T7 Ambient aquàtic.. | Apuntes de Microbiología Ambiental

Ecologia Microbiana

___________________________________________ __________________________________________

TEMA 7. AMBIENT AQUÀTIC

Fotosíntesi anaeròbica. Producció i importància ecològica. Bacteris fototròfics. Comunitats fototròfiques

anaeròbiques. Llacs càrstics. Tapissos microbians.

_____________________________________________________________________

IMPORTÀNCIA ECOLÒGICA DELS PRODUCTOS PRIMARIS

Els productors primaris són bàsics en el funcionament dels ecosistemes ja que són els únics capaços d’introduir

nova energia en les xarxes tròfiques. Majoritàriament la producció primària la realitzen els organismes

fotoautòtrofs i en menor mesura els quimioautòtrofs.

FOTOSÍNTESI

La fotosíntesi és el procés per el qual es transforma l’energia lluminosa en energia química en forma d’ATP.

• La major part dels organismes fototròfics són autòtrofs (fixen CO2), però n’hi ha que poden crèixer

fotoheterotròficament (obtenen el C de molècules orgàniques).

• Tots els organismes fototròfics tenen un tipus de molècules que els hi permeten captar l’energia de la

llum: els pigments.

Tipus de pigments

Segons la funció:

• Centres de reacció: és on es donarà realment la conversió de l’energia en l’ATP (intercanvi electrònic)

• Pigments d’antena: capten l’energia de la llum i l’envien als centres de reacció.

• Pigments accessoris: molts estaran orientats en protegir a les cèls de fotooxidacions.

Segons l’estructura química:

• Clorofil·les i bacterioclorofil·les: funcionen de centres de reacció i pigments d’antena

• Carotenoides: bàsicament funcionen com a pigments accessoris

• Ficobiliproteïnes: bàsicament funcionen com a pigments accessoris

Per identificar els pigments fem espectres d’absorció. Utilitzem un espectrofotòmetre. Aquest té una font de

llum que emet llum blanca, i va a parar a un cromador. Aquest separa les diferents longituds d’ona de la llum.

Té un prisma (un filtre) que fa sortir un feix de llum de la longitud d’ona que nosaltres volem, que travessarà la

mostra amb el pigment. La mostra absorbirà una part de la llum, i la resta anirà a parar a un detector. De manera

que sabent la quantitat de llum que ha emès i la que No s’ha absorbit, sabrem la absorbància (llum absorbida

per la mostra).

En els pigments ens interessa analitzar pràcticament tota la banda de llum visible per fer l’espectre de màxima

absorció. En aquest cas donem un interval, en comptes de una longitud d’ona. De manera que

l’espectrofotòmetre donarà l’absorbància de diversos punts fins a dibuixar un gràfic amb totes les absorbàncies

de tot l’interval.

Per tant fent extractes de la mostra podem identificar quin tipus de pigment és segons el seu espectre de

màxima absorció.

Vista previa parcial del texto

¡Descarga T7 Ambient aquàtic.. y más Apuntes en PDF de Microbiología Ambiental solo en Docsity!

TEMA 7. AMBIENT AQUÀTIC

Fotosíntesi anaeròbica. Producció i importància ecològica. Bacteris fototròfics. Comunitats fototròfiques anaeròbiques. Llacs càrstics. Tapissos microbians.

_____________________________________________________________________

IMPORTÀNCIA ECOLÒGICA DELS PRODUCTOS PRIMARIS

Els productors primaris són bàsics en el funcionament dels ecosistemes ja que són els únics capaços d’introduir nova energia en les xarxes tròfiques. Majoritàriament la producció primària la realitzen els organismes fotoautòtrofs i en menor mesura els quimioautòtrofs. FOTOSÍNTESI La fotosíntesi és el procés per el qual es transforma l’energia lluminosa en energia química en forma d’ATP.

La major part dels organismes fototròfics són autòtrofs (fixen CO2), però n’hi ha que poden crèixer fotoheterotròficament (obtenen el C de molècules orgàniques).
Tots els organismes fototròfics tenen un tipus de molècules que els hi permeten captar l’energia de la llum: els pigments. Tipus de pigments Segons la funció:
Centres de reacció: és on es donarà realment la conversió de l’energia en l’ATP (intercanvi electrònic)
Pigments d’antena: capten l’energia de la llum i l’envien als centres de reacció.
Pigments accessoris: molts estaran orientats en protegir a les cèls de fotooxidacions. Segons l’estructura química:
Clorofil·les i bacterioclorofil·les: funcionen de centres de reacció i pigments d’antena
Carotenoides: bàsicament funcionen com a pigments accessoris
Ficobiliproteïnes: bàsicament funcionen com a pigments accessoris Per identificar els pigments fem espectres d’absorció. Utilitzem un espectrofotòmetre. Aquest té una font de llum que emet llum blanca, i va a parar a un cromador. Aquest separa les diferents longituds d’ona de la llum. Té un prisma (un filtre) que fa sortir un feix de llum de la longitud d’ona que nosaltres volem, que travessarà la mostra amb el pigment. La mostra absorbirà una part de la llum, i la resta anirà a parar a un detector. De manera que sabent la quantitat de llum que ha emès i la que No s’ha absorbit, sabrem la absorbància (llum absorbida per la mostra). En els pigments ens interessa analitzar pràcticament tota la banda de llum visible per fer l’espectre de màxima absorció. En aquest cas donem un interval, en comptes de una longitud d’ona. De manera que l’espectrofotòmetre donarà l’absorbància de diversos punts fins a dibuixar un gràfic amb totes les absorbàncies de tot l’interval. Per tant fent extractes de la mostra podem identificar quin tipus de pigment és segons el seu espectre de màxima absorció.

