1

Metabolizm bakterii – procesy oddechowe

Oddychanie – przemiany substratu polegające na oderwanie elektronu i
przekazanie go na ostateczny akceptor

Oddychanie tlenowe:
Najbardziej wydajne energetycznie, długi łańcuch oddechowy, całkowite utlenienie
substratu oddechowego; energia wytwarzana na drodze fosforylacji oksydacyjnej;
ostateczny akceptor e - tlen

Oddychanie beztlenowe:

→

egzogenny akceptor elektronów

Mniej wydajne, ostateczne akceptory elektronów – utlenione związki nieograniczne z
podłoża, np. azotany, siarczany; krótszy łańcuch; energia wytwarzana na drodze
fosforylacji oksydacyjnej

a.

azotanowe (denitryfikacja) – dysymilacyjna redukcja azotanów

prowadzona przez względne tlenowce w warunkach beztlenowych, przy obecności
azotanu w podłożu; chemoorganoheterotrofy
ostateczny akceptor elektronów – azotan
wymagana obecność reduktazy azotanowej dysymilacyjnej (enzym błonowy
związany z cytochromami)
NO

3

-

→

NO

2

-

→

NO

→

N

2

O

↑

→

N

2

↑

Energia uzyskana trochę mniejsza niż w oddychaniu tlenowym
Np.

Pseudomonas stuzzeri,

Pseudomonas fluorescens

b.

siarczanowe – dysymilacyjna redukcja sierczanów

bezwzględne beztlenowce
SO

4

2-

→

S

2

-

Bakterie

Desulfo-

Podział ze względu zapotrzebowania na tlen:

•

Tlenowce

 bezwzględne – wymagają tlenu 21%
 względne – lepiej rosną w obecności tlenu, lecz nie wymagają go bezwzględnie
Np.

Escherichia coli

 mikroaerofile – wymagają tlenu, lecz nie tolerują tak wysokiego stężenia jakie
jest w powietrzu, lepiej rosną przy stężeniu tlenu od 1 do 15 %
Np.

Enterococcus faecalis

(bardzo słabo rośnie na agarze odżywczym, dobrze gdy

mało tlenu – np. w kolbie)

•

Beztlenowce

Nie wykorzystują tlenu, na ogół nie rosną w atmosferze tlenowej
 aerotolerancyje – tolerują niskie stężenia tlenu przez krótki czas
 bezwzględne – nawet krótka ekspozycja na tlen jest dla nich letalna
Brak enzymów zabezpieczających przed powstawaniem ponadtlenków, np.

2

Dysmutazy

– wszystko rozkładają do H2O2

Peroksydazy

– łączy się z H2O2 bez uwalniania tlenu

Katalazy

– redukują H2O2 z wydzieleniem tlenu

Techniki badania bakterii beztlenowych i mikroaerofili

 chemiczne usuwanie tlenu - gazpaki,
 eksykator (świeczka),
 wysoki słup pożywki, ogrzany + zredukowany związek org. (np.glukoza), który
obniża potencjał redoks podłoża + agar (zmniejsza dyfuzję tlenu; zalewamy
parafiną; posiew wgłębny
 mikronisze stworzone w laboratorium (2 szalki wylane po brzegi pożywką,
bakterie beztl + tl

1.

Określanie stosunku bakterii do tlenu

Posiew bakterii na niskim i na wysokim słupie:


Na niskim słupie rosną wszystkie wysiane bakterie, co świadczy o braku
bezwzględnych beztlenowców

Escherichia coli
Bacillus subtilis
Pseudomonas fluorescens
Serratia marcescens

(różowe zabarwienie – barwnik prodigiozyna wytwarzana w

30 st i poniżej, w warunkach tlenowych)

Enterococcus faecalis

(bardzo słabo, bo jest aerotolerancyjny)

Micrococcus luteus

Na wysokim słupie rosną:

Escherichia coli
Serratia marcescens

(wzrost nie jest różowy – brak warunków tlenowych)

Enterococcus faecalis

(lepiej niż na niskim)

Nie obserwuje się wzrostu:

Pseudomonas fluorescens

(bardzo słabo lub wcale)

Micrococcus luteus
Bacillus subtilis

2.

