HF4: VOEDINGS- & FYSISCHE VEREISTEN
VR MICROBIËLE GROEI
4.1 METABOLE DIVERSITEIT
ʟ Voeding
o Katabolisme generatie v E via afbraakprocessen
o Anabolisme E gebruiken vr synthese v celmateriaal
ʟ Grote metabole diversiteit
o Grote verscheidenheid à E- & C-bronnen
o Sommige µO grote variëteit à voedingscomponenten – andere eerder beperkte keuze
VOEDING
- Vereisten vr groei alle levende organismen
1. E-bron
2. C-bron (om glucose te maken)
3. Reducerende stof / é-donor
INDELING OBV:
- E-bron
o Fototrofen E uit licht
o Chemotrofen E uit afbraak v substraten
- C-bron
o Autotrofen gebruiken CO2
o Heterotrofen gebruiken organische substraten
- É-donor
o Lithotrofen gebruiken anorganische molec (bv. H2, H2S, S,…)
o Organotrofen gebruiken organische molec (bv. NAD(P)H, lactaat,…)
- Voeding
o Fotoautotrofen (fotolithotrofen)
▪ Licht = E-bron
▪ CO2 = C-bron
▪ H2, H2O, H2S (CO2→koolhydraat) = É-donor
= fotosynthetiserende zwavelbacterien, cyanobacterien
o Fotoheterotrofen (foto-organotrofen)
▪ Licht
▪ Organische componenten uit omgeving
▪ Organische componenten, H2
= fotosynthetiserende niet-zwavelbacteriën & heliobacteriën (= zorgen vr vruchtbaarheid v
rijstvelden – capteerden N uit omgeving)
o Chemoautotrofen (chemolithotrofen)
▪ Gereduceerde, anorganische substraten (H2, NH3, H2S, Fe2+)
▪ CO2
▪ Gereduceerde, anorganische substraten
= Veel archaea, Fe2+-& Mn2+-oxiderende bacteriën, nitrificerende bacteriën (gebruiken N vr
ammoniak)
o Chemoheterotrofen (chemo-organotrofen)
▪ Organische substraten = E-, C- bron, é-donor
= meeste bacterien
,OBLIGATE → FACULTATIEVE LEVENSSTIJL
Obligaat Gebonden à strikte eisen
Bv. Obligaat autotroof: enkel CO2 als C-bron
Facultatief Onder strikte condities mogelijk, maar ook onder andere omstandigh
Bv. vele autotrofen ook heterotroof
N.B: Auxotroof: = mutant – verlies v bep gen (→ autotroof)
= verlies v vermogen om bep metabolieten te synthetiseren, die parentale stam wel syntheth
4.2 VOEDINGSELEMENTEN/-VEREISTEN
ʟ Constante verdeling v elementen in drooggewicht (zonder H2O) µO
o Onafh vd soort, voedingsbron
o Ondanks diversiteit
VEREISTEN VOOR GROEI
C (50%) - Kernelement in functionele, biologische molec
Bron: CO2, CH2 of complexere organische stiffen
O (20%) - #O-atomen gelijk in aeroben & anaeroben
o Aeroben: O2 als terminale é-acceptor (OX. FOSF)
o Anaeroben: relatief meer geoxideerde substraten
• Ku nt leven in O2 – maar ook 20% O-element
Bron: H2O, O2 of organische componenten
N (14%) - Elementen v AZ, NT, celwandcomponenten
o Celwand = peptidoglycaanlaag (NAM-NAG-NAM-NAG)
Bron: N2, NH3, NO3- of organische N-bron
H (8%) - Verschillende functies, belangr vr E-productieproces!
