Grupos nutricionales primarios

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Grupo de organismos

Grupos nutricionales primarios son grupos de organismos, divididos en relación al 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 O₂ en la respiración aeróbica, o nitrato (NO⁻
₃), sulfato (SO²⁻
₄) o fumarato en la respiración anaeróbica, o varios intermediarios metabólicos en la fermentación.

Fuentes primarias de energía

Los fotótrofos absorben la luz en los fotorreceptores y la transforman en energía química.
Los quimiotrofos liberan energía química.

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, según 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 (donantes 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 suelen ser también 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 CO₂ como fuente de carbono inorgánico.

Algunas bacterias litotróficas pueden utilizar diversas fuentes de electrones, según 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 usan oxígeno en la respiración como aceptor de electrones, pero este carácter no se usa 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 (CO₂) como fuente de carbono.

Energía y carbono

hongo amarillo

Clasificación de organismos basados en su metabolismo
Energy source	Luz	foto-			-troph
	Molecules	chemo-
Donante de electrones	Compuestos orgánicos		organo-
	Compuestos inorgánicos		litho-
Carbon source	Compuestos orgánicos			hetero-
	Dióxido de carbono			auto-

Un organismo quimioorganoheterótrofo es aquel que requiere sustratos orgánicos para obtener su carbono para su crecimiento y desarrollo, y que obtiene su energía de la descomposición 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 quimioorganotrofos son organismos que utilizan la energía química de los compuestos orgánicos como fuente de energía y obtienen electrones o hidrógeno de los compuestos orgánicos, incluidos los azúcares (es decir, la glucosa), las grasas y las 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 ofrece algunos ejemplos para cada grupo nutricional:

Energy fuente	Electron/ H-atom donantes	Carbon source	Nombre	Ejemplos
Sun Light Foto...	Orgánico -organo-	Orgánico -heterotroph	Fotoorganoheterotroph	Algunas bacterias: Rhodobacter, Heliobacterium, algunas bacterias verdes no sulfur
	Orgánico -organo-	Dióxido de carbono -autotroph	Fotoorganoautotroph	Algunas arqueas (Haloarchaea) realizan fotosíntesis anoxigénica y fijan carbono atmosférico.
	Inorgánico -litho-*	Orgánico -heterotroph	Fotolithoheterotroph	Bacterias no sulfur púrpura
	Inorgánico -litho-*	Dióxido de carbono -autotroph	Fotolithoautotroph	Algunas bacterias (cianobacteria), algunas eucariotas (algas neuróticas, plantas terrestres). Fotosíntesis.
Breaking Productos químicos Compuestos Chemo...	Orgánico -organo-	Orgánico -heterotroph	Chemoorganoheterotroph	Predatory, parasitic, and saprophytic prokaryotes. Algunos eucariotas (protistas heterotróficos, hongos, animales)
	Orgánico -organo-	Dióxido de carbono -autotroph	Chemoorganoautotroph	Algunas arqueas (arqueas methanotróficas anerobias). Chemosynthesis, sintéticamente autotrófica Escherichia coli bacterias y Pichia pastoris levadura.
	Inorgánico -litho-*	Orgánico -heterotroph	Chemolithoheterotroph	Algunas bacterias ()Oceanithermus profundus)
	Inorgánico -litho-*	Dióxido de carbono -autotroph	Chemolithoautotroph	Algunas bacterias ()NitrobacterUn poco de arquea.Methanobacteria). Chemosynthesis.

Algunos autores utilizan - Sí. cuando la fuente es agua.

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. Rhodopseudomonas palustris, otro ejemplo, puede crecer con o sin oxígeno, usar compuestos ligeros, inorgánicos u orgánicos para obtener energía. Dichos organismos mixotróficos pueden dominar su hábitat, debido a su capacidad para utilizar más recursos que los organismos fotoautótrofos u organoheterótrofos.

Ejemplos

Pueden existir todo tipo de combinaciones en la naturaleza, 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 CO₂ como fuente de carbono. Todos los animales y hongos son quimioorganoheterótrofos, ya que utilizan sustancias orgánicas tanto como fuentes de energía química 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 había sido 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 la luz como energía, H₂O o sulfuro como donantes de electrones/hidrógeno y CO₂ como fuente de carbono, mientras que las bacterias verdes sin azufre pueden ser fotoorganoheterótrofas y utilizan moléculas orgánicas como donantes de electrones/hidrógeno y 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 diseñado genéticamente y luego evolucionado en el laboratorio para utilizar CO₂ como única fuente de carbono mientras utiliza la molécula de un carbono forma como la fuente de electrones.
El metilotrófico Pichia pastoris levadura fue genéticamente diseñada para utilizar CO₂ como fuente de carbono en lugar de metanol, mientras que este último permaneció la fuente de electrones para las células.

