La Quimiosíntesis
La quimiosíntesis es el proceso mediante el cual se sintetizan moléculas orgánicas sencillas a partir de la energía liberada en reacciones de oxidación de compuestos inorgánicos reducidos. Los organismos que realizan este proceso se denominan quimioautótrofos, quimiolitótrofos o quimiosintéticos.
Importancia biológica
- Productores primarios: Al igual que los organismos fotosintéticos, son la base del flujo de energía en los ecosistemas, transformando energía en formas utilizables para organismos no autótrofos.
- Ecosistemas extremos: En las profundidades oceánicas, donde no llega la luz, son los únicos autótrofos capaces de mantener la diversidad biológica en hábitats como los respiraderos hidrotermales.
- Ciclos biogeoquímicos: Son fundamentales para reciclar formas inorgánicas, haciéndolas disponibles para otros seres vivos.
- Simbiosis: Muchos quimioautótrofos actúan como simbiontes mutualistas en invertebrados y vertebrados.
Se considera un metabolismo primitivo; existe la hipótesis de que surgió antes que la fotosíntesis, siendo el metabolismo predominante en la Tierra primitiva. Asimismo, la metanogénesis se relaciona con los microorganismos más antiguos, antecesores de las arqueas.
Fases de la quimiosíntesis
- Obtención de energía (fase oxidativa): Producción de ATP y NADH.
- Producción de materia orgánica: Síntesis de compuestos orgánicos (equivalente a la fase oscura de la fotosíntesis).
Transporte no cíclico de electrones
- Excitación del PSII: Dos fotones inciden en el fotosistema II (PSII), induciendo la excitación de dos electrones hacia la plastoquinona (PQ). El hueco electrónico se cubre mediante la fotólisis del agua (H₂O → 2H⁺ + 1/2 O₂ + 2e⁻) en el lumen, liberando O₂ y acumulando protones.
- Complejo citocromo b-f: Los electrones pasan de la PQ al complejo citocromo b-f y luego a la plastocianina (PC). La energía liberada bombea H⁺ del estroma al lumen, generando un gradiente electroquímico.
- Excitación del PSI: Dos fotones inciden en el fotosistema I (PSI), excitando dos electrones que son cedidos a la ferredoxina (Fd). Estos son repuestos por la plastocianina.
- Fotorreducción del NADP⁺: La ferredoxina transfiere los electrones a la enzima NADPH reductasa, catalizando la reacción: NADP⁺ + 2H⁺ + 2e⁻ → NADPH + H⁺.
Modificaciones postraduccionales
- Cortes proteolíticos: Separación de la secuencia señal o eliminación de péptidos intermedios.
- Eliminación de aminoácidos terminales: Retirada de la formilmetionina (procariotas) o metionina (eucariotas) del extremo amino terminal.
- Modificaciones covalentes: Formación de enlaces disulfuro, hidroxilación, fosforilación, acetilación y metilación.
- Adición de grupos prostéticos: Formación de glucoproteínas, lipoproteínas o adición de grupos hemo.
Descubrimiento del ADN como material genético
1. Experimento de Griffith (1928)
Demostró el «principio transformante» al observar que una mezcla de cepa S (virulenta) muerta por calor y cepa R (inocua) viva causaba la muerte en ratones, transformando la cepa R en virulenta.
2. Experimento de Avery, MacLeod y McCarty (1944)
Identificaron que el principio transformante era el ADN, ya que la transformación solo se detenía al utilizar ADNasas para destruir el material genético.
3. Experimento de Hershey y Chase (1952)
Confirmaron que el ADN es el material hereditario utilizando bacteriófagos marcados con fósforo radiactivo (ADN) y azufre radiactivo (proteínas), demostrando que solo el ADN viral ingresa a la bacteria.
Ingeniería genética: ADN recombinante
El ADN recombinante es una molécula artificial creada mediante la unión de fragmentos de ADN de distintos orígenes. Sus herramientas clave son:
- Endonucleasas de restricción: Enzimas que cortan el ADN en secuencias específicas.
- ADN ligasas: Enzimas que actúan como «pegamento molecular».
- Vectores de transferencia: Plásmidos o virus que transportan el gen de interés a la célula hospedadora.