التمثيل الغذائي البكتيري: أنواعه وخصائصه - مادة الاحياء - 2026

و التمثيل الغذائي البكتيري يتضمن سلسلة من التفاعلات الكيميائية الضرورية لحياة هذه الكائنات. ينقسم التمثيل الغذائي إلى تدهور أو تفاعلات تقويضية ، وتوليف أو تفاعلات بنائية.

تظهر هذه الكائنات مرونة رائعة من حيث مساراتها البيوكيميائية ، والقدرة على استخدام مصادر مختلفة من الكربون والطاقة. يحدد نوع التمثيل الغذائي الدور البيئي لكل كائن حي دقيق.

المصدر: pixabay.com

مثل الأنساب حقيقية النواة ، تتكون البكتيريا أساسًا من الماء (حوالي 80٪) والباقي في الوزن الجاف ، ويتكون من البروتينات والأحماض النووية والسكريات المتعددة والدهون والببتيدوغليكان وغيرها من الهياكل. يعمل التمثيل الغذائي البكتيري على تحقيق تخليق هذه المركبات ، باستخدام الطاقة من الهدم.

لا يختلف التمثيل الغذائي البكتيري كثيرًا عن التفاعلات الكيميائية الموجودة في مجموعات الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا. على سبيل المثال ، هناك مسارات استقلابية شائعة في جميع الكائنات الحية تقريبًا ، مثل انهيار الجلوكوز أو مسار تحلل السكر.

تعد المعرفة الدقيقة بالظروف الغذائية اللازمة لنمو البكتيريا أمرًا ضروريًا لإنشاء وسائط الثقافة.

أنواع التمثيل الغذائي وخصائصها

إن عملية التمثيل الغذائي للبكتيريا متنوعة بشكل غير عادي. تمتلك هذه الكائنات أحادية الخلية مجموعة متنوعة من "أنماط الحياة" الأيضية التي تسمح لها بالعيش في مناطق بها أكسجين أو بدونه وتختلف أيضًا بين مصدر الكربون والطاقة التي تستخدمها.

سمحت لهم هذه اللدونة البيوكيميائية باستعمار سلسلة من الموائل المتنوعة ولعب أدوار متنوعة في النظم البيئية التي يعيشون فيها. سنصف تصنيفين لعملية التمثيل الغذائي ، الأول يتعلق باستخدام الأكسجين والثاني يتعلق بالفئات الغذائية الأربع.

استخدام الأكسجين: لاهوائي أو هوائي

يمكن تصنيف التمثيل الغذائي على أنه هوائي أو لا هوائي. بالنسبة إلى بدائيات النوى اللاهوائية بالكامل (أو اللاهوائية الملزمة) ، يكون الأكسجين مشابهًا للسم. لذلك ، يجب أن يعيشوا في بيئات خالية تمامًا منه.

ضمن فئة اللاهوائية اللاهوائية ، تكون البكتيريا قادرة على تحمل بيئات الأكسجين ، لكنها غير قادرة على التنفس الخلوي - الأكسجين ليس متقبل الإلكترون النهائي.

بعض الأنواع قد تستخدم أو لا تستخدم الأكسجين وهي "اختيارية" ، لأنها قادرة على التناوب بين عمليتي الأيض. بشكل عام ، يرتبط القرار بالظروف البيئية.

في الطرف الآخر ، لدينا مجموعة الأيروبس الإلزامي. كما يوحي الاسم ، لا يمكن أن تتطور هذه الكائنات في غياب الأكسجين ، حيث إنه ضروري للتنفس الخلوي.

العناصر الغذائية: الأساسيات والعناصر النزرة

في التفاعلات الأيضية ، تأخذ البكتيريا العناصر الغذائية من بيئتها لاستخراج الطاقة اللازمة لتطورها وصيانتها. المغذيات هي مادة يجب دمجها لضمان بقائها من خلال إمدادها بالطاقة.

تُستخدم الطاقة من العناصر الغذائية الممتصة لتخليق المكونات الأساسية للخلية بدائية النواة.

يمكن تصنيف العناصر الغذائية على أنها أساسية أو أساسية ، والتي تشمل مصادر الكربون وجزيئات النيتروجين والفوسفور. تشمل العناصر الغذائية الأخرى أيونات مختلفة ، مثل الكالسيوم والبوتاسيوم والمغنيسيوم.

عناصر التتبع مطلوبة فقط في مقادير التتبع أو التتبع. من بينها الحديد والنحاس والكوبالت وغيرها.

بعض البكتيريا غير قادرة على تصنيع حمض أميني معين أو فيتامين معين. تسمى هذه العناصر عوامل النمو. منطقيا ، عوامل النمو متغيرة على نطاق واسع وتعتمد إلى حد كبير على نوع الكائن الحي.

الفئات الغذائية

يمكن تصنيف البكتيريا إلى فئات غذائية مع الأخذ بعين الاعتبار مصدر الكربون الذي تستخدمه ومن أين تحصل على طاقتها.

