Clasificación nutricional básica
Los grupos nutricionales primarios son grupos de organismos, divididos en relación con el modo de nutrición según las fuentes de energía y carbono, necesarios para vivir, crecer y reproducirse. Las fuentes de energía pueden ser la luz o compuestos químicos; las fuentes de carbono pueden ser de origen orgánico o inorgánico.
Los términos respiración aeróbica, respiración anaeróbica y fermentación (fosforilación a nivel de sustrato) no se refieren a grupos nutricionales primarios, sino que simplemente reflejan el uso diferente de posibles aceptores de electrones en organismos particulares, como el O 2 en la respiración aeróbica o el nitrato (NO3), sulfato (SO4) o fumarato en la respiración anaeróbica, o varios intermediarios metabólicos en la fermentación.
Fuentes primarias de energía
Los fototrofos absorben la luz en los fotorreceptores y la transforman en energía química.Los quimiotrofos liberan energía de enlace a partir de compuestos químicos.
La energía liberada se almacena como energía potencial en ATP, carbohidratos o proteínas. Eventualmente, la energía se usa para procesos vitales como el movimiento, el crecimiento y la reproducción.
Las plantas y algunas bacterias pueden alternar entre fototrofia y quimiotrofia, dependiendo de la disponibilidad de luz.
Fuentes primarias de equivalentes reductores
Los organotrofos utilizan compuestos orgánicos como donantes de electrones/hidrógeno.Los litótrofos usan compuestos inorgánicos como donantes de electrones/hidrógeno.
Los electrones o átomos de hidrógeno de los equivalentes reductores (donadores de electrones) son necesarios tanto para los fotótrofos como para los quimiotrofos en las reacciones de reducción-oxidación que transfieren energía en los procesos anabólicos de síntesis de ATP (en heterótrofos) o biosíntesis (en autótrofos). Los donantes de electrones o hidrógeno se toman del medio ambiente.
Los organismos organotróficos a menudo también son heterótrofos y utilizan compuestos orgánicos como fuentes tanto de electrones como de carbono. De manera similar, los organismos litotróficos a menudo también son autótrofos y utilizan fuentes inorgánicas de electrones y CO 2 como fuente de carbono inorgánico.
Algunas bacterias litotróficas pueden utilizar diversas fuentes de electrones, dependiendo de la disponibilidad de posibles donantes.
Las sustancias orgánicas o inorgánicas (p. ej., oxígeno) utilizadas como aceptores de electrones necesarios en los procesos catabólicos de respiración y fermentación aeróbica o anaeróbica no se tienen en cuenta aquí.
Por ejemplo, las plantas son litótrofas porque utilizan el agua como donante de electrones para la biosíntesis. Los animales son organótrofos porque utilizan compuestos orgánicos como donantes de electrones para sintetizar ATP (las plantas también lo hacen, pero esto no se tiene en cuenta). Ambos utilizan el oxígeno en la respiración como aceptor de electrones y principal fuente de energía, pero este carácter no se utiliza para definirlos como litótrofos.
Fuentes primarias de carbono
Los heterótrofos metabolizan compuestos orgánicos para obtener carbono para su crecimiento y desarrollo.Los autótrofos utilizan dióxido de carbono (CO 2) como fuente de carbono.
Energía y carbono
| Fuente de energía | Luz | foto- | -trofo | |
| Moléculas | quimioterapia- | |||
| donante de electrones | Compuestos orgánicos | órgano- | ||
| Compuestos inorgánicos | lito- | |||
| fuente de carbono | Compuestos orgánicos | hetero- | ||
| Dióxido de carbono | auto- |
Un organismo quimioorganoheterótrofo es aquel que requiere sustratos orgánicos para obtener su carbono para el crecimiento y desarrollo, y que obtiene su energía de la descomposición, a menudo una oxidación, de un compuesto orgánico. Este grupo de organismos puede subdividirse según el tipo de sustrato orgánico y compuesto que utilicen. Los descomponedores son ejemplos de quimioorganoheterótrofos que obtienen carbono y electrones o hidrógeno de la materia orgánica muerta. Los herbívoros y los carnívoros son ejemplos de organismos que obtienen carbono y electrones o hidrógeno de la materia orgánica viva.
Los quimioorganótrofos son organismos que utilizan los enlaces químicos de los compuestos orgánicos u O 2 como fuente de energía y obtienen electrones o hidrógeno de los compuestos orgánicos, incluidos azúcares (es decir, glucosa), grasas y proteínas. Los quimioheterótrofos también obtienen los átomos de carbono que necesitan para la función celular de estos compuestos orgánicos.
Todos los animales son quimioheterótrofos (lo que significa que oxidan compuestos químicos como fuente de energía y carbono), al igual que los hongos, los protozoos y algunas bacterias. La diferenciación importante entre este grupo es que los quimioorganótrofos oxidan solo compuestos orgánicos, mientras que los quimiolitotrofos utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como fuente de energía.
