Optativa de Criptógamas – HongosNutrición y Reservas

AlimenticiasDr. Sergio Moreno Limón

Departamento de Botánicamorenolimon@yahoo.com.mx

Ciudad universitaria, San Nicolás de los Garza, N. L. ENERO, 2016

Nutrición en los seres vivos

La nutrición es el proceso mediante el cual los seres vivos asimilan y utilizan las sustancias presentes en los alimentos. Se puede entender como un proceso de intercambio de materia y energía que realizan con su ambiente.

La nutrición es un concepto diferente al de alimentación.

La alimentación consiste básicamente en la ingesta de alimentos.

La nutrición es el proceso mediante el cual los alimentos ingeridos se transforman y se asimilan, es decir, se incorporan al organismo para realizar sus funciones vitales.

Alimentos y nutrientes

Para poder llevar a cabo sus funciones, deben conseguir desde su entorno los nutrientes, que se encuentran contenidos en los alimentos.

Se reconocen seis nutrientes básicos: hidratos de carbono, lípidos, proteínas, vitaminas, sales minerales y agua.

Los cuales cumplen funciones reparadoras, reguladoras y energéticas.

Se requieren para dos objetivos:

• Fines energéticos (reacciones de mantenimiento)

• Fines biosintéticos (reacciones plásticas o anabolismo)

Función de los nutrientes

Nutrientes FunciónHidratos de carbono

Aportan energía, ya sea como fuente inmediata o como reserva energética.

Lípidos Actúan como reserva energética; también tienen una función estructural.

Proteínas Participan en los procesos de producción, reparación y renovación de tejidos.

Vitaminas Participan en la regulación de las reacciones químicas del organismo.

Sales minerales Participan en la conducción de impulsos nerviosos y la regulación de las reacciones químicas.

Agua Actúa como solvente de todas las reacciones metabólicas.

Desde el punto de vista biosintético (o sea, para sus necesidades plásticas o de crecimiento) los procesos de nutrición se clasifican en:

Nutrición autótrofa

Nutrición heterótrofa

Nutrición mixótrofa

Nutrición autótrofa: Es propia de organismos capaces de crear nutrientes orgánicos a partir de sustancias inorgánicas, tales como: Agua, Sales minerales y Dióxido de carbono. Habitualmente el concepto de autótrofa se limita a la capacidad de utilizar una fuente inorgánica de carbono, a saber el CO2.

Fotoautótrofos: los que emplean agua, dióxido de carbono y energía lumínica.

Quimioautótrofos: aquellos que usan energía de un tipo particular de reacciones químicas.

Nutrición Heterótrofa: Los organismos con nutrición heterótrofa no pueden fabricar materia orgánica a partir de materia inorgánica. Por ellos, la toman de otros seres vivos o sus restos.

Nutrición Mixotrófa: organismos con metabolismo energético litotrofo (obtienen energía de compuestos inorgánicos), pero requieren sustancias orgánicas como nutrientes para su metabolismo biosintético.

Incluye organismos (algas, bacterias), capaces de obtener energía metabólica tanto de la fotosíntesis como de seres vivos. Pueden apropiarse de compuestos por osmotrofía o por fagocitosis.

Los hongos son considerados como descomponedores porque al igual que las bacterias forman el último eslabón trófico en una cadena o red alimentaria.

Estos organismos tienen importancia ecológica, porque descomponen la materia orgánica en inorgánica (sales minerales) que son devueltas al suelo enriqueciéndolo.

El ejemplo mas claro de reciclaje de la materia es el que comprende los 2 procesos antagónicos: Fotosíntesis y Respiración celular aerobia.

Por fotosíntesis los vegetales proveen todo tipo de alimentos (almidón, sacarosa, etc.) que los consumidores utilizamos como materia prima.

En la Respiración celular, por combustión biológica, los animales proveemos a los vegetales el CO2, para que ellos lo fijen y lo reconviertan nuevamente en alimentos para ellos y para todos los seres vivos.

