Generalidades de las Algas: Clasificación y Pigmentos

Generalidades de las Algas

• Las algas, incluyendo Cyanophyta y Dinophyta, tienen un interés farmacéutico
• Es importante el cultivo de microalgas
• Algunas algas causan intoxicaciones por mareas tóxicas

Concepto de Grupo y Diversidad

• El término "alga" se aplica a una gran variedad de organismos protófitos o talófitos fotosintéticos
• Estos organismos pertenecen a diferentes linajes no relacionados filogenéticamente, lo que los hace polifiléticos

Algas Procariotas y Eucariotas

• Las algas procariotas pertenecen a la División Cyanophyta
• Las algas eucariotas se dividen en:
  • División Dinophyta (también conocida como Pyrrophyta)
  • División Ochrophyta
  • División Rhodophyta
  • División Chlorophyta

Pigmentos de las Algas

• Todas las algas se caracterizan por tener pigmentos que les permiten absorber la luz solar
• Estos pigmentos tienen un sistema de dobles enlaces conjugados esencial para la absorción de luz
• Clorofila A es el pigmento imprescindible y liposoluble para la fotosíntesis, con una estructura de anillo porfirinico, tetrapirrol, magnesio central y cadena fitol
• La función del anillo de porfirina es absorber luz
• La función de la cadena fitol es mantener la clorofila integrada en la membrana fotosintética
• Los pigmentos clorofílicos son insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos como alcohol etílico y acetona

Tipos de Clorofilas

• Clorofila b: R2 = -CHO
• Clorofila c1: R4 = -CH=CH-COOH y doble enlace entre las posiciones 7 y 8
• Clorofila c2: R1 = -CH=CH2 y R4 = -CH=CH-COOH y doble enlace entre las posiciones 7 y 8
• Clorofila d: R3 = -CHO

Otros Pigmentos

• Cromobiliproteinas y Ficobilinas son pigmentos accesorios
• Ficoeritrina tiene R = -CH=CH2
• Ficocianina tiene R = -CH2-CH3
• Carotenos y Oxicarotenos son otros tipos de pigmentos presentes en las algas

Clasificación Taxonómica

• Algas Procariotas: División Cyanobacteria
• Algas Eucariotas:
  • Reino Chromista: Divisiones Miozoa y Ochrophyta
  • Reino Plantae: Divisiones Rhodophyta, Chlorophyta y Charophyta

Caracteres Generales de Procariotas

• Organismos con estructura celular procariótica
• Sin núcleo auténtico
• Sin mitosis ni meiosis
• Nivel de organización celular bajo
• Ausencia de orgánulos como plastos, mitocondrias y RE
• Pared celular de heteropolímeros exclusivos, como mureína (peptidoglucano)
• Muchas formas no adaptadas al O2 (anaerobios)
• Fijan N2 y tienen flagelos simples de flagelina
• Históricamente, se dividían en Cyanophyta (algas verde-azuladas) y Prochlorophyta (algas verdes procariotas), pero actualmente se clasifican en la División Cyanophyta, Clase Cyanophyceae
• Las cianobacterias se caracterizan por tener clorofila A
• Esto les permite realizar la fotosíntesis con liberación de oxígeno y son de tamaño mayor

Estructura Celular de las Cianobacterias

• Las células tienen dos partes diferenciadas:

  • Centroplasma: Parte central incolora con ribosomas y gránulos de volutina (reserva de fósforo), cianoficina, arginina y asparagina (reserva de nitrógeno) y filamentos de ADN
  • Cromatoplasma: Zona externa coloreada con tilacoides que contienen pigmentos fotosintéticos ARN, ribosomas y cuerpos poliédricos o carboxisomas y contiene la enzima RUBISCO relacionada con la fijación de CO2 atmosférico

• La pared celular consta de mureína o peptidoglucano, un copolímero de N-acetil-glucosamina y ácido N-acetil murámico, puede incluir una vaina gelatinosa

• El peptidoglucano es resistente a la ruptura osmótica en ambientes acuáticos y determina la forma de las bacterias

