Nutriția și creșterea bacteriilor (pagina 1)

bacteriilor

(Acest capitol are 6 pagini)

Cerințe nutriționale ale celulelor

Fiecare organism trebuie să găsească în mediul său toate substanțele necesare pentru generarea de energie și biosinteza celulară. Substanțele chimice și elementele din acest mediu care sunt utilizate pentru creșterea bacteriilor sunt denumite nutrienți sau cerințe nutriționale. Multe bacterii pot fi cultivate în laborator cultura media care sunt concepute pentru a furniza toți nutrienții esențiali în soluție pentru creșterea bacteriilor. Bacteriile care sunt simbionți sau obligă paraziți intracelulari ai altor celule, de obicei celule eucariote, sunt (nu neașteptat) greu de crescut în afara celulelor lor gazdă naturale. Indiferent dacă microbul este mutualist sau parazit, celula gazdă trebuie să furnizeze în cele din urmă cerințele nutriționale ale rezidentului său.

Multe bacterii pot fi identificate în mediu prin inspecție sau folosind tehnici genetice, dar încercările de a le izola și de a le dezvolta în cultură artificială nu au avut succes. Aceasta, în parte, este baza estimării că putem cunoaște mai puțin de un procent din toate procariotele care există.

Elementele majore

La nivel elementar, cerințele nutriționale ale unei bacterii, cum ar fi E coli sunt dezvăluite de compoziția elementară a celulei, care constă din C, H, O, N, S. P, K, Mg, Fe, Ca, Mn și urme de Zn, Co, Cu și Mo. Aceste elemente se găsesc sub formă de apă, ioni anorganici, molecule mici și macromolecule care au un rol structural sau funcțional în celule. Funcțiile fiziologice generale ale elementelor sunt prezentate în Tabelul 1.


Tabelul 1. Elemente majore, sursele și funcțiile acestora în celulele bacteriene.

Element % din greutatea uscată Sursă Funcţie
Carbon 50 compuși organici sau CO2 Constituent principal al materialului celular
Oxigen 20 H2O, compuși organici, CO2 și O2 Constituent al materialului celular și al apei celulare; O2 este un acceptor de electroni în respirația aerobă
Azot 14 NH3, NO3, compuși organici, N2 Constituent al aminoacizilor, nucleotidelor acizilor nucleici și al coenzimelor
Hidrogen 8 H2O, compuși organici, H2 Principalul constituent al compușilor organici și al apei celulare
Fosfor 3 fosfați anorganici (PO4) Constituent al acizilor nucleici, nucleotidelor, fosfolipidelor, LPS, acizilor teichoici
Sulf 1 SO4, H2S, S o, compuși organici de sulf Constituent al cisteinei, metioninei, glutationului, al mai multor coenzime
Potasiu 1 Săruri de potasiu Principalul cation anorganic celular și cofactor pentru anumite enzime
Magneziu 0,5 Săruri de magneziu Cation celular anorganic, cofactor pentru anumite reacții enzimatice
Calciu 0,5 Săruri de calciu Cation celular anorganic, cofactor pentru anumite enzime și o componentă a endosporilor
Fier 0,2 Săruri de fier Componentă a citocromilor și a anumitor proteine ​​de fier nonheme și un cofactor pentru unele reacții enzimatice


Elemente de urmărire

Tabelul 1 ignoră apariția oligoelementelor în nutriția bacteriană. Oligoelemente sunt ioni metalici solicitați de anumite celule în cantități atât de mici încât este dificil să le detectăm (să le măsurăm) și nu este necesar să le adăugăm la mediile de cultură ca substanțe nutritive. Oligoelementele sunt necesare în cantități atât de mici încât sunt prezente ca „contaminanți” ai apei sau ale altor componente ale mediului. Ca ioni metalici, oligoelementele acționează de obicei ca cofactori pentru reacțiile enzimatice esențiale din celulă. Oligoelementul unui organism poate fi elementul necesar al altui și invers, dar cationii obișnuiți care se califică drept oligoelemente în nutriția bacteriană sunt Mn, Co, Zn, Cu și Mo.

Surse de carbon și energie pentru creșterea bacteriană

Pentru a crește în natură sau în laborator, o bacterie trebuie să aibă o sursă de energie, o sursă de carbon și alți nutrienți necesari și o gamă permisivă de condiții fizice, cum ar fi concentrația de O2, temperatura și pH-ul. Uneori, bacteriile sunt denumite indivizi sau grupuri pe baza modelelor lor de creștere în diferite condiții chimice (nutriționale) sau fizice. De exemplu, fototrofele sunt organisme care folosesc lumina ca sursă de energie; anaerobii sunt organisme care cresc fără oxigen; termofilele sunt organisme care cresc la temperaturi ridicate.

Toate organismele vii necesită o sursă de energie. Se numesc organisme care utilizează energie radiantă (lumină) fototrofe. Organismele care utilizează (oxidează) o formă organică de carbon se numesc heterotrofe sau (chimio) heterotrofi. Se numesc organisme care oxidează compuși anorganici litotrofe.

Cerințele de carbon ale organismelor trebuie să fie îndeplinite de carbon organic (un compus chimic cu o legătură carbon-hidrogen) sau de CO2. Organismele care folosesc carbon organic sunt heterotrofe și se numesc organismele care utilizează CO2 ca singură sursă de carbon pentru creștere autotrofe.

Astfel, pe baza surselor de carbon și de energie pentru creștere pot fi definite patru tipuri nutritive majore de procariote (Tabelul 2).


Tabelul 2. Principalele tipuri nutriționale de procariote