Generalidades y tipos de Clorofilas

Generalidades de las Algas

• El término "alga" se aplica a una variedad de organismos fotosintéticos protófitos o talófitos.
• Pertenecen a diferentes linajes no relacionados filogenéticamente (polifiléticos).
• Todas las algas se caracterizan por tener pigmentos para absorber la luz solar, presentando dobles enlaces conjugados
• La clorofila A es el pigmento esencial para la fotosíntesis, siendo liposoluble y formado por un anillo porfirínico con magnesio y una cadena fitol.
• El anillo de porfirina con magnesio absorbe luz.
• La función de la cadena fitol mantiene la clorofila 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, con un doble enlace entre las posiciones 7 y 8.
• Clorofila c2: R1 = -CH=CH2, R4 = -CH=CH-COOH con un doble enlace entre las posiciones 7 y 8.
• Clorofila d: R3 = -CHO

Clasificación y Organización

• Algas Procariotas: División Cyanophyta (o Cyanobacteria)
• Algas Eucariotas: Incluyen divisiones dentro del Reino Chromista (Miozoa y Ochrophyta) y el Reino Plantae (Rhodophyta, Chlorophyta y Charophyta).

Características Generales de Procariotas (Cyanophyta)

• Organismos con estructura celular procariótica, sin núcleo definido, mitosis ni meiosis.
• Poseen un nivel de organización celular bajo y carecen de orgánulos como plastos, mitocondrias, y RE.
• Su pared celular es de heteropolímeros exclusivos (mureína = peptidoglucano).
• Presentan formas no adaptadas al O2 (anaerobios) y muchos fijan N2.
• Sus flagelos son simples, constituidos por flagelina.
• Anteriormente incluían dos divisiones: Cyanophyta (algas verde-azuladas) y Prochlorophyta (algas verdes procariotas).
• Actualmente, solo incluyen la División Cyanophyta, Clase Cyanophyceae.
• Las cianobacterias se distinguen de otras bacterias por tener clorofila A, fotosíntesis con liberación de oxígeno y mayor tamaño.

Estructura Celular de Cyanophyta

• Las células de cianobacterias están diferenciadas en dos partes: Centroplasma (incolora) y Cromatoplasma(coloreada).
• Centroplasma contiene: ribosomas, granos de volutina (reserva de fósforo), cianoficina, arginina y asparagina (reserva de nitrógeno) y filamentos de ADN.
• Cromatoplasma contiene: tilacoides con pigmentos fotosintéticos, ARN, ribosomas, cuerpos poliédricos o carboxisomas, enzima RUBISCO y ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa/oxigenasa (fijación de CO2 atmosférico).
• La pared celular es de mureína o peptidoglucano, un copolímero de N-acetil-glucosamina y ácido N-acetil murámico, puede tener una vaina gelatinosa.
• El peptidoglucano es resistente, protege contra la ruptura osmótica.

Citoplasma y Movilidad de Cyanophyta

• Citoplasma se divide en: Centroplasma(incoloro con ADN) y Cromatoplasma(coloreado de azul-verdoso con RNA).
• Pigmentos: Clorofila-A, beta-caroteno, xantofilas y ficobilinas (ficocianina azul y ficoeritrina roja).
• No presentan flagelos.
• Pueden presentar movimientos de cabeceo o vaivén (Oscillatoria) o de rotación (Spirulina) por liberación de mucílago.

Reproducción de Cyanophyta

• Solo presentan reproducción asexual. -Bipartición
• Multiplicación Vegetativa: a través de hormogonios (segmentos de filamento de células jóvenes no especializadas) -Endosporas -Esporas perdurantes (acinetos): células que engrosan la pared celular, acumulan sustancias de reserva y originan nuevos filamentos en condiciones favorables.

Heterocistes en Cyanophyta

• Las células especializadas en fijar N2, diferentes en tamaño y carentes de pigmentos, con pared de 3 estratos sin mureína.
• Promueven la anoxia interna e incluyen la deposición de dos capas adicionales envolviendo al heterociste: N≡N → 2 NH3.
• Las cianobacterias son los únicos organismos fotosintéticos y aerobios capaces de fijar nitrógeno molecular, transformándolo en amonio y transportándolo a las células vecinas como glutamina.
• La fijación de nitrógeno es realizada por la enzima nitrogenasa y enzimas glicolíticas, requiriendo carbohidratos (maltosa, sacarosa) translocados desde las células vecinas debido a la ausencia de carboxisomas.

Formas de Cyanophyta

• Cenobiales ordenadas: Chroococcus sp. y Merismopedia.
• Cenobiales desordenadas: Gloeocapsa y Microcystis
• Filamentosas no ramificadas: Nostoc y Anabaena,Arthrospira Spirulina, Oscillatoria
• Filamentosas con falsas ramificaciones: Scytonema y Tolypothrix
• Filamentosos multiseriados: Stigonema.

