A BAKTÉRIUMOK TÁPLÁLKOZÁSA

Átírás

1

2 A BAKTÉRIUMOK TÁPLÁLKOZÁSA

3 Az energiaforrás természete 1. Fototróf energia a fotokémiai reakciókból, energiforrás a fény 2. Kemotróf energia a fénytől független kémiai reakciókból, energiaforrás a környezetből felvett szerves vagy szervetlen anyagok A felhasznált elektron donorok természete 1. Litotróf: szervetlen 2. Organotróf: szerves Plasztikus anyagok (a sejtet felépítő anyagok) forrása 1. Autotróf: valamennyi anyagcsere terméküket szervetlen anyagokból nyerik (CO 2, H 2 O, ásványi sók) 2. Heterotróf: nem képesek arra, hogy valamennyi anyagcsere terméküket szintetizájlák, ezért a környezetből szerves anyagokat vesznek fel

4 A baktériumok táplákozási típusai az energiaforrás és a plasztikus anyagok természete szerint A baktériumok elnevezése táplálkozási típusok alapján Energiaforrás Exogén hidrogén (elektron) donorok Szénforrás Fotolitoautotróf Fény Szervetlen anyagok CO 2 Fotoorganoautotróf Fény Szerves anyagok CO 2 Kemolitoautotróf Kemoorganoautotróf Kemolitoheterotróf Kemoorganoheterotróf Szervetlen anyagok oxidálása Szerves anyagok oxidálása Szervetlen anyagok oxidálása Szerves anyagok oxidálása Szervetlen anyagok CO 2 Szerves anyagok CO 2 Szervetlen anyagok Szerves anyagok Szerves anyagok Szerves anyagok Megjegyzés: a növények fotolitoautotrófok, az állati szervezetek és a gombák kemoorganoheterotrófok

5 Fotoszintetizáló baktériumok Fotoszintézis: fény az energiaforrás, CO 2 szénforrás Növényeknél: CO 2 + H 2 O (CH 2 O) + H 2 O + O 2 Fényszakasz: fényenergia kémiai energiává alakulása A kromatofórákban levő klorofill elnyeli a fénykvantumokat, ezáltal aktiválódik ATP raktározódik el NADPH+H + képződik ATP: energia forrás, NADPH+H + hidrogén donor Sötét szakasz a CO 2 egy endogén elektron akceptoron megkötődik a Rubisco enzim segítségével

6 1. Fotolitoautotróf baktériumok névmagyarázat Fotolitoautotróf: energiaforrás a fény Fotolitoautotróf : szervetlen elektrondonorok (Na 2 S 2 O 3, H 2, H 2 S) jelenlétében kötik meg a széndioxidot Fotolitoautotróf: szénforrás szervetlen anyagok Főként édesvizekben a vizek iszapjának a felszínén, de sós vizekben és vízzel eláraszott talajokban is A CO 2 -t anaerob körülmények közt tudják megkötni! Zöldkénbaktériumok, bíborkénbaktériumok

7 Zöldkénbaktériumok (Chlorobiaceae) a klorofill miatt zöld színűek Anaerobok CO 2 + H 2 S (CH 2 O) + H 2 O + S 2 CO 2 + H 2 (CH 2 O) + H 2 O 3CO 2 + 2S + 5H 2 O 3(CH 2 O) + 2H 2 SO 4 2CO 2 + Na 2 S 2 O 3 + 3H 2 O 2(CH 2 O) + Na 2 SO 4 + H 2 SO 4 Elemi kéncseppek felhalmozódása a sejten kívül

8 Bíborkénbaktériumok (Chromatiaceae) a karotenoidok színe elfedi a klorofill zöld színét Szervetlen elektrondonorok hiányában szerves hidrogéndonorokat is képesek felhasználni Elemi kéncseppek a sejten belül, kénzárványok formájában halmozódik fel

9 2. Fotoorganoautotróf baktériumok névmagyarázat Fotoorganoautotróf: energiaforrás a fény Fotoorganoautotróf: szerves hidrogén donorok Fotoorganoautotróf: szénforrás szervetlen anyagok Szükségük van a környezetből vitaminokra Iszapban élnek, laboratóriumban szerves táptalajon kell őket tenyészteni megvilágítás alatt Anaerob Bíbor vagy zöld nem kénbaktériumok sok karotenoid pigmentjük van, ami elfedi a klorofill zöld színét

