Quimiótrofos: qué son, características, clasificación y tipos
¿Qué son los quimiótrofos?
Los quimiótrofos o quimiosintéticos son un grupo de organismos que para sobrevivir utilizan compuestos inorgánicos reducidos, como materia prima, de donde obtienen energía que posteriormente emplean en el metabolismo respiratorio.
Esta propiedad de obtener energía de compuestos muy sencillos para generar compuestos complejos, también se conoce como quimiosíntesis, por lo que a veces a estos organismos también se les denominan quimiosintéticos.
Otra característica importante es que estos microorganismos se distinguen por crecer en medios estrictamente minerales y sin luz, por tanto, en ocasiones son llamados quimiolitótrofos.
Características de los quimiótrofos
Hábitat
– Viven donde la luz solar penetra en menos de un 1%, es decir, se desarrollan en la oscuridad, casi siempre en presencia de oxígeno.
– Sin embargo, el sitio ideal para el desarrollo de las bacterias quimiosintéticas son las capas de transición entre condiciones aeróbicas y anaeróbicas.
– Los sitios más comunes son los sedimentos profundos, los alrededores de los relieves submarinos o las elevaciones submarinas situadas en la parte media de los océanos, conocidas como dorsales mediooceánicas.
– Estas bacterias están capacitadas para sobrevivir en ambientes de condiciones extremas. En estos sitios puede haber respiraderos hidrotermales de donde fluye agua caliente, o incluso salida de magma.
Función en el ambiente
– Son esenciales en el ecosistema, ya que transforman los productos químicos tóxicos emanados de estos respiraderos en alimento y energía.
– Desempeñan un papel fundamental en la recuperación de alimentos minerales y además rescatan energía que, en otro caso, se perdería. Es decir, propician el mantenimiento de la cadena trófica o cadena alimenticia.
– Promueven la transferencia de sustancias nutritivas a través de las diferentes especies de una comunidad biológica, en el que cada uno se alimenta del precedente y es alimento del siguiente, lo que ayuda a mantener un ecosistema en equilibrio.
– También contribuyen al rescate o mejoramiento de algunos ambientes ecológicos contaminados por accidentes. Por ejemplo, en zonas de derrame de petróleo, estas bacterias ayudan al tratamiento de los residuos tóxicos para convertirlos en compuestos más inocuos.
Clasificación
Los organismos quimiosintéticos o quimiótrofos se clasifican en quimioautótrofos y quimioheterótrofos.
Quimioautótrofos
Utilizan CO₂ como fuente de carbono, siendo asimilado por la vía del ciclo de Calvin y convertido en componentes celulares.
Por otra parte, obtienen la energía de la oxidación de compuestos inorgánicos simples reducidos, como por ejemplo, amoníaco (NH3), dihidrógeno (H2), dióxido de nitrógeno (NO2–), sulfuro de hidrógeno (H2S), azufre (S), trióxido de azufre (S2O3–) o ion hierro (Fe2+).
Es decir, el ATP es generado por fosforilación oxidativa durante la oxidación de la fuente inorgánica. Por tanto, son autosuficientes, no necesitan de otro ser vivo para sobrevivir.
Quimioheterótrofos
Al contrario que los anteriores, estos obtienen energía a través de la oxidación de moléculas orgánicas reducidas complejas, como la glucosa por la vía de la glucólisis, los triglicéridos por la vía de la beta-oxidación y los aminoácidos por la vía de la desaminación oxidativa. De esta manera obtienen moléculas de ATP.
Por otra parte, los organismos quimioheterótrofos no pueden utilizar el CO₂ como fuente de carbono, como sí lo hacen los organismos quimioautótrofos.
Tipos de bacterias quimiótrofas
Bacterias incoloras del azufre
Como su nombre lo indica, son bacterias que oxidan el azufre o sus derivados reducidos.
Estas bacterias son aerobias estrictas y se encargan de transformar el sulfuro de hidrógeno que se produce en la descomposición de la materia orgánica, para convertirlo en sulfato (SO4-2), compuesto que finalmente será utilizado por las plantas.
