Villanueva Aguilar Carlos E. Microbiología Industrial

BACTERIAS FOTOTROFAS

Características generales:

Grupo de bacterias, amplio y heterogéneo La luz, fuente de energía Pigmentos, poseen 1 o mas (clorofila) Formación ATP, mediada por la luz por el proceso de FOTOFOSFORILACION

Clasificación:

S reconocen 2 grupos fotosintéticos:

GRUPOSBacterias Fototrofas Fotopigmentos Proceso Fotosíntesis

Fototrofas anoxigenicas

(Bacterias Rojas y verdes)

Bacterioclorofila(varios tipos)

Un fotosistema Poder reductor (donador de electrones) para

fijación de CO2: sustancia reducida del ambiente (compuesto orgánico, compuesto reducido del azufre)

Fototrofasoxigenicas

(Cianobacterias)Clorofila a

Dos fotosistemas Poder reductor (donador de electrones) para

fijación de CO2 : H2O 2 reacciones luminosas Fotolisis del H2O ------> O2 Se libera O2

Origen evolutivo:

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BACTERIAS FOTOTRÓFICAS ANOXIGÉNICAS

Características generales:

Morfología:

Morfología y filogenia: grupo muy variado. Gram negativas, esférica, espiral, bacilar o vibroide. Organización: en agregados regulares o irregulares, unicelulares o formas filamentosas multicelulares.

Tipos nutricionales :

Capacidad de realizar la foto fosforilación, es su único nexo de unión.

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Fototrofos (fotoautotrófico o fotoorganotrófico) solo en condiciones anoxicas. (anaeróbicas) o microaeróbicas.

La capacidad de crecer fototroficamente, es posible que se haya desarrollado en una gran variedad de bacterias.

En condiciones anaeróbicas en presencia de luz: [ foto autotrofia y foto heterotrofia ]

Fotótrofos anoxigénicos Tipo nutricional

Fuente de energía Fuente de carbono

Donador de electrones

Muchos Foto autotrofia luz CO2 Compuesto reducido de azufre o H2

Otros Foto heterotrofia luz compuesto orgánico[ en tales condiciones el CO2 suele ser una fuente secundaria de carbono celular]

Compuesto reducido de azufre o H2

En condiciones micro aeróbicas: [quimio litotrofia y quimio organotrofia]

Fotótrofos anoxigénicos Tipo nutricional

Fuente de energía Fuente de carbono

Donador de electrones

Muchas bacterias rojas

quimio litotrofia Compuesto reducido

de azufre o H2

CO2 Compuesto reducido de azufre o H2

Algunas bacterias rojas

y verdes

quimio organotrofia

compuesto orgánico

compuesto orgánico compuesto orgánico[ deben disponer de un aceptor de electrones adecuado ]

Pigmentos fotosintéticos:

Sus pigmentos no actúan en presencia de O2. Tienen en común bacterioclorofila y pigmentos carotenoides. Localización: en varios tipos de sistemas de membrana:

intracitoplasmática (subgrupo 1-3 ) citoplasmática (subgrupo 4) clorosomas (subgrupo 5 y 6)

Color de las suspensiones celulares:

Varía de púrpura-violeta a púrpura roja, rojo-rosado, amarillo, café y verde. Los carotenoides son la causa del color de las bacterias rojas. Bacterias rojas, en realidad suelen ser de color marrón, rosa, granate o rojo violeta según los

pigmentos. Bacterias verdes, muchas en realidad son de color marrón y deben su color al complemento de

carotenoides. El color no es un buen criterio en la identificación de bacterias verdes ni en las rojas.

Fotosíntesis anoxigénica (contrasta con la fotosíntesis oxigénica de cianobacterias):

Dependiente de un donador externo de electrones (compuesto de azufre reducido, H2 o compuestos orgánicos).