10 Rhodospirillum rumbrum

11 Kemotróf baktériumok különböző kémiai reakciók során nyerik az élethez szükséges energiát éllettani aktivitásuk nem igényel fényt

12 3. Kemolitoautotróf baktériumok névmagyarázat Kemolitoautotróf energiaforrás kémiai reakciókból Kemolitoautotróf: szervetlen elektron donorok Kemolitoautotróf: szénforrás szervetlen anyagok Fakultatív illetve obligát autotrófok Több csoport aszerint, hogy milyen szerves anyagok oxidálása során nyerik az energiát: Nitrifikáló baktériumok Színtelen kénbaktériumok Vasbaktériumok Hidrogén baktériumok Szénmonoxid oxidáló baktériumok

13 a. Nitrifikáló baktériumok Talajokban, vizekben Nitritbaktériumok: ammóniumból nitritet Nitrát baktériumok: nitriteket nitráttá Ezekből a kémiai reakciókból származó energiát használják fel ahhoz, hogy a CO 2 -t asszimilálják Nitrosomonas, Nitrobacter, Pálca alakú baktériumok Obligált aerobok

14 A nitrifikáló baktériumok jelentősége a növények a nitrátokat sokkal jobban tudják hasznosítani mint az ammóniumot Hozzájárulhatnak az tavak és a talajvíz nitráttartalmának növekedéséhez, ezáltal ezek eutrofizációjához is hozzájárulhatnak A tevékenységük során képződő salétromsav megtámadhatja az emlékműveket, szobrokat, festményeket

15 b. Színtelen kénbaktériumok (szulfofikáló baktériumok, szulfobaktériumok) H 2 S-t és Na 2 S 2 O 3 -t oxidálják kénsavvá és szulfátokká Kénzárványok Fonalas és nemfonalas színtelen kénbaktériumok

16 Fonalas kénbaktériumok Vizekben, ritkán talajokban Fonalaik sok egyedi sejtből állnak Beggiatoa, Thiothrix, Thiospira Beggiatoa alba

17 Nem fonalas színtelen kénbaktériumok Achromatium: vizekben élnek Sejtjeik nagyok és oválisak Thiobacillaceae: talajokban, bányavizekben Pálca alakú sejtek

18 Nem fonalas színtelen kénbaktériumok Sulfolobus: Hőforrásokban élnek Archarbaktériumok

19 c. Vasbaktériumok (sziderobaktériumok) A kétvegyértékű vasiont oxidálják háromvegyértékűvé Általában fakultatív autotrófok: szerves anyag jelenlétében heterotrófiára térnek át Aerobok Vizekben, bányavizekben, talajokban Sphaerotilus: szennyezett vizek öntisztulása

20 Nem fonalas vasbaktériumok Különálló sejtekből állnak Siderocapsa (gömb), Thiobacillus ferroxidans (pálca), Gallionella (kocsányos) Fonalas vasbaktériumok több egyedi sejt alkot egy fonalat, a fonalak elágazóak Crenothrix, Leptothrix

21 d. Hidrogénbaktériumok A hidrogént oxidálják és a felszabaduló energia segítségével megkötik a széndioxidot Nem obligált autotrófok, szerves táptalajon a szerves anyagokat is fel tudják használni Fakultatív anaerob Paracoccus denitrificans

22 e. Szénmonoxidot oxidáló baktériumok Szénmonoxidból széndioxidot Szénmonoxidból metánt Carboxidomonas oligocarbophila

23 4. Kemoorganoautotróf baktériumok névmagyarázat Kemoorganoautotróf energiaforrás kémiai reakciókból Kemoorganoautotróf: szerves elektron donorok Kemoorganoautotróf: szénforrás szervetlen anyagok Pseudomonas oxalaticus: oxálsavat és hangyasavat oxidál

24 5. Kemolitoheterotróf baktériumok névmagyarázat Kemolitoheterotróf: energiaforrás kémiai reakciókból Kemolitoheterotróf: szervetlen elektron donorok Kemolitoheterotróf: szénforrás szerves anyagok Lehetnek aerobok és anaerobok is Desulfovibrio desulfuricans

