Odżywianie Bakterii PDF

Wchłanianie związków drobnocząsteczkowych Komórki bakteryjne pobierają pokarm całą powierzchnią. Ściana komórkowa pełni w tym procesie rolę bierną zapobiegając wnikaniu zbyt dużych cząsteczek. Ograniczoną rolę odgrywa też błona zewnętrzna, w której znajdują się tzw. poryny. Kanały w porynach mają n...

Wchłanianie związków drobnocząsteczkowych Komórki bakteryjne pobierają pokarm całą powierzchnią. Ściana komórkowa pełni w tym procesie rolę bierną zapobiegając wnikaniu zbyt dużych cząsteczek. Ograniczoną rolę odgrywa też błona zewnętrzna, w której znajdują się tzw. poryny. Kanały w porynach mają niewielką średnicę od 0,6 do 2 nm, przepuszczają więc cząsteczki o małej masie, istnieją też tzw. specyficzne poryny przepuszczające jedynie określone substancje. Znaczącą rolę zarówno w pobieraniu, jak i wydalaniu odgrywa błona cytoplazmatyczna. Przez nią nie tylko wnikają substancje pokarmowe, ale też wydalane są różne produkty przemiany materii.  Bakterie są zdolne do pobierania pokarmu nawet jeśli jego stężenie w środowisku jest znikome, czasami poniżej ilości wykrywanych przez substancje chemiczne. Organizmy, które mają zdolność odżywiania się nawet śladowymi ilościami pokarmu nazywamy oligotrofami.  Pobieranie pokarmu przez bakterię jest swoiste, tzn. bakteria rozpoznaje substancję i wybiórczo przenosi ją do wnętrza komórki. Rozpoznanie substancji możliwe jest dzięki obecności specjalnych białek nazywanych permeazami. Mechanizm pobrania substancji przez błonę może być oparty na:  1\) transmembranowym białku łączącym obie strony komórki, 2\) grupowej translokacji, czyli łącznym przenoszeniu dwóch substancji, 3\) transporcie aktywnym wymagającym pompy energetycznej. **Rys. 1** Transport przez błony. Źródła węgla  Uwzględniając zapotrzebowanie pokarmowe możemy podzielić bakterie na autotroficzne i heterotroficzne.  Autotrofizm  Autotrofy pobierają ze środowiska utlenione związki węgla np. dwutlenek węgla i przekształcają je związki organiczne czemu towarzyszy proces redukcji. Redukcja wymaga energii, która jest dostarczana z zewnątrz. Źródłem energii może być: energia świetlna albo chemiczna. Autotrofy wykorzystujące energię świetlną nazywamy fotoautotrofami, a proces odżywiania się z użyciem dwutlenku węgla, zachodzący dzięki energii świetlnej fotosyntezą. Fotosynteza u bakterii przebiega inaczej niż u roślin. Wśród bakterii fotosyntetyzujących znajdują się takie, które wymagają witaminy lub innego związku organicznego jako czynnika niezbędnego do przeprowadzenia fotosyntezy.  Autotrofy wykorzystujące energię uwalnianą przy utlenianiu związków mineralnych to chemolitoautotrofy, a typ odżywiania to chemosynteza. Zdolność do chemosyntezy przejawiają tylko bakterie.  Heterotrofizm Większość bakterii odżywia się heterotroficznie. Dość często występuje wśród nich tzw. prototrofizm, czyli niezbędny jest dla nich w pokarmie tylko jeden związek organiczny służący jako źródło węgla i energii np. glukoza. Prototroficzne bakterie najczęściej występują w środowiskach ubogich w pokarm np. gleba i woda. Zdarza się jednak, że zamieszkują nisze ekologiczne bogate w substancje organiczne. Takim prototrofem jest pałeczka okrężnicy *Echerichia coli* bytująca w jelicie grubym człowieka.  Auksotrofy to bakterie potrzebujące więcej niż jednego związku organicznego, których same nie potrafią syntetyzować. Źródła azotu Bakterie posiadają wyjątkową w świecie żywych organizmów zdolność do wiązania azotu atmosferycznego. Do bakterii posiadających taką zdolność należą np. tlenowce Azotobacter, Klebsiella, symbionty roślin np. Rhizobium oraz bakterie beztlenowe np. *Clostridium pasteurianum*. Aby zasymilować azot cząsteczkowy zużywana jest bardzo duża ilość energii. Heterotrofy wiążące azot atmosferyczny muszą utleniać duże ilości związków organicznych. Dla większości bakterii glebowych i wodnych odpowiednim źródłem azotu są sole mineralne. Źródła siarki, fosforu i innych pierwiastków  Znaczna część bakterii czerpie siarkę z jonów siarczanowych. Fosfor bakterie pobierają w postaci, w której występuje w związkach organicznych, czyli jako jon fosforanowy. A kationy metali są czerpane najczęściej z soli mineralnych. Enzymy - narzędzia przekształcenia pokarmu Pobieranie i przetwarzanie składników pokarmowych nie byłoby możliwe bez enzymów. Rolą enzymów jest przyśpieszanie reakcji, ale tylko tych, które są termodynamicznie możliwe (w ich wyniku wyzwala się energia, a produkty zawierają mniej energii niż substraty). W organizmie oczywiście zachodzą również reakcje endoergiczne, w wyniku których zużywana jest energia i otrzymywane są produkty bogatsze w energię niż substancje wyjściowe, ale są one sprzężone z tymi, które wyzwalają energię.  