Biología (08) · Unidad 5 — La transformación de la energía
El cloroplasto
El cloroplasto es la organela donde las plantas y las algas capturan la luz. Tiene tres sistemas de membranas (externa, interna y la de los tilacoides) que arman tres espacios: el intermembrana, el estroma y el interior del tilacoide. En la membrana de los tilacoides está la clorofila; en el estroma, las enzimas que fabrican azúcar.
La explicación
El problema: ¿de dónde sale un árbol?
Un árbol de veinte metros no se comió nada. Del suelo saca agua y algunos minerales, pero la madera, las hojas y los frutos están hechos casi enteros de carbono, y ese carbono vino del aire, del dióxido de carbono (CO₂). Para convertir un gas en azúcar hace falta energía, y la planta la saca de la luz del sol.
Ese trabajo se hace en una organela: el cloroplasto. Es la fábrica de la fotosíntesis, el proceso que usa la energía de la luz para armar azúcar a partir de CO₂ y agua, y que larga oxígeno como resto.
Dónde están y cómo son
Los cloroplastos están en las partes verdes: sobre todo en las células del interior de la hoja (el mesófilo), y también en las algas. Una célula de hoja tiene decenas de ellos. Cada uno mide unos 5 a 10 µm de largo, con forma de lente o de poroto: se ven con el microscopio óptico como granitos verdes. Las raíces, que viven a oscuras, no tienen.
Son parte de una familia de organelas, los plástidos, que nacen de un mismo precursor (el proplástido) y se especializan. Además del cloroplasto, están el cromoplasto, que acumula pigmentos rojos y anaranjados (el tomate maduro, la zanahoria), y el amiloplasto, que guarda almidón (la papa).
Tres membranas, tres espacios
Visto con el microscopio electrónico, el cloroplasto tiene una envoltura de dos membranas (la externa y la interna) y, adentro, un tercer sistema de membranas: los tilacoides, unos sacos aplanados como monedas. Los tilacoides se apilan en columnas llamadas grana (en singular, granum), unidas entre sí por láminas más largas.
Espacio intermembrana: la franja finita entre la externa y la interna.
Membrana interna: más selectiva; controla qué entra y qué sale del estroma.
Estroma: el líquido que llena el cloroplasto. Ahí están las enzimas que fijan el CO₂ (entre ellas la RuBisCO), el ADN propio (circular), ribosomas y granos de almidón.
Membrana del tilacoide: tiene los pigmentos (clorofila), los fotosistemas, la cadena de transporte de electrones y la ATP sintasa.
Lumen (interior) del tilacoide: el tercer espacio, cerrado, donde se acumulan protones.
1. Las dos líneas del borde son la envoltura: externa e interna.
2. Las pilas de discos son las grana; cada disco, un tilacoide.
3. Todo lo que rodea a los tilacoides, por dentro de la envoltura, es estroma.
4. El adentro de cada disco es el lumen del tilacoide.
La forma explica la función
Los pigmentos que atrapan la luz están dentro de una membrana, así que cuanta más membrana, más luz se captura. Apilar tilacoides es la manera de meter mucha superficie en poco lugar. Y al tener un espacio cerrado (el lumen), el cloroplasto puede acumular protones de un lado y usar esa diferencia para fabricar ATP (tema 5.2).
La división del trabajo es clara: en las membranas de los tilacoides se captura la luz (la etapa que depende de la luz); en el estroma se arma el azúcar (el ciclo de Calvin, tema 5.3).
La luz y el color verde
La luz blanca del sol es una mezcla de colores: el arco iris la separa. Cada color corresponde a una longitud de onda; la luz visible va de unos 400 nm (violeta y azul) a unos 700 nm (rojo). Cuanto más corta la longitud de onda, más energía lleva cada partícula de luz (cada fotón).
