Fotosíntese anoxixénica

A fotosíntese anoxixénica é un tipo de fotosíntese realizada por algunhas bacterias, que non libera oxíxeno. Distínguese da fotosíntese oxixénica típica das plantas, que utiliza como redutor terminal (doante de electróns) a auga, en que na anoxixénica o redutor terminal utilizado é outro composto, como o sulfuro de hidróxeno, o xofre elemental, o tiosulfato, o hidróxeno, o ferro ferroso^[1] ou mesmo unha substancia orgánica,^[2] segundo a especie. Porén, nunca utilizan como doante de electróns a auga, razón pola cal non liberan oxixeno, xa que este procede na fotosíntese oxixénica da rotura das moléculas de auga. Por tanto, a fotosíntese anoxixénica non enriquece a atmosfera en oxíxeno. Ao contrario, durante a fotosíntese anoxixénica libéranse outros produtos; por exemplo no caso da fotosíntese anoxixénica que usa sulfuro de hidróxeno libérase xofre elemental a partir de dito composto, que se expulsa ou acumula na célula.

Na fotosíntese anoxixénica só se utiliza un fotosistema, mentres que na oxixénica utilízanse dous. En lugar de clorofilas, as bacterias fotosintéticas anoxixénicas teñen como pigmento fotosintético as bacterioclorofilas. Hai transporte electrónico cíclico. A produción de ATP ten lugar nunha ATPase por medio dun mecanismo quimiosmótico. As bacterias fotosintéticas anoxixénicas viven fundamentalmente en ambientes anaerobios, onde ten lugar este proceso.

Considérase que a fotosíntese anoxixénica apareceu antes na evolución que a oxixénica.^[3]

Só algúns grupos de bacterias poden realizar a fotosíntese anoxixénica, que son: as bacterias verdes do xofre, os fotótrofos filamentosos verdes e vermellos (por exemplo os cloroflexos), as bacterias púrpuras, as acidobacterias e as heliobacterias.^[4][5] Ao contrario, outro gran grupo de bacterias fotosintéticas, as cianobacterias, fan a fotosíntese oxixénica, igual que plantas e algas, aínda que hai algunhas excepcións en certas condicións.

Algunhas arqueas (por exemplo, Halobacterium) captan enerxía da luz para o funcionamento do seu metabolismo e son nese sentido fototróficas, pero ningunha delas se sabe que "fixe" o carbono (é dicir, sexa fotosintética). En vez dun receptor de tipo clorofila e unha cadea de transporte de electróns, teñen proteínas como a halorrodopsina que captan a enerxía da luz coa axuda de diterpenos para moveren ións contra gradiente e produciren ATP por quimiosmose de maneira similar ao que ocorre nas mitocondrias.

As algas e as cianobacterias son fotótrofos oxixénicos, pero nalgúns casos e condicións poden realizar unha fotosíntese anoxixénica. Para iso usan a fotofosforilación cíclica do fotosistema I e obteñen poder redutor de produtos distintos da auga, como o sulfuro de hidróxeno (en cianobacterias) ou o hidróxeno (en algas).^[1]

Os pigmentos usados para levar a cabo a fotosíntese anoxixénica son similares á clorofila pero diferéncianse en detalles moleculares e picos da lonxitude de onda da luz absorbida, e denomínanse bacterioclorofilas. As bacterioclorofilas, denominadas da a á g, situadas nas membranas das bacterias, absorben o máximo de radiación electromagnética na rexión do infravermello próximo. Isto difire da clorofila a, o pigmento predominante das plantas e cianobacterias, que ten un pico de absorción aproximadamente nunha lonxitude de onda uns 100 nanómetros máis curta, na porción vermella do espectro visible. Os pigmentos están situados na membrana ou sistemas membranosos internos.