Durante la oxidación del sulfuro, se forman glóbulos de azufre transitoriamente, almacenados dentro de la célula (subgrupo 1) o fuera de la célula (sub grupo 2 y 5).

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Material de reserva: almacenan polisacáridos:

Poli-b -hidroxibutirato

polifosfato.

Habitat:

Las bacterias rojas y verdes del azufre se encuentran generalmente en zonas anóxicas de suelos húmedos y hábitats acuáticos (agua dulce, marina) y ambientes hipersalinos.

A menudo allí donde se acumula el H2S

Clasificación:

Se han clasificado en 3 grupos principales: (Según Brock)

Grupo Bacterioclorofila Sistema de membranas fotosintéticas1 Bacterias

rojasBcl a, Bcl b Sistema de membranas internas (Lamelas, tubos o

vesículas ) que se continúan con la membrana plasmática2 Bacterias

verdesBcl c, Bcl d o Bcl e

mas algo de Bcl aClorosomas adheridos pero sin continuidad con la membrana plasmática

3 Heliobacterias Bcl g Solo membrana plasmática

BACTERIAS ROJAS (Phylum Proteobacteria)

Unicelulares, móviles por flagelos. Metabólicamente muy versátiles:

condiciones anaerobias y luz : fijan N2 y crecen fotoautotróficamente o fotoheterotróficamente condiciones aerobias : quimioheterótrofas.

Clasificación:

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BACTERIAS VERDES

Pequeño grupo de bacterias similares fisiológica, nutricional y ecológicamente a las bacterias rojas.

Bacterias verdes del azufre Phylum Chlorobi. Fotoautótrofos anaerobios. Gen. Chlorobium.

Bacterias verdes no del azufre Phylum Chloroflexi. Gén. Chloroflexus (fotoheterótrofo, pudiendo ser fotoautótrofo o quimioheterótrofo de

forma facultativa).

HELIOBACTERIAS

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ECOLOGÍA DE LAS BACTERIAS DEL AZUFRE (tanto rojas como verdes).

Hábitat muy especiales: ambientes acuáticos anaerobios con luz y presencia de H2S ó H2. Estas condiciones se presentan en tres tipos de sistemas:

en lagos profundos meromícticos, donde tiene lugar una estratificación permanente o estacional de las aguas.

en estanques de poca profundidad, ricos en materia orgánica, CO2, H2 y, generalmente, H2S, producidos por bacterias anaeróbicas de los sedimentos.

constituyendo los denominados tapetes microbianos (ver estromatolitos y primeras formas de vida).

BACTERIAS FOTOTRÓFICAS ANOXIGÉNICAS

Grupo bacteriano dividido en 7 subgrupos (según Ver la Web ).

Orden

FamiliaSubgrupo

1Bacterias púrpura del azufre; Glóbulos de azufre internos

Células que pueden crecer con sulfuro y azufre como único donador de electrones fotosintéticos , en presencia de sulfuro los glóbulos de azufre aparecen dentro de las células, el sistema membranoso intracitoplasmático está organizado en vesículas.

Géneros Chromatium Células ovoides o bacilos levemente curvados, móviles por flagelo polar, coloración de cultivos púrpura-roja, púrpura-violeta y café-rojo. Algunas especies requieren de NaCl del 0.5 al 10%. Las especies de este género se desarrollan en presencia de sulfuro en aguas frescas, estuarios, ambientes marinos e hipersalinos.

C. okenii: especie tipo.

Lamprocystis Células esféricas, unicelulares o en agregados irregulares pequeños, con vacuola de gas, móviles por flagelo polar, coloración de cultivos púrpura-violeta. Se desarrollan en lodos y aguas de lagos que contienen sulfuro de hidrógeno.