La clorofila es el pigmento que absorbe la luz y convierte esa energía en electrones excitados. Hay dos tipos principales en las plantas, la a y la b, y otros pigmentos acompañantes, los carotenoides (amarillos y anaranjados). La clorofila absorbe muy bien el azul y el rojo, y casi nada el verde: el verde rebota o la atraviesa, y eso es lo que llega a tus ojos. Por eso las hojas son verdes.
En otoño, muchas hojas desarman la clorofila antes de caer y aparecen los carotenoides, que estaban ahí todo el tiempo, tapados.
1. El color que ves es el que el objeto NO absorbe.
2. La luz que sirve para la fotosíntesis es la que la clorofila SÍ absorbe (azul y roja).
3. Una planta iluminada sólo con luz verde casi no hace fotosíntesis, aunque se vea bien verde.
Una célula de hoja de espinaca. Ubicá en el cloroplasto: a) la clorofila; b) la enzima que fija el CO₂; c) el ADN del cloroplasto; d) el lugar donde se acumulan protones cuando hay luz. Después contá cuántas membranas separan ese último lugar del citosol de la célula.
Primero, el mapa: tres membranas (externa, interna y la del tilacoide) y tres espacios (intermembrana, estroma y lumen del tilacoide).
b) La enzima que fija el CO₂ (la RuBisCO): en el estroma, junto con el resto de las enzimas del ciclo de Calvin.
c) El ADN: también en el estroma. Es circular, como el de una bacteria, y viene con sus propios ribosomas (tema 5.7).
d) Los protones: se acumulan en el lumen del tilacoide, el espacio cerrado de adentro de cada disco.
Las membranas. Desde el lumen hacia afuera: la membrana del tilacoide (1), la membrana interna (2) y la membrana externa (3). Del otro lado de la externa ya está el citosol. Son 3.
Dónde se pierde el punto: en contar dos, porque se recuerda «el cloroplasto tiene doble membrana» y se olvida el tilacoide; o en ubicar la clorofila «en el cloroplasto» sin decir dónde: en un parcial, la respuesta es la membrana del tilacoide.
Una alga marina roja vive a varios metros de profundidad, donde casi sólo llega luz azul-verdosa (el agua absorbe primero el rojo). Además de clorofila tiene pigmentos rojizos acompañantes. ¿Qué ventaja le dan esos pigmentos, y qué relación tiene esto con el color con que la vemos?
La pregunta de fondo: qué luz le llega y qué luz puede usar.
Qué puede usar. La clorofila sola absorbe bien el azul pero casi nada el verde. Los pigmentos acompañantes absorben justamente parte de esa luz verde y le pasan la energía a la clorofila: amplían el rango de colores útiles.
El color. Un pigmento que absorbe verde y azul devuelve sobre todo el rojo: por eso el alga se ve rojiza. El color que vemos es el que NO usa.
La idea que vale para cualquier caso: cada pigmento absorbe ciertas longitudes de onda, y los pigmentos acompañantes (como los carotenoides de las plantas terrestres) ensanchan la luz aprovechable.
Dónde se pierde el punto: en decir que el alga «absorbe el rojo porque es roja». Es al revés: se ve roja porque el rojo es lo que no absorbe.
Dónde se cae la mayoría
- Creer que el cloroplasto tiene dos membranas y nada más. La envoltura es doble, pero adentro está el tercer sistema: las membranas de los tilacoides.
- Ubicar la clorofila en el estroma. Está metida en la membrana de los tilacoides; el estroma tiene las enzimas que fijan el CO₂.
- Decir que la hoja es verde porque la clorofila absorbe el verde. Es al revés: lo refleja, y por eso es lo que vemos.
- Pensar que todas las células de una planta tienen cloroplastos. Las raíces, que no reciben luz, no los tienen; guardan almidón en amiloplastos.
- Contar la pared celular como una membrana más cuando se cuentan las membranas que cruza algo. La pared es una malla de celulosa, no una bicapa.
Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.
Practicar El cloroplasto →Dónde entra este tema en el parcial
- Primer parcial — Una hoja al sol20 puntos · resuelto paso a paso
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La transformación de la energía