táplálkozás és a baktériumok szaporodását (4.oldal)
(Ez a fejezet 6 oldal)
(ez a fejezet 6 oldal)
(ez a fejezet 6 oldal)
(Kenneth Todar, PhD)
fizikai és környezeti követelmények formikrobiális növekedés
A prokarióták léteznek a természetben egy hatalmas tartományban fizikai feltételek, mint az O2 koncentráció, a hidrogén-ionkoncentráció (pH) és a hőmérséklet. Az élet kizárási korlátait a bolygón, a környezeti paraméterektől függően, mindig néhánymikroorganizmus határozza meg, leggyakrabban prokarióta, gyakran Archaeon. Az allmicroorganismsisre alkalmazott kifejezések szókincse, amelyet növekedésük (növekedésképességük) leírására használnak a fizikai feltételek tartományán belül. A termofil magas hőmérsékleten nő, az acidifil alacsony pH-n nő,az ozmofil magas oldott koncentráció mellett nő stb. Ezt a nómenklatúrát ebben a szakaszban alkalmazzák a prokarióták különféle fizikai körülményekre adott válaszának leírására.
az oxigén hatása
az oxigén a sejtek univerzális összetevője, és mindig nagy mennyiségben biztosítja a H2O-t. A prokarióták azonban széles skálát mutatnakválaszok az O molekuláris oxigénre2 (6.táblázat).
a kötelező aerobok o-t igényelnek2 a növekedéshez; o-t használnak2 mint végső elektron akceptor az aerob légzésben.
a kötelező anaerobok (esetenként aerofóbok) nem igényelnek O2-t tápanyagként. Valójában az O2egy mérgező anyag, amely megöli vagy gátolja növekedésüket.A obligateanaerob prokarióták fermentációval élhetnek, anaerob légzés, bakteriális fotoszintézis, vagy a metanogenezis új folyamata.
fakultatív anaerobok (vagy fakultatív aerobok) olyan szervezetek, amelyek válthatnak az aerob és az anaerob típusú anyagcsere között.Anaerob körülmények között (nincs O2) erjedéssel vagy anaerobicrespirációval nőnek, de O jelenlétében2 aaerobicrespirációra váltanak.
az Aerotoleráns anaerobok kizárólag anaerob(fermentatív) típusú anyagcserével rendelkező baktériumok, de érzéketlenek az O2 jelenlétére. Egyedül fermentációval élnek, függetlenül attól, hogy O2jelen van-e a környezetükben.
6. táblázat. A használt kifejezéseka mikroorganizmusok O2 kapcsolatainak leírása.
| Environment | |||
| Group | Aerobic | Anaerobic | O2 Effect |
| Obligate Aerobe | Growth | No growth | Required (utilized for aerobic respiration) |
| Microaerophile | Growth if level not too high | No growth | Required but at levels below 0.2 atm | kötelező anaerob | nincs növekedés | növekedés toxikus | fakultatív anaerob (fakultatív aerob) | növekedés | növekedés | növekedés | növekedés | növekedés | növekedés | növekedés | növekedés | növekedés | nem szükséges a növekedéshez, de akkor hasznosítható, amikor elérhető |
| aerotoleráns anaerob | növekedés | növekedés | nem szükséges és nem használt |
a szervezet O2-re adott reakciója a környezetében függ a különböző enzimek előfordulásától és eloszlásától, amelyek reagálnak az O2-re és különböző oxigéngyökök, amelyek mindig generáljasejtek O2 jelenlétében. Minden sejt enzimet tartalmazaz O2-vel reagálva. Például az O2-ből származó klavoproteinek oxidációja változatlanul H2O2(peroxid) képződését eredményezi, mint egy fő termék, és kis mennyiségben még toxikusabb szabad gyököt, szuperoxidot vagy O2-t.-. Továbbá, a klorofill és más pigmentek a sejtekben reakcióba léphetnek az O2-vel a fény jelenlétében, és szingulett oxigént termelnek, az oxigén egy másik radikális formája, amely erős oxidálószer a biológiai rendszerekben.
aerobokban és aerotoleráns anaerobokban a szuperoxid letális felhalmozódásának lehetőségét a szuperoxid-diszmutáz enzim (1.ábra) gátolja.Minden olyan szervezet, amely O2 jelenlétében élhet (függetlenül attól, hogy az anyagcseréjükben használják-e) szuperoxidedizmutázt tartalmaznak.Szinte minden szervezet tartalmazza a kataláz enzimet, amely bomlik H2O2.Annak ellenére, hogy bizonyos aerotoleráns baktériumok, például a tejsavbakterialack kataláz, bomlanak H2O2 útján ofperoxidázenzimek, amelyek elektronokat nyernek a NADH – ból2 hogy csökkentse a peroxideto H2O-t. A kötelező anaerobokból hiányzik a szuperoxid-diszmutáz éskatalázés / vagy peroxidáz, ezért különböző oxigéntartalmú oxidációkon mennek keresztül, amikor O-nak vannak kitéve2. Lásd az alábbi 3. ábrát.
minden fotoszintetikus (és néhány nem fotoszintetikus) organizmus védve van a szingulett oxigén halálos oxidációitól azáltal, hogy karotenoid pigmentek birtokában vannak, amelyek fizikailag reagálnak a szingulett oxigén gyököjével és a nem toxikus “földi” (hármas) állapotába. A karotinoidok állítólag”oltják” a szingulett oxigéngyököket.