Entre los organismos heterótrofos:

Los hongos se nutren casi exclusivamente mediante la transformación y absorción de los más diversos substratos orgánicos, ya que puede decirse que no existe ninguno donde no pueda instalarse y prosperar alguna especie de hongo.

Esto hace que la nutrición de los hongos se asemeje más a la de los animales, y como consecuencia los hongos tengan en general una composición química más parecida a estos que a la de los vegetales.

Por otro lado las diferencias entre el reino Fungi, y el reino animal son evidentes en cuanto a la realización de la función reproductora, y en cuanto a la capacidad de movimiento de unos y otros.

• A diferencia de las plantas, los hongos satisfacen sus fuentes de carbono y energía mediante la asimilación de materia orgánica preformada.

• Son protótrofos, es decir, pueden sintetizar vitaminas pero también son auxótrofos, es decir, necesitan vitaminas presintetizadas.

Nutrición -Requerimientos

Biótrofos. Obtienen nutrientes lentamente a partir de hospedantes vivos, a menudo sin matarlo. Segregan compuestos químicos que modifican la permeabilidad de las membranas celulares del hospedante provocando la salida de los azúcares y aminoácidos, que son absorbidos por el hongo.

Nectrótrofos. Atacan a los seres vivos de forma virulenta que matan al hospedante. Segregan toxinas que rompen las membranas plasmáticas del hospedante provocándole la muerte. La ruptura de las células liberan rápidamente nutrientes al medio, que son absorbidos por el hongo.

Nutrición celular, en hongos

El ingreso de sustancias a la célula se realiza a través de la membrana mediante procesos como: permeabilidad, difusión, ósmosis, fagocitosis y pinocitosis.

Permeabilidad o paso controlado y selectivo de sustancias a través de poros y canales específicos sin gasto de energía por transporte pasivo.

Difusión o desplazamiento de una sustancia líquida o gaseosa desde un medio de mayor concentración hacia uno de menor concentración.

Este proceso también se conoce como difusión simple o facilitada.

Depende de la concentración y del tipo de moléculas que van a ser transportadas.

Ósmosis o paso de agua a través de una membrana semipermeable desde un medio de menor concentración de solutos hacia uno de mayor concentración, gracias a un fenómeno conocido como presión osmótica.

En biología se le conoce como osmotrofia.

Fagocitosis o incorporación de partículas sólidas al interior de la célula, gracias a la invaginación de la membrana celular que da origen a una vacuola digestiva en la cual se aísla el alimento.

Pinocitosis o ingreso de líquidos a la célula mediante un proceso similar a la fagocitosis, pero formando pequeñas bolsas llamadas vesículas pinocíticas en lugar de una vacuola.

• Los carbohidratos son generalmente la fuente de carbón preferida.

• Dentro de los carbohidratos preferidos se encuentran: glucosa, xilosa, sucrosa y fructosa.

• Las fuentes de N son los aa, amonios y nitratos.

• Las fuentes de S son SH-aa y sulfatos. Algunos hongos necesitan vitaminas del tipo B, y en general Biotina y tiamina.

Nutrición -Requerimientos

Nutrición -Requerimientos

• También están equipados para usar carbohidratos insolubles como almidón, celulosa y hemicelulosa, así como también hidrocarbonos complejos como la lignina.

• Otros hongos pueden incluso utilizar proteínas como fuente de carbono y nitrógeno.

Lignina

• La lisotrofia por lo general se realiza en dos pasos:

Armas químicas de los hongos

Enzimas Desintegran componentes estructurales. Degradan sustancias nutritivas inertes. Afectan el protoplasto interfiriendo con sistemas

funcionales de la célula.

Toxinas Actúan sobre el protoplasto, dificultando la

permeabilidad y funcionamiento celular. Reguladores de crecimiento. Efecto hormonal (afectan la capacidad de dividirse y

crecer).

Enzimas

Grandes moléculas proteínicas que catalizan todas las reacciones interrelacionadas en una célula viva.

