Biología Celular - 5. Metabolismo

BIOLOGIA CELULAR 5. Metabolismo: Cómo las células obtienen energía. Profesor Alejandro Curino En rojo se observan las mitocondrias y en verde el ADN mitocondrial 1  El conjunto de reacciones químicas que la célula debe realizar para mantenerse...

BIOLOGIA CELULAR 5. Metabolismo: Cómo las células obtienen energía. Profesor Alejandro Curino En rojo se observan las mitocondrias y en verde el ADN mitocondrial 1  El conjunto de reacciones químicas que la célula debe realizar para mantenerse viva constituye el METABOLISMO CELULAR. Una célula eucariota típica puede sintetizar 30.000 enzimas (proteínas) que catalizan miles de reacciones químicas diferentes que involucran a cientos de metabolitos, muchos de ellos compartidos por varias de las vías metabólicas. 2 Las células, y por lo tanto los organismos que ellas componen, obedecen las leyes de la fisicoquímica. La PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transformar de una forma a otra. Las células y los seres vivos que ellas forman, también cumplen con esta ley. La fotosíntesis transforma la energía electromagnética de la luz solar en energía química almacenada en los enlaces químicos de los compuestos que sintetiza (p. ej. glucosa). Las mismas plantas y los animales deben oxidar gradualmente estos compuestos para evitar que toda la energía química se disipe como calor y poder utilizarla para vivir, crecer y reproducirse. Esta oxidación gradual es el proceso conocido como respiración celular. 3 La SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA establece que en el universo, o en un sistema aislado, el grado de desorden solo puede incrementarse. La entropía es la medida del desorden de un sistema, de manera que un sistema cambiará espontáneamente (sin aporte de energía) hacia un aumento de entropía. Las células al sobrevivir, crecer y formar organismos complejos parecen desafiar esta ley. Sin embargo, la célula es un sistema abierto y para realizar estas funciones las reacciones químicas del metabolismo generan calor que es eliminado al entorno. En cada reacción química una parte de la energía se disipa como calor. Esta energía calórica aumenta el movimiento de las moléculas del entorno generando un aumento del desorden (entropía) que es mayor a la disminución que tiene lugar en el interior de la célula. De manera que la entropía del conjunto (célula más entorno) se incrementa tal como lo establece la segunda ley. 4 Las reacciones y vías metabólicas pueden dividirse en catabólicas y anabólicas. En las primeras las moléculas complejas (polímeros) son degradadas a moléculas simples (monómeros) más pequeñas con liberación de energía (exergónicas) y en las segundas se sintetizan grandes moléculas complejas (polímeros) a partir de moléculas pequeñas (monómeros) con utilización de energía (endergónicas). Como veremos la energía es transportada desde los procesos catabólicos a los anabólicos por medio de transportadores de energía (carriers : ATP, NADH, NADPH y FADH) que liberan energía al oxidarse y la adquieren al reducirse. 5 Se llama oxidación al proceso en el cual un átomo solo o formando parte de una molécula cede electrones (e-). El proceso inverso se denomina reducción. Siempre que un átomo se oxida otro se reduce (reacciones de óxido-reducción). Muchas veces el electrón que se gana o se pierde lo hace acompañado de un H+ por lo que en muchas oxido-reducciones lo que se gana o se pierde es un átomo de H. Cuando un átomo de C forma un enlace covalente con O se forma un enlace covalente polar, con los e- más cerca del átomo de oxígeno por lo que el C se oxida y el O se reduce (ver figura de arriba y de la derecha). En general una molécula orgánica se oxida cuando pierde enlaces C-H y se reduce en caso inverso (ver figura de la derecha). La oxidación de moléculas orgánicas libera energía (exergónica). La reducción de moléculas orgánicas requiere energía (endergónica). En los procesos catabólicos las macromoléculas se oxidan y los transportadores se reducen por lo tanto la energía liberada por las macromoléculas es retenida por los transportadores. En los procesos anabólicos las moléculas precursoras se reducen y los transportadores se oxidan por lo tanto los transportadores aportan la energía necesaria para sintetizar las macromoléculas que almacenan esa energía (volver a ver ahora la diapositiva anterior). 