Importancia de Cyanophyta

• Organismos fotoautótrofos más antiguos, con fotosíntesis oxigénica, contribuyendo al oxígeno atmosférico y la capa de ozono, posibilitando la vida terrestre.
• Son productores primarios en casi todos los biotopos de la biósfera y fijadores de nitrógeno atmosférico.
• También son pioneras en la colonización de suelos inhóspitos y precursoras de cloroplastos en algas y plantas terrestres.

Utilidades de las Cianófitas

• Alimenticia: como Nostoc commune (gelatina de Tierra) en Japón y China
• Farmacéutica: Spirulina sp. en dietas de adelgazamiento y fuente de proteína
• Agrícola: Como fertilizantes por la fijación de N atmosférico (hasta 50 Kg. de N /Ha.)

Flores de Agua

• Las proliferaciones de algas suelen ser eutrofización.
• Las floraciones ocurren por exceso de nutrientes (fósforo y nitrógeno), lo cual favorece el crecimiento exponencial de procariotas.
• La sola presencia de estos puede causar intoxicaciones por cianotoxinas.
• La descomposición de las algas consume oxígeno en aguas lentas, ocasionando la muerte de plantas y peces.

Toxicidad por Cianobacterias

• Los géneros más implicados en incidentes de envenenamiento son Microcystis, Oscillatoria, Anabaena, y Aphanizomenon.
• Se estima que más del 50% de floraciones de cianobacterias son tóxicas, según la especie, toxicidad, tipo de toxina y características del organismo
• Se desconocen los factores precisos que desencadenan la síntesis de toxinas en las floraciones.
• Las cianotoxinas pueden ser péptidos, alcaloides o lipopolisacáridos que afectan el sistema nervioso, digestivo, mucosas y piel.
• Hepatotoxinas se puede encontrar Microcystina (MCYS), Nodularina
• Neurotoxinas, se puede encontrar Anatoxina a (ANTX-a), Saxitoxina (SXT). Neurotoxinas y demotoxinas estan presentes en Anabaena
• Irritantes, Lipopolisacaridos (LPS) que estan presentes en todas las especies.

Ejemplos de Intoxicaciones

• Brasil (1985): 2000 casos de gastroenteritis por agua potable.
• Brasil (1996): Primer registro mundial de intoxicación sanguínea.
• USA (Río Ohio, 1931): Primer reporte mundial de gastroenteritis.
• Reino Unido (1989): Intoxicación aguda de deportistas por inhalación.
• Argentina, Australia, Canada, Finlandia Escocia y USA, algunos animales Vacunos, Ovinos, Aves, Perros y Peces sufrieron de Hepatotoxina y Neurotoxina.

Biología y Ecología de Cyanophyta

• Son autótrofas de vida libre, algunas simbiontes con hongos (Líquenes), helechos (Azolla) y raíces de plantas superiores (Cycas).
• Son Ubiquistas y cosmopolitas, viviendo prácticamente en todos los sitios húmedos.
• Hay especies marinas, de agua dulce y terrestres húmedas, prefiriendo los bordes de ríos, arroyos y acequias.
• Algunas viven como epifitas sobre troncos de árboles

Características General de Cyanophytas

• Estructura celular procariótica.
• Organización Unicelulares o cenobiales, carentes de cilios y undulipodios.
• Pigmentos: a, B, Oxicarotenos, y Cromobiliproteinas
• Productos de reserva: Glucógeno, cianoficina, poli-ß-hidroxibutirato, volutina.
• Pared celular: mureina, una vaina gelatinosa.
• Reproducción asexual
• Distribución Cosmopolita
• Ecología: Eurioícas, en todos los ambientes húmedos, salvo aguas ácidas.
• Junto con bacterias son los únicos organismos terrestres que fijan nitrógeno atmosférico.

Algas Eucariotas

• Incluyen unicelulares o pluricelulares.
• Generalmente fotoautótrofas.
• Presentan organización protofítica o talofítica.
• Se han descrito sobre 40,000 especies.
• Divisiones principales: Euglenophyta, Dinophyta, Ochrophyta, Chlorophyta y Rhodophyta.

Teoría Endosimbiótica

• Postula que algunos orgánulos de las células eucariotas como plastos y mitocondrias, habrían tenido su origen en organismos procariotas primitivos que se introdujeron en las células eucariotas como simbiontes intracelulares.
• La diversificación a nivel citológico relacionada es estrechamente ligada a los cloroplastos.
• Los cloroplastos de células eucariotas derivan de procariotas fotosintéticos (cianofitos) que fueron englobados.

Grupos 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.) y Clase Feofíceas (aprox. 2000 sp)
• División Euglenofita: aprox. 800 sp.

