Las algas: generalidades y divisiones principales

Tema General e Introducción

• El tema central son las algas, abarcando sus generalidades y divisiones principales.
• Se destacan las algas procariotas (División Cyanophyta) y los dinoflagelados (División Dinophyta).
• Se menciona el interés farmacéutico de las algas, así como las intoxicaciones por mareas tóxicas y el cultivo de microalgas.

Concepto de Alga

• Alga es un término amplio para organismos protófitos o talófitos fotosintéticos.
• Pertenecen a linajes filogenéticamente no relacionados (polifiléticos).

Clasificación de Algas

• Algas procariotas: División Cyanophyta.
• Algas eucariotas: División Dinophyta (= Pyrrophyta), Ochrophyta, Rhodophyta, Chlorophyta.

Pigmentos de las Algas

• Todas las algas tienen pigmentos para absorber la luz solar, con dobles enlaces conjugados para la absorción.
• Un pigmento imprescindible para la fotosíntesis es la clorofila A, un pigmento liposoluble.
• Los pigmentos clorofílicos son insolubles en agua, pero sí 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 7y 8.
• Clorofila c2: R1 = -CH=CH2 y R4 = -CH=CH-COOH y doble enlace entre 7y 8.
• Clorofila d: R3 = -CHO.

Carotenos y Oxicarotenos

• Integrantes de los pigmentos de algas.

Cromobiliproteínas

• Ficoeritrina: R = -CH=CH2.
• Ficocianina: R = -CH2-CH3.

Clasificación Detallada de Algas

• Algas procariotas: División Cyanobacteria.
• Algas eucariotas (Reino Chromista): División Miozoa, Ochrophyta.
• Algas eucariotas (Reino Plantae): División Rhodophyta, Chlorophyta, Charophyta.

Características Generales de Procariotas

• Organismos procariotas no poseen núcleo auténtico, carecen de mitosis y meiosis, y tienen un nivel de organización celular bajo.
• Ausencia de orgánulos como plastos, mitocondrias y RE.
• Pared celular de mureína (peptidoglucano), con numerosas formas no adaptadas al O2 (anaerobios).
• Fijan N2 y poseen flagelos simples de flagelina.
• Anteriormente, se clasificaban en Cyanophyta (algas verde-azuladas) y Prochlorophyta (algas verdes procariotas); actualmente, se agrupan en División Cyanophyta, Clase Cyanophyceae.

División Cyanophyta: Estructura Celular

• Células de cianobacterias tienen dos partes: Centroplasma (incoloro, con ribosomas, volutina, cianoficina, arginina y asparagina) y Cromatoplasma (coloreado, con tilacoides, pigmentos fotosintéticos, ARN, ribosomas, carboxisomas y RUBISCO).
• La pared celular es de mureína/peptidoglucano, un copolímero de n-acetil-glucosamina y ácido n-acetil murámico, a veces con vaina gelatinosa.
• El peptidoglucano protege contra la ruptura osmótica en ambientes acuáticos.

Citoplasma y Movilidad en Cyanophyta

• Centroplasma: Incoloro y con el ADN.
• Cromatoplasma: Coloreado de azul-verdoso, con gránulos de RNA.
• Pigmentos: Clorofila-A, beta-caroteno, varias xantofilas, ficobilinas (ficocianina azul y ficoeritrina roja).
• No presentan flagelos, pero algunas especies tienen movimientos de cabeceo (Oscillatoria) o rotación (Spirulina) por liberación de mucílago.

Reproducción en Cyanophyta

• Solo reproducción asexual: Bipartición, multiplicación vegetativa por hormogonios (segmentos de filamento), endosporas y esporas perdurantes (acinetos).
• Los heterocistes tienen función metabólica para fijar el nitrógeno atmosférico.

Heterocistes en Cyanophyta

• Células especializadas para fijar N2, sin pigmentos y con pared de 3 estratos sin mureína.
• Anoxia interna y capas adicionales.
• Las cianobacterias son fotosintéticas y aerobias, fijando nitrógeno molecular y transformándolo en amonio.
• La fijación es realizada por la nitrogenasa, inhibida por el oxígeno Carecen de carboxisomas y dependen carbohidratos translocados.

