Tema 9: Bacteris fotosintètics, els cianobacteris (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Botànica
Año del apunte 2016
Páginas 10
Fecha de subida 13/04/2016
Descargas 33
Subido por

Vista previa del texto

Sonia López Pérez Tema 9. Bacteris fotosintètics: Cianobacteris 1. Bacteris fotosintètics Gran diversitat de metabolismes i rutes metabòliques, per tant s’han hagut d’inventar un sistema per classificar les rutes metabòliques.
Microbiòlegs determinen tres tipus de nutricions:   En funció de la font de carboni que fan servir: o Autòtrofs. Usen carboni inorgànic (CO2) per obtenir carboni.
o Heteròtrofs. Font de carboni és un compost orgànic.
o Mixotròfia: obtenen el carboni amb els dos mètodes anteriors a l’hora.
En funció de la font d’energia: o Fotòtrofs. Usen la llum.
 Oxigèniques: utilitzen l’aigua com a donador d’electrons (cianobacteris, algues i plantes). Alliberen oxigen. Amb tilacoides i cloroplasts. Ficobilisomes. Pigments fotosintètics. Dos fotosistemes.
Autòtrofs, amb fixació del C en el cicle de Calvin.
 Anoxigèniques: bacteris que utilitzen altres compostos com a donadors d’electrons (H2S, S inorgànic, tiosulfat, Fe2+) (bacteris púrpures, bacteris verds del sofre i no del sofre i Heliobacteris).
Invaginacions de membrana, clorosomes. Un sol centre de reacció.
Autòtrofs i Heteròtrofs (amb obtenció de C a partir de compostos orgànics).
o  Quimiòtrofs. Usen les reaccions químiques per obtenir energia.
En funció de quin és el donador d’electrons, quin és el compost que s’oxida: o Reductor inorgànic: litotròfia. Equivalent reductors obtinguts de compostos inorgànics com el H2O, SH2 i H2.
o Reductor orgànic: organotròfia. Equivalent reductors obtinguts de compostos orgànics.
Exemples: Quimiolitoautòtrofs – energia a partir d’oxidació de compostos inorgànics i C a partir de CO2 (bacteris nitrificants, bacteris oxidants del sofre, del ferro i del hidrogen). Fotolitoautòtrofs – energia de la llum i C del CO2, utilitzant compostos inorgànics com a equivalents reductors (donants d’electrons) (Cianobacteris – H2O, fotohidrotròfics; Chlorobiaceae i Chromaticaceae –SH2, fotolitotròfics; Chloroflexus – H2, fotolitotròfics). Quimiolitoheteròtrofs – energia de l’oxidació de compostos inorgànics, però no fixen CO2 atmosfèric. Fotoorganòtrofs – Energia de la llum i C més electrons a partir de compostos orgànics.
1 Sonia López Pérez Tema 9. Bacteris fotosintètics: Cianobacteris Tenen plasticitat metabòlica, tot i ser fotosintètics poden fer servir altres rutes.
1.1. Pigments o Clorofil·la. De color verd. Normalment tenen clorofil·la a tot i que trobem b i d també.
o Pigments accessoris com els carotens, que eviten l’oxidació.
o Ficobiliproteïnes. No són exclusives de cianobacteris, algunes algues com els rodòfits també les tenen. Són pigments accessoris que amplien l’espectre d’absorció. Tenim de dos colors: o Ficoeritrina, de color vermell.
o Ficocianines i aloficocianina, de color blau.
1.2. Organització de la cèl·lula dels cianobacteris No tenen nucli, tot i això, el material genètic es troba al centre de la cèl·lula, per això parlem de nucleoplasma, zona diferenciada de la cèl·lula on trobem el DNA no embolcallat. Més a la perifèria de la cèl·lula apareixen els tilacoides (cavitats recobertes de membrana on es dóna la fotosíntesi). La fotosíntesi la fan els fotosistemes I i II que es troben a la membrana. A més, en els cianobacteris trobem una estructura anomenada ficobilisoma, són unes estructures proteiques formades per ficobiliproteïnes, és com una antena que capta fotons, l’energia lluminosa, i li transmet a les clorofil·les o als fotosistemes. Els fotosistemes poden estar formats per qualsevol de les ficobiliproteïnes. A més, el citoplasma és molt més dens, hi trobem moltes inclusions, entre elles, grànuls de volutina (grànuls de reserva de fosfats), grànuls de cianoficina (grànuls de reserva d’aminoàcids, nitrogen) i grànuls de glicogen (grànuls de reserva energètica de glúcids). Trobem ribosomes 70S. També hi ha vacúols (sacs plens de gas que tenen com una mena de cobertura proteica, fan que es pugui regular la flotabilitat) i carboxisomes (acumulacions de Rubisco, que fixa el carboni al cicle de 2 Sonia López Pérez Tema 9. Bacteris fotosintètics: Cianobacteris Calvin). En les algues eucariotes, el cloroplast també té acumulacions de Rubisco, però en aquest cas s’anomenen pirenoides.