6 LA ENERGIA LIBRE DE GIBBS. La segunda ley establece que en cada reacción química una parte de la energía útil para producir trabajo que tienen las moléculas reaccionantes se pierde en forma de calor de manera que aumente la entropía. Por lo tanto una reacción energéticamente favorable (espontánea, que no necesita energía) será aquella en la que disminuye la energía útil (capaz de producir trabajo). La energía útil para producir trabajo se denomina energía libre de Gibbs y se simboliza con G. Por lo tanto una reacción puede ocurrir espontáneamente solo si el G de los productos es menor que el G de los reactivos, es decir si ∆G es negativo. OJO, que la reacción sea espontánea no nos dice nada de la velocidad de la misma. Que la reacción sea espontánea no quiere decir que sea instantánea. Puede ser espontánea y sumamente lenta. Por eso son necesarias las enzimas. ∆G = Gproductos – Greactivos ∆G es negativo la reacción es espontanea y exergónica. ∆G es positivo. La reacción no es espontánea y es endergónica. ∆G = 0 la reacción está en equilibrio. 7 ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS. Aunque una reacción química sea energéticamente favorable esto no quiere decir que se produzca ya que no todas las moléculas reaccionantes tienen la energía necesaria para reaccionar. La energía necesaria para que la reacción ocurra se llama energía de activación. Las enzimas disminuyen la energía de activación con lo que más moléculas tienen la energía suficiente para reaccionar y la reacción se acelera. Reacción no catalizada. Las olas no son lo Reacción catalizada. La barrera descendió y muchas suficientemente grandes para superar la barrera. olas pueden superarla. 8 La molécula dentro del recipiente puede potencialmente realizar 4 reacciones, pero la enzima disminuye la barrera de activación solo para la reacción 1. De esta manera las enzimas dirigen las moléculas a lo largo de vías metabólicas específicas. De esta manera las enzimas determinan vías metabólicas y los productos de una reacción suelen ser los reactivos de la reacción siguiente. 9 Las enzimas poseen un sitio activo que es estéricamente específico para la molécula o moléculas reaccionantes (sustrato). Pueden disminuir la energía de activación de varias maneras. Por ejemplo, acercando las moléculas que deben reaccionar o estableciendo enlaces temporales y reversibles que fuerzan la formación del producto cuando se forma el complejo enzima-sustrato. Como todo catalizador las enzimas no cambian durante la reacción química por lo que pueden ser utilizadas repetidas veces. En este gráfico se observa la enzima lisozima que cataliza el corte de una cadena de polisacárido de la pared celular de las bacterias. En azul la enzima y en rojo el sustrato. 10 El mecanismo de acción de la lisozima como ejemplo de la forma de actuar de las enzimas. Todos los videos están disponibles en la plataforma Moodle 11  ¿Como pueden las enzimas catalizar reacciones energéticamente desfavorables tales como las reacciones anabólicas endergónicas biosintéticas? Una forma es acoplar reacciones energéticamente desfavorables con reacciónes energéticamente La reacción no ocurre favorables (ver figura abajo la derecha) cuyo ∆G sea mayor que la energía necesaria para la reacción endergónica, de manera que el ∆G total es negativo La reacción es altamente (disminuye). Las células usan moléculas favorable transportadoras de energía para acoplar las reacciones