يمكن الحصول على الكربون من مصادر عضوية أو غير عضوية. يتم استخدام المصطلحات autotrophs أو lithotrophs ، في حين أن المجموعة الأخرى تسمى heterotrophs أو العضوية.

يمكن أن تستخدم Autotrophs ثاني أكسيد الكربون كمصدر للكربون ، وتتطلب الكائنات غيرية التغذية الكربون العضوي لعملية التمثيل الغذائي.

من ناحية أخرى ، هناك تصنيف ثانٍ يتعلق باستهلاك الطاقة. إذا كان الكائن الحي قادرًا على استخدام الطاقة من الشمس ، فإننا نصنفه في فئة الصورة الضوئية. في المقابل ، إذا تم استخراج الطاقة من التفاعلات الكيميائية ، فهي كائنات كيميائية التغذية.

إذا قمنا بدمج هذين التصنيفين ، فسنحصل على الفئات الغذائية الأربع الرئيسية للبكتيريا (تنطبق أيضًا على الكائنات الحية الأخرى): التغذية الضوئية ، والتغذية الضوئية ، والتغذية الكيميائية ، والتغذية الكيميائية. أدناه سوف نصف كل من قدرات التمثيل الغذائي البكتيرية:

فوتوتروفس

تقوم هذه الكائنات بعملية التمثيل الضوئي ، حيث يكون الضوء مصدر الطاقة وثاني أكسيد الكربون هو مصدر الكربون.

مثل النباتات ، تحتوي هذه المجموعة البكتيرية على صبغة الكلوروفيل أ ، والتي تسمح لها بإنتاج الأكسجين من خلال تدفق الإلكترونات. هناك أيضًا صبغة جرثومية الكلوروفيل ، والتي لا تطلق الأكسجين في عملية التمثيل الضوئي.

التغذية الضوئية

يمكنهم استخدام ضوء الشمس كمصدر للطاقة ، لكنهم لا يتحولون إلى ثاني أكسيد الكربون. بدلا من ذلك ، يستخدمون الكحول والأحماض الدهنية والأحماض العضوية والكربوهيدرات. وأبرز الأمثلة هي البكتيريا الخضراء غير الكبريتية والأرجوانية غير الكبريتية.

Chemoautotrophs

وتسمى أيضًا بالتغذية الكيميائية. يحصلون على طاقتهم من خلال أكسدة المواد غير العضوية التي يثبتون بها ثاني أكسيد الكربون. وهي شائعة في أجهزة التنفس المائية في أعماق المحيط.

التغذية الكيميائية

في الحالة الأخيرة ، عادةً ما يكون مصدر الكربون والطاقة هو نفس العنصر ، على سبيل المثال ، الجلوكوز.

التطبيقات

ساهمت معرفة التمثيل الغذائي البكتيري بشكل كبير في مجال علم الأحياء الدقيقة السريرية. يعتمد تصميم وسائط الاستزراع المثلى المصممة لنمو بعض مسببات الأمراض ذات الأهمية على عملية التمثيل الغذائي.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك العشرات من الاختبارات البيوكيميائية التي تؤدي إلى التعرف على بعض الكائنات الحية البكتيرية غير المعروفة. تسمح هذه البروتوكولات بوضع إطار تصنيفي موثوق للغاية.

على سبيل المثال ، يمكن التعرف على المظهر التقويضي للثقافة البكتيرية من خلال تطبيق اختبار الأكسدة / التخمير Hugh-Leifson.

تتضمن هذه المنهجية النمو في وسط شبه صلب مع الجلوكوز ومؤشر الأس الهيدروجيني. وهكذا ، تعمل البكتيريا المؤكسدة على تحلل الجلوكوز ، وهو رد فعل يتم ملاحظته بفضل تغير اللون في المؤشر.

وبالمثل ، من الممكن تحديد المسارات التي تستخدمها البكتيريا ذات الأهمية عن طريق اختبار نموها على ركائز مختلفة. بعض هذه الاختبارات هي: تقييم مسار تخمير الجلوكوز ، والكشف عن المحفزات ، وتفاعل أوكسيديز السيتوكروم ، من بين أمور أخرى.

المراجع

1. نيجروني ، م. (2009). علم الأحياء الدقيقة لطب الأسنان. عموم أمريكا الطبية Ed.
2. براتس ، ج. (2006). علم الأحياء الدقيقة السريرية. عموم أمريكا الطبية Ed.
3. رودريغيز ، ج. Á. G. ، Picazo ، JJ ، & de la Garza ، JJP (1999). خلاصة وافية لعلم الأحياء الدقيقة الطبية. إلسفير إسبانيا.
4. Sadava، D.، & Purves، WH (2009). الحياة: علم الأحياء. عموم أمريكا الطبية Ed.
5. Tortora، GJ، Funke، BR، & Case، CL (2007). مقدمة في علم الأحياء الدقيقة. عموم أمريكا الطبية Ed.