Com a bacteris gramnegatius tenen estructures externes, una membrana plasmàtica, una paret de peptidoglilcà i una membrana externa. Tenen una beina o càpsula de polisacàrids, mucinògena que serveix per evitar la deshidratació ja que reté i emmagatzema aigua.
Han assolit un grau de complexitat relativament alt, hi ha hagut una diferenciació cel·lular: - Acinets. Són morfològicament cèl·lules més grans, inflades amb parets més gruixudes. Dintre tenen un citoplasma amb moltes inclusions de cianoficina i de glicogen (sucres i aminoàcids). Tenen un metabolisme reduït. Si sumem aquestes característiques arribem a la conclusió de que la seva funció és de resistència a èpoques desfavorables per tal de poder germinar quan millorin la condicions. Només surten a cianobacteris que tenen heterocists. Per a que hi hagin acinets cal que hi hagin heterocists, però poden haver heterocists i que no hi hagi acinets.
3 Sonia López Pérez Tema 9. Bacteris fotosintètics: Cianobacteris - Heterocists. Cèl·lules més grans que les cèl·lules vegetatives i de parets més gruixudes. Sembla que estiguin buides i que no tinguin res a dintre, són cèl·lules que s’encarreguen exclusivament de la fixació de nitrogen. L’enzim que s’encarrega d’aquesta fixació és molt sensible a l’oxigen, si aquestes cèl·lules fessin la fotosíntesi produirien oxigen i no fixarien el nitrogen, per tant, han de rebre nutrients de cèl·lules veïnes. No fan la fotosíntesi. Un cop apareixen els heterocists, a la cèl·lula només li queda morir-se. Tenen uns corpuscles polars en forma de porus que representen engruiximents de la paret.
1.3. Reproducció asexual Es reprodueixen per fissió binària però tenen reproduccions especialitzades. Fan reproducció asexual. Una d’elles és l’aparició d’hormogonis, que són trossos o fragments de filament o colònia. Aquests només es donen en cianobacteris filamentosos. Són estructures que es poden moure, tenen capacitat de moviment.
Tricoma = el filament és tot, la beina i el tricoma. El filament que formen les cèl·lules sense la beina és el tricoma. És el que es mou exclusivament. Baeòcits (endòspores) una cèl·lula que es divideix en múltiples cèl·lules i les allibera al medi. Només es dóna en cianobacteris coccoides.
Els hormogonis es mouen per lliscament o gliding. Els porus llencen al medi moc, com si fos un coet, de tal manera que la cèl·lula s’impulsa cap a la banda contrària. molts cianobacteris a més de tenir la membrana externa i 4 Sonia López Pérez Tema 9. Bacteris fotosintètics: Cianobacteris la beina, tenen unes capes de fibril·les que tenen un orientació o bé paral·lela a l’eix del filament o en diagonal. El mucílag surt del porus, si tenen una orientació en diagonal, l’hormogoni augmenta i gira.
1.4. Diversitat Relativament gran, principalment tres ordres: - Croococcals. Cianobacteris principalment coccoides. Poden ser unicel·lulars o colonials. Sempre parlem de formes arrodonides. Poden arribar a fer-se molt grans.
- Oscil·latorials. Trobem la Oscillatoria. Ordre de bacteris sempre filamentosos però mai no hi ha heterocist, i per tant tampoc hi haurà acinets.
- Nostocals. Conté els cianobacteris més freqüents. Són filamentosos però si que hi ha heterocists. Els acinets poden ser-hi o no. Trobem també formes amb falses ramificacions, filaments que en algun moment determinat el tricoma es 5 Sonia López Pérez Tema 9. Bacteris fotosintètics: Cianobacteris trenca i passem a tenir dos filaments independents però un d’ells trenca la beina i surt d’aquesta, sembla que es ramifiqui però no és veritat, les altres cèl·lules han canviat la direcció de creixement. Hi ha falses ramificacions també en les oscil·latorials. Les nostocals són les úniques que tenen ramificacions veritables. Per tenir una ramificació de la cèl·lula cal tenir una cèl·lula que canviï el seu eix de divisió.