exergónicas con las endergónicas. La reacción que más comúnmente se acopla a las reacciones endergónicas es la desfosforilación del ATP que a su vez se forma a partir del proceso exergónico denominado respiración celular. El cambio total de La sacarosa es energía libre de las reacciones acopladas es igual a la sintetizada en una suma de los cambios de energía libre para cada reacción impulsada por reacción individual. la desfofosforilación del ATP Energía disponible para Energía de la luz del sol impulsar reacciones o de la degradación de energéticamente los alimentos (glucosa). desfavorables). enzima 12  Otros dos importantes transportadores de energía que participan en reacciones de oxido-reducción y forman parte de reacciones acopladas para impulsar reacciones energéticamente desfavorables (endergónicas) son el NADH y el NADPH (nicotinamida adenina dinucleótido y nicotinamida adenina dinucleótido fosfato) que transportan dos átomos de H. El NAD interviene en reacciones catabólicas que generan ATP a partir de la degradación de los alimentos (respiración celular). El NADPH interviene en reacciones anabólicas biosintéticas. El grupo P permite que las enzimas correspondientes distingan entre ambos transportadores. Dos electrones y un protón (H+) son transportados directamente por el anillo nicotinamida y un protón (H+) es transportado en solución. 13 La acetil coenzima A (CoA) es otro importante transportador que transfiere grupo acetilos. El átomo de S forma un enlace de alta energía con el acetato lo que le permite transferirlo a otras moléculas. El resto de la molécula tiene como función ser reconocido por el sitio activo de las enzimas. Como veremos tiene una importante función en la respiración celular. Las enzimas frecuentemente necesitan unirse a moléculas no proteicas para realizar su función denominadas COFACTORES. A la parte proteica se la denomina APOENZIMA y al conjunto de los dos HOLOENZIMA. Si el cofactor está unido covalentemente a la apoenzima se denomina GRUPO PROSTÉTICO. Si los cofactores son moléculas orgánicas se denominan COENZIMAS. Los transportadores son coenzimas. 14 El principal proceso catabólico de la célula eucariota es la RESPIRACIÓN CELULAR La respiración celular consta de tres partes: 1.Glucólisis Los alimentos son 2.Ciclo de Krebs o del ácido degradados a unidades cítrico. simples (monómeros) 3.Fosforilación oxidativa Las unidades simples (monómeros) son Nótese que la degradadas a acetyl CoA glucosa es (y otras moléculas). degradada a CO2 y Se producen cantidades H2O por lo tanto es limitadas de ATP y NADH un proceso catabólico oxidativo exergónico. La energía liberada es almacenada en Oxidación completa del los enlaces fosfato acetil CoA a H2O y CO2. de las moléculas de Se producen grandes ATP generadas. cantidades de ATP en la mitocondria 15 El principal proceso catabólico de la célula eucariota es la RESPIRACIÓN CELULAR La respiración celular Citosol consta de tres partes: 1.Glucólisis 2.Ciclo de Krebs o del ácido cítrico. 3.Fosforilación oxidativa Nótese que la glucosa es Matriz mitocondrial degradada a CO2 y H2O por lo tanto es un proceso catabólico oxidativo exergónico. La energía liberada es almacenada en los enlaces fosfato de las moléculas de ATP generadas. Membranas mitocondriales internas 16  LA GLUCOLISIS Inversión de energía para activar el proceso que será La transferencia recuperada más tarde. directa de un grupo fosfato desde una molécula de sustrato (en este caso un azúcar) al Clivaje de un ADP se denomina azúcar de 6 C para fosforilación a dar dos azúcares nivel del sustrato. de 3 C cada uno. Generación de energía almacenada en 2ATP y 2 NADH (transportadores de energía). 17  En esta diapositiva se observan las 10 reacciones químicas que constituyen la glucólisis. También se observan las fórmulas químicas de cada uno de los metabolitos intermediarios. Note que cada reacción está catalizada por una enzima (en azul). El resultado neto de la glucólisis es 2 ATP, 2 NADH y 2 moléculas de ácido pirúvico. 