Anaerob baktériumok,
A baktériumok anyagcseréje A baktériumok vegyi összetétele fajonként és a szaporodáshoz rendelkezésre álló közeg összetétele szerint tág határok között változik. A baktériumok anyagcseréje — hasonlóan az eukaryota sejtekéhez — energianyeréssel járó katabolikus és a baktériumsejt anyagainak felépítéséhez szükséges szintetikus anabolikus folyamatok összessége.
A baktériumok az autotrófoktól eltekintve energianyerés céljából nagy molekulájú anyagokat bontanak el, miközben a köztianyagcsere egyes anaerob baktériumok és a környezetből felvett anyagokból saját testanyagaikat is felépítik. A baktériumok a vizet, tápanyagaikat és minden egyéb szükséges anyagot a környezetből veszik fel. Az anyagcsere vizes fázisban zajlik le, ezért a víz a baktériumok növekedéséhez, szaporodásához nélkülözhetetlen.
A nagy molekulájú anyagokat poliszacharidokat, fehérjéket stb. Változatos enzimkészletük következtében alig van olyan természetes anyag, amelyet a baktériumok egyik vagy másik csoportja ne tudna elbontani.
Autotróf baktériumok A baktériumok egy része testanyagainak felépítéséhez csupán szervetlen anyagokat igényel. Ezek az autotróf baktériumok. Nitrogénszükségletüket a levegő nitrogénjéből, ammóniából vagy különféle szervetlen nitrogénsókból fedezik, szénforrásként pedig a levegő szén-dioxidját hasznosítják.
A szerves anyagaik előállításához szükséges energiát vagy színtestjeik segítségével a napfényből fotoszintézis útján fotoautotrófokvagy különféle szervetlen anyagoknak pl.
A fotoautotróf baktériumokban a fényenergia elnyelésére bíbor, vörös, barna vagy zöld színű baktérium-klorofillek és különféle karotinoid festékek szolgálnak. A magasabb rendű növényekben és az algákban lezajló fotoszintézis abban különbözik a baktériumok fotoszintézisétől, hogy a növényekben a szén-dioxid redukciójához szükséges hidrogéndonor a víz, ezért szabad molekuláris oxigén keletkezik.
A baktériumok giardia gyógyszeres kezelés hidrogéndonorként különféle redukált a víznél kisebb redoxpotenciálú szervetlen kénhidrogén, hidrogén stb.
Az autotróf baktériumok közül néhány faj csak szerves anyagok hiányában használ fel szervetlen anyagokat, ezek a fajoka fakultatívautotróf baktériumok. Az autotróf baktériumoknak kórtani jelentőségük nincs, kivétel nélkül saprophyták, nagy számban találhatók a természetes vizekben és a talajban.
A kemoautotrófok közül általános biológiai szempontból fontosaka nitrifikáló baktériumok. Ezek a talajba jutott ammóniát aerob viszonyok között energianyerés céljából NO2-vé pl. Heterotróf baktériumok A heterotróf baktériumok testanyagaik felépítéséhez és energiatermelő folyamataikhoz szerves vegyületeket igényelnek.
Élelmiszerelemzés
A környezetből felvett szerves anyagokat változatlanul vagy megfelelő átalakítás után felhasználják saját testanyagaik felépítésére, vagy energiatermelés céljából elbontják azokat. A heterotrófok szervesanyag-igénye igen változatos. Szénhidrátforrásként felhasználnak különféle poliszacharidokat glükogént, keményítőt, dextrint, pektint, cellulózt stb. Nitrogénigényük szerint a heterotrófok ugyancsak igen változatosak, egy részük számára elegendő a levegő molekuláris nitrogénje vagy különféle szervetlen ammóniumsók, mások azonban növekedésükhöz aminosavakat, sőt ezenkívül még különféle kiegészítő anyagokat pl.
