מטבוליזם חיידקי: סוגים ותכונותיהם - ביולוגיה - 2025

המטבוליזם החיידקים כולל סדרה של תגובות כימיות הדרושים לחיים של אורגניזמים אלה. חילוף החומרים מחולק לתגובות השפלה או קטבוליות, ותגובות או תגובות אנבוליות.

אורגניזמים אלה מפגינים גמישות ראויה לציון מבחינת מסלוליהם הביוכימיים, ויכולים להשתמש במקורות פחמן ואנרגיה שונים. סוג חילוף החומרים קובע את התפקיד האקולוגי של כל מיקרואורגניזם.

מקור: pixabay.com

בדומה לשושלות אקולוגיות, החיידקים מורכבים בעיקר ממים (בערך 80%) והשאר במשקל יבש, מורכבים מחלבונים, חומצות גרעין, פוליסכרידים, ליפידים, פפטידוגליקן ומבנים אחרים. מטבוליזם חיידקי פועל להשגת סינתזה של תרכובות אלו, תוך שימוש באנרגיה מהקטבוליזם.

חילוף החומרים החיידקי אינו שונה בהרבה מהתגובות הכימיות הקיימות בקבוצות אורגניזמים מורכבים אחרים. לדוגמא, ישנם מסלולי מטבוליות נפוצים כמעט בכל היצורים החיים, כגון פירוק גלוקוז או מסלול גליקוליזה.

ידע מדויק בתנאי התזונה שחיידקים דורשים לגדול חיוני ליצירת מדיה תרבותית.

סוגי חילוף החומרים ותכונותיהם

חילוף החומרים של חיידקים מגוון באופן יוצא דופן. אורגניזמים חד-תאיים אלה כוללים מגוון של "אורח חיים" מטבולי המאפשרים להם לחיות באזורים עם או בלי חמצן ומשתנים גם בין מקור הפחמן והאנרגיה שהם משתמשים.

פלסטיות ביוכימית זו אפשרה להם להתיישב סדרה של בתי גידול מגוונים ולמלא תפקידים מגוונים במערכות האקולוגיות בהן הם חיים. נתאר שתי סיווגים של חילוף החומרים, הראשון קשור לניצול חמצן והשני לארבע קטגוריות התזונה.

שימוש בחמצן: אנאירובי או אירובי

מטבוליזם יכול להיות מסווג כארובי או אנאירובי. לפרוקריוטים שהם אנאירוביים מלאים (או מחייבים אנאירובים), חמצן הוא מקביל לרעל. לכן עליהם לחיות בסביבות נקיות ממנה לחלוטין.

בקטגוריה של אנאירובים אנטי-סובלניים, חיידקים מסוגלים לסבול סביבות חמצן, אך אינם מסוגלים לנשימה סלולרית - חמצן אינו המקבל האלקטרוני הסופי.

מינים מסוימים עשויים או לא להשתמש בחמצן והם "פרטיטיביים", מכיוון שהם מסוגלים לסירוגין בין שתי חילוף החומרים. באופן כללי, ההחלטה קשורה לתנאים סביבתיים.

בקצה השני, יש לנו את קבוצת אירובי החובה. כפי שמשתמע מהשם, אורגניזמים אלה אינם יכולים להתפתח בהיעדר חמצן, מכיוון שהוא חיוני לנשימה תאית.

חומרים מזינים: יסודות ומרכיבי קורט

בתגובות מטבוליות, חיידקים לוקחים חומרים מזינים מסביבתם כדי לחלץ את האנרגיה הדרושה להתפתחותם ולתחזוקה שלהם. חומר מזין הוא חומר שיש לשלב כדי להבטיח את הישרדותו באמצעות אספקת אנרגיה.

האנרגיה מהחומרים המזינים הנספגים משמשת לסינתזה של המרכיבים הבסיסיים בתא הפרוקריוטי.

ניתן לסווג חומרים מזינים כחיוניים או בסיסיים, הכוללים מקורות פחמן, מולקולות חנקן וזרחן. חומרים מזינים אחרים כוללים יונים שונים, כמו סידן, אשלגן ומגנזיום.

רכיבי קורט נדרשים רק בכמויות קורט או עקבות. ביניהם ברזל, נחושת, קובלט, בין היתר.

חיידקים מסוימים אינם מסוגלים לסנתז חומצה אמינית ספציפית או ויטמין מסוים. אלמנטים אלה נקראים גורמי צמיחה. מבחינה הגיונית, גורמי גדילה משתנים במידה רבה ותלויים במידה רבה בסוג האורגניזם.

