Bacterias y arqueas quimiosintéticas: importancia biológica

1. QUIMIOSÍNTESIS
Proceso del anabolismo autótrofo donde la energía es obtenida por la oxidación de iones
inorgánicos reducidos (amonio, sulfuro de hidrógeno, ión ferroso). Es llevado a cabo por
algunas bacterias y arqueas. Tiene una gran importancia en ecosistemas donde no llega
la luz, como las fuentes hidrotermales de las dorsales oceánicas.

2. Fase oxidativa es diferente según cada tipo
de bacteria, que utiliza un ión o molécula
reducidos diferentes
 Al oxidar un compuesto orgánico reducido, las bacterias quimiosintéticas
obtienen energía que se almacena en forma de ATP y NADH, que utilizarán en
la fase biosintética para fabricar la materia orgánica.
 En esta fase se oxidan moléculas inorgánicas reducidas presentes en el medio;
las principales son el hidrógeno (H2), el sulfuro de hidrógeno (H2S),
el azufre elemental (S), el tiosulfato (S2O3
–), el amoníaco (NH3),
los nitritos (NO2
–) y el hierro ferroso (Fe2+). Los electrones arrancados a estos
sustratos ingresan en una cadena transportadora de electrones, análoga a la
de la respiración mitocondrial; como en ella, el aceptor final de los
electrones es el oxígeno, y se produce la fosforilación oxidativa, que genera
ATP.
 Para generar poder reductor, en forma de coenzimas reducidos (sobre
todo NADH), una parte del ATP producido se utiliza para provocar
un transporte inverso de electrones en la misma cadena transportadora.

3. Fase biosintética o fijación del dióxido de
carbono para crear materia orgánica es un
proceso común a todas estas bacterias
 En esta fase, el ATP y NADH generados en la fase anterior se utilizan en
reducir el dióxido de carbono mediante el Ciclo de Calvin (sin NADPH) y,
según los casos, reducir el nitrato o el sulfato.
 Los procariotas quimiosintéticos o quimiolitotrofos son bacterias o arqueas
aerobios, ya que el aceptor final de electrones es el oxígeno.
 Tienen un papel fundamental en la Biosfera por:
 A) Formar la base de las cadenas tróficas en ecosistemas sin luz.
 B) Participan en los ciclos biogeoquímicos del N o del S, permitiendo el
reciclaje de los compuestos nitrogenados en el suelo o en el agua,
poniéndolos de nuevo a disposición de los organismos fotosintéticos.

4. Gusanos tubícolas gigantes de las fuentes
hidrotermales con bacterias quimiosintéticas
en simbiosis en vez de intestino:
12H2S + 6CO2 → C6H12O6 + 6H2O + 12S

5. ECOSISTEMAS DE LAS FUENTES
HIDROTERMALES
 Las comunidades hidrotermales son capaces de sostener enorme cantidad de
organismos porque existen procariotas quimiosintéticos que aprovechan los
compuestos minerales que existen en dicha área. El agua que sale de los
respiraderos hidrotermales es rica en minerales disueltos, y es compatible con
una gran población de procariotas autótrofos. Estos procariotas utilizan
compuestos de azufre, en particular sulfuro de hidrógeno, una molécula
altamente tóxica para los organismos más conocidos, para producir materia
orgánica mediante el proceso de quimiosíntesis.
 Aunque la vida es muy escasa en estas profundidades, las fumarolas negras
son el eje de los ecosistemas. La luz del sol es inexistente, por lo que muchos
organismos –como arqueas y extremófilos– convierten el calor, el metano y los
compuestos de azufre proporcionada por los fumadores negro en energía a
través de un proceso llamado quimiosíntesis. Más formas de vida complejas,
como las almejas y gusanos se alimentan de estos organismos.

6. BACTERIAS QUIMIOSINTÉTICAS DEL
NITRÓGENO
 Importantísimas en el reciclaje del N en los ecosistemas, cerrando su ciclo
biogeoquímico, ya que oxidan el amoníaco procedente de la descomposición
de cadáveres animales, de orina, heces y restos vegetales, transformándolo
en amonio asimilable por las plantas:
 Residuos proteicos ---> aa -- amonio -- nitrito -- nitrato -- Raíces
 Los procesos representados son:
 A) Hidrólisis de las proteínas.
 B) Desaminación de los aa.
 C) Nitrosificación ( ej. Nitrosomonas) u oxidación del amonio con el NAD+.
 D) Nitrificación (ej. Nitrobacter) u oxidación del nitrito con el NAD+.
 E) Asimilación del nitrato por las plantas (absorción por los pelos radicales).

7. BACTERIAS INCOLORAS DEL AZUFRE O
SULFOBACTERIAS INCOLORAS
 También son muy importantes, ya que cierran el ciclo biogeoquímico del
azufre, además de estar en la base trófica de ciertos ecosistemas submarinos.
Oxidan el sulfuro de hidrógeno procedente de las fuentes hidrotermales o de
la materia orgánica en descomposición, produciendo, a través de sucesivas
oxidaciones con el NAD+ hasta dar sulfato, que es asimilado por las plantas:
 Residuos proteicos con Cys/Met -- sulfuro de hidrógeno -- azufre --
sulfato -- Raíces
 El sulfuro se oxida a azufre con el NAD+. El azufre se vuelve a oxidar a sulfato
también con el NAD+.
 Un ejemplo de bacteria que realiza este proceso es Thiobacillus.

8. FERROBACTERIAS (ej. Ferrobacillus)
 Abundan en Río Tinto, que recoge las aguas de terrenos con piritas (sulfuro
ferroso). El Fe (II) en presencia del oxígeno es oxidado con el NAD+por la
ferrobacteria, obteniéndose Fe (III), que tiñe las agua de color rojizo, de
donde viene el nombre del río. Las ferrobacterias y sulfobacterias de Río
Tinto podrían existir en Marte o en otros astros, por lo que los astrobiólogos
estudian intensivamente la ecología microbiana de este río):