Os Chlorobi, Chloroflexi e Acidobacteria posúen unha unidade captadora de luz chamada clorosoma e usan principalmenre luz infravermella a 740–750 nm. As Heliobacteria absorben a 786–792 nm. As bacterias púrpuras fototróficas absorben no infravermello a 800–1020 nm.^[2]

Está situado en sistemas de membranas intracitoplasmáticas. Consta de catro complexos pigmento-proteína e unha ATP-ase. O centro de reacción P870 consta de tres polipéptidos, un par especial de moléculas de bacterioclorofila a, outras bacterioclorofilas, bacteriofeofitina, quinonas e carotenoides. O centro de reacción está rodeado dun complexo antena de bacterioclorofilas a que captan a luz e a pasan ao centro de reacción, onde excitan o par especial de bacterioclorofilas, que perde un electrón, que pasa á bacteriofeofitina, despois o electrón sae do centro de reacción e pasa a varias quinonas intermediarias e seguidamente a un depósito (pool) de quinonas da membrana, despois pasa a unha serie de ferro-sulfoproteínas e citocromos da membrana; finalmente, o citocromo c₂ periplásmico pasa o electrón de novo ao centro de reacción, pechando o fluxo cíclico de electróns. Durante o transporte de electróns nesta cadea de transportadores de electróns prodúcese unha saída de protóns, que crean un gradiente e despois entran pola ATP-ase, activando a produción de ATP. O citocromo c₂ recibe tamén electrróns dos doantes externos, como o sulfuro de hidróxeno ou outros, e os electróns acaban no depósito de quinonas e acaban utilizándose para formar poder redutor en forma de NAD(P)H, que sirva para reducir o CO₂ e formar materia orgánica.^[1]

Hai dous tipos de cadeas de transporte electrónico fotosintético anoxixénico en bacterias. Os centros de reacción de tipo I encóntranse nas bacterias verdes do xofre, Chloracidobacterium, e heliobacterias, e os de tipo II encóntranse en cloroflexos e bacterias púrpuras.

A cadea de transporte de electróns das bacterias verdes do xofre, por exemplo no organismo modelo Chlorobaculum tepidum, usa un centro de reacción cun par especial de bacterioclorofilas, P840. Cando se absorbe a luz no centro de reacción, o P840 pasa a un estado excitado cun gran potencial de redución negativo e así pode doar facilmente o electrón á bacterioclorofila 663, que o pasa á cadea de transporte electrónico. O electrón é transferido por medio dunha serie de transportadores de electróns e complexos ata que se utiliza para reducir o NAD⁺. A rexeneración do P840 realízase coa oxidación do ión sulfuro do sulfuro de hidróxeno (ou o hidróxeno ou o ión ferroso, segundo a especie) polo cotocromo c₅₅₅^[6]

Aínda que os centros de reacción de tipo II son estrutural e secuencialmente análogos ao fotosistema II (PSII) dos cloroplastos das plantas e das cianobacterias (as cales fan unha fotosíntese oxixénica), non teñen unha rexión análoga á do complexo liberador de oxíxeno do PSII.

A cadea de transporte de electróns das bacterias púrpura non do xofre empeza cando o centro de reacción do par de bacterioclorofilas, P870, queda excitado pola absorción de luz. O P870 excitado doa entón un electrón á bacteriofeofitina, que despois o pasa a unha serie de transportadores de electróns. No proceso, xérase un gradiente electroquímico que pode despois usarse para sintetizar ATP por quimiosmose. O P870 debe ser rexenerado (reducido) para que quede de novo dispoñible para que un fotón chegue ao centro de reacción para empezar de novo o proceso. O hidróxeno molecular no ambiente bacteriano é o doante de electróns usual.

Algúns fotótrofos anoxixénicos, como as bacterias vermellas e púrpuras, utilizan o ciclo de Calvin para fixar o CO₂ e formar azucres, pero outros teñen vías alternativas. Por exemplo, as bacterias verdes do xofre e non do xofre teñen un modo alternativo de fixación por medio do ciclo inverso do ácido cítrico. Chlorobium realiza a fixación redutora do CO₂ a intermediarios do ciclo do ácido cítrico por medio de encimas ligados á ferredoxina que por carboxilacións orixinan alfa-cetoglutarato e piruvato, e posúe outros encimas que inverten as reaccións normais do ciclo do ácido cítrico.^[1]

Chloroflexus non utiliza nin o ciclo de Calvin nin o ciclo inverso do ácido cítrico, senón a vía do hidroxipropionato, na cal o CO₂ é convertido en glioxilato e despois o hidroxipropionato funciona como intermediario.^[1]