Notas y referencias

^ Eiler A (diciembre de 2006). "Evidence for the ubiquity of mixotrophic bacteria in the upper ocean: implications and consequences". Microbiología aplicada y ambiental. 72 (12): 7431–7. Código:2006ApEnM..72.7431E. doi:10.1128/AEM.01559-06. PMC1694265. PMID 17028233. Tabla 1: Definiciones de estrategias metabólicas para obtener carbono y energía
^ Todar K (2009). "Todar's Online Textbook of Bacteriology". Nutrición y Crecimiento de las Bacterias. Retrieved 2014-04-19.
^ Kelly DP, Mason J, Wood A (1987). "Metabolismo energético en Chemolithotrophs". En van Verseveld HW, Duine JA (eds.). Crecimiento microbiano en C1 Compuestos. Dordrecht: Springer. pp. 186–187. doi:10.1007/978-94-009-3539-6_23. ISBN 978-94-010-8082-8.
^ Lwoff A, Van Niel CB, Ryan TF, Tatum EL (1946). "Nomenclatura de tipos nutricionales de microorganismos" (PDF). Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology (5th ed.). 11: 302–303.
^ Andrews JH (1991). Ecología Comparativa de Microorganismos y Macroorganismos. Berlín: Springer Verlag. p. 68. ISBN 978-0-387-97439-2.
^ Yafremava LS, Wielgos M, Thomas S, Nasir A, Wang M, Mittenthal JE, Caetano-Anollés G (2013). "Un marco general de estrategias de persistencia para sistemas biológicos ayuda a explicar los dominios de la vida". Fronteras en genética. 4: 16. doi:10.3389/fgene.2013.00016. PMC3580334. PMID 23443991.
^ Margulis L, McKhann HI, Olendzenski L, eds. (1993). Glosario ilustrado de Protoctista: Vocabulario de las Algas, Apicomplexa, Ciliates, Foraminifera, Microspora, Moldes de Agua, Moldes de Slime y los otros protoctistas. Jones & Bartlett Learning. pp. xxv. ISBN 978-0-86720-081-2.
^ a b c Morris, J. et al. (2019). "Biología: cómo funciona la vida", 3a edición, W. H. Freeman. ISBN 978-1319017637
^ Kellermann MY, Wegener G, Elvert M, Yoshinaga MY, Lin YS, Holler T, et al. (noviembre de 2012). "Autotrofia como un modo predominante de fijación de carbono en comunidades microbianas metano-oxidantes anaeróbicas". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 109 (47): 19321–6. Bibcode:2012PNAS..10919321K. doi:10.1073/pnas.1208795109. PMC3511159. PMID 23129626.
^ a b Gleizer S, Ben-Nissan R, Bar-On YM, Antonovsky N, Noor E, Zohar Y, et al. (Noviembre 2019). "2". Celular. 179 (6): 1255–1263.e12. doi:10.1016/j.cell.2019.11.009. PMC6904909. PMID 31778652.
^ a b Gassler T, Sauer M, Gasser B, Egermeier M, Troyer C, Causon T, et al. (diciembre 2019). "2". Nature Biotechnology. 38 (2): 210–216. doi:10.1038/s41587-019-0363-0. PMC7008030. PMID 31844294.
^ Miroshnichenko ML, L'Haridon S, Jeanthon C, Antipov AN, Kostrikina NA, Tindall BJ, et al. (Mayo 2003). "Oceanithermus profundus gen. nov., sp. nov., a thermophilic, microaerophilic, facultatively chemolithoterotrophic bacterium from a deep-sea hydrothermal vent". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 53 (Pt 3): 747–52. doi:10.1099/ijs.0.02367-0. PMID 12807196.
^ Rippka R (marzo de 1972). "Fotoheterotrofia y quimioheterotrofia entre algas azul-verde unicelar". Archivos de Microbiología. 87 (1): 93–98. doi:10.1007/BF00424781. S2CID 155161.
^ Li, Meijie; Ning, Peng; Sun, Yi; Luo, Jie; Yang, Jianming (2022). "Características y aplicación de Rhodopseudomonas palustris como una fábrica de células microbianas". Fronteras en Bioingeniería y Biotecnología. 10: 897003. doi:10.3389/fbioe.2022.897003. ISSN 2296-4185. PMC9133744. PMID 35646843.
^ Eiler A (diciembre de 2006). "Evidence for the ubiquity of mixotrophic bacteria in the upper ocean: implications and consequences". Microbiología aplicada y ambiental. 72 (12): 7431–7. Código:2006ApEnM..72.7431E. doi:10.1128/AEM.01559-06. PMC1694265. PMID 17028233.
^ a b c Tang, K.-H., Tang, Y. J., Blankenship, R. E. (2011). "Carbon metabolic pathways in phototrophic bacteria and their broader evolutionary implications" Fronteras en Microbiología 2: Art. 165. http://dx.doi.org/10.3389/micb.2011.00165

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