Para cada reacción química hay una enzima distinta que cataliza la reacción en la célula.

Degradación de sustancias de la Pared Celular

Cera cuticular: La mayoría de hongos y parásitos de plantas atraviesan

mecánicamente las ceras. Algunos patógenos (Puccinia hordei), producen enzimas

que degradan las ceras.

Cutina: Los hongos y otros organismos producen cutinasas. Los monómeros de cutina estimulan la producción de más

cutinasas.

Principal componente de la lámina media.

Polisacárido compuesto principalmente de ácido galacturónico (entremezclado con moléculas de ramnosa y pequeñas cadenas laterales de ácido galacturónico).

Las pectinasas, enzimas pectolíticas o pectinolíticas, degradan las sustancias pécticas.

Degradación de sustancias Pécticas

Degradación de sustancias Pécticas

Enzimas pectinolíticas:

Pectin metil esterasa (PME): Remueve pequeñas ramificaciones de las cadenas pectínicas, no afecta la longitud, altera la solubilidad de la pectina y la vuelve más sensible al ataque de las otras enzimas.

Poligalacturonasas (PG): Rompe las cadenas pécticas añadiendo una molécula de agua e hidrolizando el enlace entre dos moléculas de ácido galacturónico.

Pectinliasas: Rompen las cadenas pécticas removiendo una molécula de agua y liberando productos con un doble enlace insaturado.

Degradación de Sustancias pécticas

Acido galacturónico:ácido péctico (<75%)pectina (>75%)

Enzimas pectinolíticas:Ácido péctico

Poligalacturonasa (PG)Acido péctico trans eliminasa (PATE)

PéctinaPectin metil galacturonasa (PMG)Pectin transeliminasa (PTE)

Ramificaciones de ácido galacturónicoPectin metil esterasa (PME)

Degradación de Celulosa

• Polisacárido, moléculas de glucosa unidas en cadena.

• Microfibrillas. Son la unidad básica estructural de la pared celular.

• Pectinas, hemicelulosas y lignina, rellenan las microfibrillas.

Endoglucanasa (endo B 1,4,-glucanasa): rompe los enlaces transversales entre las cadenas.

1,4, B glucano celobiohidrolasa: degradan la celulosa a celobiosa.

B glucosinodasa: degrada la celobiosa a glucosa.

Degradación de Celulosa

Degradación de Hemicelulosa

• Mezclas complejas de polímeros de polisacáridos• Composición variable; entre plantas, partes de la planta y

estado fenológico de la planta.• Los polímeros hemicelulósicos incluyen:

XiloglucanoGlucomananosGalactomananosArabinogalactomananos

• Xiloglucano: constituido por cadenas de glucosa con ramificaciones terminales de cadenas de xilosa y galactosa, arabinosa y fucosa.

Degradación de Hemicelulosa

• Enzimas que intervienen:

Xilanasas Galactanasas Glucanasas Arabinasas Manasas Etc……

Biopolímero aromático complejo; es el segundo polímero en abundancia después de la celulosa.

La degradación del material lignocelulósico permite su reciclado en los ecosistemas y puede llevarse a cabo a través de procesos abióticos, como los incendios forestales, o a través de procesos donde intervienen los organismos vivos.

Degradación de Lignina

Degradación de Lignina

• Fenilpropano: unidad básica estructural.

• Presente en lamina media y pared celular secundaria de vasos xilemáticos y fibras de plantas.

• Es el más resistente a la degradación enzimática.

• Planta leñosa madura: 15-38% de lignina.

Oxidasas productoras de H2O2. Estas enzimas participan en la producción de H2O2, que además de ser utilizado como sustrato por las peroxidasas, puede originar radical hidroxilo (OH).

Glioxal oxidasa. Es una metaloenzima que genera H2O2 mediante la oxidación de aldehídos alifáticos, tales como el glioxal o el ácido glioxílico.

Aril alcohol oxidasa. Es una flavoenzima capaz de oxidar alcoholes primarios alfa-insaturados y alcoholes alifáticos insaturados generando H2O2.