Citoplasma y Movilidad en Cianobacterias

• El citoplasma se divide en:
  • Centroplasma: Incoloro y con ADN
  • Cromatoplasma: Coloreado de azul-verdoso con gránulos de RNA
  • Pigmentos: Clorofila-A, Beta-caroteno, varias xantofilas y ficobilinas como ficocianina (azul) y ficoeritrina (rojo)
• No presentan flagelos, aunque algunas especies muestran movimientos de cabeceo o rotación por liberación de mucílago

Reproducción en Cianobacterias

• Solo presentan reproducción asexual
• Bipartición es un método asexual
• Multiplicación vegetativa: Hormogonios (segmentos de filamentos jóvenes) se separan para formar nuevos filamentos
• Endosporas
• Esporas perdurantes (acinetos) engrosan la pared celular y acumulan reservas

Heterocistes en Cianobacterias

• Heterocistes: células especializadas en fijar N2, de tamaño distinto, sin pigmentos, y con pared de 3 capas (sin mureína), anoxia interna
• Los cambios morfológicos incluyen la deposición de 2 capas adicionales. (N≡N → 2 NH3)
• Las cianobacterias fijan el nitrógeno molecular, transformándolo en amonio y transportándolo como glutamina
• La fijación la hace la enzima nitrogenasa (inactivada por el oxígeno), y otras enzimas glicolíticas
• Carecen carboxisomas (sin RubisCO), CO2 y dependen de carbohidratos translocados

Formas Cenobiales Ordenadas y Desordenadas en Cianobacterias

• Ordenadas: Chroococcus sp. y Merismopedia
• Desordenadas: Gloeocapsa y Microcystis

Formas Filamentosas en Cianobacterias

• No ramificadas: Nostoc y Anabaena
• Arthrospira y Spirulina
• Oscillatoria

Formas Filamentosas ramificadas en Cianobacterias

• Falsas ramificaciones: Scytonema y Tolypothrix
• Filamentos multiseriados: Stigonema
• Verdaderas ramificaciones: Hapalosiphon

Importancia de las Cianobacterias

• Son organismos fotoautótrofos antiguos
• Realizan fotosíntesis oxigénica:
  • Aportan oxígeno a la atmósfera
  • Forman la capa de ozono
  • Protegen contra la radiación UV
  • Hacen posible la conquista del ambiente terrestre
• Son productores primarios en casi todos los biotopos
• Son fijadores de nitrógeno atmosférico
• Son pioneros en la colonización de suelos desérticos y volcánicos
• Son precursores de los cloroplastos de las algas y plantas terrestres

Utilidad de las Cianófitas

• Uso Alimenticio: Nostoc commune (gelatina de Tierra) en Japón y China
• Uso Farmacéutico: Spirulina sp. pl. para dietas de adelgazamiento, fuente de proteína y vitaminas
• Uso Agrícola: fertilizantes, fijan N atmosférico (hasta 50 Kg N/Ha.)

Flores de Agua y Toxicidad

• Las proliferaciones de algas (floraciones) suelen ser sinónimos de eutrofización
• Las floraciones se producen cuando hay un aumento de nutrientes y provocan el crecimiento exponencial de procariotas
• La presencia de cianobacterias da lugar a intoxicaciones por cianotoxinas
• Al morir se consume el oxígeno del agua, matando plantas y peces
• Los géneros implicados son Microcystis, Oscillatoria, Anabaena y Aphanizomenon
• Más del 50% de las floraciones de cianobacterias son tóxicas. Las cianotoxinas son metabolitos secundarios que producen efectos diversos
• Se desconocen los factores que inician las cianotoxinas pero la temperatura y pH son fundamentales
• Las cianotoxinas pueden ser péptidos, alcaloides o lipopolisacáridos, afectando al sistema nervioso, digestivo, mucosas y piel

Cianotoxinas y sus Productos

• Péptidos cíclicos
  • Hepatotoxinas: Microcystina (MCYS) en Anabaena spp., Microcystis spp., Oscillatoria limosa, Planktothrix spp.; Nodularina en Nodularia spp
• Alcaloides:
  • Neurotoxinas: Anatoxina a (ANTX-a) en Anabaena spp. y Aphanizomenon spp.; Saxitoxina (SXT) en Anabaena circinalis y Aphanizomenon flos-aquae.
  • Hepatotoxina: Cilindrospermopsina (CYN) en Cylindrospermopsina
  • Dermotoxina: Aplisiatoxina Lyngbiatoxina en Lyngbya spp
  • Irritantes: Lipopolisacáridos (LPS) en todas las especies

