Cuando se habla de respiración, solemos pensar automáticamente en el oxígeno y no concebimos que se pueda respirar sin él. Sin embargo, hay multitud de organismos que no necesitan ese gas para respirar.
Los seres vivos obtienen la energía de la luz del sol o de otras fuentes inorgánicas (autótrofos) o de la contenida en la materia orgánica producida por los anteriores (heterótrofos). Estos últimos, los heterótrofos, liberan para utilizarla la energía contenida en la materia orgánica realizando, mediante cadenas de reacciones químicas, procesos como las fermentaciones o la respiración. En las primeras, una misma molécula orgánica se rompe y sufre la oxidación de una de sus partes y la reducción de otras, con el efecto neto de liberar energía que se transfiere a los enlaces de alta energía del ATP (adenosín trifosfato), situados entre los grupos fosfato de la molécula. El ATP, por ruptura o nueva formación de sus enlaces, actúa de “moneda universal de la energía”. En la respiración también se transfiere la energía a los enlaces del ATP, pero esta se libera en unas reacciones distintas en las que las moléculas orgánicas se oxidan transfiriendo electrones a otras moléculas, generalmente inorgánicas, que actúan como aceptores de los electrones que ceden las primeras al oxidarse, con lo que las segundas se reducen.
Cuando oímos hablar de respiración, todos tendemos a pensar en el oxígeno. La mayor parte de la vida que conocemos tiene como aceptor de electrones el oxígeno, que se reduce a agua. Se trata de la respiración aerobia. Pero hay organismos, generalmente bacterias y arqueas, que no realizan fermentaciones, que respiran sin oxígeno y que constituyen una parte cuantitativamamente importante de los seres de la biosfera.
En la respiración, una molécula orgánica con átomos de carbono reducidos cede electrones a una cadena de transporte de electrones que termina a su vez cediéndolos a un aceptor que tiene cierto potencial de reducción (aceptación de electrones). En este proceso se libera energía y la cantidad de la misma depende del potencial de reducción del aceptor. Esta energía permite la unión de grupos fosfato al AMP (adenosín monofosfato) y al ADP (adenosín difosfato) para formar ATP, que es, como si dijéramos, la forma almacenada de la energía que interviene, por ruptura de los enlaces de los grupos fosfato, en los procesos celulares.
La energía obtenida en la respiración es máxima cuando el aceptor es el oxígeno. Con los restantes aceptores, es menor, por lo que la respiración de oxígeno o aerobia es más eficiente que la anaerobia. Sin embargo, esta respiración fue imposible durante miles de millones de años, hasta que ciertos organismos fotosintéticos llenaron la atmósfera de oxígeno como subproducto (produciendo, de paso, una crisis de envenenamiento) y hay muchos ambientes sin oxígeno en nuestro planeta. Es en esos ambientes donde prosperan las bacterias y arqueas de respiración anaerobia.
Los aceptores de electrones que utilizan estos organismos son variados: nitratos, produciendo óxidos de nitrógeno, nitrógeno o nitritos; sulfatos, produciendo sulfuros; azufre, produciendo también sulfuros; tiosulfatos, produciendo sulfatos y sulfuros; dióxido de carbono, produciendo metano; Fe 3+, produciendo Fe 2+; y otros muchos aceptores de electrones. E incluso se puede respirar arsénico. Recientemente se han descubierto arqueas que lo hacen, pese a que este elemento es un potente veneno para los demás seres vivos, en comunidades pelágicas anóxicas. En estas comunidades microbianas se produce un ciclo basado en el arsénico con reducción del As oxidado y oxidación quimioautotrófica del As reducido. En estas comunidades se han encontrado genes que codifican arsenitorreductasa y arsenatooxidasa que catalizan, respectivamente, la reducción y la oxidación del arsénico. El hallazgo se ha producido en la zona deficiente en oxígeno de la región tropical oriental del Pacífico Norte e indica que la arsenotrofia es una vía metabólica activamente utilizada en columnas de agua marina anóxicas en el océano actual y que debió de ser mucho más utilizada antes de la crisis del oxígeno provocada por la aparición de los microorganismos fotosintéticos.
Septiembre de 2019