Test na obecność katalazy:

Wysiewane bakterie:

Escherichia coli
Bacillus subtilis
Enterococcus faecalis

Obserwujemy wydzielanie pęcherzyków gazu przy posiewie:

Escherichia coli

3

Bacillus subtilis

Co świadczy o obecności katalazy u bakterii tlenowych i względnie beztlenowych


Nie obserwujemy bąbelków przy posiewie

Enterococcus faecalis

Co świadczy o braku katalazy, która redukuje H2O2 do wody i tlenu
cząsteczkowego

3.

oddychanie azotanowe: denitryfikacja

warunki hodowli:

→

bulion odżywczy + KNO3

akceptor elektronów

→

wysoki słup (warunki beztlenowe stymulują bakterie do przestawienia

oddychania z tlenowego na beztlenowe z wykorzystaniem NO

3

-

jako ostatecznego

akceptora elektronów)

→

rurka Durhama do zbierania wydzielającego się gazu

Posiew bakterii:
Escherichia coli
Pseudomonas stuzzeri


Obecność jonu NO

2

-

wykrywamy przez dodanie krpoli mieszaniny

α

-

naftyloaminy z kwasem sulfanilowym. Zmiana zabarwienia na różowe świadczy o
obecności jonów

Escherichia coli

– zachodzi uboczna redukcja dysymilacyjna

Pseudomonas stuzzeri

Obecność gazu w rurce Durhama świadczy o wydzielaniu azotu
cząsteczkowego i N

2

0

Escherichia coli

Pseudomonas stuzzeri

– zachodzi pełna denitryfikacja

4.

Fermentacja i peptonizacja mleka

Mleko + lakmus

wskaźnik zakwaszenia

Posiew bakterii:

Enterococcus faecalis
Escherichia coli
Bacillus subtilis

Enterococcus faecalis:
- wykorzystuje laktozę, nie wykorzystuje kazeiny
- zachodzi homofermentacja mlekowa (akceptor elektronu – pirogronin),
zakwaszenie środowiska, co powoduje wytrącenie kazeiny w postaci gładkiego

4

skrzepu, nie ma wydzielania gazu (skrzep jednorodny); zmiana barwy lakmusu w
pożywce z fioletowego na różowy (zakwaszenie)


Escherichia coli:
- wykorzystuje laktozę, nie wykorzystuje kazeiny
- zachodzi heterofermantacja mlekowa (różne akceptory elektronów); skrzep
porozrywany, bo wydzielany jest gaz, który uwięziony jest w skrzepie;
zakwaszenie środowiska, co powoduje wytrącenie kazeiny; zmiana barwy lakmusu
w pożywce z fioletowego na różowy (zakwaszenie)


Bacillus subtilis:
- nie wykorzystuje laktozy, wykorzystuje kazeinę
- powstaje skrzep gąbczasty, tzw. słodki., wytwarzany przez enzym podpuszczki;
powstaje środowisko alkaliczne, następnie zachodzi peptonizacja kazeiny; zmiana
barwy lakmusu w pożywce na niebieską, następnie się redukuje, odbarwia i
ostatecznie tworzy się żółta, półprzezroczysta serwatka

5.

redukcja błękitu metylenowego jako demonstracja procesu oddechowego

posiew bakterii

Escherichia coli

Błękit metylenowy w momencie zachodzenia procesu oddychania tlenowego
zabarwiony jest na niebiesko
W wyniku podgrzewania probówek usuwamy tlen z hodowli – odbarwienie
błękitu.

5

I Nitryfikacja i utlenianie nieorganicznych związków siarki
Pozyskiwanie energii przez chemolitoautotrofy, tlenowce
ź

ródło węgla – CO2

ź

ródło energii – zredukowane związki nieorganiczne azotowe (np. sole amonowe)

akceptor elektronów – tlen

a. nitryfikacja

I faza: NH

4

+

→

NH

2

OH

→

NO

2

-

- faza mniej energetyczna (Nitroso-)

II faza: NO

2

-

→

NO

3

- - bardziej energetyczna (Nitro-)

b. utlenianie nieorganicznych związków siarki
Na

2

S

2

O

3

→

SO

4

2-

Halothiobacillus neapolitanus

II asymilacja azotu atmosferycznego
Wymaga obecności nitrogenazy – kompleksu enzymatycznego, wymagającego
obecności molibdenu, żelaza, wrażliwa na tlen

N

≡

N

→

HN=NH

→

H2N–NH2

→

NH3

dwuamid hydrazyna

Reakcja przeprowadzana przez:
Azotobacter sp. (chemoorganoheterotrof)
Clostridium pasterianum (chemoorganoheterotrof)

III Fermentacja

Proces metaboliczny służący odtwarzaniu energii; najmniej wydajna energetycznie,
brak łańcucha oddechowego, energia powstaje na drodze fosforylacji substratowej,
powstaje produkt organiczny;
Akceptor elektronów – endogenny związek organiczny
Proces przeprowadzany przez chemoorganotrofy

IV Asymilacyjna redukcja azotanów
Sposób na pozyskiwanie azotu budulcowego – wykorzystywany przez autotrofy i
heterotrofy

Reduktaza azotanowa asymilacyjna – enzym cytoplazmatyczny uruchamiany
obecnością NO3

-

i hamowany NH4

+

NO3

-

NO2

-

NH2OH

NH4

+

Reduktaza azostnowa hydroksyamina