Lacasas. Catalizan la oxidación mono electrónica de difenoles y aminas aromáticas, eliminando un electrón y un protón del grupo hidroxilo o amino para dar lugar a radical fenoxilo o amino.

Degradación de Lignina

Peroxidasas

Lignino peroxidasa (LiP). Esta hemoproteína se diferencia de otras peroxidasas no ligninolíticas en su alto potencial de oxidorreducción y en su preferencia para oxidar compuestos aromáticos no fenólicos.

Manganeso peroxidasa (MnP). Esta enzima requiere iones Mn2+ para cerrar su ciclo catalítico, elemento abundante en los materiales lignocelulósicos.

Peroxidasa versátil (PV). Se considera como un tercer tipo de peroxidasa ligninolítica con características comunes a ambas peroxidasas, debido a su capacidad de llevar a cabo reacciones de oxidación de sustratos aromáticos a través de un intermediario radical y, además, oxidar el Mn2+ a Mn3+.

Degradación de Lignina

Degradación de Proteínas estructurales de la pared celular

• 5 tipos de proteínas:• Extensinas (glicoproteínas)• Proteínas ricas en prolina• Proteínas ricas en Glicina• Lectinas• Proteínas arabinogalactonanos

• Se acumulan en respuesta a moléculas elícitoras liberadas por el hongo.

• El desdoblamiento de estas proteínas es similar a aquellas encontradas dentro de la planta.

Degradación de Sustancias dentro de la célula

• Algunos nutrientes (aminoácidos y azucares) son pequeños y pueden ser absorbidos directamente por los patógenos.

• Otros nutrientes como proteínas, almidón y lípidos tienen que ser desdoblados para poder utilizarse como nutrientes.

Degradación de Proteínas dentro de la célula

• Proteínas: formadas por la unión de muchas moléculas de aminoácidos (alrededor de 20 tipos diferentes).

• Proteasas: enzimas que degradan proteínas (similares a enzimas animales).

• Almidón: polímero de glucosa.

• Presente en dos formas:• Amilosa (molécula linear)• Amilopectina (molécula ramificada)

• Principal polisacárido de reserva.

• Amilasas: desdoblan el almidón a glucosa.

Degradación del Almidón

• Encontramos:• Aceites y grasas: semillas• Ceras: Células epidermales• Fosfolípidos y glicolípidos: Membrana celular

• Lipasas y Fosfolipasas: liberan ácidos grasos de las moléculas de lípidos.

• Los ácidos grasos son usados directamente por el patógeno.

Degradación de Lípidos

Materiales de Reserva - Glucogeno• Polisacárido bastante común

como fuente de reserva de carbón.

• Dentro de la célula se almacena en forma de gránulos insolubles (100 millones de daltons).

• Es un polímero de D-glucosa en configuración α, por lo tanto es un alfa glucano.

Materiales de Reserva - Glucogeno• Las moléculas de glucosa se unen por enlaces glucosidicos

α(1→4), cada 10 pares de glucosa se une una cadena adicional en un enlace α(1→6), por lo tanto la estructura es ramificada.

• Los gránulos de glucógeno pueden constituir hasta el 10% del peso seco del hongo.

Materiales de Reserva - Trehalosa• Material de reserva de amplia

distribución en hongos.• Consiste en dos moléculas de

glucosa (disacárido) en configuración α.

• Al ser un disacárido las reservas de trehalosa se convierten directamente en glucosa por la trehalasa.

• En ciertas esporas la trehalosa cumple una función de protección contra las condiciones ambientales.

Materiales de Reserva - Polioles• Alcoholes azucarados, alcoholes

poli hídricos.

• En conjunto con la trehalosa, pueden llegar a constituir hasta el 15% del peso seco del hongo.

• Existen de diversos tipos.• 3 carbonos, glicerol.• 4 carbonos, erythritol.• 5 carbonos, arabitol.• 6 carbonos, manitol.