Microorganismos fotosintéticos

Fotótrofos. Los organismos que llevan a cabo la fotosíntesis.

Carbono CO2, Fotoautótrofos

Compuestos orgánicos,

Fotoheterótrofos

energía de la luz (h)

2 H2A + CO2 ---------------------------> [CH2O] + H2O + 2A

Anoxigénica OxigénicaPoder reductor Carbono Energía Poder reductor Carbono Energía

H2S CO2 ADP H2O CO2 ADP

Sº

hv hv hv

SO42- (CH2O)n ATP ½ O2 (CH2O)n ATP

Bacterias fototróficas Plantas verdes

Algas

Cianobacterias

Fotosíntesis

FotosíntesisEs 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

Cianobacterias 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

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

Algunas cianobacterias

producen ficoeritrina, un pigmento rojo y las especies

poseen pigmentos de color rojo

o café. También las algas rojas poseen este pigmento.

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.

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

Biochim Biophys Acta (2009) 1787(4):272-279.

Los ficobilisomas se

encuentan unidos a las membranas

fotosintéticas.

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 Nostoc

Hapalosiphon

Variaciones estructurales

Envolturas mucilaginosas.

Membranas fotosintéticas.

Vacuolas gaseosas.

Cianoficinas.

SynechococcusGloeothecea

Microscystis Oscillatoria sp

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

http://aquaticpredators.com/forums/index.php?showtopic=27445

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/MolecularNozzle.html

Fotótrofos anoxigénicos

Tipo Pigmentos Donador de

electronesFuente 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

Verdes del azufre 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: 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 SO4

2-. 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.cz/~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/blankenship/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.