Hur matar bakterier?

Trots sitt rykte som sjukdomsframkallande patogener spelar många bakterier en viktig roll i ekosystem helt enkelt genom att mata på och metabolisera organiska och oorganiska molekyler i sin miljö. Deras bidrag inkluderar frisättning av näringsämnen som lagras i organiskt material under nedbrytning, nedbrytning av mat i tarmarna hos djuren under matsmältningen, fixering av kväve i jorden genom omvandling av N₂ gas till ammoniak, vilket gör näringsämnen tillgängliga för att plantera rötter i jorden och släpper ut syre i atmosfären. Två faktorer avgör hur bakterier får näringsämnen: förmågan att producera sin egen mat eller förlita sig på konsumerar förformade organiska molekyler och för det andra vilken typ av energi de behöver för dessa kemiska reaktioner inträffa.

Två allmänna medel möjliggör anskaffning av mat för alla organismer, inklusive bakterier: heterotrofa och autotrofa. Heterotrofer måste konsumera organiskt material, såsom glukos, från utsidan av cellen för att få energi. Detta sker genom direkt konsumtion av kol i form av kolhydratmolekyler. Autotrofer får näringsämnen genom att producera sina egna organiska material när de tar in koldioxid och omvandlar det till kolhydrater.

Bakterier kräver en extern energikälla i form av ljusenergi eller kemisk energi för att bränna deras ämnesomsättning, vilket är en annan faktor som bestämmer deras utfodringsmetod. Fototrofer är bakterier som använder ljusenergi. Både fotoheterotrofer och fotoautotrofer kräver solljus. Photoheterotrofer använder solljus för att ge energi och konsumerar organiska föreningar från sin omgivning för sin kolkälla. Fotoautotrofer, som cyanobakterier, använder ljusenergi i form av solljus och koldioxid från deras miljö och använda dem båda för att producera kolhydrater genom processen fotosyntes.

Istället för solljus är vissa bakterier beroende av reaktioner med oorganiska kemiska föreningar för sin energikälla. Bakterier som drivs av kemisk energi är kända som kemotrofer. Chemoheterotrofer använder organiska eller oorganiska föreningar som energikälla. Liksom fotoheterotrofer måste de också konsumera kolhydrater i form av organiska föreningar. Chemoautotrophs använder kemisk energi för att producera kolhydrater från koldioxid i en process som kallas kemosyntes.

Bakterieceller är bundna av ett cellhölje som består av ett inre cytoplasmiskt membran och en yttre cellvägg. Cellväggen är stel och ger, precis som cellväggen i växtceller, bakterier sin form. Till skillnad från växt-, djur-, protist- eller svampceller har bakterier inte membranbundna organeller eller någon kärna. Bristen på organeller hindrar bakterier från att svälja in partiklar genom endocytos eller fagocytos, tekniker som används av eukaryota celler för att omsluta yttre material och föra in dem i cellen.

Bakterier är beroende av diffusion för att flytta molekyler in i cellen genom det cytoplasmiska membranet. Bakterier utsöndrar också enzymer för att lösa upp molekyler utanför cellen så att de kan passera genom membranet via diffusion, en process där molekyler rör sig från ett område med högre koncentration till ett område med lägre koncentration. Ibland behöver enkel diffusion hjälp från proteiner för att tillåta molekyler att passera in i cellen, en process som kallas underlättad diffusion. En annan metod - aktiv transport - kräver energi för att transportera molekyler för att övervinna koncentrationsgradienten och låta partiklar passera genom membranet.