Zsírokra a baktériumoknak általában nincs szükségük, ezeket anyagcseréjük során különféle szénhidrátokból és nitrogéntartalmú anyagokból állítják elő, egyes baktériumcsoportok pl.
Anaerob és kevert bakteriális fertőzés, gázgangréna
A heterotróf baktériumok közül egyesek pl. Ezeket nevezzük paratróf baktériumoknak is. E sajátságuk valószínűen enzimrendszerük hiányos anaerob baktériumok áll kapcsolatban. A pathogen baktériumok kivétel nélkül heterotrófok, ezért az anyagcsere további tárgyalása során ezekre szorítkozunk. A hogyan lehet férgeket szerezni és a baktériumok energianyerése A heterotróf baktériumok energianyerési folyamatainak kiindulási anyagai igen változatosak, elsősorban szénhidrátok, amelyeket számos lépésben, enzimek segítségével bontanak le.
A keletkező energia egy részét a baktériumok, közvetlenül vagy nagy energiájú foszfátkötésekben guanozin trifoszfát, GTP, adenozin-trifoszfát, ATP stb. A baktériumok energiájukat főleg oxidatív aerob és fermentatív anaerob folyamatok útján nyerik, de ismert számos más, kevésbé gyakori pl.
Azokat a baktériumokat, amelyeknek az energiaszerzéshez a levegő molekuláris oxigénjére van szükségük feltétlen obligát aerob baktériumoknak nevezzük. A feltétlen anaerob fajok csupán oxigén nélkül képesek szaporodni, a baktériumok nagy többsége viszont jól szaporodik levegő jelenlétében, de szükség esetén levegő nélkül is meg tud élni. Ez utóbbiak a feltételesen fakultatív anaerob baktériumok.
A fermentáció során az energianyeréshez rendelkezésre álló anyagok oxidációja hidrogénelvonással, anaerob baktériumok oxigén jelenléte nélkül anaerob baktériumok anaerob oxidáció. A baktériumok túlnyomó többsége az energiát különféle szénhidrátok fermentálásával nyeri, vannak azonban olyan baktériumcsoportok is, amelyek erre a célra nitrogéntartalmú anyagokat fehérjéket, aminosavakat, purin- pirimidinbázisokat stb.
A nagymolekulájú poliszacharidokat, oligoszacharidokat és diszacharidokat a baktériumok először monoszacharidokká hidrolizálják. A glükózt közvetlenül, az egyéb monoszacharidokat hexózokat pedig előzetes többnyire fruktóz-foszfáttá való átalakítás után használják fel. A glükóz fermentációjának első anaerob baktériumok a legtöbb anaerob és fakultatív anaerob baktériumfajban a glükolízis lépcsői szerint megy végbe A fermentáció anaerob baktériumok a hidrogént szubsztrátspecifikus dehidrogenázok oxidoreduktázok vonják el.
A glükózmolekulákból piroszőlősav keletkezik, miközben energia szabadul fel. Ily módon a dehidrogenáz enzimek újabb hidrogénatomokat képesek felvenni, a piroszőlősavból pedig tejsav keletkezik. A fermentáció során tehát hidrogénakceptorként nem molekuláris oxigén, hanem különféle intermedier anyagcseretermékek és egyéb redukálható anyagok szolgálnak. A redukált NAD-ról folyó hidrogénleadás miatt az anaerob baktériumok erős redukáló hatást fejtenek ki.
Könnyen fermentálható kis redoxipotenciálú szénhidrátok hiányában azonban a piroszőlősav és a tejsav fermentatív bontása tovább halad, s végtermékként baktériumfajoktól és -csoportoktól függően különféle szerves savak, alkoholok stb. A baktériumok fermentatív úton nemcsak glükózt és más hexózokathanem számos egyéb szénhidrátféleséget is anaerob baktériumok energianyerés céljából.