De les més abundants en les nostocals trobem Nostoc, un gènere de cianobacteris que viuen a sobre de la terra, formen estructures macroscòpiques, aquests tenen heterocists i poden tenir acinets.
Gènere Rivularia acostuma a estar en ambients aquàtics enganxats a algun tipus de substrat, no tenen acinets i l’heterocist sempre surt a la part de baix, hi ha certa polarització.
1.5. Ecologia Massa de Rivularia. Fa com una mena de coixinets verds. Són cianobacteris d’ambients litorals. Els estromatòlits són altres cianobacteris d’ambients literals.
Els podem trobar també al mar o a l’ambient marí, són tant petits que poden passar per desapercebut.
Blooms  creixement exponencial de fitoplàncton, importants perquè els cianobacteris sintetitzen cianotoxines, quan es donen els blooms, si els peixos, etc filtren els cianobacteris i nosaltres els mengem, ens poden afectar a nosaltres les toxines. No són les úniques algues que fan els blooms tòxics.
6 Sonia López Pérez Tema 9. Bacteris fotosintètics: Cianobacteris També apareixen en ambients dulciaqüícoles. Els blooms prosperen molt bé en aigües que són molt contaminades, és a dir, en aigües autròfiques (tenen excés d’adobs, fosfats, nitrats…). Tenen una plasticitat tan gran que els podem trobar a l’àrtic o a l’antàrtic com a psicròfils, és a dir, que aguanten a temperatures molt baixes.
Aigües termals  els cianobacteris com són organismes molt primitius han hagut de suportar al llarg de la història de la vida condicions molt canviants per això se’ls suposa una gran plasticitat ecològica. A més a més, tenen la capacitat de deixar de fer servir aigua com a donador d’electrons i fer servir compostos del sofre, és a dir, que són capaços d’anular la fotosíntesi oxigènica. Els cianobacteris termòfils creixen fins als 73ºC i pertanyen als gèneres Mastigocladus, Synechoccoccus i Oscillatoria. Donen colors taronges i vermells i conviuen amb bacteris no fotosintètics més extremòfils (colors blancs). Fins i tot, acompanyant bactèries extremòfiles en surgències càlides perquè són més capaces que les algues eucariòtiques de resistir la temperatura.
En ambients terrestres organismes que es rehidraten i apareixen visibles com per exemple el Nostoc. Tenen una consistència gelatinosa. No confondre el que es veu, la gelatina verda, amb un organisme, és una megacolònia d’organismes filamentosos que fan la seva pròpia beina i creen una mena de matriu comuna que els assegura el fet de mantenir aigua.
1.6. Simbiosi Els cianobacteris formen part de simbiosis:  Un exemple són els líquens, simbiosi externa entre fong i alga (es dóna entre les hifes del fong). És externa, l’alga no està ficada dintre del fong. L’alga dels líquens pot ser una alga verda o cloròfit, o un cianobacteri. Només un 10% de líquens tenen com a component algal un cianobacteri. Un exemple és el Collema, que és un líquen on el cianobacteri simbiont és el Nostoc  És un líquen gelatinós com el Nostoc.
 També tenim altres exemples de simbiosi extracel·lular: o Azolla. Es dóna entre un cianobacteri i una falguera aquàtica. El cianobacteri i la falguera fan la fotosíntesi, que guanyen al ajuntar-se? 7 Sonia López Pérez Tema 9. Bacteris fotosintètics: Cianobacteris Els cianobacteris tenen tipus cel·lulars diferenciats, els heterocists, fixadors de nitrogen, per tant a la falguera li interessa el nitrogen. El nitrogen és poc freqüent al terra i freqüent a l’atmosfera, però és difícil de fixar, els cianobacteris els fixen fàcilment. Es dóna entre una falguera aquàtica i Anabaena. La fulla de la falguera fa unes cavitats especials i dintre de les cavitats hi creix l’Anabaena.
o A les arrels de les cícades. Són gimnospermes antigues. No són palmeres, tenen més a veure amb els pins. Són plantes tropicals. A les arrels de les cícades tenim uns cianobacteris que s’associen pel nitrogen formant arrels coral·loides que són superficials, no es troben dintre del terra, envolten la cícade. El cianobacteri guanya un ambient estable on té una certa humitat i estabilitat per fer la fotosíntesi.