18 El acido pirúvico (piruvato) en las condiciones anaeróbicas (falta de O2) producidas por el ejercicio extremo puede ser convertido a ácido láctico (lactato). Las levaduras, también en anaerobiosis, lo convertirán en etanol. Estos procesos reciben el nombre de FERMENTACIÓN. En la mayoría de las células en presencia de O2 el piruvato es activamente bombeado al interior de la MITOCONDRIA donde por acción de un gran complejo enzimático llamado piruvato deshidrogenasa será descarboxilado (pérdida de CO2) para dar NADH y ACETIL COENZIMA A que ingresará al CICLO DE KREBS. 19 Como las bacterias de las cuales se originan, LAS MITOCONDRIAS poseen un sistema de doble membrana, la membrana mitocondrial externa y membrana mitocondrial interna, esta última encierra la matriz mitocondrial y está plegada en invaginaciones denominadas crestas mitocondriales. Donde ambas membranas corren paralelas delimitan el espacio intermembranoso. Las crestas delimitan el espacio de la cresta. Como la membrana externa de las bacterias, la membrana mitocondrial externa es permeable a iones y pequeñas moléculas (hasta 5000 daltons) debido a que posee porinas (proteínas de membrana con estructura terciaria de barril β) que forman poros acuosos. Como consecuencia el espacio intermembranoso tiene el mismo pH y composición iónica que el citosol. La matriz contiene una alta concentración de enzimas. Por ejemplo las necesarias para la oxidación del piruvato y el ciclo de Krebs. La membrana interna está plegada en crestas que contienen las proteínas de la cadena transportadora de electrones y la ATP sintetasa. La membrana externa posee canales proteicos llamados porinas que son permeables a moléculas de hasta 5000 daltons. El espacio intermembranoso posee varias enzimas y proteínas que son liberadas al citosol para desencadenar la apoptosis. 20 Tomografía de una mitocondria con microscopía electrónica de alto voltaje. Todos los videos están disponibles en la plataforma Moodle 21 La TEORIA ENDOSIMBIOTICA establece que las mitocondrias se originaron cuando una célula ancestral adquirió bacterias aeróbicas como endosimbiontes definitivos. Inmunofluorescencia de un fibroblasto humano mostrando el núcleo en azul, las mitocondrias en rojo y el ADN mitocondrial en verde (microscopía confocal). Evidencias de la teoría endosimbiótica: Las mitocondrias tienen doble membrana, una molécula de ADN circular y ribosomas de tipo procariota. Las bacterias aerobias obtienen energía por el mismo mecanismo básico que la mitocondria. Algunas de las proteínas responsables de la fosforilación oxidativa son homólogas de las proteínas bacterianas. Muchas de estas proteínas y el ARNr de los ribosomas mitocondriales son sintetizados en la misma mitocondria (a través del tiempo varios de los genes mitocondriales se transfirieron al ADN nuclear que actualmente codifica muchas de las proteínas mitocondriales). Antes de la adquisición de las mitocondrias la célula procariota ancestral solo podía realizar metabolismo anaeróbico (glucólisis). La simbiosis con la “bacteria mitocondrial” fue un enorme salto evolutivo ya que permitió el metabolismo aeróbico (ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa) mucho más efectivo ya que permite obtener mayor cantidad de ATP, es decir de energía biológicamente útil. 22  Las mitocondrias son estructuras dinámicas que se dividen, se fusionan y pueden formar redes. Una familia de GTPasas (proteínas G) produce la fusión y fisión de las mitocondrias. Estos procesos permiten mantener una población homogénea de mitocondrias. Aumentar la cantidad de mitocondrias para dividir entre células hijas. Eliminar porciones de mitocondria dañadas. Red de mitocondrias fluorescentemente marcadas en Micrografía de fluorescencia un fibroblasto (A). Red continua de mitocondrias por mostrando la red tubular de debajo de la membrana plasmática en una célula de mitocondrias (amarillo), el ADN en el levadura. núcleo (azul) y el citoesqueleto de actina (purpura) en una célula de cáncer óseo (osteosarcoma). 