Ernæring Og Vekst Av Bakterier (side 4)
(dette kapitlet har 6 sider)
© Kenneth Todar, PhD
Fysiske Og Miljømessige Krav formikrobiell Vekst
prokaryotene finnes i naturen under et enormt spekter av fysiskeforhold Som o2-konsentrasjon, Hydrogenionkonsentrasjon(pH) og temperatur. Utelukkelsesgrensene for livet på planeten, medpass på miljøparametere, er alltid satt av noenmikroorganisme, oftest en prokaryote, og ofte En Arkaeon. Anvendt på allemikroorganismerer et ordforråd av begreper som brukes til å beskrive deres vekst (evne til åvokse)innenfor en rekke fysiske forhold. En termofil vokser høytemperaturer, en acidiphile vokser ved lav pH, en osmofil vokser ved høy solutekonsentrasjon, og så videre. Denne nomenklaturen vil bli ansatt i denne delen tilbeskrivresponsen til prokaryotene til en rekke fysiske forhold.
Effekten Av Oksygen
Oksygen Er en universell komponent av celler OG leveres alltid istore mengder AV H2O. Prokaryoter viser imidlertid et bredt spekter avresponser på molekylært oksygen O2 (Tabell 6).
Forplikte aerobes krever O2 for vekst; de bruker O2 Som en endelig elektron akseptor i aerob respirasjon.
Forplikte anaerober (noen ganger kalt aerophobes)donot trenger Eller bruke O2 som næringsstoff. Faktisk Er O2et giftig stoff, som enten dreper eller hemmer veksten.Obligateanaerobic prokaryoter kan leve ved gjæring, anaerob respirasjon, bakteriell fotosyntese eller den nye prosessen med metanogenese.
Fakultative anaerober (eller fakultative aerobes) erorganismersom kan bytte mellom aerob og anaerob metabolisme.Underanaerobiske forhold (ingen O2) de vokser ved gjæring elleranaerobicrespiration, men i nærvær Av O2 bytter de tilaerobicrespiration.
Aerotolerante anaerober er bakterier med en utelukkendeanaerob (fermentativ) type metabolisme, men de er ufølsomme for nærvær Av O2. De lever av gjæring alene, uansett Om O2 er tilstede i deres miljø.
Tabell 6. Vilkår brukt tilbeskriveo2 Relasjoner Av Mikroorganismer.
| 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 | Ingen vekst | Vekst Giftig |
| Fakultativ Anaerobe (Fakultativ Aerobe) | Vekst | Vekst | ikke nødvendig for vekst, men utnyttet nårtilgjengelig |
| aerotolerant anaerobe | vekst | vekst | ikke nødvendig og ikke brukt |
responsen Av En Organisme til o2 i sitt miljø dependsupon forekomsten og fordeling av ulike enzymer som reactwitho2 og ulike oksygenradikaler som er alltid generertav celler i nærvær Av O2. Alle celler inneholder enzymerbarereagerer Med O2. For eksempel resulterer oksidasjoner avflavoproteinsved O2 alltid i dannelsen AV H2O2 (peroksid) som et hovedprodukt og små mengder av et jevnt moretoksikfritt radikal, superoksid eller O2.-. Også klorofylland andre pigmenter i celler kan reagere Med O2 i nærvær av lys og generere singlet oksygen, en annen radikal form for oksygen som er et kraftig oksidasjonsmiddel i biologiske systemer.
i aerobe og aerotolerante anaerober forhindres potensialet for letalakkumulering av superoksid av enzymet superoksiddismutase (Figure1).Alle organismer som kan leve i nærvær Av O2 (omeller ikke de bruker det i stoffskiftet) inneholder superoksidedismutase.Nesten alle organismer inneholder enzymet katalase, som dekomponerer H2O2.Selv om visse aerotolerante bakterier som melkesyrebacterialack catalase, dekomponerer DE H2O2 ved hjelp avperoxidaseenzymer som utleder elektroner FRA NADH2 for å redusere peroxideto H2O. Obligate anaerober mangler superoksiddismutase ogkatalaseog / eller peroksidase, og gjennomgår derfor dødelige oksidasjoner av ulikeoksygenradikaler når De blir utsatt For O2. Se Figur 3 nedenfor.
Alle fotosyntetiske (og noen ikke-fotosyntetiske) organismer er beskyttet fra dødelige oksidasjoner av singlet oksygen ved deres besittelse av karotenoidpigmenter som fysisk reagerer med singlet oksygenradikal og lowerit til sin ikke-toksiske «bakken» (triplett) tilstand. Karotenoider sies å «slukke» singlet oksygenradikaler.
figur 3. 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. Verdsette at pH måles på en logaritmiskskala, av naturlige miljøer varierer over en milliard-foldand noen mikroorganismer lever på ytterpunktene, samt everypointbetween ytterpunktene! De fleste frittlevende prokaryoter kan vokse over arangeav 3 pH-enheter, omtrent tusen ganger endring i . Ph over hvilken en organisme vokser er definert av tre kardinalpunkter: den minste pH, under hvilken organismen ikke kan vokse, maksimumet, over hvilken organismen ikke kan vokse, og den optimale pH,hvor organismen vokser best. For de fleste bakterier er det en ordentligøkning i vekstraten mellom minimum og optimal og acorrespondingordentlig reduksjon i vekstraten mellom optimal og maksimal pH, noe som reflekterer den generelle effekten av endring på priseneav enzymatisk reaksjon(Figur 4).Mikroorganismer som vokser ved en optimal pH godt under nøytralitet (7,0) kalles acidofiler. De som vokser best ved nøytral pH erkalt nøytrofiler og de som vokser best under alkaliske forholdkalles alkalifiles. Forplikte acidophiles, slik Som Noen Thiobacillusarter, faktisk krever en lav pH for vekst siden deres membranesoppløsesog cellene lyse på nøytralitet. Flere slekter Av Arkea, inkludertsulfolobusog Termoplasma, er obligatoriske acidofiler. Blant eukaryoter er mangesopp acidofiler, men mesteren for vekst ved lav pH er eukaryoticalga Cyanidium som kan vokse ved en pH på 0.
i konstruksjon og bruk av kulturmedier må man alltid vurdere den optimale pH for vekst av en ønsket organisme og innlemme buffere for å opprettholde mediumets ph i det skiftende miljøet avbakteriellavfallsprodukter som akkumuleres under vekst. Mange patogene bakterierutviser et relativt smalt utvalg av pH over hvilke de vil vokse. Mostdiagnostic media for vekst og identifisering av humane patogenerhavea pH nær 7.
Figur 4. Vekstrate vs pHfor tre miljøklasser av prokaryoter. 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