Πώς τροφοδοτούνται τα βακτήρια;

Παρά τη φήμη τους ως παθογόνα που προκαλούν ασθένειες, πολλά βακτήρια διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο στα οικοσυστήματα απλώς τροφοδοτώντας και μεταβολίζοντας οργανικά και ανόργανα μόρια στο περιβάλλον τους. Οι συνεισφορές τους περιλαμβάνουν την απελευθέρωση θρεπτικών συστατικών που είναι αποθηκευμένα σε οργανικό υλικό κατά τη διάρκεια της αποσύνθεσης, διάσπαση των τροφίμων στο έντερο των ζώων κατά τη διάρκεια της πέψης, σταθεροποίηση του αζώτου στο έδαφος με μετατροπή του₂ αέριο στην αμμωνία, καθιστώντας τα θρεπτικά συστατικά διαθέσιμα για να φυτέψουν τις ρίζες στο έδαφος και απελευθερώνοντας οξυγόνο στην ατμόσφαιρα. Δύο παράγοντες καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο τα βακτήρια λαμβάνουν θρεπτικά συστατικά: την ικανότητα να παράγουν τα δικά τους τρόφιμα ή την εξάρτηση καταναλώνουν προσχηματισμένα οργανικά μόρια και, δεύτερον, τον τύπο ενέργειας που χρειάζονται για αυτές τις χημικές αντιδράσεις συμβούν.

Δύο γενικά μέσα επιτρέπουν την προμήθεια τροφής για όλους τους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των βακτηρίων: ετεροτροφικά και αυτοτροφικά. Τα ετερότροπα πρέπει να καταναλώνουν οργανικό υλικό, όπως γλυκόζη, έξω από το κύτταρο για να αποκτήσουν ενέργεια. Αυτό συμβαίνει με την άμεση κατανάλωση άνθρακα με τη μορφή μορίων υδατανθράκων. Τα Autotrophs λαμβάνουν θρεπτικά συστατικά παράγοντας τα δικά τους οργανικά υλικά όταν λαμβάνουν διοξείδιο του άνθρακα και το μετατρέπουν σε υδατάνθρακες.

Τα βακτήρια απαιτούν μια εξωτερική πηγή ενέργειας με τη μορφή ελαφριάς ενέργειας ή χημικής ενέργειας για να τροφοδοτήσουν το μεταβολισμό τους, ο οποίος είναι ένας άλλος παράγοντας που καθορίζει τη μέθοδο διατροφής τους. Τα φωτοτρόπια είναι βακτήρια που χρησιμοποιούν ελαφριά ενέργεια. Τόσο τα φωτοeterotrophs όσο και τα φωτοαυτροτρόπια απαιτούν ηλιακό φως. Τα φωτοeterτροφόρα χρησιμοποιούν το ηλιακό φως για να παρέχουν ενέργεια και να καταναλώνουν οργανικές ενώσεις από το περιβάλλον τους για την πηγή του άνθρακα. Τα φωτοατροτροφικά, όπως τα κυανοβακτήρια, χρησιμοποιούν ελαφριά ενέργεια με τη μορφή ηλιακού φωτός και διοξειδίου του άνθρακα από το περιβάλλον τους και χρησιμοποιήστε τους και τους δύο για την παραγωγή υδατανθράκων μέσω της διαδικασίας φωτοσύνθεση.

Αντί για το φως του ήλιου, ορισμένα βακτήρια βασίζονται σε αντιδράσεις με ανόργανες χημικές ενώσεις για την πηγή ενέργειας τους. Τα βακτήρια που τροφοδοτούνται από χημική ενέργεια είναι γνωστά ως χημειοτροφικά. Τα χημειοετεροτροφικά χρησιμοποιούν οργανικές ή ανόργανες ενώσεις ως πηγή ενέργειας. Όπως και τα φωτοeterotrophs, πρέπει επίσης να καταναλώνουν υδατάνθρακες με τη μορφή οργανικών ενώσεων. Τα χημειοατροτροφικά χρησιμοποιούν χημική ενέργεια για την παραγωγή υδατανθράκων από διοξείδιο του άνθρακα σε μια διαδικασία που ονομάζεται χημειοσύνθεση.

Τα βακτηριακά κύτταρα δεσμεύονται από ένα περίβλημα κυττάρου που αποτελείται από μια εσωτερική κυτταροπλασματική μεμβράνη και ένα εξωτερικό κυτταρικό τοίχωμα. Το κυτταρικό τοίχωμα είναι άκαμπτο και, όπως το κυτταρικό τοίχωμα στα φυτικά κύτταρα, δίνει στα βακτήρια το σχήμα τους. Σε αντίθεση με τα φυτικά, ζωικά, πρωταρχικά ή μυκητιακά κύτταρα, τα βακτηρίδια δεν έχουν οργανίδια που συνδέονται με μεμβράνη ή πυρήνα. Η έλλειψη οργανίων εμποδίζει τα βακτήρια να καταπιούν σωματίδια μέσω ενδοκυττάρωσης ή φαγοκυττάρωσης, τεχνικές που χρησιμοποιούνται από ευκαρυωτικά κύτταρα για να περιβάλλουν εξωτερικά υλικά και να τα φέρουν στο κύτταρο.

Τα βακτήρια βασίζονται στη διάχυση για να μετακινήσουν μόρια μέσα στο κύτταρο μέσω της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Τα βακτήρια επίσης εκκρίνουν ένζυμα για τη διάλυση μορίων έξω από το κύτταρο για να τους επιτρέψουν να περάσουν μέσω της μεμβράνης μέσω διάχυσης, μια διαδικασία όπου τα μόρια μετακινούνται από μια περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης σε μια περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωση. Μερικές φορές η απλή διάχυση χρειάζεται βοήθεια από πρωτεΐνες για να επιτρέψει στα μόρια να περάσουν στο κύτταρο, μια διαδικασία που ονομάζεται διευκολυνμένη διάχυση. Μια άλλη μέθοδος - ενεργή μεταφορά - απαιτεί ενέργεια για τη μεταφορά μορίων για να ξεπεραστεί η βαθμίδα συγκέντρωσης και να επιτρέψει στα σωματίδια να περάσουν μέσω της μεμβράνης.