Manuel Tapia, un lector habitual de este blog y apasionado de la microscopía, me ha enviado unas bonitas imágenes de cristales intracelulares en el alga de agua dulce Spyrogira. Tras las biomineralizaciones en cebollas, sus imágenes son la continuación perfecta, por lo que con su permiso las voy a compartir con todos vosotros.

Bien, esta es el alga Spirogyra en una bellísima imagen obtenida por Manuel con un no menos bello microscopio Olympus:

Es un alga verde filamentosa, formada por largos filamentos sin ramificar formados por muchas células individuales dispuestas en hileras y recubiertas de una capa de celulosa y de pectina, que le dan ese tacto mucoso a las algas.
Ocasionalmente, en aguas limpias y algo eutrofizadas, se da en grandes colonias que forman “mats” en la superficie del agua y en las riberas. No es peligrosa e incluso sirve de alimento en algunos lugares de asia. Una peculiaridad son esos filamentos helicoidales llenos de “cuentas”: son los cloroplastos, donde se fabrica el alimento que comemos y el oxígeno que respiramos…que, contra lo que muchos pensareis, no viene del Amazonas o cualquier “pulmón”, como los suelen llamar en el telediario, (un bosque maduro está en equilibrio y ni reduce el CO2 ni aumenta el oxígeno atmosférico), sino de multitud de algas y bacterias fotosintéticas oxigénicas. Si el microscopio esta equipado para fluorescencia, la observación del alga con luz UV haría que se vieran los cloroplastos con una bella fluorescencia roja debida a la clorofila y otros pigmentos.

Aparte de las “cuentas”, donde se produce el proceso redox que transforma el CO2 en alimento para el alga y en oxígeno para nosotros, observais como unas masas verdecillas que van rodeando el collar de cuentas, como una “tripilla”. Eso se llama pirenoide y son masas formadas por acumulación de un enzima, la RuBIsCO (sic). Este enzima que podéis ver en el alga (no se ve en células de plantas terrestres, debido a la diferente difusión del CO2 en el medio aéreo y en agua) es una gran proteína y la directa responsable de que podamos comer: fija el dióxido de carbono formando el fosfoglicerato, que luego da lugar a los azúcares. Este es el lugar donde se produce toda la biomasa terrestre y es la proteína más abundante del planeta: por cada ser humano hay unos 5 kg de RuBisCO y en total se estiman unos 40 billones de toneladas que, a su vez, contienen unas 8 a 10000 toneladas de magnesio.La siguiente proteína en abundancia es probablemente la actina, una proteína abundante en el músculo y en el citoesqueleto de las células.

Modelo del enzima RuBisCO de espinaca. (PDB 1AA1). Es un gran enzima formada por un conjunto de subunidades iguales. Su estructura es ancestral, se denomina barril TIM (alfa-beta)8 y está formada por una secuencia estructural con 8 láminas beta (purpura) alternas con 8 hélices alfa (rojo). Este tipo de estructura se repite en muchos enzimas metabólicos.
Detalle de una de las subunidades del enzima RuBisCo. Se observa, en púrpura, a la izquierda y visto desde arriba, el barril TIM, en el que se sitúa el átomo de magnesio (bolita amarilla). Aquí es donde tiene lugar la reacción química por la que el CO2 se incorpora para formar dos moléculas de fosfoglicerato, que se procesa para formar los azúcares. Esta es la estructura proteica que mantiene la vida en nuestro planeta y se originó hace miles de millones de años.

La RuBIsCO produce el oxígeno que respiras. De hecho, actualmente necesitaríamos más de 40 kg de RuBIsCo por persona para que esta enzima pueda ayudarnos a frenar el cambio climático. Y éste es el problema. La RuBisCO no es un enzima eficiente. Transformar el dióxido de carbono en compuestos orgánicos es un proceso complejo, energéticamente poco favorable. Además, el enzima evolucionó antes de que hubiera una alta concentración de oxígeno atmosférico. Este tiene un efecto inhibidor, reduciendo la actividad del enzima. Hay además otros problemas (derivados del hecho de que los enzimas no fueron “diseñados” sino que evolucionaron) que hacen que su capacidad para fijar CO2 no sea muy alta y sea éste un proceso más lento que nuestra capacidad para verter CO2 a la atmósfera. Por ello, los árboles y las algas no pueden salvarnos. Es muy difícil además modificar genéticamente el sistema, ya que la RuBisCo no está aislada, sino que, para ejercer su función, requiere el complejo de la fotosíntesis. Un objetivo científico actual es crear organismos fotosintéticos supereficientes, que recojan el CO2 atmosférico a gran velocidad, transformándolo en productos orgánicos.

Aparte de esta maravillosa imagen del alga con sus cloroplastos y pirenoides, Manuel ha observado con buen criterio estos cristales desarrollados en el citoplasma:

Cristales de aragonito. La medida de uno de los cristales largos es de 19 micras.

Son crecimientos en forma de cruz de cristales de aragonito. Estos cristales, de seguir desarrollandose, segun las condiciones podrían formar una macla pseudohexagonal o grupos aciculares. Comparad la forma de las agujas con estos cristales:

Este es un caso de biomineralización muy importante, ya que la fijación de CO2 por parte de algas y bacterias es la que ha permitido que el nivel de este gas en la atmósfera se redujera, formando enormes depósitos de carbonato de calcio que han ido formando nuestros paisajes. Al ir muriendo y formando parte de los sedimentos, la enorme cantidad de biomineralización de carbonato cálcico fue acumulandose, generando muchas de las rocas calizas que conocemos ahora. Las rocas carbonatadas de origen biológico son un depósito de CO2 que fué retirado de la atmósfera por los organismos vivos, permitiendo la vida actual.

La formación de estos cristales en el interior del alga parece ser un proceso dependiente del medio en que se encuentra y de la concentración local de carbonato y dióxido de carbono disuelto en el agua. Estos cristales actúan además como depósito de calcio para la actividad celular. Es una función similar a la que ejercen nuestros huesos (formados por fosfato de calcio): la formación de sales insolubles de calcio regula la homeostasis de éste metal en la célula, creciendo o disolviéndose los cristales según necesidad. Además, estos cristales pueden contener otros metales, como plomo o cadmio, con lo que estos cristales tienen también un rol en la detoxificación.

Aquí veis un grupo de cristales intracelulares de aragonito, vistos en contraste de fases. La pared entre dos células indivuales del alga y la cubierta exterior de celulosa son claramente visibles. En muchos casos, la célula controla la formación de éstos cristales mediante un proceso llamado ureolisis. Genera urea metabólicamente y la hidrólisis de ésta produce localmente el carbonato necesario para precipitar los cristales.

Habéis visto un ejemplo de una de las biomineralizaciones más importantes de la Naturaleza, que es la formación de carbonato cálcico o “calcificación”. Gracias a este proceso y la formación de cristales como éstos, la vida existe tal como la conocemos. Y, si habéis pensado en lo que os he contado en este post, espero que miréis las algas con otros ojos: vivís gracias a ellas y a otros organismos que son la fuente primaria de lo que os estais comiendo ahora mismo y de lo que estáis respirando en éste momento.

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