 Associacions intracel·lulars: o Cianel·les. Montastraea, corall. Hi ha uns coralls que estableixen associacions amb algues eucariotes, les zooxantel·les. El que passa és que sembla que amb les algues hi havia síntesi de ficobiliproteïnes, uns pigments accessoris dels cianobacteris, per tant es pensa que a més de la zooxantel·la, la síntesi es podia donar amb un cianobacteri.
8 Sonia López Pérez Tema 9. Bacteris fotosintètics: Cianobacteris o En el grup dels glaucòfits (glaucocystis), trobem una endosimbiosi entre un cianobacteri i una alga eucariota per formar cianel·les. Les cianel·les no són cloroplasts, perquè no estan prou integrats i tenen part del seu genoma (no ha perdut tant com el cloroplast), però tampoc són cianobacteris perquè no són de vida lliure. El punt intermig entre el cianobacteri i el cloroplast és la cianel·la. Es pensa que els antecessors dels cloroplasts són les cianel·les. El color de la cianel·la és blavós, no verd com els cloroplasts purs.
1.7. Cianotoxines Els cianobacteris feien blooms perillosos perquè sintetitzen toxines:  Neurotoxines. Bloquegen la transmissió de la senyal entre les neurones i els músculs. Els símptomes inclouen vacil·lacions, contraccions musculars violentes, rampes, esbufeg. Anatoxines: Anabaena, Oscillatoria, Trichodesmium, etc.
 Hepatotoxines. Inhibidores de les protein-fosfatases, produeixen sagnat del fetge. Els símptomes inclouen feblesa, vòmits, diarrea, fred a les extremitats.
Microcistines i Nodularines: Microcystis, Anabaena, Nostoc, Nodularia, Oscillatoria.
Important sobretot respecte el bestiar, perquè quan beuen aigua, la ingereixen. No és tan important per als humans perquè si estan en moltes aigües, produeixen geosmina, que fa olor a terra mullada i nosaltres amb aquest olor no la bevem, en canvi, al bestiar tant li fa, i poden enverinar-se.
1.8. Resum  Segons el tipus de nutrició i segons la font de carboni que utilitzen els organismes es classifiquen en autòtrofs i heteròtrofs.
9 Sonia López Pérez Tema 9. Bacteris fotosintètics: Cianobacteris  Els Bacteris fotosintètics (cianobacteris) realitzen una autotròfia fototròfica i litotròfica (= fotosíntesi) com les algues i les plantes.
 Els cianobacteris presenten pigments fotosintètics bàsicament del tipus clorofil·la a i ficobiliproteïnes, associats als tilacoides de la cèl·lula.
 Estructuralment, la cèl·lula dels cianobacteris és com la de la resta de bacteris gram -, però amb tilacoides, ficobilisomes i altres elements relacionats amb la fotosíntesi.
 El moviment dels cianobacteris té lloc mitjançant l'extrusió de mucíleg per microporus de la seva paret.
 La cèl·lula dels cianobacteris està rodejada d'un embolcall mucilaginós conegut habitualment amb el nom de beina.
 El filament dels cianobacteris d'aquest tipus morfològic està format per tricoma i beina.
 Acinets i heterocists són cèl·lules especialitzades dels cianobacteris, amb funció de resistència i fixació del N2 atmosfèric, respectivament.
 La reproducció asexual dels cianobacteris té lloc per fissió binaria, hormogonis o baeocits.
 Els cianobacteris s'associen amb altres organismes (fongs, plantes, algues eucariotes, coralls, etc.) per fer simbiosis mutualistes.
 Els cianobacteris es classifiquen en tres grups o ordres: Croococcals (unicel·lulars o colonials), Oscil·latorials (filamentosos no heterocístics), i Nostocals (filamentosos heterocístics).
 Els cianobacteris poden viure en tota mena d'ambients humits, fins i tot alguns de molt extrems (aigües termals, gel, roques).
 Els blooms d'alguns cianobacteris poden ser perillosos per les cianotoxines que aboquen a l'aigua.
 Els cianobacteris tenen diverses utilitats. Entre les més conegudes hi ha el consum de Spirulina.
10 ...