2.2: Mitocondrias y cloroplastos
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Para escapar de la competencia, las células que eran procariotas se hicieron más grandes. Para facilitar la comunicación entre todas las partes de esta célula más grande, desarrollaron movilidad citoplasmática usando proteína actina. A su vez, esta movilidad resultó en la adquisición de fagocitosis, que es cuando una célula grande cambia de forma y puede engullir (“comer”) otras células. De esta manera, las células que solían ser presas se convirtieron en depredadoras. Estos depredadores capturaron presas por fagocitosis y digirieron bacterias en los lisosomas, que utilizan enzimas que destruyen los componentes citoplásmicos de las células bacterianas.
La amenaza de los depredadores da como resultado que las células se hicieron aún más grandes, y estas células necesitarán un mejor suministro de ATP. Algunas presas que no fueron digeridas, y resultaron ser útiles para proporcionar ATP. ¡Por supuesto, las células depredadoras también deberían inventar un transporte adecuado a través de la doble membrana resultante! Debido a la selección natural, esas presas, que eran bacterias moradas, se convirtieron en las mitocondrias de la célula. Esto es simbiogénesis, o la formación de dos organismos separados en un solo organismo (Figura\(\PageIndex{2}\)).
Otro resultado de una célula más grande (las células eucariotas suelen ser 10-100 veces más grandes que las procariotas) es que el tamaño del ADN aumentará, y para sostenerlo, la célula formará un núcleo. Las nuevas células depredadoras también necesitaban evitar que organismos alienígenas transfirieran sus genes, lo que retrasaría la evolución.
La otra razón es que el núcleo protege el ADN al encerrarlo; en caso de que si el virus ADN entra en la célula e intenta simular el ADN celular, la célula eucariota destruye inmediatamente cualquier ADN que se encuentre en el citoplasma. Una razón más para hacer núcleo es la presión de los antibióticos: el núcleo mejora el aislamiento de estos químicos nocivos. La formación de núcleos y simbiogénesis llevaron a las células a convertirse en eucariotas.
Para llamarse eucariota, es más importante tener fagocitosis y mitocondrias que núcleo porque (1) núcleo no siempre existe, podría desaparecer durante la división celular y (2) algunos procariotas (planctobacterias) también tienen compartimentos de membrana que contienen ADN.
En el siguiente paso, algunos eucariotas también capturaron cianobacterias (u otro eucariota fotosintético), que se convirtieron en cloroplastos. A estos protistas fotosintéticos se les llama algas.
En total, las células eucariotas son “células de segundo nivel” porque son células compuestas por múltiples células. Las células de todos los eucariotas tienen dos genomas, las nucleares suelen tener origen biparental mientras que el genoma mitocondial normalmente se origina solo de la madre. Las células vegetales, a su vez, tienen tres genomas, y el genoma del cloroplasto generalmente también se hereda de manera materna.
Los cloroplastos sintetizan compuestos orgánicos mientras que las mitocondrias producen la mayor parte del ATP citoplásmico. Ambos orgánulos están cubiertos con dos membranas y contienen ADN circular y ribosomas similares a bacterianos. Los cloroplastos tienen tilacoides, o bolsas de membrana interna y vesículas. Los tilacoides cloroplastos pueden ser largos (laminillas) o cortos y apilados (granos). A su vez, las mitocondrias podrían estar ramificadas e interconectadas.
Los cloroplastos son normalmente verdes debido a la clorofila que convierte la energía de la luz en energía química. Algunos cloroplastos pierden clorofila y se vuelven transparentes, “blancos”, se les llama leucoplastos. Otros cloroplastos podrían ser rojos y/o anaranjados (cromoplastos), porque son ricos en carotenos y xantofilas. Estos pigmentos facilitan la fotosíntesis y son directamente responsables de los colores otoñales de las hojas. Dado que el almidón es una forma más compacta de almacenar energía que la glucosa, los cloroplastos almacenan carbohidratos como granos de almidón. Los amiloplastos transparentes contienen grandes gránulos de almidón. Los tejidos de almacenamiento de tubérculos de papa, raíces de zanahoria, raíces de camote y semillas de pasto son ejemplos de tejidos ricos en amiloplastos.
Tener cloroplastos y paredes celulares no están directamente conectados, pero casi todos los organismos con cloroplastos también tienen paredes celulares. Probablemente, esto se debe a que las paredes celulares no facilitan la motilidad celular, y para aquellos protistas que ya tienen paredes celulares, obtener cloroplastos será la buena manera de salir de competencia con seres organotróficos.