Bioquímica y Ecología Microbiana Marina: Quimiosíntesis, Respiración Anaeróbica y Distribución Viral

Ecosistemas de Chimeneas Hidrotermales: Estrategia Metabólica

En los alrededores de las chimeneas hidrotermales, existe un ecosistema único sustentado por microorganismos bacterianos simbiontes. La estrategia metabólica principal que realizan estos microorganismos es la quimiosíntesis.

Estos organismos obtienen la energía de la oxidación del sulfuro de hidrógeno (H₂S). Además de este proceso quimiosintético, llevan a cabo procesos catabólicos que consisten en la degradación de nutrientes orgánicos, transformándolos en productos finales simples. El objetivo es extraer energía química de estos compuestos y convertirla en una forma útil para la célula, principalmente en la síntesis de ATP (Adenosín Trifosfato).

Respiración Celular: Aeróbica vs. Anaeróbica y Aceptores de Electrones

Diferencia entre Respiración Aeróbica y Anaeróbica

La respiración celular aeróbica es un proceso metabólico en el que una molécula de oxígeno (O₂) actúa como aceptor final de electrones, reduciéndose a agua (H₂O). Este proceso es altamente eficiente en la producción de energía.

Por otro lado, en la respiración anaeróbica, los organismos utilizan otras moléculas como aceptores finales de electrones, las cuales no son oxígeno. Estos aceptores son generalmente iones inorgánicos, como el nitrato (NO₃⁻) o el sulfato (SO₄²⁻).

Zonación de Aceptores de Electrones en Sedimentos Marinos

En los sedimentos marinos, la disponibilidad de aceptores de electrones varía con la profundidad, creando una zonación característica. A medida que el oxígeno se agota, otros aceptores de electrones se utilizan secuencialmente, lo que influye en las comunidades microbianas presentes.

La Desnitrificación: Un Tipo de Respiración Anaeróbica Detallada

La desnitrificación es un proceso de respiración anaeróbica crucial en el ciclo del nitrógeno, donde el nitrato (NO₃⁻) se reduce progresivamente a nitrógeno diatómico (N₂). Este proceso integra cuatro pasos catalizados por distintas enzimas:

1. Reducción de Nitrato a Nitrito: El nitrato (NO₃⁻) se reduce a nitrito (NO₂⁻), perdiendo un átomo de oxígeno. Esta reacción es catalizada por la enzima nitrato reductasa, localizada en la membrana celular.
   • Reacción Redox: NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → NO₂⁻ + H₂O
2. Reducción de Nitrito a Óxido Nítrico: El nitrito (NO₂⁻) se reduce a óxido nítrico (NO). Esta etapa es catalizada por dos enzimas nitrito reductasas, denominadas NirS y NirK, presentes en organismos desnitrificantes.
   • Reacción Redox: NO₂⁻ + 2H⁺ + e⁻ → NO + H₂O
3. Reducción de Óxido Nítrico a Óxido Nitroso: La reacción de reducción del óxido nítrico (NO) a óxido nitroso (N₂O) es catalizada por la enzima óxido nítrico reductasa (Nor), también localizada en la membrana celular. Esta enzima es vital para prevenir la acumulación de NO, ya que es tóxico para las bacterias.
   • Reacción Redox: 2NO + 2H⁺ + 2e⁻ → N₂O + H₂O
4. Reducción de Óxido Nitroso a Nitrógeno Diatómico: Finalmente, la reacción de reducción de óxido nitroso (N₂O) a nitrógeno diatómico (N₂) es catalizada por la enzima periplasmática óxido nitroso reductasa (Nos). Este paso constituye un proceso respiratorio independiente que puede darse también en algunas bacterias que no son desnitrificantes.
   • Reacción Redox: N₂O + 2H⁺ + 2e⁻ → N₂ + H₂O

Distribución de Virus y Microorganismos Procariontes en Ambientes Marinos Pelágicos

Patrones de Abundancia de Virus Marinos

En los ecosistemas pelágicos, la abundancia de los virus generalmente aumenta con la productividad del sistema. En ambientes marinos, la distribución típica de los virus con respecto a la profundidad y la proximidad a la costa es la siguiente:

• Mínima en profundidad: Aproximadamente 10⁴ - 10⁵ ml⁻¹
• Intermedia en aguas abiertas superficiales: Aproximadamente 10⁵ - 10⁶ ml⁻¹
• Máxima en aguas costeras: Aproximadamente 10⁶ - 10⁷ ml⁻¹

Esta información es consistente con estudios como el de Paul (2000).

Relación entre la Distribución de Virus y Procariontes

Normalmente, existe una predominancia numérica de los virus sobre las bacterias, siendo el número de virus entre 5 y 10 veces mayor. Las bacterias, a su vez, son el segundo grupo más numeroso después de los virus. Ambos grupos, virus y procariontes (bacterias y arqueas), están ampliamente distribuidos por todas las zonas de los ambientes marinos, lo que demuestra su vasta presencia y adaptabilidad a diversos hábitats.