Utilización de la luz por bacterias.

El sol es la fuente de energía del planeta, gracias a la luz que emite las plantas pueden hacer fotosíntesis, con ese proceso las plantas pueden captar la energía lumínica y convertirla en energía química. La energía química almacenada por las plantas es la que mantiene vivos a los animales, insectos, etc. que se alimentan de ellas, a su vez esa energía química que ahora esta en insectos y animales herbívoros pasa a otros animales carnívoros o insectívoros (entomófagos). Cuando esos animales mueren, bacterias y hongos se encargan de descomponerlos, toman parte de la energía química que contenían, y al finalizar quedan nutrientes que pueden aprovechar las plantas que vuelven a realizar la fotosíntesis y vuelven a transformar nueva energía lumínica en energía química. Para nosotros la luz es también es importante, por ejemplo, no podremos producir la vitamina D3 si no estamos expuestos a la luz solar.



Hablando de bacterias, que a esto se va a dedicar el artículo, hay algunas que pueden realizar fotosíntesis, pero también pueden utilizar la luz para activar otros procesos químicos. A continuación tratare sobre algunas de estas bacterias fotótrofas (que subsisten produciendo energía usando luz) y luego sobre algunas de pueden comenzar procesos químicos a través de sus fotorreceptores (receptores de luz).

Bacterias Fotosintetizadoras

Antes de entrar en tema es importante destacar que la fotosíntesis está dividida en dos procesos. En el primero intervienen pigmentos, sustancias con la capacidad de absorber luz, en las plantas es la clorofila 680 y/o la clorofila 700, que con la exposición a la luz, modifican su estructura atómica por lo que liberan energía en forma de ATP (ver artículo anterior) y cationes de hidrógeno a la coenzima NADP, convirtiéndose esta en NADPH. El segundo paso es la fijación de carbono gracias a la energía almacenada en el ATP y en el NADPH en del Ciclo de Calvin, desde el cual se forman las azucares (desde la cual se forman la mayoría de las estructuras proteínicas del organismo).

Composición química de la coenzima NADP

Cada intersección de lineas se ubica un átomo de carbono y que las lineas dobles son enlaces dobles covalentes.

Animación del Ciclo de Calvin

Incorporación del carbono a partir del Dióxido de carbono (CO2), en las plantas puede suele ser a partir de este compuesto, en las bacterias puede ser de otros.

Trataré a continuación estos organismos autótrofos fotosintéticos dividiéndolos por su tipo de fotosíntesis: los que liberan oxígeno al realizar la fotosíntesis (fotosíntesis oxigénica) y los que no liberan oxígeno (fotosíntesis anoxigénica).

Fotosíntesis Oxigénica

Las cianobacterias son uno de los máximos exponentes de bacterias fotótrofas. Estas contienen distintos tipos de membranas celulares en las cuales se encuentran los pigmentos fotosintéticos, estas membranas se encuentran muy cercanas a la pared celular y están dentro del citoplasma. Los orgánulos (elementos celulares con una función especifica) donde se ubican estos pigmentos y las proteínas que permiten la fotosíntesis se encuentran en pliegues (hacia dentro del la bacteria) de esas membranas. Entre los orgánulos que se pueden encontrar en estas bacterias los más importantes son los tilacoides y los plastos, estos últimos suelen contener algún tipo de clorofila, generalmente bacterioclorofila (existen 6 tipos, de la "a" a la "g") y a veces antes de la bacterioclorofila se encuentra la ficobilina. Gracias a esos pigmentos, estas bacterias pueden realizar la fotosíntesis. Tomando del medio agua (H2O) pueden "regenerar" los átomos de hidrógeno que pierden sus pigmentos al realizar la fotosíntesis, liberando el oxígeno del mismo.

Fotosíntesis Anoxigénica

Abajo se puede observar
una foto microscópica de
una colonia de
Chromatiaceae.
El mayor exponente de bacterias que producen energía de esta forma, son las bacterias rojas del azufre, bacterias púrpuras del azufre o Chromatiales. Tienen un pigmento anterior a la bacterioclorofila, llamado carotenoide y no tienen ficobilina como las cianobacterias. Estas bacterias regeneran los átomos de hidrógeno de sus pigmentos a partir del sulfuro de hidrógeno (H2S), por lo tanto no liberan oxígeno (O2) y, en cambio, almacenan gránulos de sulfuro, los cuales se pueden volver a oxidar en ácido súlfurico. Luego de esto, la energía resultante pasa por el Ciclo de Calvin, usando dióxido de carbono (y liberando agua como desecho) al igual que las plantas y las cianobacterias.

Más información: edicion-micro.usal.es (sobre organismos autótrofos) biologia.edu.ar (sobre fotosíntesis).


Otros procesos químicos a través de fotoreceptores

Además de la fotosíntesis la luz funciona como activador (catalizador) de otras funciones químicas de las bacterias. Tomaré como ejemplo un descubrimiento reciente.

Abajo a la izquierda, imagen de una
colonia de brucella abortus.

Fernando Alberto Goldbaum y un grupo de becarios del Instituto Médico Howard Hughes descubrieron que la bacteria Brucella Abortus tiene proteínas capases de detectar la luz y prepararse para la replicación (división de la bacteria). La Brucella Abortus provoca una enfermedad llamada Brucelosis, esta es zoonosis (que se transmite de animales a humanos) afecta a productores ganaderos y a su ganado. Cuando un animal esta infectado, la transmisión puede ser por la leche, por la materia fecal y, en menor medida, por la sangre. Por lo cual es lógico que esta bacteria haya desarrollado un fotosensor que le permita saber cuando predisponerse estructuralmente a infectar a otro individuo (sea animal o humano). El fotosensor de la Brucella esta compuesto de dos proteínas, el HK, que es la suma del aminoácido histidina funcionado con la enzima quinasa, y la proteína LOV (del ingles Luz-Oxigeno-Voltaje). Cuando el complejo LOV-HK detecta luz, se enlaza en si misma y con un FMN (flavina mononucleótido, mencionada en el artículo anterior), lo que da como resultado la activación de la enzima quinasa la cual cataliza una reacción que puede cambiar la expreción genética de la bacteria dejándola lista para una nueva infección.

También se estudiaron dos tipos de bacterias más: la Erythrobacter litoralis (cianobacteria marina) y la Pseudomonas syringae (que infecta a plantas), las cuales también contenían el complejo LOV-HK, el cual también reaccionaba ante la luz de la misma forma que en la brucella abortus, con la única diferencia que el enlace con la FMN, duraba aproximadamente 4 veces menos (en la brucella dos horas y en las otras media hora).

Arriba, imagen de la FMN,
explicando su relación con la riboflavina y con la coenzima
FAD y su composición