21. Fizikai és biokémiai (táplálkozási) tényezők hatása a mikroorganizmusok szaporodására Flashcards
A környezet milyen lehet a mikroba számára?
- Elpusztító
- Indifferens
- Megtartó
- Mérsékelten támogató
Ökológiai faktorok
A környezet faktorai, befolyásolják a mikroba szaporodását:
- Abiotikus (pl.: hőmérséklet)
- Biotikus (más élőlények és jelenléte és kölcsönhatásaik)
Az abiotikus tényezők lehetnek fizikai (fizikai kémiai) vagy biokémiai (táplálkozási) faktorok
Abiotikus tényezők ábrázolása görbén
Adott abiotikus ökológiai faktor mennyiségi szintjének
függvényében a mikrobapopuláció fajlagos növekedési sebességét ábrázolva, egy szimmetrikus maximumos görbét kapunk
Jellemzők:
minimumpont, maximumpont, a kettő közötti szakasz a tűrési tartomány, amelynek kb. a közepénél van az optimumpont (ha szimmetrikus)
Fizikai tényezők
- pH
- Hőmérséklet
- Levegő (oxigén)
- Nedvességtartalom
- Ozmózisnyomás
- Hidrosztatikai nyomás
- Sugárzások
Táplálkozási tényezők
- C-forrás
- N-forrás
- S-forrás
- P-forrás
- Ásványi anyagok
- Vitaminok
pH
- Acidofil –> optimum < 6 –> gombák, tejsavbaktériumok
- Neutrofil –> 6 és 8 között az optimum –> baktériumok zöme
- Alkalofil –> optimum > 8 –> néhány talajbaktérium
pH tűrési tartomány általában szűk: +- 1-2 pH, de vannak szélesebb tartományt toleráló baktériumok: acidotoleráns, alkalotoleráns
Hőmérséklet
Aszimmetrikusan hat a szaporodási sebességre a hőmérséklet, nő a biokémiai reakciók sebessége a hőmérséklet növekedésével, ugyanakkor annak katalizátora egyre nagyobb méretékben denaturálódik (enzim (fehérje))
- Pszikrofil –> 20 celsiusnál kisebb az optimum (pl.: flavobaktérium)
- Mezofil –> 20-40 között az optimum (escherichia)
- Termofil –> 40 feletti (Thermus)
- Extrém termofil –> 60 felett (Thermococcus)
A tűrési tartomány szélessége általában 20-30°C, ennél szélesebb tartomány esetében általában pszikrotoleranciáról beszélhetünk
Levegő (oxigén)
Lételem és sejtméreg is (szerves anyagokat gyökös reakciókban elroncsolja, szuperoxid és peroxid képződik (O2-, (O2)2- ) )
Ezekre védőenzimek:
szuperoxid diszmutáz (SOD, szuperoxid hatástalanítása), kataláz (peroxid hatástalanítása)
Fajták:
- obligát anaerob
- obligát aerob
- fakultatív anaerob
- aerotoleráns anaerob
- mikroaerofil
Obligát anaerob
O2-re nincs szüksége és azt nem is tűri (fermentatív anyagcsere, nincsenek védőenzimek)
Obligát aerob
O2 kell neki légzési elektronakceptorként (aerob oxidatív anyagcsere, vannak védőenzimek)
Fakultatív anaerob
Aerob körülmények között hasznosítja az oxigént
elektronakceptorként (vannak védőenzimek), anaerob körülmények között áttér anaerob anyagcserére (pl. nitrátlégzés, fermentáció)
Aerotoleráns anaerob
Kizárólag fermentatív anyagcserével rendelkezik, de képes tolerálni az O2 jelenlétét (vannak védőenzimek)
Mikroaerofil
Aerob oxidatív anyagcsere, de a védőenzimek nem elég hatékonyak → az O2-t nem viseli el a normál légköri koncentrációnál, csak csökkentett tenziónál
Nedvességtartalom
A mikroorganizmusok vízkedvelőek (higrofilek) → vízaktivitás optimumuk a 0,9 - 0,95, szűk tűrésűek
–> xerotoleráns (xerofil) baktérium, a kiszáradt állapotot elviselik (kedvelik), legkisebb tolerálható vízaktivitás számukra is 0,6 - 0,7