3.ábra. The action ofsuperoxidedismutase, catalase and peroxidase. These enzymes detoxify oxygenradicalsthat are inevitably generated by living systems in the presence of O2.The distribution of these enzymes in cells determines their ability toexist in the presence of O2
Table 7. Distribution ofsuperoxidedismutase, catalase and peroxidase in procaryotes with different O2tolerances.
| Group | Superoxide dismutase | Catalase | Peroxidase |
| Obligate aerobes and most facultativeanaerobes (e.g.Enterics) | + | + | – |
| Most aerotolerant anaerobes (e.g.Streptococci) | + | – | + |
| Obligate anaerobes (e.g. Clostridia,Methanogens, Bacteroides) | – | – | – |
The Effect of pH on Growth
The pH, or hydrogen ion concentration, , of naturalenvironmentsvaries from about 0.5 in the most acidic soils to about 10.5 in themostalkaline lakes. Elismerve, hogy a pH-t logaritmikus skálán mérik, a természetes környezetek több mint egymilliárd foldés egyes mikroorganizmusok a szélsőségekben élnek, valamint a szélsőségek között! A legtöbb szabadon élő prokarióta aranga felett nőhet3 pH egység, körülbelül ezerszeres változás . A pH-értéket, amely felett az organizmus növekszik, három kardinális pont határozza meg: a minimális pH, amely alatt az organizmus nem tud növekedni, a maximális pH, amely felett az organizmus nem tud növekedni, és az optimális pH,amelyen az organizmus a legjobban növekszik. A legtöbb baktérium esetében a növekedési ütem a minimum és az optimális között rendesennövekszik, a növekedési ütem pedig az optimális és a maximális pH között, ami az enzimatikus reakció sebességére gyakorolt változás általános hatását tükrözi (4.ábra).
azokat a mikroorganizmusokat, amelyek optimális pH-ja jóval a semlegesség(7,0)alatt nő, acidofileknek nevezzük. Azokat, amelyek semleges pH-n nőnek a legjobban, neutrofileknek nevezik, és azokat, amelyek lúgos kondíciók alatt nőnek a legjobban, alkalifileknek nevezik. A kötelező acidofilek, például néhány Tiobacillusfaj, valójában alacsony pH-t igényelnek a növekedéshez, mivel membránjaik feloldódnakés a sejtek semlegességben lizálódnak. Az Archaea több nemzetsége, beleértvesulfolobusés a Termoplazma kötelező acidofilek. Az eukarióták között, sok gomba acidofil, de az alacsony pH-értékű növekedés bajnoka az eucarioticalga Cyanidium, amely pH-n nőhet 0.
a táptalajok kialakításánál és használatánál mindig figyelembe kell venni a kívánt szervezet növekedésének optimális pH-ját, és puffereket kell beépíteni annak érdekében, hogy a táptalaj pH-ja megmaradjon a növekedés során felhalmozódó baktériumhulladék-termékek változó környezetében. Sok patogén baktériumviszonylag szűk pH-tartományt mutatnak, amely felett növekedni fognak. A legtöbbdiagnosztikai táptalaj az emberi kórokozók növekedéséhez és azonosításáhozshavea pH közel 7.
4.ábra. Növekedési ütem vs Pha prokarióták három környezeti osztályához. Most free-livingbacteriagrow over a pH range of about three units. Note the symmetry of thecurvesbelow and above the optimum pH for growth.
Table 8. Minimum, maximumandoptimum pH for growth of certain procaryotes.
| Organism | Minimum pH | Optimum pH | Maximum pH |
| Thiobacillus thiooxidans | 0.5 | 2.0-2.8 | 4.0-6.0 |
| Sulfolobus acidocaldarius | 1.0 | 2.0-3.0 | 5.0 |
| Bacillus acidocaldarius | 2.0 | 4.0 | 6.0 |
| Zymomonas lindneri | 3.5 | 5.5-6.0 | 7.5 |
| Lactobacillus acidophilus | 4.0-4.6 | 5.8-6.6 | 6.8 |
| Staphylococcus aureus | 4.2 | 7.0-7.5 | 9.3 |
| Escherichia coli | 4.4 | 6.0-7.0 | 9.0 |
| Clostridium sporogenes | 5.0-5.8 | 6.0-7.6 | 8.5-9.0 |
| Erwinia caratovora | 5.6 | 7.1 | 9.3 |
| Pseudomonas aeruginosa | 5.6 | 6.6-7.0 | 8.0 |
| Thiobacillus novellus | 5.7 | 7.0 | 9.0 |
| Streptococcus pneumoniae | 6.5 | 7.8 | 8.3 |
| Nitrobacter sp | 6.6 | 7.6-8.6 | 10.0 |
chapter continued
Previous Page