25 6. Kemoorganoheterotróf baktériumok névmagyarázat Kemoorganoheterotróf: energiaforrás kémiai reakciókból Kemoorganoheterotróf: szerves elektron donorok Kemoorganoheterotróf: szénforrás szerves anyagok Néhány szerves anyagot hasznosítók: pl. Cytophaga csak cellulóz, glükóz és néhány más cukortípus Több szerves anyagot hasznosító: pl. Pseudomonas fluorescens 200 különféle szerves anyag Lebontás, vizek öntisztulása

26 Osztályozási szempontok 1. A felhasznált vegyületek nitrogéntartalmúak vagy nitrogén mentesek a) N mentes anyagokat lebontók: - pl. cukrok Anaerob körülmények közt: erjesztés b) N tartalmú Anaerob körülmények közt: rothadás 2. A felhasznált szervesanyag természete alapján: a) Szaprofita: elhalt szervezetek szerves anyagait használják fel b) Paraziták: élő szervezetek szervesanyagait használják fel 3. Szintetizáló képesség alapján: a) Sejtjeiket alkotó valamennyi vegyületet képesek előállítani egyetlen külső vegyületből, ásványi sókból és vízből b) Sejtalkotó vegyületeik egy szerves anyagból származik de szükségük van növekedési tényezőkre c) Speciális tápigényűek: nem pontosan ismert táplálkozási igények, tenyésztésük csak olyan táptalajokon lehetséges, amely valamilyen szerves folyadékot (pl. vérplazmát) tartalmaz pl szifilisz vagy lepra kórokozó baktérium

27 NÖVEKEDÉSI TÉNYEZŐK

28 Olyan szerves anyagok, amelyek feltétlenül szükségesek a baktériumok növekedéséhez, de amelyeket a baktérium maga nem tud szintetizálni Nem minden baktérium igényel! 1. Növekedési tényezők amelyeknek koenzim szerepük van - vitaminok 2. Növekedési tényezők amelyeknek nem koenzim szerepük van sejtanyagok szintézisében játszanak szerepet Pl. aminósavak, purin és pirimidin bázisok

29 A BAKTÉRIUMOK LÉGZÉSE

30 A sejtben lezajló oxidoredukciós biokémiaia reakciók összessége, amelynek a révén a sejtben felszabadul a környezetből felvett energiaforrások nyert energia Aszerint hogy mi a végső elektron akceptor: Aerob: O2 Anaerob: szervetlen vegyület, de nem molekuláris oxigén Erjedés: szerves vegyület Leghatékonyabb az aerob légzés

31 Aerob légzés Teljes oxidáció: Elektronakceptor a molekuláris oxigén Végtermékek a víz és a széndioxid Glükóz + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O ,69 kj Részleges oxidáció Végtermékek szerves savak és víz Glükóz + oxigén oxálsav + víz ,51 kj

32 Anaerob légzés Végső elektronakceptor szervetlen anyag (szulfátok, nitrátok, FeIII ) C 6 H 12 O 6 + H 2 SO 4 6CO 2 + 6H 2 O + 3 H 2 S + 175,77 kj

33 Erjedés A végső elektronakceptor valamilyen szerves anyag Alkoholos erjedés: C 6 H 12 O 6 etilalkohol + 2CO kj Tejsavas erjedés: C 6 H 12 O 6 tejsav + 75,33 kj

34 Légzési típusok osztályozása aszerint hogy a baktériumok hogy viselkednek az oxigénnel szemben 1. Obligát aerob baktériumok oxigént igényelnek A táptalaj felszínén vannak Nagyon sok pl. Színtelen kénbaktériumok, Bacillus subtilis, Mycobacterium tuberculosis 2. Obligát anaerob baktériumok nincs szükségük oxigénre, számukra az oxigén mérgező A táptalajok alsó rétegeiben tenyésznek Metánképző baktériumok 3. Aerob, fakultatív anaerob baktériumok mind oxigén jelenlétében mint annak hiányában képesek élni A táptalaj minden rétegében megtalálhatóak E. coli, Proteus vulgaris 4. Mikroaerofil baktériumok csak kis mennyiségű oxigén kell nekik A táptalajban egy köztes zónában vannak Neisseria gonnorheae

35 A baktériumok fénytermelése Kemoorganoheterotrófok Obligált aerobok vagy fakutatív anaerobok (ezek csak oxigén jelenlétében termelnek fényt) Kemolumineszcencia: Luciferáz enzim 1. Paraziták: rovarokon és rákokon 2. Szimbiontákon: egyes halak, fejlábúak világítószerveiben 3. Szaprofiták: húsokon és elpusztult halakon