Clorofil·la A La clorofil·la A està formada per un anell tetrapirròlic amb un Mg al centre, amb una sèrie de radicals. Espectre de màxima absorció de la clorofil·la: pic de màx absorció a la zona del vermell (uns 663 nm), i un altre a la zona del blau (uns 430nm). Són els 2 punts on la clorofil·la A absorbeix la major part de la llum. Com que No absorbeix el verd, nosaltres veiem la clorofil·la de color verd.
Bacterioclorofil·la A La diferència en l’estructura amb la clorofil·la A està en alguns radicals, que fa que les propietats siguin diferents. Espectre de màxima absorció de la bacterioclorofil·la: NO absorbeix a 663nm, sinó que absorbeix a 830 i 890nm (llum infraroja). Tampoc absorbeix a 430nm, sinó a 360 (llum UV). La diferència entre les diferents bacterioclorofil·les No esta en l’estructura de l’anell tetrapirròlic, sinó en els radicals, de manera que canvien les seves propietats. Per tant cada una tindrà un espectre diferent. Normalment trobem per cada bacterioclorofil·la trobem 2 valors: in vivo i en extracte. Vol dir que el pigment dins les cèls té uns màx d’absorció determinats, però quan l’extraiem de la mostra amb un solvent orgànic (com el metanol) els màx d’absorció canvien. Amb extracte els pics normalment s’en van cap a la zona del blau (cap a l’esquerra). In vivo per exemple amb la bacterioclorofil·la A trobem 2 pics i en extracte només en trobem un, més cap al blau. La bacterioclorofil·la B té pics al voltant de 1000nm, ja a l’infraroig. Per exemple els bacteris porpres tenen Bacterioclorofil·la A i B, els verds tenen B, C, i E, i els heliobacteris la G.
Carotenoids Tenen una formació diferents del que hem vist amb les bacterioclorofil·les. Tenen diferent color, a diferència de clorofil·les o bacterioclorofil·les. Hi ha carotenoids grocs, marrons, verds, vermells, rosats.... El color que veiem en el cas dels bacteris, No es degut a la bacterioclorofil·la, sinó als carotenoids que té: per exemple Rodospirilum globiformis (vermell), Rodobacter spheroides (groc), Rodospirilum rubrum G-g (No té carotenoids, per tant es veu el color de la bacterioclorofil·la, blau)

Obtenció d’ATP a partir de la llum: fotofosforil·lacions La part reduïda està a dalt (en negatiu), i la part oxidada a baix (en positiu).

Fotofosforilació cíclica Tenim el PSI que s’energitza captant un fotó de llum, i així pot capturar un e- (es redueix).El PSI dóna els e- a una cadena de transport d’e- (els e- van a favor de gradient reduint molècules oxidades, de manera que alliberen energia suficient com per alliberar un H+ a l’espai periplasmàtic). Al tornar a entrar passen per les ATPases de membrana alliberant energia per formar ATP. Per tant canviem la energia de la llum per un gradient protònic per formar ATP. Al final tenim una molècula acceptora d’e- , el PSI No activat, de manera que el tornem a tenir al seu estat basal, i tornarà a començar el cicle.
Fotofosforilació No cíclica – Anoxigènica Qualsevol organisme necessita ATP, poder reductor (e-) i carboni. De la fotofosforilació cíclica obtenim energia, però No e- (poder reductor). En canvi la fotofosforilació No cíclica ens permet obtenir ATP i poder reductor. Necessitem una molècula reduïda de l’ambient com a donador d’e-. Donarà els e- a una molècula més oxidada, formant una cadena de transport d’e-, i obtenint ATP (igual que l’anterior). Però també podem obtenir poder reductor a través del NADPH. Tenim el NADPH reduït (de manera que el donador d’e- No li pot cedir els e-). Per tant el PSI un altre cop accepta els e-, s’excita amb un fotó, forma una petita cadena d’e-, i ara sí el NADP seria l’acceptor d’e-, formant NADPH i obtenint poder reductor. Ens pot interessar desacoplar la síntesi de poder reductor amb la síntesi de ATP amb pseudocícles, quan la cèl necessita més ATP que NADPH. Per tant si a la cèl No li interessa formar més NADPH però sí ATP pot utilitzar aquest NADPH que li sobra com a donador d’e- per formar més ATP.

