Nutrición en bacterias

La nutrición en bacterias, como en los demás organismos, es de dos clases. Autótrofa y heterótrofa. Sin embargo, el metabolismo en procariotas es más variado y no tiene comparación, entre los eucariotas. Por ejemplo, entre las bacterias autótrofas, que realizan fotosíntesis, algunas utilizan H2S en lugar de agua. Otras, producen alimento a partir de CO2 y agua, pero no usan luz como fuente de energía. En este artículo se desarrollan estos aspectos.

Bacterias autótrofas

1- Bacterias fotosintéticas

Las plantas usan energía del sol para producir alimentos a partir de dióxido de carbono y agua. Varios grupos de bacterias autotróficas también realizan fotosíntesis. Las cianobacterias, o bacterias azul verdosas, son uno de esos grupos. Los pasos químicos de la fotosíntesis en las cianobacterias, son esencialmente los mismos de las células eucariotas. Sin embargo, la clorofila en las cianobacterias, se encuentra en membranas plegadas en el citoplasma en lugar de en cloroplastos.

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Figura 1. Nutrición en bacterias: Las cianobacterias tienen membranas internas plegadas, donde se localiza la clorofila y se realiza la fotosíntesis.

Las cianobacterias tienen pigmentos fotosintéticos adicionales llamados ficobilinas. Estos pigmentos le dan a las células el color verde azulado por el que se nombran. Las ficobilinas, permiten a las cianobacterias usar luz de diferentes longitudes de onda para la fotosíntesis.

En otros grupos de autótrofos, como la bacteria púrpura, la clorofila difiere químicamente de la clorofila vegetal. La clorofila bacteriana absorbe la luz de longitudes de onda más largas. Estas bacterias, pueden llevar a cabo la fotosíntesis cuando hay muy poca luz.

Las bacterias de azufre púrpuras y verdes, usan ácido sulfhídrico en lugar de agua como fuente de electrones. La reacción da azufre en lugar de oxígeno, como se muestra en la siguiente ecuación.

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Nutrición en bacterias: Las bacterias de azufre usan ácido sulfhídrico (H2S), en lugar de agua, para la fotosíntesis

2- Bacterias quimiosintéticas

Al igual que las bacterias fotosintéticas, las bacterias quimiosintéticas hacen su propia comida a partir de dióxido de carbono y agua. Sin embargo, no usan luz como fuente de energía. En cambio, obtienen energía de reacciones químicas que involucran moléculas inorgánicas.

En el proceso quimiosintético, se oxidan moléculas que contienen nitrógeno, azufre o hierro, entre otros. Los electrones obtenidos, se usan en cadenas de electrones análogas a las de las mitocondrias, permitiendo la síntesis de ATP. La energía almacenada en el ATP, se usa para la síntesis orgánica, del mismo modo que ocurre en la fase oscura de la fotosíntesis en vegetales (ciclo de Calvin). Por ejemplo, las bacterias nitrificantes toman nitritos (NO2) que transforman en nitratos (NO3), obteniendo 18 kilo calorías de energía por cada mol de nitrito transformado.

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Bacterias heterótrofas

Muchas bacterias son heterótrofas. Usualmente, ellas se alimentan secretando enzimas en su entorno. Estas enzimas descomponen las moléculas grandes de alimentos. Las moléculas resultantes, más pequeñas, son absorbidas a través de la membrana celular.

1- Saprófagos

Muchas bacterias heterotróficas viven en el suelo o en el agua. Estas especies suelen ser saprófagos u organismos que se alimentan de plantas y animales muertos. Los saprófagos convierten esta materia orgánica en productos químicos simples que luego pueden ser absorbidos y utilizados. Debido a que los saprófagos descomponen material orgánico, también se llaman descomponedores.

