Microorganismos fotosintéticos Fotótrofos. Los organismos que llevan a cabo la fotosíntesis. Carbono CO2, Fotoautótrofos Compuestos orgánicos, Fotoheterótrofos 2 H2A + CO2 energía de la luz (h) ---------------------------> [CH2O] + H2O + 2A Fotosíntesis Anoxigénica Oxigénica Poder reductor Carbono Energía Poder reductor Carbono Energía H2S CO2 ADP H2O CO2 ADP Sº hv SO42- (CH2O)n Bacterias fototróficas ATP hv ½ O2 Plantas verdes Algas Cianobacterias hv (CH2O)n ATP Fotosíntesis Es la conversión de energía luminosa en energía química que puede ser usada para la formación de material celular a partir de CO2. Es un metabolismo separado en dos componentes metabólicos: Catabólico (fase luminosa), la energía solar es transformada en energía química. Anabólico (fase oscura), involucra la fijación de CO2 como fuente de carbono para el crecimiento celular. Fotótrofos Los organismos fotótrofos convierten la energía luminosa en energía química para formar ATP. Fotosíntesis oxigénica. Cianobacterias, algas y plantas. Fotosíntesis anoxigénica. Bacterias púrpura, verdes y heliobacterias. Fotofosforilación no fotosíntetica (mediada por el pigmento bacteriorodopsina). Halobacterias (arquea halofílica). Fotótrofos Chloroflexus (bacteria verde no del azufre Chloroflexaceae), Rhodospirillum (bacteria púrpura, Rhodospirillaceae), Chlorobium (bacteria verde del azufre, Chlorobiaceae), Heliobacterium ( bacteria Gram positiva, Heliobacteriaceae), Nostoc (cianobacteria, Nostocaceae). Fotótrofos oxigénicos Tipo Pigmentos Donador de electrones Fuente de carbono Chl a, ficobilinas H2O CO2 Prochloron Chl a, Chl b H2O CO2 Chlorothrix Chl a, Chl b H2O CO2 Prochlorothrix Chl a, Chl b H2O CO2 Cianobacterias Cianobacterias Bacterias Gram negativas que llevan a cabo la fotosíntesis oxigénica, son las responsables de la conversión de la atmósfera de anóxica a óxica. Solo poseen un tipo de clorofila, la Chl a, además de pigmentos característicos de biliproteínas, las ficobilinas, las cuales funcionan como pigmentos accesorios. Las ficobilinas están unidas covalentemente a proteínas de unión específicas, formando las ficobiliproteínas, que se asocian en complejos ordenados llamados ficobilisomas. Estos representan las principales estructuras de captación de luz en estos microorganismos. Ficobilinas Una clase de ficobilinas, las ficocianinas son color azul y junto con el verde de la Chl a, son las responsables del color azul-verde de las bacterias. Algunas cianobacterias producen ficoeritrina, un pigmento rojo y las especies poseen pigmentos de color rojo o café. También las algas rojas poseen este pigmento. Ficobiliproteínas y ficobilisomas Las ficobiliproteínas son tetrapirroles de cadena abierta rojos o azules acoplados a proteínas. Ficoeritrina (PE), absorbe a longitudes de onda próximas a 550nm. Ficocianina (PC), absorbe a 620nm. Aloficocianina (AP), absorbe aproximadamente a 650nm. La energía de los fotones absorbidos por PE o PC es transmitida por AP a la clorofila a del centro de reacción del fotosistema II mediante un proceso conocido como transferencia de excitones. Ficobilisomas Los ficobilisomas se encuentan unidos a las membranas fotosintéticas. Biochim Biophys Acta (2009) 1787(4):272-279. Synechocystis sp. Tipos de cianobacterias 1. Unicelulares que se dividen por fisión binaria. 2. Unicelulares que se dividen por fisiones múltiples (colonias). 3. Filamentosas que se dividen por fisión binaria en un solo plano. 4. Filamentosas conteniendo células diferenciadas llamadas heterocistos que tienen como función la fijación de nitrógeno. 