Tabla de metabolismo primario
La siguiente tabla da algunos ejemplos para cada grupo nutricional:
| Fuente de energía | Donante de electrones/átomos de hidrógeno | fuente de carbono | Nombre | Ejemplos |
|---|---|---|---|---|
| Foto de la luz delsol- | orgánico-organo- | orgánico-heterótrofo | Foto órgano heterótrofo | Algunas bacterias: Rhodobacter, Heliobacterium, algunas bacterias verdes sin azufre |
| Dióxido de carbono- autótrofo | Foto órgano autótrofo | Algunas arqueas (Haloarchaea) realizan una fotosíntesis anoxigénica y fijan el carbono atmosférico. | ||
| Inorgánico-lito- * | orgánico-heterótrofo | Fotolito heterótrofo _ | Bacterias moradas sin azufre | |
| Dióxido de carbono- autótrofo | Foto litografía autótrofa | Algunas bacterias (cianobacterias), algunos eucariotas (algas eucariotas, plantas terrestres). Fotosíntesis. | ||
| Rompiendo CompuestosQuímicos Chemo- | orgánico-organo- | orgánico-heterótrofo | heterótrofo organoquimio _ | Procariotas depredadoras, parásitas y saprofitas. Algunos eucariotas (protistas heterótrofos, hongos, animales) |
| Dióxido de carbono- autótrofo | quimio organo autótrofo | Algunas arqueas (arqueas metanótrofas anaeróbicas). Quimiosíntesis, bacteria Escherichia coli autotrófica sintética y levadura Pichia pastoris . | ||
| Inorgánico-lito- * | orgánico-heterótrofo | Heterótrofo quimiolito _ | Algunas bacterias (Oceanithermus profundus) | |
| Dióxido de carbono- autótrofo | Quimiolito autótrofo _ | Algunas bacterias (Nitrobacter), algunas arqueas (Methanobacteria). Quimiosíntesis. |
- Algunos autores usan -hidro- cuando la fuente es agua.
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La parte final común -troph es del griego antiguo τροφή trophḗ "nutrición".
Mixótrofos
Algunos organismos, generalmente unicelulares, pueden cambiar entre diferentes modos metabólicos, por ejemplo, entre fotoautotrofia, fotoheterotrofia y quimioheterotrofia en Chroococcales. Dichos organismos mixotróficos pueden dominar su hábitat, debido a su capacidad para utilizar más recursos que los organismos fotoautotróficos u organoheterótrofos.
Ejemplos
En la naturaleza pueden existir todo tipo de combinaciones, pero algunas son más comunes que otras. Por ejemplo, la mayoría de las plantas son fotolitoautótrofas, ya que utilizan la luz como fuente de energía, el agua como donante de electrones y el CO 2 como fuente de carbono. Todos los animales y hongos son quimioorganoheterótrofos, ya que utilizan fuentes de energía química (sustancias orgánicas y O 2)y moléculas orgánicas como donantes de electrones/hidrógeno y fuentes de carbono. Sin embargo, algunos microorganismos eucariotas no se limitan a un solo modo nutricional. Por ejemplo, algunas algas viven fotoautotróficamente en la luz, pero cambian a quimioorganoheterotrofia en la oscuridad. Incluso las plantas superiores conservaron su capacidad de respirar heterótrofamente con almidón durante la noche que se había sintetizado fototróficamente durante el día.
Los procariotas muestran una gran diversidad de categorías nutricionales. Por ejemplo, las cianobacterias y muchas bacterias de azufre púrpura pueden ser fotolitoautotróficas, utilizando luz como energía, H 2 O o sulfuro como donantes de electrones/hidrógeno y CO 2 como fuente de carbono, mientras que las bacterias verdes sin azufre pueden ser fotoorganoheterótrofas, utilizando moléculas orgánicas como tanto donantes de electrones/hidrógeno como fuentes de carbono. Muchas bacterias son quimioorganoheterótrofas y utilizan moléculas orgánicas como fuentes de energía, electrones/hidrógeno y carbono. Algunas bacterias se limitan a un solo grupo nutricional, mientras que otras son facultativas y cambian de un modo a otro, según las fuentes de nutrientes disponibles.Las bacterias oxidantes de azufre, hierro y anammox, así como los metanógenos, son quimiolitoautótrofos y utilizan fuentes de energía inorgánica, electrones y carbono. Los quimiolitoheterótrofos son raros porque la heterotrofia implica la disponibilidad de sustratos orgánicos, que también pueden servir como fuentes de electrones fáciles, lo que hace innecesaria la litotrofia. Los fotoorganoautótrofos son poco comunes ya que su fuente orgánica de electrones/hidrógenos proporcionaría una fuente de carbono fácil, lo que resultaría en heterotrofia.
Los esfuerzos de biología sintética permitieron la transformación del modo trófico de dos microorganismos modelo de heterotrofia a quimioorganoautotrofia:
- Escherichia coli fue diseñada genéticamente y luego evolucionó en el laboratorio para usar CO 2 como la única fuente de carbono mientras usaba la molécula de formiato de un carbono como fuente de electrones.
- La levadura metilotrófica Pichia pastoris fue modificada genéticamente para utilizar CO 2 como fuente de carbono en lugar de metanol, mientras que este último seguía siendo la fuente de electrones para las células.