Fotosíntesis oxigénica

Este artículo de divulgación está publicado en una web referenciada donde se publican artículos de interés e información científica. En este caso se describen las características, morfología y toxicidad de la cianobacterias en general y se habla de su importancia taxonómica y su influencia en el ambiente. Se describen las partes que las conforman y que funciones tienen cada uno de sus tipos celulares. Se puede tener una idea básica de las cianobacterias y sus funciones en el medio.

En este documento se explican de manera muy didáctica los aspectos básicos sobre la fotosíntesis, aunque explicados en profundidad con gráficas, fotos descriptivas, etc.
Se describe todo el proceso fotosintético y muchas más consideraciones en relación a la fotosíntesis. El trabajo está centrado sobre todo en plantas pero para el proceso de interés (la fotosíntesis oxigénica), salvaguardando pequeños detalles, puede servir de gran ayuda para su aplicación a cianobacterias y otros microorganismos fotosintéticos oxigénicos.

Pérez-Urria, E. (2009). Fotosíntesis: Aspectos Básicos. Reduca (Biología), 2 (3), 1-47.

Esta página web, escrita por del profesor de la Universidad de Granada, va dirigida a alumnos universitarios; es de muy fácil comprensión y útil para el seguimiento de un curso de Microbiología. Contiene información sobre todos los capítulos o temas esenciales de un curso de Microbiología y aquí concretamente se ha seleccionado por su capítulo de captación de energía, donde se describe la captación de energía en bacterias fotótrofas describiendo los componentes del aparato fotoquímico, los tipos de fosforilación y la fotofosforilación oxigénica de cianobacterias.

Hace unos 2600 millones de años, las cianobacterias adquirieron la capacidad de producir oxígeno a través de la fotosíntesis al incorporar genes de otros organismos. En este artículo de divulgación publicado en la Revista Investigación y Ciencia, se habla de la transferencia genética horizontal y de los experimentos realizados para llegar a esa hipótesis, dándonos una visión de cómo los genes pueden influir en el desarrollo de complejos proteicos como los fotosistemas, los cuales cambiarán el curso de la evolución con la creación de la fotosíntesis oxigénica.

Se trata de una interesante revisión sobre las evidencias científicas, biológicas (registro fósil) y geológicas (grandes oxidaciones) del origen de la fotosíntesis oxigénica, y de las cianobacterias, tan importantes para la historia de la Tierra permitiendo la aparición del oxígeno atmosférico. Está dirigido a un público con ciertos conocimientos o especializado. Una cuestión fundamental en biología es cuándo surgió la fotosíntesis oxigénica ya que los registros fósiles de cianobacterias no son concluyentes y los marcadores moleculares tienen sus problemas. El primer momento en que se produjo oxígeno en la atmósfera se conoce como el Gran Evento Oxidativo y gracias a registros geológicos se han observado trazas de oxígeno que se originaron un billón de años antes de este evento. Aborda también cuestiones referentes a la capacidad de oxidación del agua y al origen y especialización del fotosistema II (PSII), a la historia evolutiva de los organismos fotosintéticos oxigénicos. Además, se plantea cual fue su origen y su diversificación en grupos funcionales diferentes teniendo en cuenta los datos proporcionados por la secuenciación de numerosos genomas de cianobacterias, los análisis filogenéticos a gran escala y los estudios filogenéticos.

Sánchez-Baracaldo, P., y Cardona, T. (2020). On the origin of oxygenic photosynthesis and Cyanobacteria. New Phytologist, 225 (4), 1440-1446.

Este artículo muestra como la clasificación de las cianobacterias ha estado continuamente re-evaluándose, en paralelo al desarrollo de métodos para su caracterización. Nos muestra los diferentes criterios que se han utilizado para el estudio y clasificación de cianobacterias en el registro fósil, desde criterios clásicos como la morfología, ultraestructura y tipos de división, hasta recientes y nuevas firmas biológicas específicas, como moléculas fósiles indicadoras de un metabolismo particular o linaje como pigmentos o lípidos conservados. El trabajo incluye fotografías de cianobacterias fósiles con sus análogos actuales. Finaliza con un apartado dedicado al origen de las cianobacterias y de la fotosíntesis oxigénica, la diversidad y el origen del cloroplasto. Concluye con una reflexión sobre la necesidad de combinar análisis morfológicos, ultraestructurales con nuevas firmas biológicas moleculares que permitirán determinar nuevos puntos de calibración de los relojes moleculares.