23 Las mitocondrias pueden cambiar su número, su forma y su localización para adecuarse a las necesidades de la célula. Todos los videos están disponibles en la plataforma Moodle 24 El retículo endoplásmico envuelve a las mitocondrias y marca el sitio de su división o fisión reclutando proteínas del tipo dinamina (proteinas G o GTPasas). También se piensa que en estos sitios intercambian lípidos de membrana. Estas zonas del retículo se llaman membranas asociadas a la mitocondria o MAM. Modelo tridimensional de una mitocondria (rojo) con las MAM adyacentes (verde) de una célula de levadura obtenido por tomografía de microscopia electrónica. 25  El ciclo de Krebs (o del ácido cítrico) ocurre en la matriz mitocondrial y la fosforilación oxidativa en la crestas de la membrana mitocondrial interna. Las enzimas que catalizan las reacciones químicas del ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs se encuentran en la matriz mitocondrial. Las proteínas transportadoras de electrones y la ATP sintetasa se encuentran en las membranas de las crestas mitocondriales. Note que los electrones son llevados desde el ciclo de Krebs a la cadena transportadora de electrones por la nicotina adenina dinucleótido o NAD. Las mitocondrias son la principal fuente de especies reactivas del oxígeno (ROS por Reactive Oxygen Species) que son fuertes oxidantes de los componentes moleculares de las células y por esta razón se las ha asociado al envejecimiento y la cáncer. Varias enzimas, entre ellas la superóxido dismutasa degradan las ROS. 26 En el ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico la acetil coenzima A transfiere el grupo acetilo (2C) al oxaloacetato (4C) para dar el ácido cítrico (6C) que será oxidado al perder dos moléculas de CO2 para regenerar el oxaloacetato y formar 3 NADH, un FADH y un GTP a nivel del sustrato (este último cede su grupo P a un ADP para dar un ATP). En el gráfico de la derecha se indican en rojo los 2 C que están ingresando en este ciclo y que serán convertidos en CO2 en ciclos posteriores. En azul se indican los C que son convertido en CO2 en el ciclo que se está mostrando. Obviamente cada reacción es catalizada por una enzima. 27 Muchas vías biosintéticas (anabolismo) comienzan con moléculas intermediarias de la glucólisis y del ciclo de Krebs. Las flechas rojas representan vías metabólicas biosintéticas. 28 En la fosforilación oxidativa el NADH y el FADH generados en la glucólisis y en el ciclo de Krebs entregan sus e- a una cadena de complejos proteicos transportadores de e- (1, 2, 3, 4 y 5, ver diapositivas siguientes) que están en la membrana mitocondrial interna. A medida que estas proteínas se reducen y oxidan bombean H+ hacia el espacio intermembranoso disminuyendo su concentración en la matriz mitocondrial. La mayor concentración H+ en este espacio genera una tendencia de los mismos a retornar a la matriz, tanto por difusión (componente químico) como por repulsión entre sus cargas positivas (componente eléctrico). Este gradiente electroquímico constituye una fuente de energía potencial que es utilizada por una bomba proteica llamada ATP sintasa (6) para unir Pi al ADP y generar ATP. Este mecanismo se conoce como de ACOPLAMIENTO QUIMIOSMOTICO (teoría quimiosmótica de Mitchell). Propuso en 1961 el acoplamiento quimiosomótico (quimio por la formación del ATP y osmótico por el gradiente de H+) 1 NADH deshidrogenasa; 2 ubiquinona o coenzima Q; 3 citocromo c reductasa; 4 citocromo c; 5 citocromo C oxidasa: 6 ATP sintetasa. 