Reakcja chemiczna polega na tworzeniu wiązań pomiędzy reagującymi cząsteczkami. Reakcja jest możliwa, jeśli pomiędzy cząsteczkami dojdzie do dostatecznego zbliżenia (zderzenia). Jednak nie wszystkie zderzające się cząsteczki reagują ze sobą. Czynią to tylko te cząsteczki, które mają ilość energii większą niż pewna wartość krytyczna dla danej redakcji. Taką wartość krytyczną nazywamy energią aktywacji. Drugim koniecznym warunkiem do zajścia reakcji jest to, aby zderzające się cząsteczki o określonej energii zderzały się w odpowiedniej pozycji względem siebie.  **Tabela 1** Energia aktywacji rozkładu H~2~0~2~ i sacharozy Rozkład H~2~0~2~ bez enzymu 75,60 kJ/mol --------------------- ------------------------ --------------- z katalazą 26,88 kJ/mol Hydroliza sacharozy w obecności jonów H^+^ 107,52 kJ/mol z sacharozą 46,20 kJ/mol Zadaniem enzymów jest właśnie odpowiednie ustawienie przestrzenne reagujących cząsteczek, które zwiększa prawdopodobieństwo kolizji i zmniejsza energię aktywacji.  Zależność ta stanie się bardziej zrozumiała po analizie zjawiska katalizy nieorganicznej (tworzenie SO~3~ z SO~2~ i O~2~). Jeśli oba gazy SO~2~ i O~2~ znajdują się pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym, to cząsteczki są od siebie tak oddalone, że zderzają się bardzo rzadko. Przez zwiększenie ciśnienia dochodzi do zbliżenia cząsteczek, co znacznie zwiększa częstość zderzeń i szybkość reakcji. Ten sam efekt można osiągnąć bez zwiększania ciśnienia, stosując platynę jako katalizator. Cząsteczki gazu zaabsorbują się na powierzchni katalizatora, zbliżając się tym samym do siebie i umożliwiając reakcję. Na podobnej zasadzie działają enzymy - absorbując na swej powierzchni reagujące cząsteczki, zbliżają je do siebie ułatwiając ich zetknięcie. **Rys. 2** Wpływ enzymu na częstość zderzeń cząsteczek: a) układ swobodny, b) zwiększenie ciśnienia, c) wprowadzenie katalizatora. Enzym nie tylko fizycznie absorbuje substrat, lecz tworzy z nim tzw. kompleks aktywny, za pomocą połączenia chemicznego (wiązania elektrostatyczne, mostki wodorowe, siły van der Waalsa). Właściwe ułożenie cząsteczki na enzymie wynika z odpowiedniej konfiguracji grup reagujących enzymu przestrzenie odpowiadającym odpowiednim grupom atomów cząsteczki substratu. Jeśli w strukturze enzymu zajdą nawet niewielkie zmiany to stworzenie kompleksu enzym - substrat staje się niemożliwe. **Rys. 3** Kompleks enzym substrat. Miejsce aktywne enzymu. Kolejnym ważnym mechanizmem działania enzymów jest zmniejszenie energii aktywacji reagujących cząstek. Mechanizm ten nie został jeszcze dokładnie poznany, ale najprawdopodobniej wiązania elektrostatyczne między enzymem a substratem osłabiają sąsiednie wiązania w cząsteczce substratu. Mostki wodorowe powodują przesunięcie wiążących par elektronów i dzięki temu wiązanie w substracie, które ma ulec rozerwaniu poddane jest napięciu.  Jeśli przeanalizujemy budowę enzymów, to są one albo białkami, albo białkami połączonymi z drobnocząsteczkową komponentą niebiałkową tzw. koenzym. Stworzenie kompleksu enzym-substrat zależne jest od przestrzennego ustawienia kilku aminokwasów łańcucha polipeptydowego tworzącego centrum aktywne enzymu. Centrum to musi być tak usytuowane w zwiniętej cząsteczce enzymu, aby było dostępne dla substratu. Aminokwasy, które budują centrum aktywne nie muszą ze sobą sąsiadować w łańcuchu peptydowym. Ich ułożenie w przestrzeni wynika ze sposobu utworzenia struktury drugo- i trzeciorzędowej białka. Jeśli więc enzym ulega denaturacji jest to równoznaczne z jego unieczynnieniem. **Klasyfikacja enzymów** Enzymy możemy podzielić na grupy według przemian chemicznych, które przeprowadzają: \- oksydoreduktazy (dehydrogenazy, oksydazy) przenoszą elektrony i protony z substratu na jakiś akceptor, \- transferazy (np. transaminazy, transacetylazy) przenoszą daną grupę chemiczną (np. aminową, acetylową itp.) z jednego związku na drugi, \- hydrolazy - rozkładają substraty w drodze hydrolizy (tj. z jednoczesnym przyłączeniem cząsteczek wody). Należą tu enzymy rozszczepiające: białka - enzym proteza, celulozę - enzym celulaza, sacharozę - enzym β-fruktofuranozydaza itp, \- liazy - odszczepiające pewne grupy od cząsteczki, ale bez udziału hydrolizy, \- izomerazy - enzymy przebudowujące strukturę cząsteczki bez jej rozkładu, \- ligazy (syntetazy) - łączące cząsteczki. **Rys. 4** Klasyfikacja enzymów. Działanie enzymów zawsze jest wysoce swoiste tzn. działają tylko na określony, sobie właściwy substrat i katalizują tylko daną reakcję. Podsumowanie  Pod względem wymagań pokarmowych, jak i możliwości wykorzystania różnych substancji jako pokarmu bakterie są bardzo zróżnicowane. Dzięki temu łatwo opanowały bardzo różnorodne środowiska. Spotykane są w wodzie, glebie, mułach dennych, źródłach mineralnych, jak również we wnętrzach organizmów, a nawet na prawie jałowych nagich skałach. Ta zdolność bakterii ma ogromny wpływ na ich ekologię oraz decyduje o ich roli w krążeniu materii i procesach glebotwórczych.