Ozmózisnyomás
- A sóknak vízelvonó hatásuk van, ezért a mikrobák számára optimális közeg sótartalma alacsony
- Ősbaktériumok között: néhány extrém halofil - sókedvelő (halotoleráns)
- Plazmolízis:
Ha a sejten kívül nagyobb a szerves anyag koncentráció, mint belül –> ozmózisnyomás a sejtre, a víz kipréselődik
Plazmoptízis: Desztillált vízben a sejtek kipukkadnak, kívülről befelé víz áramlik - Ozmofil (ozmotoleráns) fajok: magas sótartalmú közegben is szaporodni képes mikroorganizmusok –> élesztő- és penészgombák egyes tagjai
Hidrosztatikai nyomás
Legtöbb élőlény normál légköri nyomáson él, a nagyobbat nem viseli el
Barofil: mélytengeri baktériumok, nyomás kedvelő, sejtfaluk kibírja a nagy nyomást, enzimeik is csak nagy nyomáson működnek
Sugárzások
A fototróf mikrobák igényelik a látható fényt klorofilljuk gerjesztéséhez. Az ultraibolya (UV), röntgen (X), és a γ-sugárzások viszont genetikai károsodásokat, mutációkat okoznak.
Táplálkozási tényezők:
C-forrás
Élőlények valamennyi szerves anyagában van C
- Autotrófok C-forrás: CO2
- Heterotrófok: szénhidrátok, fehérjék, lipidek és/vagy kismolekulájú szerves anyagok, bizonyos baktériumok: szénhidrogéneket vagy egyes műanyagokat hasznosítanak
N-forrás
fehérjék és a nukleinsavak tartalmaznak szerves nitrogént a sejtekben, ezt heterotróf táplálkozással fel lehet venni
Ezen kívül légköri N2 fixálására csak bizonyos baktériumok képesek (N2 + 3H2 → NH3, nitrogenáz enzim komplex által katalizálva)
- -> a fixálás történhet szabadon vagy növényi gyökerekkel szimbiózisban
- -> ammónia α-ketosavakkal reagálva aminosavakat eredményez
- -> nitrátok redukcióval ammóniává alakíthatók, és így hasznosulnak (asszimilatív nitrátredukció)
S-forrás
szükséges a Met, Cys aminosavakhoz, Fe-S proteinekhez, AcCoA-hoz, stb.; sokféle szervetlen formában felvehető és hasznosítható
P-forrás
szükséges a nukleinsavakhoz és a foszfolipidekhez; a szervetlen foszfátok felvehetőek és hasznosíthatóak
Ásványi anyagok
K+, Na+, Cl-, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Cu2+, Zn2+, Co2+, Se2-, I- stb.; fiziológiás körülmények beállításához kellenek, enzimek mellett ko-faktorokként, szignál- és ingerületátvivőként szerepelhetnek, stb.
Vitaminok
Kismolekulájú szerves anyagok, koenzimek vagy azok prekurzorai, amelyek az élőlény anyagcseréjéhez esszenciálisak, de nem tudja őket előállítani (fajfüggő!).
Táplálkozási formák
- Sejten belül: endoenzimekkel (vakuólumokban, fagotróf táplálkozás)
- Sejten kívül: exoenzimekkel (kilotróf táplálkozás)
Az exoenzimek többnyire extracellulárisak, kivételt képeznek a Gram-negatív baktériumok periplazmás enzimei, amelyek a periplazmás térben emésztenek.
Adaptáció
Ha romlanak a körülmények, a mikrobák ehhez megpróbálnak alkalmazkodni, melynek
fokozatai az alábbiak:
- enzimtermelésük mennyiségi fokozása,
- enzimtermelésük minőségi változtatása,
- szaporodási sebességük csökkentése.
Fő pontok
- Környezetnek milyen hatása lehet?
- Ökológiai faktorok (biotikus, abiotikus: fizikai, biokémiai, szimmetrikus görbe)
- Fizikai és biokémiai (táplálkozási) faktorok
- Táplálkozási formák (sejten belül, sejten kívül emésztés)
- Adaptáció
