batería, como los que utilizan sus auriculares inalámbricos.
En este punto, el fotosistema me hago cargo, que dispone el almacenamiento temporal de la energía generada por la batería. Ahora que se ha permitido que el electrón se mueva a lo largo del gradiente, es mucho más relajado, por lo que absorbe un poco de luz para revitalizarla, y pasa esa energía a una enzima especial que la usa, el propio electrón, y un protón de repuesto para hacer NADPH, que es una molécula portadora de energía que proporciona un almacenamiento a corto plazo de 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 y como el gradiente electroquímico de la diferencia en la concentración de iones de hidrógeno dentro del tilacoide en comparación con justo fuera de él en el estroma.
"Pero el alto gradiente de iones de hidrógeno dentro del tilacoide quiere degradarse, necesidades 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 romperse. Entonces, los iones de hidrógeno dentro de cada tilacoide realmente quieren escapar para igualar las concentraciones a ambos lados de esa membrana interna. Pero las partículas cargadas no pueden pasar a través de una bicapa de fosfolípidos en cualquier 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, al igual que puedes poner un motor eléctrico en ese cable, y hacen que los electrones conduzcan un coche, el canal por el que pasan los iones de hidrógeno es un motor. Estos protones fluyen a través del canal que se les proporciona, como el agua que fluye a través de una presa hidroeléctrica por un gradiente de elevación, y ese 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 luminosa original se ha convertido en energía química de almacenamiento a corto plazo en forma de NADPH y ATP, que será útil más adelante en las reacciones oscuras (también conocido como el ciclo de Calvin o el ciclo de fijación de carbono) dentro del cloroplasto, todo lo cual desciende en el estroma porque este líquido contiene una enzima que puede convertir NADPH, ATP y dióxido de carbono en azúcares que alimentan a la planta, ayudar en la respiración, o se utilizan para producir celulosa.
"Moléculas orgánicas complejas como la celulosa, que está hecho de glucosa, tomar mucha energía para hacer, y que todo vino del sol, "dice Jackson." Siguiendo la energía, comienza como energía de ondas de luz, luego excitó la energía del electrón, luego la energía del gradiente electroquímico, luego energía química en forma de NADPH y ATP. El oxígeno gaseoso se exhala, y NADPH y ATP no se utilizan para hacer otras cosas dentro de la celda, sino que ambos pasan al ciclo de fijación de carbono, donde otras enzimas los descomponen, extraer esa energía, y utilícelo para construir glucosa y otras moléculas orgánicas ".
Y todo esto gracias a un pequeño orgánulo llamado cloroplasto.
Eso es interesanteDebido a que la clorofila es excelente para absorber la luz roja y azul, pero no absorbe la luz verde, las hojas parecen verdes a nuestros ojos porque ese es el color de la luz que rebota en ellas.