קטגוריות תזונתיות

ניתן לסווג חיידקים לקטגוריות תזונתיות תוך התחשבות במקור הפחמן בו הם משתמשים והיכן הם משיגים את האנרגיה שלהם.

ניתן לקחת פחמן ממקורות אורגניים או אורגניים. משתמשים במושגים אוטוטרופים או ליטוטרופים ואילו הקבוצה השנייה נקראת הטרוטרופים או אורגנוטרופים.

אוטוטרופים יכולים להשתמש בפחמן דו חמצני כמקור פחמן, והטרוטרופים דורשים פחמן אורגני למטבוליזם.

מצד שני, יש סיווג שני שקשור לצריכת אנרגיה. אם האורגניזם מסוגל להשתמש באנרגיה מהשמש, אנו מסווגים אותו בקטגוריית הפוטוטרוף. לעומת זאת, אם מופק אנרגיה מתגובות כימיות, הם אורגניזמים כימוטרופיים.

אם נשלב את שתי הסיווגים הללו נקבל את ארבע הקטגוריות התזונתיות העיקריות של חיידקים (זה חל גם על אורגניזמים אחרים): פוטו-אוטוטרופים, פוטו-אוטוטרופים, כימותרפיה-כימותרפיות וכימותרות. להלן נתאר כל אחת מהיכולות המטבוליות של החיידקים:

תמונות אוטוטרופות

אורגניזמים אלה מבצעים פוטוסינתזה, שם האור הוא מקור האנרגיה והפחמן הדו-חמצני הוא מקור הפחמן.

בדומה לצמחים, בקבוצת החיידקים הזו יש את הפיגמנט כלורופיל a, המאפשר לה לייצר חמצן באמצעות זרימת אלקטרונים. יש גם את הפיגמנט חיידק-כלורופיל, שאינו משחרר חמצן בתהליך הפוטוסינתטי.

Photoheterotrophs

הם יכולים להשתמש באור השמש כמקור האנרגיה שלהם, אך הם אינם פונים לפחמן דו חמצני. במקום זאת הם משתמשים באלכוהולים, חומצות שומן, חומצות אורגניות ופחמימות. הדוגמאות הבולטות ביותר הן חיידקים ירוקים שאינם גופריים וסגולים שאינם גופריים סגולים.

כימותרפיה

נקראים גם כימואוטוטרופים. הם משיגים את האנרגיה שלהם באמצעות חמצון של חומרים אנאורגניים איתם הם מקבעים פחמן דו חמצני. הם נפוצים במכונות הנשמה הידרוטרמינאליות בים העמוק.

Chemoheterotrophs

במקרה האחרון, מקור הפחמן והאנרגיה הוא בדרך כלל אותו אלמנט, למשל גלוקוז.

יישומים

הכרת מטבוליזם של חיידקים תרמה תרומה עצומה לתחום המיקרוביולוגיה הקלינית. העיצוב של מדיה תרבית אופטימלית המיועד לגידול של פתוגן כלשהו המעניין מבוסס על מטבוליזם שלו.

בנוסף, ישנם עשרות בדיקות ביוכימיות המובילות לזיהוי של אורגניזם חיידקי לא ידוע. פרוטוקולים אלה מאפשרים להקים מסגרת טקסונומית אמינה ביותר.

לדוגמה, ניתן לזהות את הפרופיל הקטבולי של תרבית חיידקים על ידי יישום בדיקת החמצון / תסיסה של יו-ליפסון.

מתודולוגיה זו כוללת צמיחה במדיום מוצק למחצה עם גלוקוז ומדד pH. לפיכך, חיידקים חמצוניים מבדרים את הגלוקוזה, תגובה שנצפתה בזכות שינוי הצבע במחוון.

באופן דומה ניתן לקבוע באילו מסלולים משתמשים החיידקים המעניינים על ידי בדיקת גידולם על מצעים שונים. חלק מהבדיקות הללו הן: הערכת מסלול התסיסה של גלוקוז, איתור קטליזות, תגובה של ציטוכרום אוקסידאזים, בין היתר.

הפניות

1. נגרוני, מ '(2009). מיקרוביולוגיה סטומטולוגית. פנמריקנית רפואית אד.
2. Prats, G. (2006). מיקרוביולוגיה קלינית. פנמריקנית רפואית אד.
3. Rodríguez, J. Á. G., Picazo, JJ, & de la Garza, JJP (1999). קומפנדיום למיקרוביולוגיה רפואית. אלסביאר ספרד.
4. Sadava, D., & Purves, WH (2009). החיים: מדע הביולוגיה. פנמריקנית רפואית אד.
5. טורטורה, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). מבוא למיקרוביולוגיה. פנמריקנית רפואית אד.