29  Otro gráfico de la fosforilación oxidativa para complementar el de la figura de la diapositiva anterior mostrando el camino de los electrones cedidos por FADH2 Complejo I: NADH deshidrogenasa; complejo II: succinato-coenzima Q reductasa; complejo III: citocromo c reductasa; complejo IV: citocromo C oxidasa. Note que los electrones siguen uno de dos caminos posibles. Complejos I, III y IV (NADH) o complejo II, III y IV (FADH2). Aquí no se representan la ubiquinona o coenzima Q ni el citocromo C. 30 Los protones son bombeados a través de la membrana mitocondrial por las proteínas de la cadena de transporte de electrones. La cadena está formada por tres grandes complejos formados por varias proteínas cada uno. La ubiquinona o coenzima Q y el citocromo c (no representados en la diapositiva anterior) sirven como transportadores móviles que trasladan electrones de un complejo al otro. Note que el citocromo c se encuentra en el espacio intermembranoso. Esto será importante cuando estudiemos la apoptosis. Complejo NADH Complejo citocromo Complejo citocromo deshidrogenasa c reductasa oxidasa (complejo IV) (complejo I) (complejo III) Los electrones se mueven en esta cadena porque cada proteína transportadora tiene mayor afinidad por ellos que la anterior. Finalmente son cedidos al O2 que es el que mayor afinidad tiene por los electrones, formando agua. 31  Modelos basados en la difracción de rayos X de los tres complejo proteicos de la cadena de transporte de electrones. NADH deshidrogenasa Citocromo c reductasa Citocromo c oxidasa 32 ¿De que manera el transporte de electrones bombea protones a través de la membrana? Hay proteínas transportadoras que cuando toman un electrón (se reducen) también toman un H+ del agua (A). Hay transportadores que cuando le pasan este electrón a otro transportador (se oxida) que solo acepta electrones, deben liberar el H+ que adquirió (B). Si estos transportadores están orientados en la membrana de tal forma que toman el H+ de un lado y lo liberan del otro el resultado es un bombeo de H+ a través de la membrana (figura de la derecha). 33 El ciclo de Krebs (o del ácido cítrico) ocurre en la matriz mitocondrial y la cadena transportadora de electrones se encuentra en las crestas de la membrana mitocondrial interna. Todos los videos están disponibles en la plataforma Moodle 34 La ATP sintasa usa la energía almacenada en el gradiente Fo es por factor sensible electroquímico de protones (H+) para sintetizar ATP. La a la Oligomicyna subunidad F0 consta de varias proteínas que forman un cilindro (celeste) que rota impulsado por los H+ que van pasando a través de la membrana. Este cilindro trasmite la rotación a un eje (azul) que al rotar toma contacto y cambia la conformación de las proteínas que forman la subunidad F1 (verde). Estas últimas al cambiar su conformación ponen en íntimo contacto el ADP y el Pi. que tiene unidos en su sitio catalítico, induciendo su unión para formar ATP. El eje periférico (amarillo) mantiene fija la subunidad F1. La subunidad a (rosa) tiene dos canales. Por el primero ingresan los H+ y se unen a las proteínas de la subunidad F0. Por el segundo circulan los H+ desde las proteínas de la subunidad F0 hacia la matriz. La ATP sintasa es esencialmente la misma en bacterias aeróbicas, mitocondrias y cloroplastos. 35 Hipótesis sobre el mecanismo por el cual los H+ hacen rotar la subunidad Fo Matriz mitocondrial Los H+ ingresan por el primer canal de la subunidad a (half cannel I) y se unen a un AA con grupo lateral con carga negativa de una de las proteínas de la subunidad F0 (c, verde). Al hacerlo desplaza la cadena lateral del AA arginina 210 (carga positiva) de la subunidad a, que se desplaza al sitio de unión del H+ de una proteína c adyacente desplazando al H+ que sale por el otro canal (half cannel II) de la subunidad a. Ahora la subunidad F0 puede rotar en cualquiera de los dos sentidos por su propio movimiento térmico molecular. Pero como los H+ están más concentrados en el espacio intermembranoso, solo rotan en el sentido indicado por la flecha en 4. Note que si no existiera el