El sulfato acidifica el suelo a un pH aproximado de 2, debido a que se acumulan protones de H+ y se forma ácido sulfúrico.
Esta característica es aprovechada por ciertos sectores de la economía, especialmente en la agricultura, donde pueden corregir terrenos extremadamente alcalinos.
Esto se hace introduciendo azufre en polvo en el terreno, para que las bacterias especializadas presentes (sulfobacterias) oxiden el azufre y de esa manera equilibren el pH del suelo a valores adecuados para la agricultura.
Todas las especies quimiolitótrofas que oxidan el azufre son gramnegativas y pertenecen al phylum Proteobacteria. Un ejemplo de bacteria que oxidan el azufre es Acidithiobacillus thiooxidans.
Algunas bacterias pueden acumular azufre elemental (S0) insoluble en forma de gránulos en el interior de la célula, para utilizarlos cuando las fuentes de azufre externas estén agotadas.
Bacterias del nitrógeno
En este caso, las bacterias oxidan compuestos reducidos de nitrógeno. Existen dos tipos, las bacterias nitrosificantes y las nitrificantes.
Las primeras son capaces de oxidar el amoníaco (NH3), que se generan de la descomposición de la materia orgánica para transformarlo en nitritos (NO2), y las segundas transforman los nitritos en nitratos (NO3–), compuestos utilizables por las plantas.
Como ejemplos de bacterias nitrosificantes está el género Nitrosomonas, y como bacterias nitrificantes, está el género Nitrobacter.
Bacterias del hierro
Estas bacterias son acidófilas, es decir, requieren un pH ácido para poder sobrevivir, ya que a pH neutro o alcalino los compuestos ferrosos se oxidan espontáneamente, sin necesidad de la presencia de estas bacterias.
Por tanto, para que estas bacterias puedan oxidar los compuestos de hierro ferroso (Fe2+) a férrico (Fe3+), el pH del medio debe ser necesariamente ácido.
Cabe destacar, que las bacterias del hierro gastan la mayor parte del ATP producido en las reacciones del transporte inverso del electrón, para obtener el poder reductor necesario en la fijación de CO₂.
Es por ello que estas bacterias tienen que oxidar grandes cantidades de Fe+2 para poder desarrollarse, debido a que se desprende poca energía del proceso de oxidación.
Ejemplo: la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans transforma el carbonato de hierro presente en aguas ácidas que fluyen por las minas de carbón en óxido de hierro.
Todas las especies quimiolitótrofas que oxidan hierro son gramnegativas y pertenecen al phylum Proteobacteria.
Por otra parte, todas las especies que oxidan hierro, también son capaces de oxidar el azufre, pero no viceversa.
Bacterias del hidrógeno
Estas bacterias utilizan como fuente de energía el hidrógeno molecular para producir materia orgánica y utilizan el CO₂ como fuente de carbono. Estas bacterias son quimioautótrofas facultativas.
Se encuentran principalmente en los volcanes. En su hábitat es indispensable el níquel, ya que todas las hidrogenasas contienen este compuesto como cofactor metálico. Estas bacterias carecen de membrana interna.
En su metabolismo, el hidrógeno se incorpora a una hidrogenasa de la membrana plasmática translocando protones al exterior.
De esta manera, el hidrógeno externo pasa al interior actuando como una hidrogenasa interna, convirtiendo NAD+ a NADH, que junto con el dióxido de carbono y al ATP pasan al ciclo de Calvin.
Las bacterias Hidrogenomonas son también capaces de utilizar un cierto número de compuestos orgánicos como fuentes de energía.
Ejemplos de especies de quimiótrofos
– Thiobacillus concretivorans
– Thiobacillus thiooxidans
– Nitrosomonas
– Nitrobacter
– Ferrobacillus ferrooxidans
Referencias
- Geo F. Brooks, Karen C. Carroll, Janet S. Butel, Stephen A. Morse, Timothy A. Mietzner. Microbiología médica. McGRAW-HILL Interamericana de Editores, S.A. de C.V.
- Jimeno, A. & Ballesteros, M. 2009. Biología 2. Grupo Promotor Santillana.