Výživa bakterií

Úvod

Pro svůj růst a množení, musí mít bakteriální buňka k dispozici všechny nezbytné prvky, a to v různé chemické formě.

Živné prostředí musí obsahovat zejména:

• vodu,
• zdroj energie,
• zdroj uhlíku pro syntézu buněčné hmoty (cukry, alkoholy, organické kyseliny, CO₂),
• zdroj dusíku pro tvorbu amino- a iminoskupin aminokyselin a organických bazí (amonné soli, dusitany, močovina, aminokyseliny, peptidy, bílkoviny, vzdušný N₂),
• zdroje dalších minerálních prvků (síra, fosfor, stopové prvky),
• nezbytné růstové látky (např. vitamíny, aminokyseliny, puriny, pyrimidiny).

Dělení podle způsobu získávání energie

Podle způsobu získávání energie dělíme bakterie do dvou skupin – na bakterie fototrofní a bakterie chemotrofní.

Fototrofie

Fototrofie je zjednodušeně přeměna světelné energie v energii chemickou. Světelná energie je zachycena vhodnou molekulou (např. bakteriochlorofyl) a transformována v energii excitovaného elektronu této molekuly. Energeticky bohatý elektron může redukovat molekulu NAD(P) na NAD(P)H₂, který je následně použit k produkci CO₂. V tomto případě musí být doplňovány chybějící elektrony např. vodou, H₂S, sírou, H₂ nebo jednoduchými redukovatelnými organickými látkami (např. acetát).

Druhou možností je syntéza ATP z ADP při návratu excitovaného elektronu na původní energetickou hladinu přes kaskádu elektronových přenašečů (chinony, cytochromy). Tento způsob může být cyklický a nezávislý na prvním způsobu. Energie je v tomto případě uchována v makroergických vazbách v ATP.

Chemotrofie

Chemotrofie je zisk energie oxidací chemických sloučenin, kdy zdrojem elektronů je redukovaná látka. Prakticky se jedná o kaskádů dílčích oxidoredukcí, při některých z nich dochází k syntéze ATP. Je-li redukovaná látka anorganická (např. H₂S, HN₄⁺), označujeme takové bakterie jako chemolitotrofní (chemoautotrofní), jedná-li se o látky organické (např. glukosa), označujeme tyto bakterie jako chemoorganotrofní (chemoheterotrofní).

Dělení podle zdroje uhlíku

Podle zdroje uhlíku dělíme bakterie do dvou skupin – bakterie autotrofní (zdrojem uhlíku je CO₂) a bakterie heterotrofní (zdrojem uhlíku jsou organické látky). Některé bakterie mohou získávat uhlík obojím způsobem, označujeme je jako mixotrofní.

Na rozdíl od eukaryot není autotrofie u prokaryot vázána pouze na fotosyntézu, ale může se vyskytovat i u chemotrofních bakterií. I v případě autotrofie tedy hovoříme o dvou skupinách bakterií – fotoautotrofní (fotolitotrofní) a fotoheterotrofní (fotoorganotrofní).

Rozdělení podle způsobu výživy

Oba způsoby získávání energie a získávání uhlíku jsou volně kombinovatelné. Souhrnně tedy můžeme podle způsobu výživy, tj. způsobu získávání energie a zdroje uhlíku, mikroorganismy rozdělit do 4 kategorií.

Rozdělení podle způsobu výživy

Fotoautotrofní bakterie

Tato skupina je reprezentována sinicemi (fotoredukce CO₂ vodíkem z vody) a zelenými sirnými bakteriemi (fotoredukce CO₂ jinou látkou než vodou – H₂S, sírou či H₂). Zdrojem energie těchto mikroorganismů je světlo, zdrojem uhlíku CO₂.

Fotoheterotrofní bakterie

Do této kategorie spadají purpurové sirné bakterie a purpurové bezsirné bakterie, jejich zdrojem energie je světlo, zdrojem uhlíku organická látka.

Chemoautotrofní bakterie

Tento způsob výživy je znám pouze u bakterií. Chemoautotrofní bakterie nevyžadují organické látky, zdrojem uhlíku je CO₂ fixovaný Calvinovým cyklem a zdrojem energie redukovatelné anorganické látky. Do této skupiny patří nitrifikační, sirné či železité bakterie.

Chemoheterotrofní bakterie

Tento typ výživy je charakteristický pro většinu bakterií, včetně těch potravinářsky významných. Zdrojem uhlíku a energie jsou různé organické látky, každá chemoheterotrofní bakterie má obvykle schopnost využívat jako zdroj několik látek (E. coli například více než dvacet).

Akceptory elektronů u chemotrofních bakterií

Chemotrofní bakterie získávají energii prostřednictvím oxidoredukčních dějů, které jsou podmíněny přítomností donora elektronů, kterým je zdroj energie v živném médiu (např. glukosa či HN₄⁺), a akceptora elektronů.

Akceptor elektronů u chemotrofů může mít trojí podobu, čemuž odpovídají i 3 základní mechanismy oxidoredukce:

• Fermentace (kvašení) – akceptor elektronů vzniká katabolismem donoru elektronů (zdroje energie) a nemusí být v prostředí přítomen jako samostatná látka. Například při mléčném kvašení, kdy zdrojem energie je cukr, je donorem elektronů glyceraldehydfosfát a akceptorem elektronů pyruvát, který je následně redukovaný na laktát. Tento typ oxidoredukce se vyskytuje pouze u bakterií a kvasinek.

• Při aerobní respiraci je akceptorem elektronů kyslík.

• Je-li akceptorem elektronů jiná látka než kyslík, mluvíme o anaerobní respiraci, která se opět vyskytuje pouze u bakterií. V tomto případě mohou být akceptorem elektronů např. dusičnany postupně redukované na dusitany nebo až na plynný dusík (nitrátová respirace), dále sírany redukované na sirovodík (sulfátová respirace) či oxid uhličitý redukovaný na methan.

Některé bakterie mohou realizovat pouze jeden z uvedených dějů (Pseudomonas spp. – aerobní respirace), některé dva, případně všechny tři (např. Escherichia coli).

Růstové faktory

Jako růstové faktory označujeme molekuly, které bakterie nedovede sama syntetizovat. Obvykle se jedná o organické látky nezbytné pro růst daných bakterií. Z pohledu nutnosti saturace růstových faktorů v živném médiu můžeme bakterie rozdělit do dvou skupin – na bakterie prototrofní a auxotrofní.

Prototrofní bakterie (např. E. coli) růstové faktory nevyžadují, jsou schopny z běžných živin syntetizovat veškeré potřebné molekuly.

Oproti tomu pro auxotrofní bakterie je přítomnost růstových faktorů v živném médiu nezbytná (např. některé bakterie mléčného kvašení – Lactobacillus spp.). Růstovými faktory jsou nejčastěji aminokyseliny, dusíkaté baze (puriny a pyrimidiny), vitamíny či koenzymy.