gradiente electroquímico de H+ y la concetración de ATP fuera alta la subunidad F0 podría rotar en sentido contrario y los protones serían transportados en sentido contrario. Espacio intermembranoso 36 La ATP sintasa también puede trabajar en reversa utilizando la energía del ATP para bombear H+ en contra de su gradiente electroquímico generando una alta concentración de los mismos. En clases anteriores hemos visto dos complejos proteicos muy similares a la ATP sintasa, uno de ellos trabajando en reversa para generar una alta concentración de H+ ¿Podría decir cuáles son esas complejos proteicos? 37  La ATP sintasa Todos los videos están disponibles en la plataforma Moodle 38  Resumen de los procesos de la respiración celular que se dan en la mitocondria En la glucólisis por cada molécula de glucosa se producen 2 ATP (en realidad 4 pero dos de ellos son utilizados al principio del proceso) y 2 NADH. Cuando los 2 piruvatos formados a partir de la glucosa se transforman en acetil CoA se generan 2 NADH (uno por cada molécula) En el ciclo de Krebs se produce un ATP, 3 NADH y un FADH, pero como por cada molécula de glucosa se producen dos de piruvato, en realidad se generan 2 ATP, 6 NADH y 2 FADH. Como en la fosforilación oxidativa cada NADH produce 3 ATP y cada FADH 2, el total de moléculas de ATP producidos a partir de una molécula de glucosa es de 38. SI NO FUERA PORQUE LA CÉLULA EUCARIOTA ANCESTRAL ESTABLECIÓ UNA RELACIÓN ENDOSIMBIÓTICA CON LA CÉLULA PROCARIOTA QUE DIO ORIGEN A LA MITOCONDRIA, SOLO PODRÍAMOS REALIZAR LA GLUCOLISIS Y OBTENER 2 ATP POR CADA MOLÉCULA DE GLUCOSA. 39 Los CLOROPLASTOS poseen tres juegos de membranas. La membrana Hoja externa, la membrana interna y una tercer membrana que forma un conjunto de cisternas denominadas tilacoides que en ciertos lugares se disponen en forma apilada. El conjunto de tilacoides apilados recibe el nombre de grana. Las membranas delimitan tres espacios. El intermembranoso entre la membrana interna y la externa, el estroma entre la membrana interna y la tilacoidal y el espacio tilacoidal dentro de los tilacoides. 40  Las plantas utilizan la energía de luz solar para sintetizar azúcares. Este proceso se denomina FOTOSINTESIS y ocurre en los cloroplastos Fosforilación Ciclo de Calvin fotosintética (tilacoides) (matriz del cloroplasto) En la etapa lumínica (fosforilación fotosintética) que ocurre en las membranas de los tilacoides la clorofila al ser excitada por los fotones de la luz cede e- a una cadena de transportadores que generan ATP (igual que en la mitocondria) y se los termina entregando al NADP para dar NADPH. El H20 es utilizada para reponer los e- de la clorofila generando O2 libre en el proceso. La energía almacenada en el ATP y NADPH es utilizada en el ciclo de Calvin que se realiza en el estroma del cloroplasto para reducir el CO2 proveniente de la atmósfera y sintetizar azúcares. 41 El gradiente electroquímico de H+ puede ser generado tanto por la luz del sol (fotosíntesis en las plantas, algas y algunas bacterias) como por la oxidación de las moléculas orgánicas de los alimentos (respiración celular en las plantas, los animales y algunas bacterias). 42 La relación entre la fotosíntesis y la respiración celular en la biosfera. En última instancia toda la energía necesaria para la vida proviene de la luz solar. 43  La TEORIA ENDOSIMBIOTICA establece que las mitocondrias y los cloroplastos se originaron cuando una célula ancestral adquirió bacterias procariotas como endosimbiontes definitivos. Cuando una célula eucariota aeróbica que ya había adquirido las mitocondrias estableció una relación endosimbionte definitiva con una bacteria fotosintética surgieron las células eucariotas fotosintéticas. Las mitocondrias y los cloroplastos tienen doble membrana, una molécula de ADN circular y ribosomas de tipo procariota. Los genomas de los cloroplastos y las bacterias tienen sorprendentes similitudes.