Ejemplos de Intoxicación

• En Brasil, 2000 casos de gastroenteritis por agua potable en 1985
• En Brasil, 1996 hubo pacientes dializados con patologías hepáticas y 60 muertes por vía sanguínea.
• En USA(Rio Ohio) 1931 hubo los primeros reportes de gastroenteritis mundial
• En Reino Unido, intoxicación aguda durante canotaje fue reportada enl 1989
• Australia, en 1995 registró 852 casos gastroenteritispor aguas contaminadas.
• Argentina, Australia, Canadá, Finlandia y Noruega han reportado casos en animales por agua con Hepatotoxinas y Neurotoxinas.

Ecología

• Casi todas son autótrofas de vida libre
• Algunas son simbiontes con hongos (Líquenes), helechos(Azolla) y raíces de plantas superiores (Cycas).
• Son Ubiquistas y cosmopolitas
• Viven en los sitios donde haya un cierto grado de humedad
• Hay especies marinas, dulceacuícolas y terrestres
• Algunas viven en bordes de ríos, arroyos y acequias.
• Unas pocas viven "epifitas“.

Características Generalidades de la División Cyanophitas:

• Estructura celular procariótica y mayor a la de las bacterias
• Organismos unicelulares o cenobiales que carecen de cilios
• Producen Clorofilas de tipo a y carotenos.
• Almacenan glucógeno y volutina.
• Pared celular sólida de mureina
• Siempre asexuales y reproducción por divición y algunas veces generan endosporas.
• De Distribución Cosmopolita
• Habitan ambientes húmedos exceptuando los ácidos
• Fijadoras se Nitrogeno terrestre junto con algunas bacterias.

Algas Eucarióticas

• Más de 40.000 especies
• Estas algas pueden ser unicelulares o pluricelulares, generalmente fotoautótrofas
• Tienen organización protofítica o talofítica
• Se clasifican en divisiones como Euglenophyta, Dinophyta, Ochrophyta, Chlorophyta y Rhodophyta

Teoría Endosimbiótica en las Algas

• La diversificación está relacionada con los procesos en los que las células eucariotas adquieren cloroplastos
• La teoría endosimbiótica seriada explica que los cloroplastos de células eucariotas derivan de procariotas fotosintéticos que fueron englobados y mantenidos en simbiosis
• Las membranas de los plastos indican orígenes diversos y no simultáneos

Grupos de Algas con Plastos Adquiridos Secundariamente

• División Criptofita (aprox. 120 sp.)
• División Dinofita (aprox. 2,500 sp.)
• División Haptofita (aprox. 250 sp.)
• División Xantófita (Clase Xantofíceas, aprox. 400 sp.)
• División Crisófita (Clase Crisofíceas, aprox. 1000 sp.)
• División Ochrofita (Clase Bacillariofíceas, aprox. 20,000 sp., Clase Feofíceas, aprox. 2000 sp.)
• División Euglenofita (aprox. 800 sp.)

División Dinophyta

• Unicelulares flageladas similares a protozoos y predominantemente marinas (también en agua dulce)
• Incluyen aproximadamente 2,200 especies y 150 géneros
• Tienen una pared celular estructurada en dos tecas o valvas: epiteca (superior) e hipoteca (inferior)
• El cíngulo con un flagelo ondulado aloja a la estructura y ejecuta el movimiento de rotación
• Presentan un surco encargado del movimiento de dirección
• Las estructuras celulares incluyen Vesículas anfiesmáticas para sintetizar materiales de la teca
• Clorofilas "a" y "c" y Dinocarión

Diversidad Morfológica y Reproducción

• Monadales o mononoides (unicelulares flagelados)
  • Suelen variar disposición, posición o ornamentación de las placas
• Cocales (unicelular sin flagelos)
  • Casi cenobiales o filamentosos
• Géneros: Ceratium, Peridinium, Protoperidinium y Dinophysis

Distribución y Ecología

• Habitan Aguas dulces, de mar y ambientes salobres
• Predominan Fotoautótrofos o endosimbióticos
• Son planctónicos, pero preferentemente en mares cálidos
• Son los segundos productores primarios más importantes tras las diatomeas

Mareas Rojas

• Son proliferaciones por una reproducción asexual originado por cambios en condiciones ambientales
• Exceden 100 millones de células por litro
• Las algas excretan toxinas que causa la muerte de organismos
• La excesiva luminosidad, altas temperaturas y eutrofización son los factores causales.
• Causan los siguientes sintomas: urticaria, asfixia e inflamación de las mucosas por contacto
• Causa Diarreas o paralisis musculares.