5. Filamentosas con bifulcaciones. Synechococcus Oscillatoria Chroococcidiopsis Hapalosiphon Nostoc Variaciones estructurales Envolturas mucilaginosas. Membranas fotosintéticas. Vacuolas gaseosas. Cianoficinas. Gloeothecea Microscystis Oscillatoria sp Synechococcus Variaciones estructurales Heterocistos. Carecen del fotosistema II (habilidad de producir O2), fijan el N2, lo reducen a NH3 y lo transfieren para formar glutamina que es transferido a las células vegetativas que fijan CO2 y producen O2. The ISME Journal (2007) 1, 354–360 Nodularia spumigena Variaciones estructurales Gliding motility. Desplazamiento por la propulsión de polisacárido. Acinetos. Estructuras de resistencia de las que protegen a la bacteria en periodos de oscuridad, desecación o disminución en la temperatura. http://www.ims.uconn.edu/~avd/Mole cularNozzle.html http://aquaticpredators.com/forums/in dex.php?showtopic=27445 Fotótrofos anoxigénicos Tipo Pigmentos Donador de electrones Fuente de carbono Púrpuras del azufre Bchl a o Bchl b H2S, Sº, S2O32-, H2, compuestos orgánicos CO2, compuestos orgánicos Púrpuras no del azufre Bchl a o Bchl b H2, compuestos orgánicos y algunos H2S CO2, compuestos orgánicos Púrpuras del azufre: Chromatium vinosum, Thiospirillum jenense, Thiopedia rosea Púrpuras no del azufre: Rhodospirillum rubrum, Rhodobacter sphaeroides, Rhodomicrobium vannielii Bacterias púrpura Contienen bacterioclorofila y pigmentos carotenoides lo que les proporciona colores como el púrpura, el rojo y el café. Sintetizan un sistema fotosintético de membranas intracitoplasmáticas donde son insertados los pigmentos. Crecimiento autotrófico por el ciclo de Calvin y heterotrófico. Bacterias púrpura del azufre. Utilizan el H2S como donador para la reducción del CO2. El sulfuro es oxidado a azufre elemental (Sº) que es almacenado en glóbulos. Bacterias púrpura no del azufre. Pocas pueden emplear H2S como donador para la reducción del CO2, ya que suele ser tóxico. Fotótrofos anoxigénicos Tipo Pigmentos Donador de electrones Fuente de carbono Bchl a y c, d, o e H2S, Sº, S2O32-, H2 CO2, compuestos orgánicos Verdes no del azufre Bchl a y c, o d H2S, H2, compuestos orgánicos CO2, compuestos orgánicos Heliobacteria Bchl g Compuestos orgánicos Compuestos orgánicos Verdes del azufre Verdes del azufre: Chlorobium limicola, Prosthecochloris aestuarii, Pelodictyon clathratiforme Verdes no del azufre: Chloroflexus y Chloronema Heliobacterium modesticaldum Bacterias verdes del azufre Fotótrofos anoxigénicos no móviles. Oxidan el H2S primero a Sº y después a SO42-. El azufre elemental (Sº) no es almacenado y se deposita fuera de la célula. Algunas especies son fotoheterótrofas aunque la mayoría son fotoautótrofas y emplean el Ciclo de Krebs reverso. Poseen bacterioclorofila a, Bchl c, d, ó e y carotenoides. Sus colores son el verde y el pardo. Poseen clorosomas, agregados de Bchl envuendo y se anclan a la membrana citoplasmática. Chlorobium tepidum Clorosomas Clorosomas http://kchf45.karlov.mff.cuni.c z/~jakub/chlorosome.htm http://www.bio.ku.dk/nuf/research/chl orosome.htm Bacterias verdes no del azufre Choloflexus. Termófilo, fotótrofo híbrido que posee Bchl c y clorosomas, pero además Bchl a localizada en la membrana citoplasmática formando un centro de reacción como las bacterias púrpura. http://biology4.wustl.edu/faculty/blanken ship/group%20introduction.html Crece fotoautotróficamente, sin embargo crece mejor en compuestos orgánicos como fuente de carbono, lo mismo en la oscuridad con compuestos orgánicos por respiración aerobia. Es considerado el más antiguo de los microorganismos fotótrofos anoxigénicos, autotroficamente la incorporación del CO2 lo realiza por la vía del Hidroxipropionato, vía que comparte con otros organismos filogenéticamente antiguos.
