odżywianie i wzrost bakterii (Strona 4)
(Ten rozdział ma 6 stron)
© Kenneth Todar, PhD
wymagania fizyczne i środowiskowe dla wzrostu mikrobiologicznego
prokaryoty istnieją w przyrodzie w ogromnym zakresie warunków fizycznych, takich jak stężenie O2, stężenie jonów wodoru(pH) i temperatura. Granice wykluczenia życia na planecie, z uwzględnieniem parametrów środowiskowych, są zawsze ustalane przez jakiś mikroorganizm, najczęściej prokaryota, a często Archaeon. Stosowane do allmicroorganism jest słownictwo terminów używanych do opisania ich wzrostu (zdolność togrow) w zakresie warunków fizycznych. Termofil rośnie w wysokich temperaturach, kwasofil rośnie w niskim pH, osmofil rośnie w wysokim stężeniu solutecentration i tak dalej. Nomenklatura ta zostanie zastosowana w tej sekcji, aby opisać reakcję procaryotes na różne warunki fizyczne.
wpływ tlenu
tlen jest uniwersalnym składnikiem komórek i jest zawsze dostarczany w dużych ilościach przez H2O. Procaryoty wykazują jednak szeroki zakres reakcji na tlen cząsteczkowy O2(Tabela 6).
aeroby obligatoryjne wymagają O2 do wzrostu; używają O2 jako końcowego akceptora elektronów w oddychaniu tlenowym.
Obliguj beztlenowce (czasami nazywane aerofobami)nie potrzebują lub nie używają O2 jako składnika odżywczego. W rzeczywistości O2 jest substancją toksyczną, która zabija lub hamuje ich wzrost.Prokarionty beztlenowe mogą żyć w wyniku fermentacji, oddychania beztlenowego, fotosyntezy bakteryjnej lub nowego procesu metanogenezy.
fakultatywne beztlenowce (lub aeroby fakultatywne) są organizmami, które mogą przełączać się między tlenowymi i beztlenowymi rodzajami metabolizmu.W warunkach beztlenowych (brak O2) rosną w wyniku fermentacji oranaerobi, ale w obecności O2 przechodzą naaerobi.
beztlenowce Aerotolerujące są bakteriami o wyłącznym metabolizmie tlenowym(fermentacyjnym), ale są niewrażliwe na obecność O2. Żyją w wyniku fermentacji, niezależnie od tego, czy O2 jest obecny w ich środowisku.
Tabela 6. Terminy używane doopisania relacji O2 mikroorganizmów.
| 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 |
| Obliguj Beztlenowiec | brak wzrostu | toksyczny wzrost | |
| fakultatywny Beztlenowiec (fakultatywny Aerob) | wzrost | wzrost | nie jest wymagany do wzrostu, ale wykorzystywany, gdy jest dostępny |
| wzrost | wzrost | nie jest wymagany i nie jest wykorzystywany |
reakcja organizmu na o2 w jego środowisku zależy od występowania i dystrybucji różnych enzymów, które reactwitho2 i różnych rodników tlenowych, które są niezmiennie generowane przez komórki w obecności O2. Wszystkie komórki zawierają enzymy reagujące z O2. Na przykład utlenianie się flawoprotein przez O2 niezmiennie powoduje powstanie H2O2 (nadtlenku) jako jednego głównego produktu i małych ilości jeszcze bardziej wolnego rodnika, ponadtlenku lub O2.-. Ponadto chlorofilland inne pigmenty w komórkach mogą reagować z O2 w obecności światła i wytwarzać tlen singletowy, inną rodnikową formę tlenu, który jest silnym środkiem utleniającym w układach biologicznych.
w aerobach i beztlenowych beztlenach potencjał letalakumulacji ponadtlenku jest zapobiegany przez enzymatyczną dysmutazę ponadtlenkową (Rys. 1).Wszystkie organizmy, które mogą żyć w obecności O2 (niezależnie od tego, czy nie wykorzystują go w swoim metabolizmie), zawierają superoxidedismutase.Prawie wszystkie organizmy zawierają enzym katalazy, który rozkłada H2O2.Mimo że niektóre bakterie aerotolerujące, takie jak katalaza bakteryjna kwasu mlekowego, rozkładają H2O2 za pomocą peroksydazenzymów, które czerpią elektrony z NADH2 w celu zmniejszenia peroksydeto H2O. Beztlenowce nie mają dysmutazy ponadtlenkowej i / lub peroksydazy, a zatem ulegają śmiertelnemu utlenieniu przez różne związki tlenowe, gdy są narażone na działanie O2. Patrz rysunek 3 poniżej.
wszystkie organizmy fotosyntetyczne (i niektóre niefotosyntetyczne) są chronione przed śmiertelnym utlenianiem tlenu singletowego przez posiadanie pigmentów karotenoidowych, które fizycznie reagują z rodnikiem tlenu singletowego i zmniejszają jego nietoksyczny stan „ziemi” (triplet). Mówi się, że karotenoidy”gaszą”singletowe rodniki tlenowe.
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. Doceniając to, że pH jest mierzone w skali logarytmicznej, środowiska naturalne różnią się ponad miliardowo, a niektóre mikroorganizmy żyją w skrajnościach, jak również wszystkie pomiędzy skrajnościami! Większość wolnożyjących prokariotów może rosnąć ponad 3 jednostki pH, około tysiąckrotnej zmiany . PH, nad którym rośnie organizm, jest definiowane przez trzy punkty kardynalne: pH Minimalne, poniżej którego organizm nie może rosnąć, maximumpH, powyżej którego organizm nie może rosnąć oraz pH optymalne, przy którym organizm rośnie najlepiej. W przypadku większości bakterii następuje kolejno zwiększenie tempa wzrostu pomiędzy minimalnym a optymalnym oraz znaczne zmniejszenie tempa wzrostu pomiędzy optymalnym a maksymalnym pH, odzwierciedlając ogólny wpływ zmiany na tempo reakcji enzymatycznej (ryc. 4).
mikroorganizmy, które rosną przy optymalnym pH znacznie poniżej neutralności(7,0)nazywane są kwasofilami. Te, które najlepiej rosną przy neutralnym pH, nazywane są neutrofilami, a te, które najlepiej rosną pod wpływem zasad, nazywane są alkalifilami. Acydofile obligatoryjne, takie jak niektóre gatunki Tiobacillus, w rzeczywistości wymagają niskiego pH do wzrostu, ponieważ ich błony rozluźniają się, a komórki liżą w neutralności. Kilka rodzajów Archaea, w tymulfolobus i Termoplasma, jest zobowiązującymi acydofilami. Wśród eukariotów wiele ryb to acydofile, ale mistrzem wzrostu przy niskim pH jest eucarioticalga Cyanidium, które może rosnąć przy pH 0.
w budowie i stosowaniu pożywek kulturowych zawsze należy rozważyć optymalne pH dla wzrostu pożądanego organizmu i włączyć bufory w celu utrzymania pH pożywki w zmieniającym się środowisku bakteryjnych produktów odpadowych, które gromadzą się podczas wzrostu. Wiele patogennych bakteriobjawia stosunkowo wąski zakres pH, nad którym będą rosły. Większość mediów diagnostycznych do wzrostu i identyfikacji ludzkich patogenówhavea pH blisko 7.
Rysunek 4. Tempo wzrostu w stosunku do pH dla trzech klas środowiskowych procaryotes. 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