Come si nutrono i batteri?

Nonostante la loro reputazione di patogeni che causano malattie, molti batteri svolgono un ruolo vitale negli ecosistemi semplicemente nutrendosi e metabolizzando molecole organiche e inorganiche nel loro ambiente. I loro contributi includono il rilascio di sostanze nutritive immagazzinate nel materiale organico durante la decomposizione, la scomposizione del cibo nell'intestino degli animali durante la digestione, il fissaggio dell'azoto nel suolo mediante la conversione di N₂ gas in ammoniaca, rendendo disponibili i nutrienti per piantare le radici nel suolo e rilasciando ossigeno nell'atmosfera. Due fattori determinano il modo in cui i batteri ottengono i nutrienti: la capacità di produrre il proprio cibo o la dipendenza da consumano molecole organiche preformate e, in secondo luogo, il tipo di energia di cui hanno bisogno per queste reazioni chimiche per si verificano.

Due mezzi generali consentono di procurare cibo per tutti gli organismi, compresi i batteri: eterotrofi e autotrofi. Gli eterotrofi devono consumare materiale organico, come il glucosio, dall'esterno della cellula per ottenere energia. Ciò avviene tramite il consumo diretto di carbonio sotto forma di molecole di carboidrati. Gli autotrofi ottengono nutrienti producendo i propri materiali organici quando assorbono anidride carbonica e la convertono in carboidrati.

I batteri richiedono una fonte di energia esterna sotto forma di energia luminosa o energia chimica per alimentare il loro metabolismo, che è un altro fattore che determina il loro metodo di alimentazione. I fototrofi sono batteri che utilizzano l'energia della luce. Sia i fotoeterotrofi che i fotoautotrofi richiedono la luce solare. I fotoeterotrofi usano la luce solare per fornire energia e consumare composti organici dal loro ambiente per la loro fonte di carbonio. I fotoautotrofi, come i cianobatteri, utilizzano l'energia luminosa sotto forma di luce solare e anidride carbonica dal loro ambiente e utilizzarli entrambi per produrre carboidrati attraverso il processo di fotosintesi.

Invece della luce solare, alcuni batteri si affidano a reazioni con composti chimici inorganici per la loro fonte di energia. I batteri alimentati dall'energia chimica sono noti come chemiotrofi. I chemioeterotrofi utilizzano composti organici o inorganici come fonte di energia. Come i fotoeterotrofi, devono anche consumare carboidrati sotto forma di composti organici. I chemioautotrofi utilizzano l'energia chimica per produrre carboidrati dall'anidride carbonica in un processo chiamato chemiosintesi.

Le cellule batteriche sono legate da un involucro cellulare costituito da una membrana citoplasmatica interna e da una parete cellulare esterna. La parete cellulare è rigida e, come la parete cellulare nelle cellule vegetali, conferisce ai batteri la loro forma. A differenza delle cellule vegetali, animali, protisti o fungine, i batteri non hanno organelli legati alla membrana o un nucleo. La mancanza di organelli impedisce ai batteri di inghiottire le particelle attraverso l'endocitosi o la fagocitosi, tecniche utilizzate dalle cellule eucariotiche per avvolgere i materiali esterni e portarli nella cellula.

I batteri si affidano alla diffusione per spostare le molecole nella cellula attraverso la membrana citoplasmatica. I batteri espellono anche enzimi per dissolvere le molecole all'esterno della cellula per consentire loro di passare attraverso la membrana tramite diffusione, un processo in cui le molecole si spostano da un'area di maggiore concentrazione a un'area di minore concentrazione. A volte la semplice diffusione necessita dell'assistenza delle proteine ​​per consentire alle molecole di passare nella cellula, un processo chiamato diffusione facilitata. Un altro metodo, il trasporto attivo, richiede energia per trasportare le molecole per superare il gradiente di concentrazione e consentire alle particelle di passare attraverso la membrana.