Ennek során a felszabaduló energia mellett zömmel szerves savak pl. Egyes baktériumcsoportok a szénhidrátok mellett vagy azok helyett, energianyerés céljából nitrogéntartalmú komponenseket, pl. Az aminosavak fermentatív bontásából rendszerint szerves savak, ammónia és szén-dioxid keletkezik. Az aerob oxidatív energianyeréskor az elbontandó anyagok végső oxidációja a levegő molekuláris oxigénjének a jelenlétében történik légzés, respiráció.
Az energianyerési folyamatok oxidatív módja is legtöbbször dehidrogénezéssel, s csak ritkán közvetlen oxidációval indul meg. Esetenként a dehidrogénezést vízmolekulák felvétele előzi meg. Anaerob baktériumok glükózbontás piroszőlősavig a fermentációnál megismert módon folyik. A piroszőlősav és a tejsav, valamint az egyéb, különféle eredetű, részben átalakított vagy elbontott szénhidrátok, szerves savak, zsírsavak stb.
Az aerob folyamatokban azonban a dehidrogenáz anaerob baktériumok NAD-ján levő hidrogén a flavin enzimek flavin-mononukleotid, flavin-adenin-dinukleotid prosztetikus csoportjain aktiválódik, hidrogénionná alakul, az elektronok pedig a citokróm vérszegénység z nedostatku vit b12 tagjain keresztül szállítódva a citokróm-oxidáz segítségével a levegő molekuláris oxigénjére adódnak át.
Ily módon a szubsztrátokból lehasított hidrogén végül H2O2-dá a baktériumok egy részében vízzé oxidálódik, miközben jelentős mennyiségű energia szabadul fel.
A baktériumok oxidatív energianyerése során tehát a szénhidrátok végül is szén-dioxiddá és vízzé oxidálódnak. A fakultatív anaerob baktériumok egy részében és egyes, egyébként obligát aerob baktériumokban is a citokróm enzimrendszer elektronjainak akceptora nem csupán molekuláris oxigén, hanem különféle redukálható anyagok, pl.
Ezek a baktériumok molekuláris oxigén hiányában is képesek oxidatív úton energiát nyerni. Az ide tartozó fajok egy része a talajban él, és abban anaerob viszonyok között jelentős nitrogénveszteséget okoz, mert a nitrátot, nitritet ammóniává, nitrogén-oxiddá vagy elemi nitrogénné redukálja denitrifikáló baktériumok. Bár a baktériumokban a glükózból való energianyerés fő útja a glükolízis és a citrátciklus, ugyanazon baktériumokban a glükózbontás más kevésbé hatékony útjai is léteznek.
A sejtben keletkező hidrogén-peroxid a baktériumokra erősen mérgező. Elbontásukról a kataláz és a peroxidáz enzimek gondoskodnak. A H2O2-ból kataláz hatására víz és molekuláris oxigén keletkezik. A peroxidáz a H2O2-ból keletkező oxigént különféle szerves anyagok pl.
Az obligát anaerob baktériumokból hiányzik a citokróm enzimrendszer és nem termelnek sem kataláz, sem peroxidáz enzimeket. Ez utóbbi enzimek hiánya az egyik oka annak, hogy az anaerobok oxigén jelenlétében nem tudnak szaporodni, sőt egyesek levegővel érintkezve rövid idő alatt toxikus szuperoxidok keletkezése miatt el is pusztulhatnak. Az aerob és fakultatív anaerob baktériumokban a szénhidrátok bontása többnyire teljes, az energiakihasználás lényegesen jobb anaerob baktériumok, mint az anaerob baktériumokban.
Bár a heterotróf baktériumok testanyagaik felépítéséhez a szerves anyagokat nem nélkülözhetik, egyes fajok, így pl. A szén-dioxidot ezek a fajok aminosavaikba, valamint purin- és pirimidinbázisaikba építik be, azok szintézise során.