- Structureel atoom in organische molec
P - Element v E-rijke componenten (NTPs), CM, nucleïnzuren
Bron: anorganische fosfaten
S - Element in AZ (Cys, Met), bep vitamines, enkele celonderdelen
Bron: meestal anorganisch materiaal (sulfaat-/ sulfidevorm)
Kationen - Belangr vr enzymeactiviteit, celstabiliteit (osm druk)
- K+, Na+, Mg2+, Ca2+
Fe - Rol in é-transport & biosynthetische enzymreacties
Spoorelementen - In kleine hvh nodig vr celgroei
- Cofactor in enzymatische reacties
(Zn, Co, Ni, Cu, Se, Mo, B, W, Cr, Mn, Cl)
Groeifactoren - LMW componenten dr sommige bacterien niet zelf gesynth
o Vitamines: belangr vr enzymactiviteit (bv. thiamine, biotine, nicotinezuur)
o AZ
o Purines & pyrimidines
4.3 NUTRIËNTOPNAME
ʟ Doorheen celwand – passieve diffusie
• Door (a)specifieke porines in buitenMB → periplasma (G-)
• Door peptidoglycaanlaag (G+, G-)
ʟ Doorheen cytoplasmatische MB = selectief-permeabele barrière tss omgeving & cel
• Osmose/ passieve diffusie: H2O, gassen, vetoplosbare prod
• Transportsystemen polaire stoffen, grotere molec
,1. GEFACILITEERD TRANSPORT
ʟ = Geen E vereist = passief transport
ʟ Reversibel diffusieproces ([hoog] → [laag])
o conformatieΔ na binding molec
ʟ Transport vereist integrale MB-prot = permeasen
▪ Sommige spec vr bep molec
▪ Andere groep v substraten
2. ACTIEF TRANSPORT
ʟ Vereist E :
o Chemische E :E-rijke componenten
o Elektrochemische E :proton-motive force
ʟ Via substraatspec, integrale MBprot
ʟ Opname componenten nodig vr celgroei: suikers, AZ, nucleobasen, kationen, vitamines,…
1) ABC TRANSPORTERS (=‘ATP-BINDING CASSETTE’)
o Aanwezig in 3 domeinen v leven
o 3 types proteinen:
I. Substraatbindende proteine
▪ G-: Periplasmatisch
▪ G+: Gebonden à buitenzijde MB
→ bindt molec & hevelt over nr MBprot
II. TransMBproteine
▪ Selectieve porie die MB overspant
III. ATP-hydrolyserend proteïne
▪ Bindt ATP → ATP hydrolyse → conformatieΔ
v MBprot→ opname molec à binnenkant
ABC-TRANSPORT V SIDEROFOREN
o In aerobe toestand/neutrale pH: Fe aanwezig in Fe3+ion = onoplosbaar
→ niet beschikb vr cel – bacterie kan er niks mee (Fe2+ wel)
o Bij Fe-tekort:
1. Productie + secretie chelerende sideroforen (‘Fe-carriers’, LMW componenten)
• Brengen Fe via Fe-chelaatcomplexering in oplosb toestand
2. Gaat Fe binden
3. Fe-gebonden sideroforen opgenomen via ABC transport
4. Fe3+-reductie / afbraak siderofoor door Ferric reductase
5. Fe vrijgezet in cel
6. Bacterie kan ad slag met ijzermolec
→ Fe: rol in é-transportketen/OX.FOSF
→ Sideroforen: ev. rol in pathogenese
(bekomen v Fe uit gastheer)
, 2) SECUNDAIRE TRANSPORTERS
o Gefaciliteerde diffusie – maar PMF vereist!
▪ ionengradient
o Meestal H+ of ander ion
1. Uniporters Transport 1 soort molec in 1
richting
→ opname kationen (belangr vr osmotische balans)
2. Symporters Transport 2 ≠ molec in 1 richting
→ opname suikers, AZ, anionen samen met H+ of Na+
3. Antiporters Transport 2 ≠ componenten in <-> richting
→ uitstoot kationen
3) GROEPSTRANSLOCATIE
o Nutrient chemisch gewijzigd tijdens opname → nt meer transporteerbaar dr MB
→ = irreversibel
o E veelal > E-rijke organische component
Bv. Fosfotransferasesysteem
1. Fosfoenylpyruvaat (bevat E-rijke P-
binding) ondergaat veel enzymatische
reacties
2. E overbrengen nr andere enzyme om
uiteindelijk E in transMBprot te
brengen
3. P-groep getransfereerd nr suiker
4. Gaat fosforyleren (zorgt dat niet meer
in andere richting kan)
5. Opname suikers (glucose, fructose,
mannose)
4.4 INVLOED OMGEVINGSFACTOREN
-INVLOED PH
ʟ Bacteriën & archaea vinden bij pH 1 -11
o Per soort beperkt tot 2-3pH eenheden
o Maximale groei bij optimale pH
INDELING VOLGENS OPTIMALE PH VR GROEI
1- Neutrofielen Groeien bij pH5-8
2- Acidofielen Groeien bij lage pH
Bv. Heliobacter pylori (@maag, pH-2) ~maagzweren/maagkanker
Thiobacillus : produceert H2SO4
3- Alkalifielen Groeien bij hoge pH
Bv. bacteri¨en in zoutvlakten, carbonaatrijke bodems
➔ In welk milieu ze ook leven → binnenkant vd cel = neutrale pH!
