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Los procesos oxigénicos y anoxigénicos

omo ya se explicó en la introducción de las páginas anteriores, la fotosíntesis es el proceso utilizado por las plantas, algas y algunas bacterias para aprovechar la energía de la luz solar convirtiéndola en energía química.

Existen dos tipos de procesos fotosintéticos: el oxigénico (utilizando oxígeno) y el anoxigénico (sin presencia de oxígeno). La fotosíntesis oxigénica es la más común, y la que se realiza en las plantas verdes, algas y cianobacterias.

Durante la fotosíntesis oxigénica la luz transfiere energía del agua (H2O) cediendo electrones, generándose en ella dióxido de carbono (CO2) y produciendo hidratos de carbono. En esta transferencia, el CO2 es "reducido" (recibe electrones), mientras que el agua se convierte en "oxidante" (pierde electrones). En consecuencia se produce finalmente oxígeno junto con los hidratos de carbono.

La función de la fotosíntesis oxigénica actúa como equilibrante de la respiración, pues toma el dióxido de carbono producido por todos los organismos que respiran y reintroduce de nuevo el oxígeno a la atmósfera. En su artículo de 1998, "Una introducción a la fotosíntesis y sus aplicaciones", Wim Vermaas, catedrático de la Universidad Estatal de Arizona, conjeturó que una fotosíntesis sin función oxigénica concluiría con el agotamiento del oxígeno atmosférico en unos pocos miles de años.

Por otra parte, la fotosíntesis anoxigénica utiliza dadores de electrones distintos a los del agua; el proceso se produce normalmente en bacterias púrpuras y determinadas bacterias verdes. La fotosíntesis anoxigénica no produce oxígeno, de ahí el nombre.

Aunque ambos tipos de fotosíntesis, oxigénico y anoxigénico son complejos,  el proceso general puede resumirse perfectamente mediante una ecuación química.

La fotosíntesis oxigénica se describe así:

6CO2 + 12H2O + Energía luminosa → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

Aquí, seis moléculas de dióxido de carbono (CO2) se combinan con 12 moléculas de agua (H2O), utilizando energía de la luz. El resultado final es la formación de una sola molécula de carbohidrato (C6H12O6, o glucosa) junto con seis moléculas de de oxígeno respirable y el agua.

Del mismo modo, las diversas reacciones de la fotosíntesis anoxigénica pueden ser representadas como una fórmula general:

CO2 + 2H2A + Energía luminosa → [CH2O] + 2A + H2O

En la ecuación, la letra "A" es una variable, y "H2A" representa el potencial dador de electrones. Por ejemplo, "A" puede representar azufre en el sulfuro de hidrógeno que entrega electrones (H2S).

Las bacterias fotosintéticas oxigénicas

Las bacterias fotosintéticas realizan la fotosíntesis oxigénica de una manera similar a las plantas. Contienen pigmentos captadores de luz, absorben dióxido de carbono y liberan oxígeno. Las cianobacterias son la única forma de bacterias fotosintéticas oxigénicas conocidas hasta la fecha. Hay, sin embargo, varias especies de cianobacterias, a menudo son de color azul-verdoso y se cree que han contribuido a la biodiversidad en la Tierra, ayudando en la era primaria a convertir una atmósfera reductora en un ambiente rico en oxígeno. Esta transformación significó que la mayoría de los organismos anaeróbicos que prosperaron en ausencia de oxígeno se convirtieron con el tiempo en organismos extintos, y los nuevos (que ya dependían del oxígeno) comenzaron a surgir y evolucionar.

Cianobacterias viviendo en rocas del continente antártico

Las cianobacterias se encuentran principalmente en el agua, pero pueden sobrevivir en la tierra, en las rocas, e incluso en conchas o la piel de los  animales, así como en los corales. También son conocidos por ser endosimbiontes, es decir, que pueden vivir dentro de las células o el cuerpo de otro organismo, pero sin perjudicarle, más al contrario, de una manera mutuamente beneficiosa. Las cianobacterias también tienden a vivir en condiciones climáticas extremas, tales como en el continente antártico, y son interesantes para los científicos, ya que pueden indicar una posibilidad de vida en otros planetas.

Las bacterias fotosintéticas anoxigénicas

Las bacterias fotosintéticas anoxigénicas consumen dióxido de carbono, pero no liberan oxígeno. En este proceso se incluyen determinadas bacterias verdes, y especialmente las bacterias púrpura o sulfobacterias.

Las bacterias púrpura se pueden dividir en dos tipos principales: las Chromatiaceae, que producen partículas de azufre en el interior de sus células; y las ectothiorhodospiraceae, que también producen partículas de azufre pero fuera de sus células. Se encuentran normalmente en aguas estancadas o manantiales sulfúricos calientes donde apenas existe oxígeno, de hecho no pueden realizar la fotosíntesis en los lugares donde haya una gran cantidad de oxígeno. En lugar de utilizar el agua para la fotosíntesis, como las plantas y las cianobacterias, las bacterias púrpura del azufre utilizan sulfuro de hidrógeno como agente reductor.

Sulfobacterias en una grieta de un glaciar antártico producen esta espectacular imagen

Las bacterias púrpura son probablemente los microorganismos fotosintéticos más ampliamente estudiados, y se utilizan para todo tipo de actividades científicas, incluyendo las teorías sobre la posible vida microbiológica en otros planetas.

Por su parte, las bacterias púrpuras no dependientes del azufre, no liberan azufre porque utilizan oxígeno en lugar de sulfuro de hidrógeno como agente reductor. Mientras que estas bacterias pueden tolerar pequeñas cantidades de azufre, no tienen sin embargo la capacidad de tolerancia de las bacterias púrpura propias del azufre, o la verdes anaerobias, y el exceso de sulfuro de hidrógeno es tóxico para ellas.

Aplicaciones útiles de las bacterias fotosintéticas

Las bacterias fotosintéticas se están utilizando actualmente en diversas aplicaciones que incluyen la purificación del agua, biofertilizantes, alimentación y biorremediación de productos químicos, entre muchos otros. Se utilizan en el tratamiento de agua contaminada, ya que pueden crecer y utilizar sustancias tóxicas tales como H2S o H2S203. Se ha conseguido incluso diseñar bacterias fotosintéticas para producir azúcares simples y ácido láctico.

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