Hoe voeden bacteriën zich?

Ondanks hun reputatie als ziekteverwekkende pathogenen, spelen veel bacteriën een vitale rol in ecosystemen door zich simpelweg te voeden met organische en anorganische moleculen in hun omgeving en deze te metaboliseren. Hun bijdragen omvatten het vrijgeven van voedingsstoffen die zijn opgeslagen in organisch materiaal tijdens de ontbinding, het afbreken van voedsel in de darmen van dieren tijdens de spijsvertering, het fixeren van stikstof in de bodem door N₂ gas naar ammoniak, waardoor voedingsstoffen beschikbaar komen voor plantenwortels in de bodem en zuurstof vrijkomt in de atmosfeer. Twee factoren bepalen de manier waarop bacteriën voedingsstoffen verkrijgen: het vermogen om hun eigen voedsel te produceren of de afhankelijkheid van voorgevormde organische moleculen consumeren en ten tweede het soort energie dat ze nodig hebben om deze chemische reacties te laten verlopen optreden.

Twee algemene middelen maken het verkrijgen van voedsel voor alle organismen mogelijk, inclusief bacteriën: heterotroof en autotroof. Heterotrofen moeten organisch materiaal, zoals glucose, van buiten de cel consumeren om energie te verkrijgen. Dit gebeurt door de directe consumptie van koolstof in de vorm van koolhydraatmoleculen. Autotrofen verkrijgen voedingsstoffen door hun eigen organische materialen te produceren wanneer ze koolstofdioxide opnemen en omzetten in koolhydraten.

Bacteriën hebben een externe energiebron nodig in de vorm van lichtenergie of chemische energie om hun metabolisme van brandstof te voorzien, wat een andere factor is die hun voedingsmethode bepaalt. Fototrofen zijn bacteriën die lichtenergie gebruiken. Zowel fotoheterotrofen als fotoautotrofen hebben zonlicht nodig. Fotoheterotrofen gebruiken zonlicht om energie te leveren en verbruiken organische verbindingen uit hun omgeving als koolstofbron. Foto-autotrofen, zoals cyanobacteriën, gebruiken lichtenergie in de vorm van zonlicht en koolstofdioxide uit hun omgeving en gebruiken ze beide om koolhydraten te produceren via het proces van fotosynthese.

In plaats van zonlicht vertrouwen sommige bacteriën op reacties met anorganische chemische verbindingen voor hun energiebron. Bacteriën gevoed door chemische energie staan ​​bekend als chemotrofen. Chemoheterotrofen gebruiken organische of anorganische verbindingen als energiebron. Net als fotoheterotrofen moeten ze ook koolhydraten consumeren in de vorm van organische verbindingen. Chemoautotrofen gebruiken chemische energie om koolhydraten te produceren uit koolstofdioxide in een proces dat chemosynthese wordt genoemd.

Bacteriële cellen zijn gebonden door een celenvelop die bestaat uit een binnenste cytoplasmatische membraan en een buitenste celwand. De celwand is stijf en geeft, net als de celwand in plantencellen, bacteriën hun vorm. In tegenstelling tot planten-, dieren-, protisten- of schimmelcellen hebben bacteriën geen membraangebonden organellen of een kern. Het gebrek aan organellen verhindert dat bacteriën deeltjes opslokken door endocytose of fagocytose, technieken die door eukaryote cellen worden gebruikt om externe materialen te omhullen en ze in de cel te brengen.

Bacteriën zijn afhankelijk van diffusie om moleculen door het cytoplasmatische membraan de cel in te verplaatsen. Bacteriën scheiden ook enzymen uit om moleculen buiten de cel op te lossen zodat ze door het membraan kunnen gaan via diffusie, een proces waarbij moleculen van een gebied met een hogere concentratie naar een gebied met een lagere concentratie gaan concentratie. Soms heeft eenvoudige diffusie hulp van eiwitten nodig om moleculen de cel in te laten gaan, een proces dat gefaciliteerde diffusie wordt genoemd. Een andere methode - actief transport - vereist energie om moleculen te transporteren om de concentratiegradiënt te overwinnen en deeltjes door het membraan te laten gaan.