A Lactobacillus fajok pl. Az obligát aerob baktériumok energiájukat oxidatív úton nyerik. Pathogen és saprophyta fajok egyaránt találhatók paraziták tisztítása. A pathogenek közül ide tartozik pl. Egyes obligát aerobok kissé csökkentett oxigéntartalmú légkörben szaporodnak a legjobban. Ezek a mikroaerofil anaerob baktériumok.
Aerob és anaerob mikroorganizmusok
Vannak olyan obligát aerob baktériumok is pl. Ez a jelenséga biolumineszcencia. A világítóbaktériumok a tengervízben élnek, nem kórokozók, csupán élelmiszer-higiéniai jelentőségük van.
A kórokozó baktériumok többsége fakultatív anaerob. Ezek a baktériumok a rendelkezésre álló tápanyagoktól és azok redoxipotenciáljától függően mind aerob, mind anaerob viszonyok között képesek energiát nyerni.
A fakultatív anaerob E. Bőséges oxigénellátás mellett oxidatív úton a glükózból tejsavon és ecetsavon keresztül, zömmel anaerob baktériumok és víz keletkezik. Az ugyancsak fakultatív anaerob Enterobacter aerogenes glükózfermentációja Az obligát anaerobok pl.
Egysejtűek, baktériumok, bacilusok
Szaporodásuk anaerob viszonyok között is csak akkor indul meg, ha elegendő kis redoxipotenciálú tápanyag áll rendelkezésre. A fermentáció végtermékei jellemzőek az anaerobok egyes csoportjaira.
A lactobacillusok egy része glükózból csupán tejsavat homofermentációmás része a tejsavon kívül egyéb anyagokat, pl. A propionsavbaktériumok a szénhidrátokból tejsavat, propionsavat, alkoholokat és különféle egyéb anyagokat állítanak elő. A sebfertőzést előidéző clostridiumok fermentációjuk során főleg vajsavat, ecetsavat és különféle gázokat, CO2-ot és Anaerob baktériumok termelnek.
A clostridiumok erőteljes fermentációja magyarázza a gázoedemás betegségekben a szövetek megsavanyodását és sercegését. Az energianyerés mellett azonban a baktériumok a cukormolekulák egy részét felhasználják saját poliszacharidjaik felépítésére.
A baktériumsejtbe bejutott cukormolekulák, főleg hexózok, először nagyenergiájú vegyületekről makroerg kötésű foszfátcsoportot vesznek át, majd további nukleotid-trifoszfát felhasználásával uridin- adenintrifoszfát stb. Az így létrejött cukornukleotidok cukormolekuláiból épülnek fel a baktériumsejtben pl.
Valószínű, hogy a cukormolekulákat szállító nukleotid-foszfátok milyensége befolyásolja az egyes cukrok beépítésének sorrendjét és ezáltal fajlagosságát az egyes bakteriális poliszacharidokba. A baktériumokban lejátszódó bioszintetikus folyamatok összetettségét jelzi, hogy egyes igénytelenebb baktériumfajok valamennyi szerves anyagukat akár egyetlen szerves vegyületből pl.
A nitrogén-anyagcsere A baktériumok nitrogénforrásként fehérjéket, aminosavakat és egyéb szerves nitrogéntartalmú vegyületeket, ammóniumsókat vagy ammóniát, sőt egyes fajok molekuláris N2-t használnak fel. A baktériumok egy jelentős csoportja proteolitikus enzimjei segítségével képes elbontani a növényi és állati fehérjéket. Ezeka rothasztó baktériumok. A rothasztók a fehérjéket peptidekké és aminosavakká bontják. A fehérjebontók között egyaránt vannak pathogen és saprophyta fajok.
A fehérjebontás történhet anaerob rothadás vagy aerob viszonyok korhadás között. Az aerob fehérjebontók fő képviselői a szaprofita Proteus fajok, a pathogenek közül ide tartozik pl. Az anaerob fehérjebontás fő képviselője a Clostridium putrefaciens, a kórokozók közül ide tartozik pl. A rothadás során keletkezett aminosavak tovább bomlanak, részben dekarboxilálódnak és egyebek mellett különféle igen bűzös vegyületek, aminok pl. A szerves savakból további oxidációjuk során végső termékként szén-dioxid és víz keletkezik.
