Jak odżywiają się bakterie?

Pomimo swojej reputacji jako patogenów wywołujących choroby, wiele bakterii odgrywa istotną rolę w ekosystemach, po prostu żywiąc się i metabolizując cząsteczki organiczne i nieorganiczne w swoim środowisku. Ich wkład obejmuje uwalnianie składników odżywczych przechowywanych w materiale organicznym podczas rozkładu, rozkładanie pokarmu w jelitach zwierząt podczas trawienia, wiązanie azotu w glebie poprzez przekształcanie N₂ gaz do amoniaku, udostępniając składniki odżywcze korzeniom roślin w glebie i uwalniając tlen do atmosfery. Sposób, w jaki bakterie pozyskują składniki odżywcze, determinują dwa czynniki: zdolność do wytwarzania własnej żywności lub poleganie na zużywają wstępnie uformowane cząsteczki organiczne, a po drugie, rodzaj energii potrzebnej do tych reakcji chemicznych, aby pojawić się.

Dwa ogólne środki pozwalają na pozyskiwanie pożywienia dla wszystkich organizmów, w tym bakterii: heterotroficznych i autotroficznych. Heterotrofy muszą pobierać materiał organiczny, taki jak glukoza, spoza komórki, aby uzyskać energię. Dzieje się to poprzez bezpośrednie spożycie węgla w postaci cząsteczek węglowodanów. Autotrofy pozyskują składniki odżywcze, wytwarzając własne materiały organiczne, gdy pobierają dwutlenek węgla i przekształcają go w węglowodany.

Bakterie potrzebują zewnętrznego źródła energii w postaci energii świetlnej lub energii chemicznej do napędzania metabolizmu, co jest kolejnym czynnikiem determinującym sposób ich żywienia. Fototrofy to bakterie wykorzystujące energię świetlną. Zarówno fotoheterotrofy, jak i fotoautotrofy wymagają światła słonecznego. Fotoheterotrofy wykorzystują światło słoneczne do dostarczania energii i zużywają związki organiczne ze swojego środowiska jako źródło węgla. Fotoautotrofy, podobnie jak sinice, wykorzystują energię świetlną w postaci światła słonecznego i dwutlenku węgla z otoczenia i wykorzystać je do produkcji węglowodanów w procesie fotosynteza.

Niektóre bakterie zamiast światła słonecznego wykorzystują reakcje z nieorganicznymi związkami chemicznymi jako źródło energii. Bakterie zasilane energią chemiczną są znane jako chemotrofy. Chemoheterotrofy wykorzystują związki organiczne lub nieorganiczne jako źródło energii. Podobnie jak fotoheterotrofy muszą również spożywać węglowodany w postaci związków organicznych. Chemoautotrofy wykorzystują energię chemiczną do produkcji węglowodanów z dwutlenku węgla w procesie zwanym chemosyntezą.

Komórki bakteryjne są związane otoczką komórkową, która składa się z wewnętrznej błony cytoplazmatycznej i zewnętrznej ściany komórkowej. Ściana komórkowa jest sztywna i podobnie jak ściana komórkowa w komórkach roślinnych nadaje bakteriom ich kształt. W przeciwieństwie do komórek roślinnych, zwierzęcych, protistów lub grzybów, bakterie nie mają organelli ani jądra związanego z błoną. Brak organelli uniemożliwia bakteriom pochłanianie cząstek poprzez endocytozę lub fagocytozę, techniki stosowane przez komórki eukariotyczne do otaczania materiałów zewnętrznych i wprowadzania ich do komórki.

Bakterie polegają na dyfuzji, aby przenieść cząsteczki do komórki przez błonę cytoplazmatyczną. Bakterie wydzielają również enzymy, aby rozpuścić cząsteczki na zewnątrz komórki, aby umożliwić im przejście przez błonę poprzez dyfuzję, proces, w którym cząsteczki przemieszczają się z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym stężenie. Czasami prosta dyfuzja wymaga pomocy białek, aby umożliwić cząsteczkom przejście do komórki, proces zwany dyfuzją ułatwioną. Inna metoda — transport aktywny — wymaga energii do transportu cząsteczek w celu pokonania gradientu stężeń i umożliwienia cząsteczkom przejścia przez błonę.