Formas de Cyanophyta

• Cenobiales Ordenadas ejemplo Chroococcus sp., Merismopedia.
• Cenobiales Desordenadas ejemplo Gloeocapsa, Microcystis.
• Filamentosas no ramificadas ejemplos Nostoc, Anabaena, Arthrospira y Oscillatoria.
• Filamentosas con falsas ramificaciones Scytonema y Tolypothrix.
• Filamentosos con verdaderas ramificaciones Hapalosiphon.
• Filamentos multiseriados representados por Stigonema.

Importancia de Cyanophyta

• Organismos fotoautótrofos más antiguos, productores de oxígeno y formadores de la capa de ozono.
• Facilitan la conquista del ambiente terrestre.
• Productores primarios en la biósfera y fijadores de nitrógeno atmosférico.
• Pioneros en la colonización de suelos desérticos y volcánicos.
• Se establecen como precursores de los cloroplastos de algas y plantas terrestres.

Utilidad de las Cianófitas

• Usos alimenticios: Nostoc commune (gelatina de Tierra) en Japón y China.
• Aplicaciones farmacéuticas: Spirulina sp. para dietas y como reconstituyente vitamínico.
• Agrícola: Como fertilizantes por su capacidad de fijar N atmosférico (hasta 50 Kg. de N /Ha.).

Flores de Agua y Cianotoxinas

• Las proliferaciones de algas (floraciones) son sinónimo de eutrofización, causadas por el aumento de nutrientes (fósforo y nitrógeno).
• Las cianotoxinas pueden causar intoxicaciones, y la descomposición reduce el oxígeno, matando plantas y peces.

Toxicidad de Cianobacterias

• Los géneros más implicados en incidentes de envenenamiento son Microcystis, Oscillatoria, Anabaena y Aphanizomenon.
• Las cianotoxinas son metabolitos secundarios con efectos diversos, dependiendo de la especie y el nivel de toxicidad.
• La síntesis de toxinas depende de factores como la temperatura, luz y pH.
• Las cianotoxinas (péptidos, alcaloides o lipopolisacáridos) afectan al sistema nervioso, digestivo, mucosas y piel.

Tipos de Cianotoxinas

• Hepatotoxinas (Microcystina, Nodularina) y Neurotoxinas (Anatoxina a y a (S), Saxitoxina).
• Dermotoxinas (Aplisiatoxina Lyngbiatoxina) y Hepatotoxinas (Cilindrospermopsina).
• Irritantes (Lipopolisacáridos).

Ejemplos de Intoxicaciones

• En Brasil (1985 y 1996), causó gastroenteritis e intoxicación por vía sanguínea.
• En USA (1931) primer reporte mundial de gastroenteritis.
• En Reino Unido (1989), causó intoxicación aguda por inhalación de spray.
• En Australia (1995), causó gastroenteritis, alergias, fiebre y úlceras.

Biología y Ecología de Cyanophyta

• Autótrofas de vida libre, algunas simbiontes con hongos (Líquenes), helechos (Azolla) y Cycas.
• Ubiquistas y cosmopolitas, en ambientes húmedos.
• Marinas, de agua dulce y tierra húmeda, prefiriendo bordes de ríos y arroyos.
• Algunas viven como epifitas en árboles.

Características Generales de Cianófitas

• Estructura celular procariótica y unicelulares o cenobiales sin cilios.
• Pigmentos: Clorofila a (y ‘b’ en prochlorófitos), carotenos, oxicarotenos y cromobiliproteinas.
• Productos de reserva: Glucógeno, cianoficina, poli-ß-hidroxibutirato y volutina.
• Pared celular de mureína e intermedia entre bacterias Gram - y Gram +.
• Reproducción asexual por división celular; en algunas formas se producen endosporas..
• Distribución cosmopolita y ecología eurioíca en ambientes húmedos.

Algas Eucariotas: Grupo y Diversidad

• Más de 40.000 especies.
• Unicelulares o pluricelulares, fotoautótrofas y de organización protofítica o talofítica.

Tipos de Algas Eucariotas

• Protófitas (unicelulares, cenobiales): Divisiones Euglenophyta, Dinophyta, Ochrophyta (Clase Bacillariophyceae) y Chlorophyta.
• Talófitas (pluricelulares con talo): Divisiones Ochrophyta (Clase Phaeophyceae), Rhodophyta y Chlorophyta.

