Aunque pueden parecer muy diferentes o incluso menos sofisticados a primera vista, los procariotas tienen al menos una cosa en común con todos los demás organismos: requieren combustible para impulsar sus vidas. Procariotas, que incluyen organismos en los dominios Bacteria y Archaea, son muy diversos en lo que respecta al metabolismo o las reacciones químicas que utilizan los organismos para producir combustible.
Por ejemplo, una categoría de procariotas, llamada extremófilos, prosperan en condiciones que destruirían otras formas de vida, como el agua sobrecalentada de los respiraderos hidrotermales en las profundidades del océano. Estas bacterias de azufre manejan muy bien temperaturas del agua de hasta 750 grados Fahrenheit, y obtienen su combustible del sulfuro de hidrógeno que se encuentra en los conductos de ventilación.
Algunos de los procariotas más importantes dependen de la captura de fotones para producir su combustible a través de la fotosíntesis. Estos organismos son fotótrofos.
¿Qué es un fotótrofo?
La palabra fototrofo da la primera pista que revela qué hace que estos organismos sean importantes. Significa "alimento ligero" en griego. En pocas palabras, los fotótrofos son organismos que obtienen su energía de los fotones o partículas de luz. Probablemente ya lo sepas plantas verdes usa la luz para generar energía a través de fotosíntesis.
Sin embargo, este proceso no se limita a las plantas. Muchos organismos procariotas y eucariotas realizan la fotosíntesis para producir su propio alimento, incluidas las bacterias fotosintéticas y algunas algas.
Si bien la fotosíntesis es similar entre todos los organismos que la realizan, el proceso de fotosíntesis bacteriana es menos complicado que la fotosíntesis de las plantas.
¿Qué es la clorofila bacteriana?
Al igual que las plantas verdes, las bacterias fototróficas utilizan pigmentos para capturar fotones como fuentes de energía para la fotosíntesis. Para las bacterias, estos son bacterioclorofilas encontrado en la membrana plasmática (en lugar de en cloroplastos como planta clorofila pigmentos).
Las bacterioclorofilas existen en siete variedades conocidas, etiquetadas a, b, c, d, e, cs o g. Cada variante es estructuralmente diferente y, por lo tanto, puede absorber un tipo específico de luz del espectro, que va desde la radiación infrarroja hasta la luz roja y la luz roja lejana. El tipo de bacterioclorofila que contiene una bacteria fototrófica depende de su especie.
Pasos en la fotosíntesis bacteriana
Al igual que la fotosíntesis de las plantas, la fotosíntesis bacteriana se produce en dos etapas: reacciones de luz y reacciones oscuras.
En el escenario de luz, las bacterioclorofilas capturan fotones. El proceso de absorción de esta energía luminosa excita la bacterioclorofila, desencadenando una avalancha de transferencias de electrones y finalmente produciendo trifosfato de adenosina (ATP) y fosfato de dinucleótido de nicotinamida y adenina (NADPH).
En el escenario oscuro, esas moléculas de ATP y NADPH se utilizan en reacciones químicas que transforman el dióxido de carbono en carbono orgánico a través de un proceso llamado fijación de carbono.
Los diferentes tipos de bacterias producen combustible mediante la fijación de carbono de diferentes formas utilizando una fuente de carbono como el dióxido de carbono. Por ejemplo, las cianobacterias usan el ciclo de Calvin. Este mecanismo utiliza un compuesto con cinco carbonos llamado RuBP para atrapar una molécula de dióxido de carbono y formar una molécula con seis carbonos. Esto se divide en dos partes iguales y la mitad sale del ciclo como molécula de azúcar.
La otra mitad se transforma en una molécula con cinco carbonos, gracias a reacciones que involucran ATP y NADPH. Entonces, el ciclo comienza de nuevo. Otras bacterias dependen de lo contrario ciclo de Krebs, que es una serie de reacciones químicas que utilizan donantes de electrones (como hidrógeno, sulfuro o tiosulfato) para producir carbono orgánico a partir de compuestos inorgánicos, dióxido de carbono y agua.
¿Por qué son importantes los fotótrofos?
Fotótrofos que utilizan la fotosíntesis (llamados fotoautótrofos) forman la base de la cadena alimentaria. Otros organismos que no pueden realizar la fotosíntesis obtienen su combustible mediante el uso de organismos fotoautótrofos como fuente de alimento.
Debido a que no pueden convertir la luz en combustible por sí mismos, estos organismos simplemente comen los organismos que lo hacen y usan sus cuerpos como fuente de energía. Dado que la fijación de carbono utiliza dióxido de carbono para producir combustible en forma de moléculas de azúcar, los fotótrofos ayudan a reducir el exceso de dióxido de carbono en la atmósfera.
Los fotótrofos incluso pueden ser responsables del oxígeno libre en la atmósfera que le permite respirar y prosperar en la Tierra. Esta posibilidad, llamada Gran Evento de Oxigenación, propone que cianobacterias realizar la fotosíntesis y liberar oxígeno como subproducto eventualmente produjo demasiado oxígeno para ser absorbido por el hierro en el medio ambiente.
Este exceso se convirtió en parte de la atmósfera y dio forma evolución en el planeta desde ese punto en adelante, haciendo posible que los humanos eventualmente emerjan.