Ezek mellett az aminosavakból keletkezhetnek még további jellegzetes anyagcseretermékek, így pl. Anaerob baktériumok nitrogénszükségletüket aminosavakból, nitrátokból vagy ammóniából fedezik. Végül vannak olyan kivétel nélkül saprophyta baktériumok, amelyek a levegő molekuláris nitrogénjét is fel tudják használni nitrogénforrásként. Ezeknek a baktériumoknak egy része pl. A levegő molekuláris nitrogénjéből ammóniát, majd aminosavakat, ezekből pedig fehérjét képeznek a nitrogénből bőséges oxigénellátás mellett, vas- és molibdéntartalmú nitrogenáz anaerob baktériumok képeznek ammóniát.
Az ammónia alfa-ketoglutársavba kapcsolódva glutaminsavvá alakul.
Baktériumtenyésztés és rezisztenciavizsgálat (aerob és anaerob)
A fehérjék elrothadnak, a felszabaduló ammóniából pedig az autotróf nitrifikáló baktériumok a növények számára felszívható nitrogénsókat állítanak elő. A molekuláris nitrogént megkötni képes baktériumfajok egy másik csoportja a Anaerob baktériumok fajok rosszindulatú daganatos rák pillangós virágú növények gyökérzetén képződött gümőcskékben él. A levegő nitrogénjéből anaerob baktériumok keresztül ezek is glutaminsavat képeznek, amelyet részben a baktériumok, részben pedig a gazdanövény használ fel saját fehérjéinek a felépítésére szimbiózis.
Molekuláris nitrogént és ammóniát megkötni képes baktériumok előfordulnak a kérődzők előgyomraiban is. A nitrogénből az aminosavakon keresztül ott is fehérje, majd az emésztés során a fehérjékből újra aminosavak képződnek, amelyek felszívódva hozzájárulnak a kérődzők aminosav-szükségletének a fedezéséhez. A baktériumok aminosav-szintézisét szolgáló nitrogénforrás rendszerint ammónia, függetlenül attól, hogy a nitrogén szerves anyagok bontásából vagy nitrátokból származott, a szénforrás pedig az intermedier anaerob baktériumok valamelyik köztiterméke.
A baktériumok glutaminsav-szintézise pl. A glutamátból transzaminálással a megfelelő alfa-ketosavak jelenlétében majdnem minden aminosav szintetizálható. A glutaminsav aminocsoportja adja a nitrogénatomot a purin- és pirimidinbázisok szintéziséhez stb. Az aminosav-szintézist végző enzimek többsége, szemben az energianyerés enzimjeivel, nem a cytoplasmamembránon, hanem a cytoplasmában található.
Egyes baktériumfajok, bár nitrogénigényük nitráttal vagy ammóniumsókkal fedezhető, bizonyos aminosavakat nem tudnak szintetizálni, ezért csak akkor indulnak szaporodásnak, ha a szükséges aminosavakat készen kapják.
A baktériumok fehérjéinek szintézise a riboszómán poliriboszómánaz mRNS-molekulák nukleotidszekvenciájának megfelelően, transzfer RNS-ek anaerob baktériumok szállított aminosavakból történik. Amint az a leírtakból kitűnik, a baktériumoknak fontos szerepük van a természet nitrogén-körforgalmában. Az elhalt növényi és állati fehérjék nitrogéntartalma a baktériumos bontás során ammóniává és részben közvetlenül molekuláris nitrogénné alakul. Az ammóniát és a nitrogént ismét baktériumos tevékenység juttatja vissza a talajba, a növények által felvehető nitrogénsók formájában.
A növények fehérjéi részben állatokba kerülnek, és a folyamat kezdődik elölről.