División Dinophyta (Dinoflagelados)

• Unicelulares flageladas, cercanas a los protozoos.
• Principalmente marinas (también agua dulce).
• Son muy numerosas.
• Conocidos por tener unas 2.200 especies y 150 géneros.
• Presentan formas desnudas (periplasto) y blindadas (teca con membrana celular y placas de celulosa).
• La pared celular está estructurada en dos tecas o valvas (epiteca/epivalva y hipovalva/hipoteca), separadas por un cíngulo que aloja un flagelo.
• Presencia de un surco longitudinal (Sulco) con otro flagelo que se encarga del movimiento de avance y dirección

Estructura Celular de Dinoflagelados

• Vesículas anfiesmáticas: sintetizan materiales de la teca bajo la membrana plasmática, incluyendo tricocistes.
• Vacuolas pulsátiles: expulsan sustancias de desecho por canalículos que llegan hasta los pozos flagelares.
• Plastos: con tres membranas y tilacoides de tres en tres, pirenoide asociado y almidón como sustancia de reserva.
• Pigmentos: clorofilas 'a' y ('c'), xantofilas (dinoxantina, diadinoxantina, peridinina, diatoxantina y fucoxantina).
• Núcleo (Dinocarión): voluminoso, central, con cromosomas visibles y ADN no asociado a histonas.

Diversidad Morfológica de Dinoflagelados

• Monadales o mononoides (unicelulares flagelados): la mayoría, varían en disposición de las placas, posición de surcos, ornamentaciones y prolongaciones.
• Cocales (unicelular sin flagelos): muy pocos, cenobiales o filamentosos (poco desarrollados), incluso algunos ameboides.
• Géneros representativos: Ceratium, Peridinium / Protoperidinium, Dinophysis

Distribución y Ecología de Dinoflagelados

• Aguas dulces, de mar y ambientes salobres.
• Mayormente fotoautótrofos, algunos endosimbióticos de animales y protozoos (zooxantelas), otros predadores y parásitos.
• Fotoautótrofos planctónicos, sobre todo en mares cálidos [1.5-2 millones/litro de agua]
• Importancia: Los segundos productores primarios más importantes tras las diatomeas

Mareas Rojas Causadas por Dinoflagelados

• Las mareas rojas son proliferaciones por reproducción asexual causadas por cambios ambientales y aumento de nutrientes, excediendo los 100 millones de células por litro.
• Ciertos dinoflagelados (Dinophysis acuta, Prorocentrum lima y Gymnodinium caienatum) excretan toxinas (sulfuros) provocando la muerte de organismos marinos.
• Dinophysis y Gonyaulax, causan las mareas rojas.

Efectos de las Mareas Rojas

• Causas: excesiva luminosidad, elevada temperatura y eutrofización de las aguas costeras (materia orgánica y detritus arrastrados por los ríos).
• Toxicidad: por toxinas peptídicas, proteínicas y alcaloídicas que pueden llegar al hombre.
• En contagio directo causa: urticaria, asfixia e inflamación en piel y mucosas
• En contagio indirecto causa: trastornos digestivos (diarreas y vómitos por ácido okadaico), parálisis muscular (saxitoxina), trastornos neurológicos (calambres, cefaleas, pérdida de memoria) y necrosis hemorrágica del hígado.

Características Generales de Dinophytas

• Estructura celular eucariótica (mesocariotica)
• Organización Unicelular, (muy raramente cenobial o filamentosa)
• Pigmentos: a, B, Diadinoxantina, Diatoxantina, Peridina por lo que Clorofilas a (y c en algunas especies)
• Almidón extraplastidial
• Pared celular: Celulosa en vesículas bajo la membrana citoplasmática (anfiesma)
• Movilidad: : uno rectilíneo pennado, a lo largo del sulco, otro ondulado pectinado, a lo largo del cíngulo
• Reproducción Asexual por bipartición y sexual con ciclos con alternancia de fases zigótica.
• Cosmopolita
• Son los principales componentes del plancton, son los productores de la formación de “mareas rojas"

División Ochrophyta

• Características generales: Pueden ser unicelulares, coloniales, filamentosas y talos parenquimáticos.
• Pigmentos: Clorofila A y C, xantofilas y carotenos(que enmascaran las clorofilas).
• Sustancias de reserva: aceites y crisolaminarina.
• Paredes celulares con celulosa y sílice(en las diatomeas).
• Phaeophyceae con células con flagelos heterocontos(uno liso y otro provisto de pelos .)
• Diatomeas sin flagelos,pero un flagelo en el gameto masculino
• Incluye 8 clases,pero entre esas vamos a estudiar dos, Bacillariophyceae y Phaeophyceae.

Clase Bacillariophyceae (Diatomeas)

• Unas 8.400 especies
• Son unicelulares
• Son Marinas y de aguas dulces (planctónicas)
• Algunas tierras húmedas
• Reproducción asexual mayoritaria
• Reproduction sexual son muy pocas algunas por isogamia (En céntricas