L. roseopersicina: especie tipo. Thiocapsa Células esféricas, unicelulares o agrupadas de dos, cuatro o más células rodeados

de una cápsula, inmóviles y sin vacuola de gas. La coloración de cultivos puede ser rosado-rojo ó amarillo-café. Se desarrollan en aguas estancadas y lodos de piscina o aguas residuales de lagunas con sustancias orgánicas y sulfuro de hidrógeno, también se encuentran en estuarios, arenas marinas y mantos microbianos de pantanos salinos.T. roseosarcina: especie tipo.

Thiocystis Células esféricas, móviles por flagelo polar. Los aislados marinos requieren 1-2% NaCl. Se desarrollan en aguas con sulfuro, lodos, aguas salobres, ambiente marinos, lagunas de aguas residuales, estuarios, pantanos salinos. T. violacea: especie tipo.

Thiodictyon Células ovoides a bacilares, pueden formar agregados, poseen vacuola de gas y son inmóviles. La coloración de los cultivos es púrpura-violeta. Se desarrollan en aguas que contienen sulfuro y lodos de charcos y lagos, se ubican en la capa supeficial de lagos estratificados que contienen sulfuro. T. elegans: especie tipo, capaz de crecer en agregados.

Thiopedia Células esféricas a ovoides, con vacuola de gas, inmóviles, el color de los cultivos es púrpura-rojo. Habitan lodos y aguas estancadas de estanques y lagos que contienen sulfuro de hidrógeno.T. rosea: especie tipo.

Thiospirillum Células espirales o vibroides, móviles por flagelo polar, la coloración de los cultivos es amarillo-café. Habitan lodos y aguas estancadas de acequias y aguas con sulfuro de hidrógeno. T. jenense: especie tipo.

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Subgrupo 2 Bacterias Púrpuras del azufre con glóbulos de azufre externosRequieren sulfuro o azufre como único donador de electrones para la asimilación del CO2. Deposita los glóbulos de azufre fuera de la célula. Ell crecimiento es dependiente de la salinidad y alcalinidad. La coloración de los cultivos puede ser rojo-púrpura y verde. Sistema membranoso organizado en stacks (láminas apiladas). Movilidad por flagelación polar y bipolar.

Géneros Ectothiorhodospira

Células espirales, vibroides y bacilos levemente curvados, requieren 1-25 % NaCl. Habitan ambientes marinos e hipersalinos que contengan sulfuro, con pH neutros a extremadamente alcalinos, tales como estuarios, lagos de soda, lagos salados, ocasionalmente se encuentran en el suelo. Actúan en la depuración de aguas en plantas de tratamiento de aguas servidas. E.mobilis: especie tipo.

Subgrupo 3 Bacterias no azufradas púrpurasCrecimiento preferentemente por fotoasimilación de sustancias orgánicas simples- Algunas especies son capaces de usar sulfuro o tiosulfato como donador de electrones para la asimilación del CO 2. Pueden formar glóbulos de azufre bajo ciertas condiciones y son externos. Dependen de uno o más factores de crecimiento.

Géneros Rhodobacter Células ovoides o bacilares, división por fisión, sistema membranoso en vesículas, si hay motilidad es por flagelación polar, crecen fotoheterotróficamente en condiciones anaeróbicas y quimioheterotróficamente en condiciones aeróbicas. R. capsulatus: especie tipo.

Rhodomicrobium Células esféricas, ovoides, división por yemación, presenta un ciclo con células móviles por flagelación perítrica y células inmóviles, forman exosporas y su sistema membranoso es laminar. Crecen preferentemente fotoheterotróficamente. R. vannielii: especie tipo.

Rhodospirillum Células espirales, división por fisión, sistemas membranosos vesiculares o laminares, móviles por flagelo polar, crecen fotoheterotróficamente en condiciones anaeróbicas, algunas especies requieren NaCl (0.5– 20%) R.rubrum: especie tipo.

Subgrupo 4 Bacterias con BchlgCrecimiento por fotoasimilación de compuestos orgánicos simples, fotoheterótrofos, con sistemas membranosos o clorosomas ausentes, contienen Bchl g y carotenoides, pared celular sin polisacáridos.