Fotosíntesi anoxigènica (bacteris vermells del sofre) El Cyt c2 pot captar e- de donadors externs, per tant per aquí es tornaria a omplir el cicle. Els e- es treuen el Pool de Quinones (Qpool). En la Qpool es fa un flux revers d’e- que es depenent d’energia, per reduir una molècula més reduïda (per tant en contra de gradient). Com que generen molt ATP No els importa gastar una mica per generar NADPH si el necessiten. Per tant si es poden treure e-, però gastant energia.

Fotofosforilació No cíclica – Oxigènica Es bastant semblant a la anterior. Comencem amb un donador extern d’e-. Però en aquest cas el donador No es un producte reduït de Sofre, sinó que és l’aigua. El problema es que l’aigua es una molècula molt oxidada, de manera que es difícil que redueixi una altra molècula (que doni els e-). Com que el PSI està més reduït que l’aigua, aquesta no li podrà donar els e-. Per tant li donarà al PSII, molt oxidat, més que l’aigua. L’aigua es trenca, dóna els e-, i allibera l’oxigen (gas) com a producte residual. El PSII s’activa amb els e- i un fotó de llum. Un cop reduït NO pot donar els e- al NADP directament, per tant els dóna a una cadena de transport d’e-, on l’acceptor serà el PSI, que s’excitarà amb un fotó, cedirà els e- a una altra cadena de transport d’e- que tindrà com a acceptor el NADP. Igualment també ens pot interessar desacoplar la síntesi de poder reductor amb la síntesi de ATP amb pseudocícles.

Fotosíntesi oxigènica (cianobacteris) El pseudocicle es pot donar en la Fd que li pot donar els e- a la següent molècula (formant NADPH) o al Cyt bf (formant ATP sense sintetitzar NADPH). Fixació autotròfica de CO

Cicle de Calvin Hi ha organismes autòtrofs que obtindran el C de molècules de CO fixant-les (fotosíntesi), o altres que utilitzaran molècules orgàniques. Per exemple els No del sofre, la majoria NO fixen CO2 sinó que necessiten molècules orgàniques. Per tant per ser autòtrof NO es necessari fer la fotosíntesi. Necessitem el NADPH i l’ATP (vinguin d’on vinguin). Incorporem 6 CO formant molècules que s’aniran reorganitzant fins al 12 Gliceraldehid3P, que formarà Fructosa6P (alliberant aquesta molècula de 6C), que podem utilitzar per la biosíntesi.

Bacteris vermells, cianobacteris i la majoria dels quimiolitòtrofs

Via de l’hidroxipropinat Es basa en la molècula de hidroxipropinil-CoA. Acabarà formant glioxilat a partir de malat, precursor de material cel·lular.

Chloroflexus (bacteri verd No del sofre) Llacs càrstics
Formació dels llacs càrstics Capa d’aigua que circula a través de terreny permeable. Hi ha una zona calcària, una de guixos i una de margues. La capa d’aigua va dissolent els materials solubles pels quals passa. Els guixos (sulfat de calci) són poc solubles, però lentament es van dissolent, i pot arribar a formar cavitats internes sense roca plenes d’aigua. La pròpia pressió de l’aigua fa que les cavitats es mantinguin, però si les cavitats estan molt prop d ela superfície, pot passar que el sostre de roca es s’ensorri. Per tant es fa un forat obert a la superfície amb aigua formant un llac. La major part dels llacs del món són d’origen glacial. El moviment del gel de les glaceres arrosseguen cap a baix de les baixants de les muntanyes la terra. Quan es desfà el gel, les roques formen com una paret i queda una mena d’embassament. Aquests acostumen a tenir una relació superfície/volum gran (molts grans, amb poca profunditat, amb platges suaus). En canvi els llacs d’origen càrstic acostumen a tenir una relació superfície/volum petita (petits, i molta profunditat, sense platges).

