Biología (08) · Unidad 5 — La transformación de la energía
El origen de mitocondrias y cloroplastos: endosimbiosis
Las mitocondrias y los cloroplastos descienden de bacterias que vivieron dentro de una célula ancestral y se quedaron: una bacteria aeróbica dio las mitocondrias y, más tarde, una cianobacteria dio los cloroplastos. Lo prueban su doble membrana, su ADN circular, sus ribosomas de tipo bacteriano y su división por fisión.
La explicación
El problema: organelas con ADN propio
El ADN de una célula eucariota está en el núcleo. Pero las mitocondrias y los cloroplastos tienen su propio ADN, sus propios ribosomas, y se dividen solos: una célula no puede fabricar una mitocondria de la nada; sólo puede hacer crecer y partir las que ya tiene. Son organelas que se comportan como si alguna vez hubieran sido seres vivos independientes.
Esa es justamente la explicación que hoy acepta la biología: la teoría endosimbiótica. La defendió y la juntó con evidencia Lynn Margulis a partir de 1967 (la idea tenía antecedentes de principios del siglo XX). Al principio fue muy discutida; hoy es la explicación de manual.
Qué dice la teoría
Endosimbiosis quiere decir «vivir juntos, uno adentro del otro». La historia, en pasos:
2. La bacteria no fue digerida. Siguió viviendo adentro, dividiéndose, y le aportaba a la célula mucho ATP gracias al oxígeno; la célula le daba protección y alimento. Las dos ganaban.
3. Con el tiempo, la bacteria pasó la mayoría de sus genes al núcleo de la célula y quedó dependiente: se convirtió en la mitocondria.
4. Más tarde, en uno de los linajes que ya tenían mitocondrias, se repitió la historia con una cianobacteria (una bacteria que hace fotosíntesis y larga O₂). Así nacieron los cloroplastos de las algas y las plantas.
El orden importa: las mitocondrias llegaron primero. Por eso las tienen casi todos los eucariotas (animales, hongos, plantas, protistas), y los cloroplastos sólo las plantas y las algas. Una célula vegetal tiene las dos organelas; una animal o un hongo, sólo mitocondrias.
Las pruebas
Lo que hace convincente a la teoría es que las organelas se parecen a las bacterias en muchas cosas a la vez:
Doble membrana: la interna sería la de la bacteria original (la de la mitocondria tiene cardiolipina, un lípido típico de bacterias); la externa vendría de la membrana de la célula que la envolvió.
ADN propio, circular y sin histonas, como el cromosoma bacteriano, y no lineal y empaquetado como el del núcleo.
Ribosomas de tipo bacteriano, más chicos que los 80S del citosol: los del cloroplasto son de 70S, como los de las bacterias; los de la mitocondria de los mamíferos son todavía más chicos (55S), pero de tipo bacteriano. Algunos antibióticos que frenan los ribosomas bacterianos, como el cloranfenicol, también frenan los de las mitocondrias, y no los del citosol.
División por fisión binaria, como una bacteria, y no por mitosis.
Parentesco de sus genes: comparando secuencias, el ADN de los cloroplastos se parece al de las cianobacterias y el de las mitocondrias al de las alfaproteobacterias.
1. Preguntá si el rasgo es de bacteria y NO del resto de la célula eucariota.
2. «Tienen membrana» o «fabrican ATP» no sirve: eso lo comparten con muchas otras partes de la célula.
3. Sí sirven: el ADN circular sin histonas, los ribosomas de tipo bacteriano, la fisión, la doble membrana con la interna de tipo bacteriano.
Ya no pueden vivir solas
Las organelas no son bacterias que se puedan sacar y cultivar. En cientos de millones de años, la mayor parte de sus genes se mudó al núcleo. El ADN mitocondrial humano tiene apenas 37 genes (13 de ellos para proteínas de la cadena respiratoria), pero una mitocondria usa más de mil proteínas distintas: casi todas se fabrican en el citosol con instrucciones del núcleo y se importan. Organela y célula dependen una de la otra.
