Microbiologie Quiz: Groei en Metabolisme

Microbiële Voeding en Groei

• Microbiële groei is een toename in het aantal cellen, niet in de grootte van elke cel.
• Het is het gevolg van de voortplanting van individuele cellen.
• Microbiële groei resulteert in de vorming van kolonies (aggregatie van cellen afkomstig van één enkele oudercel) en de vorming van biofilm (gemeenschappen van cellen op een oppervlakte).
• Micro-organismen gebruiken voedingsstoffen om hun energiebehoeften te dekken en organische moleculen en cellulaire structuren te bouwen.
• De meeste voedingsstoffen bevatten essentiële elementen zoals koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof.
• Micro-organismen krijgen voedingsstoffen uit verschillende bronnen.

Chemische en Energiebehoeften

• Alle cellen hebben een koolstofbron, een energiebron en een bron van elektronen of waterstofatomen voor hun metabolisme nodig.
• Op basis van de koolstofbron worden organismen in twee groepen ingedeeld:
  • Autotrofen gebruiken CO₂ als koolstofbron (bijvoorbeeld planten).
  • Heterotrofen gebruiken organische moleculen als koolstofbron (bijvoorbeeld dieren).
• Op basis van de energiebron worden organismen in twee groepen ingedeeld:
  • Chemotrofen gebruiken energie afkomstig van redoxreacties (oxidatie/reductie reacties) waarbij anorganische of organische verbindingen worden gebruikt.
  • Fototrofen gebruiken licht als energiebron.

Koolstofbron en Energiebron

• Fotosynthetische autotrofen (bijv. planten, algen en cyanobacteriën) gebruiken water (H₂O) als elektronendonor tijdens het reduceren van koolstofdioxide (CO₂) tot organische verbindingen. Een bijproduct van deze reactie is zuurstof (O₂).

• Groene zwavelbacteriën en paarse zwavelbacteriën gebruiken waterstofsulfaat (H₂S) als elektronendonor en produceren geen zuurstof als bijproduct.

• Fotoheterotrofen gebruiken licht als energiebron en organische koolstofverbindingen als koolstofbron.

• Chemoautotrofen gebruiken anorganische verbindingen als energiebron en koolstofdioxide (CO₂) als koolstofbron..

• Chemoheterotrofen gebruiken organische verbindingen als zowel energiebron als koolstofbron (bijvoorbeeld dieren en de meeste bacteriën).

Zuurstofbehoefte

• De noodzaak aan zuurstof wordt gebruikt om micro-organismen te classificeren:

  • Obligaat aerobe organismen hebben zuurstof nodig en sterven als er geen beschikbaar is.
  • Obligaat anaerobe organismen gebruiken geen zuurstof en kunnen zelfs doodgaan als er zuurstof aanwezig is.
  • Facultatief anaerobe organismen kunnen zuurstof gebruiken maar kunnen ook groeien in omgevingen zonder zuurstof.
  • Aerotolerante organismen kunnen zuurstof tolereren maar gebruiken dit niet voor hun groei.
  • Microaërofielen groeien met een lage concentratie zuurstof.

• Toxiciteit van zuurstof:

  • Sommige reacties tijdens de cellulaire ademhaling produceren reactieve zuurstofspecies (ROS).
  • Deze ROS zijn giftig voor cellen.
  • De cellen van aerobe organismen hebben enzymen die ROS neutraliseren, zoals superoxide dismutase, katalase en peroxidase.

Stikstofbehoefte

• Stikstof is een essentieel onderdeel van aminozuren, eiwitten en nucleïnezuren.
• Veel bacteriën gebruiken anorganische stikstofverbindingen.
• Sommige bacteriën kunnen reduceren en gebruiken atmosferische N₂ als stikstofbron (deze hebben het enzym nitrogenase).
• Alle cellen kunnen stikstof uit aminozuren en nucleïnezuren recycleren.

Andere Chemische Behoeften

• Micro-organismen hebben ook andere elementen nodig zoals fosfor (DNA, RNA, ATP), zwavel (aminozuren), calcium (celwand, endosporen), natrium, kalium en chloor (membraanpotentiaal), ijzer en magnesium (enzymen en ademhaling).
• Sporenelementen (bijvoorbeeld koper, mangaan, kobalt en chroom) zijn in zeer kleine hoeveelheden vereist en spelen vaak een rol bij de werking van enzymen.
• Groeifactoren zijn organische verbindingen (bijvoorbeeld vitaminen, aminozuren) die bepaalde micro-organismen nodig hebben voor hun groei.

Fysische Behoeften

• De groeiomgeving is belangrijk voor de groeisnelheid en levensduur van micro-organismen.

• Parameter:

  • Temperatuur.
  • pH.
  • Water.

• Temperatuur:

  • Beïnvloedt de 3D-structuur van eiwitten en de vloeibaarheid van membranen.
  • Micro-organismen hebben verschillende optimums van temperatuur waarbij ze kunnen groeien.

• pH:

  • De meeste bacteriën en protozoa groeien goed bij een pH tussen 6,5 en 7,5.
  • Schimmels en gisten groeien goed bij een pH tussen 5 en 6.
  • Sommige organismen (acidofielen) gedijen bij een zure omgeving terwijl andere (alkalofielen) juist bij een alkalische omgeving groeien.

• Water:

  • Water is essentieel voor leven.
  • Regelt de temperatuur van de omgeving.
  • Werkt als oplosmiddel voor nutriënten en enzymen, en als onderdeel van vele biochemische reacties.
  • De druk van de omgeving (osmotische druk en hydrostatische druk) is van belang voor de groei van micro-organismen.