Estany de Banyoles Margalef va iniciar els estudis al llac de Banyoles. Inicialment No es tenia clar d’on venia l’aigua. L’estany té una sèrie d’entrades i sortides d’aigua. Per tant és fàcilment comptable l’aigua que entra i surt sumant la pluviometria anual, i comptades les entrades i sortides. Però es veu que surt molta més aigua de la que entra al llac, i hi ha èpoques en les que s’omple molt més amb poques pluges. Es pensava deguda a la seva forma i proximitat de la zona volcànica d’Olot que podria tenir un origen volcànic. I a més també hi ha un llac proper petit (estany de la Cendra). Però No és un llac volcànic. Estudi batimètric (fondària): es fan transsectes, i cada X distància es tira una sonda per mesurar la fondària. A partir d’això es fan corbes de nivell. Observem que hi ha diferents zones amb diferents fondàries. Lo normal seria que al centre del llac hi hagués més fondària, però observem diferents zones amb molta fondària. Per tant sabem que l’estany en realitat és el conjunt de diversos estanys (diversos ensorraments càrstics → s’anomenen cubetes de Banyoles). Per tant parlem de diferents llacs amb característiques diferents, ja que són independents (només comparteixen potser 2 o 3 metres de la superfície). El llac està al mig d’una falla. La zona de l’est (esquerra) és una zona càrstica, i la zona de l’oest és una zona sòlida (on està construït el poble). Ecosondes: sistemes que porten actualment els vaixells de pesca per detectar els bancs de peixos. Es va utilitzar per fer un perfil del fons del llac. Quan arribava a la zona de 24m a mesura que miraven zones més fondes sempre deia 24m. El que passava era que hi havia una capa de sediment (hidrotolos) en suspensió, suficientment dens com per la sonda rebotés. El sediment es mantenia en suspensió perquè al centre d’aquestes zones profundes hi havia una entrada d’aigua que mantenia la capa de sediments. Per tant la major part de l’aigua entra pel fons (pel cars, No per les entrades naturals ni per la pluja). En aquest cas, les cubetes són més denses, a causa de la capa de sediments (per tant aquesta capa No es barreja), i es comporta com un llac meromíctic. També es feien perfils d’oxigen, i s’observava més oxigen a la zona profunda que a la zona intermèdia, a causa de l’oxigen que entrava amb l’aigua del cars. A la part de l’oest, a la zona càrstica, trobem 2 estanyols de fa relativament poc temps (un d’ells l’estany d’en Cisó). L’estanyol del Vilà, al sur de l’estany de Banyoles, està molt a prop i es podria acabar unint

Quina importància ecològica tenen els diferents organismes amb diferents pigments? Hi ha diferents poblacions de bacteris fototròfics amb diferents pigments que absorbeixen a diferent ona. Quan en un mateix ecosistema es competeix pel mateix recurs, el més hàbil per obtenir aquell recurs seria el dominant. Per tant hi ha factors que permeten la convivència de diferents estratègies fototròfiques. Amb tot l’espectre radiant de la llum cada pigment absorbeix certes longituds d’ones. Els cianobacteris amb clorofil·la A com que són aerobis creixeran a dalt i per tant no deixaran passar la llum als organismes de més al fons. Si observem els bacteris vermells del sofre amb bacterioclorofil·la A, els pics d’absorció són diferents dels cianobacteris quasi a l’infraroig, per tant la radiació que NO absorbeixen els cianobacteris els arriba als bacteris vermells, per tant es poden desenvolupar per sota dels cianobacteris (anaerobis, obligats a viure més al fons). Els bacteris vermells NO del sofre tenen bacterioclorofil·la B encara absorbeixen més a l’infraroig. Els bacteris verds del sofre o No del sofre (anaerobis) tenen en el centre de reacció la bacterioclorofil·la A, però els pigments d’antena tenen una bacterioclorofil·la diferent de la A i la B (C o E) que absorbeixen en el forat intermedi entre la clorofil·la A i la bacterioclorofil·la A i B. Per tant quan tenim comunitats estratificades, l’estratificació es produeix per aquests factors:

Gradient d’oxigen
Gradient de sulfídric (més al fons) → tòxic per aerobis, i necessari pels bacteris vermells i verds de sofre anaerobis.
Gradient de llum Ordre d’estratificació: cianobacteris → bacteris vermells del sofre → bacteris vermells No del sofre → bacteris verds del sofre o No del sofre Els bacteris verds i vermells són anaerobis estrictes, però els bacteris vermells encara poden tolerar petites concentracions de oxigen, a diferència dels verds. A més, el sulfhídric és necessari pels bacteris vermells i verds del sofre. Els bacteris vermells del sofre tenen una afinitat molt alta pel sulfhídric per tant amb concentracions molt petites ja obtenen els e- necessaris i a concentracions altes els podria ser tòxic. En canvi els verds tenen menys afinitat i tenen més tolerància a les altes concentracions de sulfhídric.

T7 Ambient aquàtic.., Apuntes de Microbiología Ambiental

Documentos relacionados

Vista previa parcial del texto

¡Descarga T7 Ambient aquàtic.. y más Apuntes en PDF de Microbiología Ambiental solo en Docsity!

TEMA 7. AMBIENT AQUÀTIC

_____________________________________________________________________

IMPORTÀNCIA ECOLÒGICA DELS PRODUCTOS PRIMARIS