Un dato que sale de esta historia: como las mitocondrias del embrión vienen del óvulo, el ADN mitocondrial se hereda por vía materna, y eso se usa para estudiar linajes.
La endosimbiosis es además un buen ejemplo de cómo trabaja la evolución (unidad 10): no sólo por pequeños cambios acumulados, sino también por la unión de dos linajes en uno.
Un estudiante dice: «Las mitocondrias tienen membranas, ribosomas y fabrican ATP, igual que una bacteria; por lo tanto, vienen de bacterias». ¿Qué parte del argumento sirve y qué parte no? Reescribilo con las pruebas que de verdad apoyan la teoría endosimbiótica.
El criterio: una prueba tiene que ser algo que la mitocondria comparte con las bacterias y no con el resto de la célula eucariota. Si lo tiene toda la célula, no dice nada del origen de la organela.
«Tienen ribosomas»: así dicho tampoco, porque el citosol tiene ribosomas. Sirve decir que son de tipo bacteriano (70S en el cloroplasto, todavía más chicos en la mitocondria), distintos de los 80S del citosol, y sensibles a antibióticos que frenan a las bacterias.
«Fabrican ATP»: no sirve. El citosol también fabrica ATP (la glucólisis).
El argumento reescrito: las mitocondrias tienen el tamaño de una bacteria, doble membrana con una interna de tipo bacteriano, ADN propio circular y sin histonas, ribosomas de tipo bacteriano sensibles a antibióticos antibacterianos, se dividen por fisión binaria y sus genes se parecen a los de las alfaproteobacterias. Todo eso junto apoya que descienden de una bacteria aeróbica que una célula ancestral incorporó.
Y lo que se ve en el otro sentido: la mayoría de los genes de la mitocondria están hoy en el núcleo. No contradice la teoría: muestra que la integración fue tan larga que la bacteria dejó de poder vivir sola.
Dónde se pierde el punto: en dar como prueba lo que comparte toda célula. Un parcial premia el rasgo exclusivo, bien precisado.
Se descubre un protista unicelular que no tiene cloroplastos, pero en su núcleo aparecen algunos genes muy parecidos a los de las cianobacterias, del tipo que en las plantas fabrican proteínas del cloroplasto. ¿Qué hipótesis plantearías sobre su historia? ¿Qué te diría sobre la teoría endosimbiótica?
El dato raro: genes de origen cianobacteriano en el núcleo de un organismo sin cloroplastos.
Cómo se pondría a prueba: comparando esos genes con los de cianobacterias y algas, y buscando si el protista conserva algún resto de plástido, aunque ya no haga fotosíntesis.
Qué dice de la teoría: la apoya. La teoría predice que los genes del simbionte se mudan al núcleo con el tiempo; encontrarlos aun donde la organela desapareció es exactamente lo esperable. Además muestra que la evolución también pierde estructuras, no sólo las gana.
Una aclaración honesta: es un caso para razonar, no un dato de un organismo particular. En un parcial se valora que la hipótesis salga de lo que dice la teoría y que proponga cómo comprobarla.
Dónde se pierde el punto: en concluir que «el protista hace fotosíntesis sin cloroplastos». Tener genes no es tener la organela que los usa.
Dónde se cae la mayoría
- Pensar que los cloroplastos vinieron primero. Las mitocondrias son anteriores: las tienen casi todos los eucariotas, y los cloroplastos sólo las plantas y las algas.
- Creer que la mitocondria viene de una cianobacteria. La cianobacteria dio el cloroplasto; la mitocondria viene de una bacteria aeróbica (alfaproteobacteria).
- Dar como prueba que «tienen membrana» o que «fabrican ATP». Eso no las distingue: la prueba son los rasgos bacterianos que el resto de la célula no tiene.
- Creer que todas las proteínas de la mitocondria salen de su propio ADN. La mayoría están codificadas en el núcleo y se importan.
- Pensar que las organelas podrían vivir fuera de la célula. Perdieron la mayoría de sus genes y dependen del núcleo.
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 origen de mitocondrias y cloroplastos: endosimbiosis →Dónde entra este tema en el parcial
- Primer parcial — Una hoja al sol20 puntos · resuelto paso a paso
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