2- Simbiosis

Muchas bacterias viven dentro o sobre los cuerpos de organismos vivos y dependen de su anfitrión para la comida. Estas bacterias, a menudo, tienen poco efecto en su anfitrión. En algunos casos, incluso pueden ser beneficiosas. Por ejemplo, algunas bacterias viven en el tracto digestivo de muchos animales de pastoreo. Sin estas bacterias, las ovejas y las vacas no serían capaces de digerir la celulosa de la hierba. Las bacterias obtienen un ambiente cálido y húmedo y absorben los alimentos del tubo digestivo animal. Así, ambos organismos se benefician de la asociación.

Algo similar ocurre con las bacterias fijadoras de nitrógeno. Los seres vivos requieren nitrógeno para sintetizar proteínas y ácidos nucleicos. El aire es aproximadamente 78% de gas nitrógeno, pero la mayoría de los organismos no pueden usar el elemento de esta forma. Las cianobacterias y algunas otras bacterias, sin embargo, pueden capturar nitrógeno del aire por un proceso llamado fijación de nitrógeno. Los fijadores de nitrógeno tienen enzimas que convierten el gas nitrógeno en amoniaco u otras formas de nitrógeno que las plantas pueden usar. Plantas como el trébol, los fríjoles y la alfalfa tienen grandes cantidades de bacterias fijadoras de nitrógeno que crecen en áreas inflamadas en sus raíces. La bacteria recibe alimento de la planta, mientras que la planta recibe nitrógeno utilizable de la bacteria. Esta asociación le permite a una planta crecer en suelos pobres en nitrógeno.

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Figura 2. Nutrición en bacterias: Las partes hinchadas de la raíz de esta planta, contienen bacterias fijadoras de nitrógeno.

3- Parásitos

A veces las bacterias dañan a su huésped. Los organismos que dañan su huésped se llaman parásitos. Las bacterias que causan enfermedades en humanos, son ejemplos de parásitos. Estos organismos también se llaman patógenos.

Obtención de energía en bacterias

Las bacterias obtienen la energía para el metabolismo por respiración o fermentación. Las bacterias que deben tener oxígeno para llevar a cabo la respiración se llaman aerobios obligados. La química de la respiración aerobia en las bacterias, es similar a la de los eucariotas. Sin embargo, recuerde que los procariotas no tienen mitocondrias. Por lo tanto, la cadena de transporte de electrones ocurre en moléculas transportadoras incorporadas la membrana celular. Algunas bacterias pueden vivir con o sin oxígeno. Son llamadas anaerobios facultativos y generalmente obtienen energía de la fermentación. Otras bacterias son realmente envenenadas por oxígeno. Estos organismos se denominan anaerobios obligados y se encuentran en lugares donde los organismos aeróbicos no pueden sobrevivir.

Taller de lectura

  1. Nombre las dos clases de nutrición en bacterias.
  2. ¿Dónde se encuentra la clorofila en las cianobacterias?
  3. ¿Qué le permiten las ficobilinas a las cianobacterias?
  4. En bacterias púrpura, la clorofila difiere químicamente de la clorofila vegetal. ¿Qué ventaja trae esto a dichas bacterias?
  5. ¿Qué sustancia usan las bacterias de azufre púrpura y verde en lugar de agua, en el proceso de fotosíntesis?
  6. Escriba la ecuación que representa el proceso de fotosíntesis en bacterias de azufre púrpura y verde.
  7. ¿Cuáles son las principales diferencias entre bacterias fotosintéticas y quimiosintéticas?
  8. Describa, en detalle, el proceso quimiosintético. 
  9. ¿Cómo se alimentan, usualmente, las bacterias heterótrofas?
  10. Las vacas y las bacterias en su intestino, viven en simbiosis. ¿Cómo se beneficia cada uno de los dos organismos?
  11. Describa como las bacterias fijadoras de nitrógeno, ayudan a las plantas a obtener este elemento.
  12. ¿Qué efecto tienen las bacterias parásitas en su huésped?
  13. escriba las definiciones de aerobios obligados, anaerobios obligados y anaerobios facultativos.
  14. Dibuje las figuras 1 y 2.