Géneros Heliobacillus Células de forma bacilar, móviles por flagelo perítrico, anaerobios obligados, fototróficos y fotoheterótrofos con algunos sustratos, habitan campos de arrozales y temporalmente en suelos inundados. H.mobilis: especie tipo.

Heliobacterium Células de forma bacilar, no flagelados, pero móviles por deslizamiento, los cultivos son verdes, anaerobios obligados y fotoheterotróficos, aislados a partir de suelos superficiales.H. chlorum: especie tipo.

Subgrupo 5 Bacterias verdes del azufreBacterias azufradas verdes, unicelulares o en agregados, movilidad por deslizamiento, estructura fotosintética en clorosomas, crecimiento fototrófico bajo condiciones anaeróbicas, glóbulos de azufre externos.

Géneros Chlorobium Células curvadas, ovoides, esféricas, cultivos verdes o café, inmóviles, habitan lodos y aguas que contienen sulfuro de hidrógeno, aguas salobres y ambientes marinos. C.limicola: especie tipo.

Pelodictyons Células esféricas, ovoides o bacilares, con vacuola de gas, cultivos verdes o café, inmóviles, requieren vitaminas. Habitan aguas y lodos con sulfuro de hidrógeno, aguas salobres y ambientes marinos. P.clathratiforme: especie tipo.

Prosthecochloris Células como estrellas con prosteca, cultivos verdes o café, inmóviles, los pigmentos pueden ubicarse en la membrana citoplasmática o clorosomas, requieren vitaminas y 0.2 – 7% NaCl, se encuentra en lodos y agua de charcas marinas y lagos sobre un 18% NaCl. P.aestuarii: especie tipo.

Subgrupo 6 Bacterias verdes filamentosas multicelularesBacterias verdes filamentosas multicelulares, unicelulares o en agregados y como filamentos multicelulares, movilidad por deslizamiento, todos los géneros son aeróbicos facultativos utilizando compuestos orgánicos en su metabolismo fototrófico o quimiotrófico.

Géneros Chloroflexus Filamentos multicelulares, móviles por deslizamiento, presentan clorosomas. Bajo condiciones anaeróbicas son preferentemente fotoheterotróficas y bajo condiciones aeróbicas quimioheterotróficas, en este género hay especies mesófilas y termófilas.C.aurantiacus: especie tipo.

Chloronema Multicelular, filamentoso septado, poseen vacuolas de gas centrales y clorosomas, realizan fotosíntesis anoxigénica y metabolismo quimiotrófico aerobio. Se desarrollan en lagos estratificados junto con otras bacterias fototróficas del subgrupo1-5. .C. giganteum: especie tipo.

Subgrupo 7 Bacterias quimiotróficas anaeróbicas con baterioclorofilaCélulas que crecen quimioheterotróficamente bajo condiciones aeróbicas, no se desarrollan en condiciones anaeróbicas en la luz, su metabolismo es predominantemente respiratorio, poseen carotenoides y bacterioclorofila A.

Géneros Erythrobacter Células ovoides a bacilares, móviles por un flagelo subpolar, cultivos naranjos o rosados. Crecimiento aeróbico y quimioheterotrófico, nunca realizan fotosíntesis

anoxigénica, requieren vitaminas y 1.7-3.5% NaCl, habitan ambientes marinos aerobios.E. longus: especie tipo.

Ref. Brock. Biología de los microorganismos. Cap. 16.2 y Cap. 16.1.

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Técnicas de Cultivo : cultivo de enriquecimiento

Puede llevarse a cabo un cultivo de enriquecimiento haciendo una replica del habitat en el laboratorio.

Bioquímica: metabolismo del azufre en las bacterias rojas y verdes

Fisiología: fisiología del crecimiento fototrópico y autotrofia en las bacterias verdes

Ecología

Importancia Industrial