Teoría Endosimbiótica

• Explica cómo las células eucariotas adquieren la fotosíntesis a través de la endosimbiosis.
• Los cloroplastos derivan de cianofitos procariotas que se incorporaron simbióticamente.

Grupos de Algas con Plastos Adquiridos

• División Criptofita (aprox. 120 sp.), Dinofita (aprox. 2.500 sp.), Haptofita (aprox. 250 sp.) y Xantófita.
• Clase Xantofíceas (aprox. 400 sp.) y Crisofíceas (aprox. 1000 sp.).
• División Ochrofita, Clase Bacillariofíceas (aprox. 20.000 sp.) y Feofíceas (aprox. 2000 sp.).
• División Euglenofita (aprox. 800 sp.).

División Dinophyta

• Unicelulares flageladas cercanas a los protozoos, principalmente marinas (también en agua dulce).
• Diversidad de unas 2.200 especies y 150 géneros.
• Su pared celular esta estructurada en dos tecas o valvas, una superior denominada epiteca o epivalva y otra inferior denominada hipovalva o hipoteca.
• Dos Surcos característicos, Cingulo(transversal que aloja un flagelo ondulado) y Sulco (longitudinal con flagelo para el movimiento de avance y dirección).

Estructura Celular de Dinophyta

• Vesículas anfiesmáticas sintetizan materiales de la teca.
• Vacuolas pulsátiles expulsan desechos mediante canalículos.
• Plastos con tres membranas y un pirenoide asociado.
• Pigmentos: Clorofilas 'a' y ('c'), xantofilas (dinoxantina, diadinoxantina, peridinina, diatoxantina y fucoxantina).
• Núcleo (Dinocarión): Voluminoso, central. Cromosomas siempre visibles, sin histonas.

Diversidad Morfológica en Dinophyta

• Monadales (unicelulares flagelados): Mayoría, varían en disposición de placas y posición de surcos.
• Cocales (unicelular sin flagelos): Pocos, cenobiales o filamentosos, incluso ameboides.
• Ejemplos de géneros: Ceratium, Peridinium, Protoperidinium y Dinophysis.

Distribución y Ecología de Dinophyta

• En aguas dulces, marinas y salobres.
• Mayormente fotoautótrofas, algunas endosimbióticas y también predadoras o parásitas.
• Son planctónicas, especialmente en mares cálidos (1.5-2 millones/litro de agua).
• Segundos productores primarios más importantes tras las diatomeas.

Mareas Rojas

• Las mareas rojas son proliferaciones por reproducción asexual, causadas por cambios ambientales y nutrientes.
• Pueden superar los 100 millones de células por litro y colorear el agua.
• Ciertos dinoflagelados(Dinophysis acuta, Prorocentrum lima y Gymnodinium caienatum ) excretan toxinas(sulfuros), que provocan la muerte de organismos marinos y afectan a los cultivos.

Peligros de las Mareas Rojas

• Causadas por Dinophysis y Gonyaulax, con altas concentraciones.
• Causas: luminosidad, temperatura elevada y eutrofización.
• Toxinas: De tipo peptídico, proteínico y alcaloídico.
• a) Directo: Afecta piel, mucosas y aparato respiratorio.
• b) Indirecto: Contamina moluscos.
• Síntomas:
  • a) Directo: Urticaria, asfixia e inflamación.
  • b) Indirecto: Trastornos digestivos, parálisis muscular, trastornos neurológicos y necrosis hemorrágica del hígado.

Características Generales de Dinófitas

• Estructura celular eucariótica.
• Organización unicelular, con pigmentos como clorofilas a y c, carotenos y oxicarotenos.
• Almidón extraplastidial como producto de reserva.
• Pared celular celulósica con vesículas bajo la membrana.
• Movilidad por dos flagelos perpendiculares.
• Reproducción asexual por bipartición, sexual (isogamia o anisogamia), con ciclo monogenético.
• Distribución cosmopolita y preferiblemente marina.
• Componentes del plancton y causantes de mareas rojas tóxicas.