La Mitocondria: Estructura y Metabolismo Oxidativo

La mitocondria es un orgánulo convertidor de energía. En ellas tienen lugar las reacciones de oxidación de la respiración aerobia, donde se consume O₂ y se produce CO₂. La energía de las biomoléculas se utiliza para obtener ATP.

Componentes de la Mitocondria

1. Matriz Mitocondrial

   Formada por múltiples copias de ADN (con genes para la síntesis de proteínas), ribosomas, diversas moléculas de ARN y una gran concentración de proteínas y enzimas (Ez) responsables de las reacciones centrales del metabolismo oxidativo.

2. Membrana Interna

   Sus proteínas llevan a cabo procesos que utilizan la energía liberada en reacciones de oxidación para formar ATP.

3. Espacio Intermembranoso

   Contiene enzimas que catalizan la fosforilación de nucleótidos a partir del ATP del interior de la mitocondria.

4. Membrana Externa

   Posee enzimas que intervienen en procesos metabólicos como la síntesis de lípidos y la unión de ácidos grasos a la Coenzima A para su ingreso a la mitocondria.

Oxidaciones Mitocondriales: Reacciones Clave

Las reacciones tienen lugar en diferentes sitios de la mitocondria:

1. En la Matriz

• Reacciones de Oxidación: Oxidación de diversas moléculas para generar ácido acético.
• Ciclo de Krebs: Reacciones para oxidar el ácido acético (proveniente de las reacciones anteriores) y formar CO₂.

2. En la Membrana Interna

• La Cadena Respiratoria

  Formada por complejos enzimáticos. Sus coenzimas recogen los electrones (e-) de la oxidación del ácido acético y los transportan hasta el aceptor final, que es el O₂. Este transporte libera energía que sirve para generar un flujo de protones (H⁺) desde la matriz hacia el espacio intermembranoso.

• Fosforilación Oxidativa

  Se produce la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (P). Esta síntesis está acoplada con el transporte de e- de la cadena respiratoria, utilizando el gradiente electroquímico generado por el flujo de protones. Se realiza en los complejos ATP-sintasa de la membrana.

Estructuras de Células Vegetales: Los Plastos

Los plastos son orgánulos celulares delimitados por una doble membrana. Existen varios tipos:

1. Leucoplastos: Sin pigmentos. Sirven de almacén de proteínas, grasas o almidón.
2. Cromoplastos: Contienen pigmentos.
3. Cloroplastos: Contienen clorofila y realizan la fotosíntesis.

El Cloroplasto: Estructura y Compartimentos

Los cloroplastos son orgánulos de células vegetales que contienen clorofila. Poseen tres sistemas de membranas, dos de las cuales forman la envoltura externa.

Sistemas de Membranas

1. Membrana Externa: Contiene porinas, lo que le confiere gran permeabilidad para moléculas de pequeño tamaño.
2. Membrana Interna: Es menos permeable. Permite el paso mediante transportadores. Junto con la externa, forma la envoltura.
3. Membrana Tilacoidal: Forma extensiones llamadas laminillas que se repliegan para formar sacos aplanados con forma de disco, denominados tilacoides. Estos se apilan unos sobre otros formando las grana.

Compartimentos Internos

1. Espacio Intermembranoso: Situado entre las dos membranas de la envoltura, con contenido similar al citosol.
2. Estroma: Se encuentra entre la envoltura externa y la membrana tilacoidal. Presenta ribosomas, diversas enzimas (Ez), un ADN circular con genes para diversas proteínas del cloroplasto, moléculas de ARN, gránulos de almidón y gotas de lípidos.
3. Espacio Tilacoidal: Espacio interno de los tilacoides. Al estar interconectados, delimitan un único compartimento común.

Fisiología del Cloroplasto: El Proceso de la Fotosíntesis

La fotosíntesis es un proceso complejo que utiliza la energía solar para producir moléculas ricas en energía metabólica (ATP) y moléculas reductoras (NADPH), las cuales se emplean para sintetizar moléculas orgánicas.

Fases de la Fotosíntesis

1. Fase Luminosa (Reacciones dependientes de la luz) – En la Membrana Tilacoidal

   Comienzan captando la energía solar por medio de pigmentos fotosintéticos en los fotosistemas y mediante la fotólisis del agua, proceso que proporciona electrones (e-) para la maquinaria fotosintética y en el que se libera O₂.

   • Cadena de Transporte de Electrones: Recoge los electrones del H₂O y los utiliza para reducir las moléculas de la coenzima NADP⁺ y formar NADPH.
   • Fotofosforilación: De forma semejante a la mitocondria, el transporte de electrones genera un gradiente electroquímico de protones (H⁺) desde el estroma al espacio tilacoidal. Este gradiente se emplea para inducir la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. Se realiza en los complejos ATP-sintasa de la membrana tilacoidal.

2. Fase Oscura (Reacciones no dependientes de la luz) – En el Estroma

   El ATP y el NADPH generados se usan para reducir moléculas sencillas como el CO₂, iones nitrato, y elaborar moléculas orgánicas.

La Pared Celular Vegetal

La pared celular es un tipo especial de matriz extracelular compuesta por celulosa y sintetizada por la célula vegetal. La pared puede presentar tres capas:

1. Lámina Media

   Capa más externa y compartida por las células contiguas, lo que favorece su unión. Está constituida por proteínas y pectinas (heteropolisacáridos con carga negativa que tienden a fijar iones Ca²⁺ para formar sales insolubles).

2. Pared Primaria

   Capa más gruesa, formada por microfibrillas de celulosa de 5–10 nm de diámetro, dispuestas en planos y a las que se unen moléculas de hemicelulosa. Las fibrillas están inmersas en una matriz de hemicelulosa, pectinas y proteínas.

3. Pared Secundaria

   Presente solo en algunos tipos celulares. Es más gruesa que la primaria y se segrega después de esta, adosada a la membrana plasmática. Está formada por varias capas de microfibrillas de celulosa paralelas y en planos superpuestos que cambian de orientación. Esta pared se puede impregnar con sustancias como:

   • Suberina y Cutina: (Impermeabilizan)
   • Lignina: (Aporta resistencia)

Funciones de la Pared Celular

1. Soporte Mecánico: Actúa como una especie de esqueleto, tanto de forma individual como en conjunto.
2. Resistencia a la Ósmosis: Proporciona resistencia frente a los efectos de la ósmosis. En un medio hipotónico, evita que la célula se hinche excesivamente (turgescencia).
3. Protección: Protege frente a la abrasión mecánica y al ataque de insectos.
4. Comunicación Intercelular: Permite la comunicación entre células por medio de plasmodesmos.
5. Regulación del Crecimiento: Orienta el crecimiento de las células y los tejidos, y participa en la diferenciación celular.

Formación de la Pared Celular

La formación se inicia como una fina lámina que aparece entre las membranas plasmáticas de las dos células resultantes de la división celular.

• Las proteínas, las hemicelulosas y las pectinas son segregadas por el Aparato de Golgi (AG). Esto también aplica a la suberina y la lignina.
• La celulosa es sintetizada directamente en la cara externa de la membrana plasmática por la enzima celulosa sintasa (una proteína integral de membrana).