La Ciencia y sus Demonios

En este medio hemos escrito sobre las bacterias en muchas ocasiones. No es nada extraño teniendo en cuenta que la biología de estos organismos constituye la especialidad de algunos de los administradores del blog. Desde esa formación nos sorprende (cuando no nos horroriza) mensajes magufos empleados para explicar terapias inverosímiles: aparatos que sólo matan las bacterias patógenas, variaciones de pH que respetan las bacterias beneficiosas, corrientes energéticas que nos desinfectan.… De todo hemos leídos. Para acercar a los lectores que conocen poco de este grupo biológico inicio una serie donde mostraré, de la manera más sencilla que sea capaz, la gran diversidad y riqueza biológica que podemos encontrar entre las bacterias. Empezaré por introducir lo más sencillo: lo que comen y lo que respiran. En otro capítulo detallaré ejemplos concretos de metabolismos.

Las bacterias llevan habitando nuestro planeta desde hace más de 3.500 millones de años. En ese tiempo han evolucionado hasta tener una diversidad extraordinaria, de tal forma que son capaces de alimentarse de una enorme cantidad de sustancias y de respirar otras tantas (Figura 1). Cuando se habla de alimento y de respiración nos estamos refiriendo un flujo de electrones a través de los seres vivos: los alimentos son las fuentes de electrones que se incorporan al metabolismo de la célula. Mediante una serie de reacciones químicas los constituyentes de los alimentos son degradados a compuestos más simples extrayéndose los electrones que en ellos se encuentran, los cuales van a parar a moléculas encargadas de su transporte, que los trasladan hasta una serie de proteínas que se localiza en la membrana interna de la célula. Estas proteínas forman lo que se denomina cadena de transporte de electrones, ya que las moléculas transportadoras ceden los electrones a las proteínas de la cadena, donde se establece un trasiego de electrones entre ellas hasta un aceptor de final (Figura 2).

Figura 1: El árbol de la vida. Puede observarse cómo las bacterias (color violeta) ocupan el mayor porcentaje de diversidad del árbol. Fuente: Science

La diferencia de potencial es empleada para la síntesis química de ATP. ¿Qué ocurre con las moléculas que transportan electrones una vez que se han liberado de ellos? Ya están preparados para tomar nuevos electrones de las moléculas donadoras de los mismos. El número de estos transportadores es finito en la célula, con lo que se requiere un óptimo balance entre las formas oxidadas y reducidas de dichos transportadores. ¿Qué tipo de moléculas son esos transportadores? Los más abundantes son moléculas que quizás os suenen, como el NAD/NADH, el NADP/NADPH o el FAD/FADH. Los transportadores de electrones de la membrana suelen ser citocromos y quinonas, entre otras. ¿Para qué sirve el ATP? El ATP es la moneda energética de la célula (como también lo son otras moléculas como el GTP o el UTP) y se emplea en procesos que precisan energía. Estos procesos son muy variados, van desde la biosíntesis de moléculas, movilidad de la célula, transporte de determinadas sustancias, reparación del ADN, etc. El número de procesos que precisan energía son innumerables.

¿Los humanos tenemos también ese transporte de electrones? Por supuesto, las características básicas del metabolismo son similares a las de muchas bacterias. Nuestras células, a diferencia de las bacterias, poseen compartimentos. De esa forma el metabolismo se reparte entre el citoplasma y otros orgánulos. El transporte de electrones y la generación de ATP se llevan a cabo en la mitocondria, un orgánulo que deriva evolutivamente de las bacterias. ¿Qué ocurre con los electrones, adonde van a parar? Esa es una de las claves del proceso: los electrones han de ser eliminados del flujo, y se hace mediante la transferencia a moléculas que actúan como aceptores de electrones. A la transferencia electrónica desde la entrada en la cadena de transporte hasta el aceptor final es a lo que se le llama respiración. En la respiración aeróbica el aceptor final es el oxígeno, y es justamente el que opera en las mitocondrias. El oxígeno recibe el electrón y forma agua. Si ese electrón no fuese recogido por una molécula aceptora se pararía el proceso, se interrumpiría el flujo de electrones y la respiración finalizaría. Literalmente, habría un ahogo. También se puede bloquear la respiración con sustancias que inhiban el transporte de electrones, por ejemplo envenenando alguna de las proteínas requeridas para el transporte. Un ejemplo típico es el del cianuro, que inactiva un tipo de citocromo, bloqueando el transporte de electrones a nivel de membrana y “ahoga” a la célula.

Figura 2: Esquema que resume el flujo de electrones desde moléculas muy energéticas (“alimento”) hasta los aceptores finales de la cadena de transporte de electrones. La caída de energía (variación de E) es empleada en el metabolismo para la cumplir las necesidades de la célula

Las bacterias pueden emplear muchos aceptores de electrones diferentes. Hay bacterias que son anaerobias facultativas y emplean el oxígeno (cuando está presente) u otros como el nitrato (los desnitrificantes), el sulfato (los reductores de sulfato), el ión férrico (los reductores de hierro), y muchos otros como el manganeso, el vanadio, el selenio. Incluso pueden emplear moléculas orgánicas como el fumarato o el DMSO. Los anaerobios estrictos no pueden emplear el oxígeno, y siempre utilizan algún otro aceptor. Esta versatilidad se combina con el hecho de que los dadores de electrones (la “comida”) no tienen por qué ser necesariamente moléculas orgánicas. Hay microorganismos capaces de emplear el azufre o el hierro como dadores de electrones. ¿De dónde sacan el carbono necesario en sus moléculas? Son capaces de fijarlo directamente del dióxido de carbono atmosférico en ciclos similares al ciclo de Calvin que se produce en los cloroplastos de las plantas (orgánulo que deriva evolutivamente de ancestros bacterianos).

Este flujo electrónico y energético, como se puede ver, tiene poco de esotérico, y sus bases moleculares son muy similares en la inmensa mayoría de seres que habitan en el planeta. Hay cosas que la ciencia ya conoce, y otras que desconoce, pero esto último no justifica el uso magufo de términos como energía, electricidad, magnetismo o teoría cuántica para intentar llenarse sus bolsillos a costar de personas que precisan ayuda.

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Seguidamente en CyD: El increíble mundo bacteriano (II): domesticando bacterias »

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