Características de la División Dinophytas

• Eucarióticas
• Unicelulares
• Con pigmentación de Clorofilos de tipo "a".
• Reproducción Asexual, pero con una alternancia de una fase zigótica.
• Son componentes importantes del plancton y causantes de "Marras Rojas".

División Ochrophyta

• Son algas unicelulares, coloniales y filamentosas
• Poseen pigmentos de Clorofilos Cy A así como aceites y crisolaminarina
• Hay Paredes celulares de celulosa, pero están compuestas de silíce
• El grupo se dividide 8 tipos de clases, como Phaeophyceae y diatomeas

Características del Grupo Bacillariofícea

• La clase se divide en Unicelulares que se reproduce a gran escala de asexual y algunas veces con oogamia.
• La Clase tiene dos ordenes relevantes llamadas "Centrales" y "Pennales".
• El alga es a menudo de simetría radiada en tierra húmeda y agua dulce con forma cilindrica o poligonal.
• Son útiles para la fabricación de la dinamita o aislante o incluso como bioindicador
• Tiene reproducción asexual por bipartición

Clases Phaeophyceae

• Son algas con Talófitos que no posee formas celulares
• En las formas adultas posee tejidos parenquimasos
• Puede fijar nitrógeno
• Sus partes son Rizoide, Coloide y filoide.
• Contienen Crisolaminarina y manitol.

Grupo Econológico de clase Phaeophyceae

• Los Autótrofos y mares templados constituyen una dominancia en cuanto a la biomasa
• Hay especies para la zonificación y que toleran distintas cantidades de luminosidad.

Rhodophyta

• Aproximadamente 6100 especies marinas
• No posee células flageladas.
• Tiene Cloroplastos de tipo Primatia y filocobilinas
• Posee Yodo en estado abundante en el alga
• Hay una estructura blanda compuesta de agar-agar un constituyente de galactosa sulfatada.

Características Rhodophytas

• Uni o Filamentosas que están interconectadas
• Producen alimento como Jaleas o Mitsumame y mermeladas
• Distintos tipos de carragenos son usados para hacer helados y productos sabor a leche y productos para animales.

Taxonomía Rhodophyta:

• Rhodophytas son clasificadas en Rhododhyceae y subclases Bangioficidae y Floridoficideae
• En subclase Bangioficideae hay "Porphira“

Utilidades Rodophytas

• Carragaen es calmante a la tos y extractos de agar se utilizan como un anticoagulante.
• Con eses alga también se hacen guarniciones y productos lácteos
• Sirven de abono y para Estabilización para crear emulsiones y cosméticos.

Características de la Rhodophyta:

• De estructura Eucariótica y filamentos o laminares.
• Pigmentos como Carotenos se unen con ficobilidinas
• Poseen pared Celular
• Asexuales, pero no se dividen y hacen asexuales
• Viven esencialmente en los mares tropicales y templados.
• Poseen ficocianina que les permite aprovechar la radiación

División Chlorophytas:

• Las llamadas algas verdes poseen clorofilas A y B
• Usan la fécula como principal Reserva
• Microspicas
• Se utiliza con extractos o se cultivan.
• Incluiden grupo UTC y a grupo C

Filogenia

• Las divisiones se basan en Aparato flagelar
• El UTC incluye algas verdes
• El C incluye briofilos y vasculares.

Filogenia

• Las filogenias de UTC son las con cloróficas
• En cambien las filogenias de C son los de la charopíceas.

Algas Verdes

• Con gametos que recuerdan a plantas terrestres

• Formas unicelulares como Volvox

• Poseen diversidad Ecológica

• En agua dulce, salada o nieve.

Utilidades de las Algas Verdes:

• Se pueden hacer ensaladas u obtener y usar clorala y Senecede

• Son ricas fuente de proteínas y se puede crear bio combustable o un bioindicador.