Demoulin, C. F., Lara, Y. J.,, Corneta, L., François, C., Baurain, D., Wilmotte, A., y Javaux, E. J. (2019). Cyanobacteria evolution: Insight from the fossil record. Free Radical Biology and Medicine, 140, 206-223.

La fotosíntesis anoxigénica, incluyendo la actividad versátil de algunas cianobacterias, jugó un papel importante en el retraso de la oxigenación de la superficie oceánica de la Tierra durante el Eón Proterozoico. El estudio del metabolismo microbiano y la evolución proporciona un vínculo entre la biota y el registro geológico. En este artículo, se analiza la presencia de fotótrofos oxigénicos y la coexistencia con fotótrofos anoxigénicos en diferentes ambientes. Se describe la importancia de la fototrofía con una referencia también a la rodopsina y dedica una apartado a las cianobacterias también como fotótrofos anoxigénicos. La oxigenación comenzó a aumentar la disponibilidad de óxidos de nitrógeno que pueden ser utilizados como aceptores de electrones. El artículo recoge recientes investigaciones de ambientes soleados donde coexisten el sulfuro y el oxígeno han revelado cianobacterias capaces de realizar la fotosíntesis tanto oxigénica como anoxigénica. Además, nos muestra como el campo de las ómicas nos permite acercarnos a la identidad y la historia evolutiva de los genes y los mecanismos de regulación que controlan los flujos de carbono, nitrógeno, azufre y oxígeno.

Hamilton, T. L., Bryant, D., y Macalady, J. L. (2016). The role of biology in planetary evolution: cyanobacterial primary production in low-oxygen Proterozoic oceans. Environmental Microbiology, 18(2), 325–340.

Este artículo es una revisión, dirigida a especialistas, donde se describen los últimos avances en el conocimiento estructural del complejo proteico integrante del fotosistema II (PSII), proteínas-pigmentos responsables de la oxidación del agua y de la reducción de la plastoquinona. Este fotosistema opera en serie junto con el fotosistema I (PSI) para la producción de NADH y ATP, necesarios para la fijación de CO2, y su conversión en biomasa en aquellos organismos que realizan fotosíntesis oxigénica. Se describe la estructura en paralelo al desarrollo de técnicas con mejor resolución en la última década, comparando su estructura en cianobacterias, diatomeas, plantas y algas rojas, junto con los tipos de pigmentos (clorofilas, feofitinas y carotenoides) que acomplejan el centro de reacción.

Müh, F., y Zouni, A. (2020). Structural basis of light-harvesting in the photosystem II core complex. Protein Science, en prensa.

Las cianobacterias son procariotas autotróficos distribuidos en una variedad de ecosistemas. En arrozales, contribuyen a la fertilidad del suelo por el proceso de fijación biológica de nitrógeno. En este trabajo se evalúa cómo afectan las rotaciones a las poblaciones de cianobacterias en los ciclos de cultivo. Se evaluaron cuatro rotaciones: arroz-soja (AS); arroz-soja-maíz-soja (ASMS): arroz-arroz (AA) y arroz-pradera (AP). Se reconocieron un total de 13 géneros de cianobacterias Lyngbya, Oscillatoria, Plectonema, Spirulina, Anabaena, Nostoc, Aulosira, Calothrix, Gloeotrichia, Aphanocapsa, Croococcus, Mycrocystis y Gloeocapsa. La rotación AP registró la riqueza de géneros. El artículo concluye que la rotación tiene efecto sobre los géneros y la riqueza de las cianobacterias.

Sánchez, C. I., Benintende, M.C., y Benintende, S.M. (2019). Población de cianobacterias en suelos arroceros: efecto de las rotaciones. Revista Argentina de Microbiología, 51 (1), 71-76.