Los grupos nutricionales primarios son grupos de organismos , divididos en relación con el modo de nutrición según las fuentes de energía y carbono, necesarias para la vida, el crecimiento y la reproducción. Las fuentes de energía pueden ser luz o compuestos químicos; las fuentes de carbono pueden ser de origen orgánico o inorgánico. [1]
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 el O2 en la respiración aeróbica o el nitrato ( NO−
3), sulfato ( SO2−
4) o fumarato en la respiración anaeróbica, o varios intermediarios metabólicos en la fermentación.
Los fotótrofos absorben la luz en los fotorreceptores y la transforman en energía química.
Los quimiótrofos liberan energía química.
La energía liberada se almacena como energía potencial en ATP , carbohidratos o proteínas . Finalmente, la energía se utiliza para procesos vitales como el movimiento, el crecimiento y la reproducción.
Las plantas y algunas bacterias pueden alternar entre la fototrofia y la quimiotrofia, dependiendo de la disponibilidad de luz.
Los organótrofos utilizan compuestos orgánicos como donantes de electrones e hidrógeno .
Los litótrofos utilizan compuestos inorgánicos como donantes de electrones e hidrógeno.
Los electrones o átomos de hidrógeno de los equivalentes reductores (donadores de electrones) son necesarios tanto para los fotótrofos como para los quimiótrofos en las reacciones de reducción-oxidación que transfieren energía en los procesos anabólicos de síntesis de ATP (en los heterótrofos) o biosíntesis (en los autótrofos). Los donadores de electrones o hidrógeno se absorben del medio ambiente.
Los organismos organotróficos suelen ser también heterótrofos, y utilizan compuestos orgánicos como fuentes de electrones y carbono. De manera similar, los organismos litotróficos suelen ser también autótrofos, y utilizan fuentes inorgánicas de electrones y CO2 como fuente de carbono inorgánico.
Algunas bacterias litotróficas pueden utilizar diversas fuentes de electrones, dependiendo de la disponibilidad de posibles donadores.
Aquí no se tienen en cuenta las sustancias orgánicas o inorgánicas (por ejemplo, el oxígeno) utilizadas como aceptores de electrones necesarios en los procesos catabólicos de la respiración aeróbica o anaeróbica y la fermentación .
Por ejemplo, las plantas son litótrofas porque utilizan el agua como donante de electrones para la cadena de transporte de electrones a través de la membrana del 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 litótrofos.
Los organismos heterótrofos metabolizan compuestos orgánicos para obtener carbono para su crecimiento y desarrollo.
Los organismos autótrofos utilizan dióxido de carbono (CO2 ) como fuente de carbono.
Un organismo quimioorganoheterótrofo es aquel que requiere sustratos orgánicos para obtener su carbono para crecer y desarrollarse, y que obtiene su energía de la descomposición de un compuesto orgánico. Este grupo de organismos puede subdividirse a su vez según el tipo de sustrato orgánico y compuesto que utilicen. 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 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 azúcares (es decir, glucosa ), grasas y 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 (es decir, oxidan compuestos químicos como fuente de energía y carbono), al igual que los hongos , los protozoos y algunas bacterias . La diferenciación importante dentro de este grupo es que los quimioorganótrofos oxidan solo compuestos orgánicos, mientras que los quimiolitotrofos utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como fuente de energía. [3]
La siguiente tabla muestra 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 luz, compuestos 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 fotoautotróficos u organoheterotróficos. [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 fotolitoautotróficas , 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 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 quimioorganoheterotróficamente en la oscuridad. Incluso las plantas superiores conservaron su capacidad de respirar heterotróficamente con almidón durante la noche 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 púrpuras del azufre pueden ser fotolitoautotróficas , utilizando luz para energía, H2O o sulfuro como donantes de electrones/hidrógeno y CO2 como fuente de carbono, mientras que las bacterias verdes no azufradas pueden ser fotoorganoheterotróficas , utilizando moléculas orgánicas como donantes de electrones/hidrógeno y fuentes de carbono. [8] [16] Muchas bacterias son quimioorganoheterotróficas , utilizando 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 las metanógenas , son quimiolitoautotróficas , utilizando fuentes inorgánicas de energía, 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 porque su fuente orgánica de electrones/hidrógenos proporcionaría una fuente fácil de carbono, lo que daría lugar a la heterotrofia.
Los esfuerzos de 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
