Primary nutritional groups are groups of organisms, divided in relation to the nutrition mode according to the sources of energy and carbon, needed for living, growth and reproduction. The sources of energy can be light or chemical compounds; the sources of carbon can be of organic or inorganic origin.[1]
The terms aerobic respiration, anaerobic respiration and fermentation (substrate-level phosphorylation) do not refer to primary nutritional groups, but simply reflect the different use of possible electron acceptors in particular organisms, such as O2 in aerobic respiration, or nitrate (NO−
3), sulfate (SO2−
4) or fumarate in anaerobic respiration, or various metabolic intermediates in fermentation.
Phototrophs absorb light in photoreceptors and transform it into chemical energy.
Chemotrophs release chemical energy.
The freed energy is stored as potential energy in ATP, carbohydrates, or proteins. Eventually, the energy is used for life processes such as moving, growth and reproduction.
Plants and some bacteria can alternate between phototrophy and chemotrophy, depending on the availability of light.
Organotrophs use organic compounds as electron/hydrogen donors.
Lithotrophs use inorganic compounds as electron/hydrogen donors.
The electrons or hydrogen atoms from reducing equivalents (electron donors) are needed by both phototrophs and chemotrophs in reduction-oxidation reactions that transfer energy in the anabolic processes of ATP synthesis (in heterotrophs) or biosynthesis (in autotrophs). The electron or hydrogen donors are taken up from the environment.
Organotrophic organisms are often also heterotrophic, using organic compounds as sources of both electrons and carbon. Similarly, lithotrophic organisms are often also autotrophic, using inorganic sources of electrons and CO2 as their inorganic carbon source.
Some lithotrophic bacteria can utilize diverse sources of electrons, depending on the availability of possible donors.
The organic or inorganic substances (e.g., oxygen) used as electron acceptors needed in the catabolic processes of aerobic or anaerobic respiration and fermentation are not taken into account here.
Por ejemplo, las plantas son litotrofas porque utilizan agua como donante de electrones para la cadena de transporte de electrones a través de la membrana tilacoide. Los animales son organótrofos porque utilizan compuestos orgánicos como donadores 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, pero este carácter no se utiliza para definirlos como litotrofos.
Los heterótrofos metabolizan compuestos orgánicos para obtener carbono para el crecimiento y el desarrollo.
Los autótrofos utilizan dióxido de carbono (CO 2 ) como fuente de carbono.
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 se puede subdividir según el tipo de sustrato orgánico y compuesto que utilizan. Los descomponedores son ejemplos de quimioorganoheterótrofos que obtienen carbono y electrones o hidrógeno de materia orgánica muerta. Los herbívoros y carnívoros son ejemplos de organismos que obtienen carbono y electrones o hidrógeno de la materia orgánica viva.
Los quimioorganótrofos 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. [2] 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 quimioorganotrofos oxidan solo compuestos orgánicos, mientras que los quimiolitotrofos utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como fuente de energía. [3]
La siguiente tabla ofrece algunos ejemplos para cada grupo nutricional: [4] [5] [6] [7]
*Algunos autores utilizan -hidro- cuando la fuente es agua.
La parte final común -troph proviene del griego antiguo τροφή trophḗ "nutrición".
Algunos organismos, generalmente unicelulares, pueden cambiar entre diferentes modos metabólicos, por ejemplo entre fotoautotrofia, fotoheterotrofia y quimioheterotrofia en Chroococcales . [13] Rhodopseudomonas palustris , otro ejemplo, puede crecer con o sin oxígeno y utilizar compuestos ligeros, inorgánicos u orgánicos para obtener energía. [14] Estos organismos mixotróficos pueden dominar su hábitat , debido a su capacidad de utilizar más recursos que los organismos fotoautótrofos u organoheterótrofos. [15]
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 quimioorganoheterotróficos , ya que utilizan sustancias orgánicas como fuentes de energía química y como donantes de electrones/hidrógeno y fuentes de carbono. Algunos microorganismos eucariotas , sin embargo, no se limitan a un solo modo nutricional. Por ejemplo, algunas algas viven fotoautótrofamente en la luz, pero cambian a quimioorganoheterotrofia en la oscuridad. Incluso las plantas superiores conservaron su capacidad de respirar heterótrofamente durante la noche a partir del almidón que había sido sintetizado fototróficamente durante el día.
Los procariotas muestran una gran diversidad de categorías nutricionales . [16] Por ejemplo, las cianobacterias y muchas bacterias de azufre de color púrpura pueden ser fotolitoautótrofas , 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 fotoorganoheterotróficas , utilizando moléculas orgánicas como donadores de electrones/hidrógeno y fuentes de carbono. [8] [16] Muchas bacterias son quimioorganoheterotróficas y utilizan moléculas orgánicas como fuentes de energía, electrones/hidrógeno y carbono. [8] Algunas bacterias están limitadas a un solo grupo nutricional, mientras que otras son facultativas y cambian de un modo a otro, dependiendo de las fuentes de nutrientes disponibles. [16] 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 fáciles de electrones, lo que hace innecesaria la litotrofia. Los fotoorganoautótrofos son poco comunes ya que su fuente orgánica de electrones/hidrógenos proporcionaría una fuente fácil de carbono, lo que resultaría en heterotrofia.
Los esfuerzos de la biología sintética permitieron la transformación del modo trófico de dos microorganismos modelo de heterotrofia a quimioorganoautotrofia:
Tabla 1: Definiciones de estrategias metabólicas para obtener carbono y energía