o Spec mechanisme om neutrale pH te behouden
▪ Protonpompen (acidofielen gaatn H+ terug nr buiten pompen)
▪ Inname H3O+ (alkalifielen: H3O+ + OH- → 2H2O)
VR MICROBIËLE GROEI
4.1 METABOLE DIVERSITEIT
ʟ Voeding
o Katabolisme generatie v E via afbraakprocessen
o Anabolisme E gebruiken vr synthese v celmateriaal
ʟ Grote metabole diversiteit
o Grote verscheidenheid à E- & C-bronnen
o Sommige µO grote variëteit à voedingscomponenten – andere eerder beperkte keuze
VOEDING
- Vereisten vr groei alle levende organismen
1. E-bron
2. C-bron (om glucose te maken)
3. Reducerende stof / é-donor
INDELING OBV:
- E-bron
o Fototrofen E uit licht
o Chemotrofen E uit afbraak v substraten
- C-bron
o Autotrofen gebruiken CO2
o Heterotrofen gebruiken organische substraten
- É-donor
o Lithotrofen gebruiken anorganische molec (bv. H2, H2S, S,…)
o Organotrofen gebruiken organische molec (bv. NAD(P)H, lactaat,…)
- Voeding
o Fotoautotrofen (fotolithotrofen)
▪ Licht = E-bron
▪ CO2 = C-bron
▪ H2, H2O, H2S (CO2→koolhydraat) = É-donor
= fotosynthetiserende zwavelbacterien, cyanobacterien
o Fotoheterotrofen (foto-organotrofen)
▪ Licht
▪ Organische componenten uit omgeving
▪ Organische componenten, H2
= fotosynthetiserende niet-zwavelbacteriën & heliobacteriën (= zorgen vr vruchtbaarheid v
rijstvelden – capteerden N uit omgeving)
o Chemoautotrofen (chemolithotrofen)
▪ Gereduceerde, anorganische substraten (H2, NH3, H2S, Fe2+)
▪ CO2
▪ Gereduceerde, anorganische substraten
= Veel archaea, Fe2+-& Mn2+-oxiderende bacteriën, nitrificerende bacteriën (gebruiken N vr
ammoniak)
o Chemoheterotrofen (chemo-organotrofen)
▪ Organische substraten = E-, C- bron, é-donor
= meeste bacterien
,OBLIGATE → FACULTATIEVE LEVENSSTIJL
Obligaat Gebonden à strikte eisen
Bv. Obligaat autotroof: enkel CO2 als C-bron
Facultatief Onder strikte condities mogelijk, maar ook onder andere omstandigh
Bv. vele autotrofen ook heterotroof
N.B: Auxotroof: = mutant – verlies v bep gen (→ autotroof)
= verlies v vermogen om bep metabolieten te synthetiseren, die parentale stam wel syntheth
4.2 VOEDINGSELEMENTEN/-VEREISTEN
ʟ Constante verdeling v elementen in drooggewicht (zonder H2O) µO
o Onafh vd soort, voedingsbron
o Ondanks diversiteit
VEREISTEN VOOR GROEI
C (50%) - Kernelement in functionele, biologische molec
Bron: CO2, CH2 of complexere organische stiffen
O (20%) - #O-atomen gelijk in aeroben & anaeroben
o Aeroben: O2 als terminale é-acceptor (OX. FOSF)
o Anaeroben: relatief meer geoxideerde substraten
• Ku nt leven in O2 – maar ook 20% O-element
Bron: H2O, O2 of organische componenten
N (14%) - Elementen v AZ, NT, celwandcomponenten
o Celwand = peptidoglycaanlaag (NAM-NAG-NAM-NAG)
Bron: N2, NH3, NO3- of organische N-bron
H (8%) - Verschillende functies, belangr vr E-productieproces!
- Structureel atoom in organische molec
P - Element v E-rijke componenten (NTPs), CM, nucleïnzuren
Bron: anorganische fosfaten
S - Element in AZ (Cys, Met), bep vitamines, enkele celonderdelen
Bron: meestal anorganisch materiaal (sulfaat-/ sulfidevorm)
Kationen - Belangr vr enzymeactiviteit, celstabiliteit (osm druk)
- K+, Na+, Mg2+, Ca2+
Fe - Rol in é-transport & biosynthetische enzymreacties
Spoorelementen - In kleine hvh nodig vr celgroei
- Cofactor in enzymatische reacties
(Zn, Co, Ni, Cu, Se, Mo, B, W, Cr, Mn, Cl)
Groeifactoren - LMW componenten dr sommige bacterien niet zelf gesynth
o Vitamines: belangr vr enzymactiviteit (bv. thiamine, biotine, nicotinezuur)
o AZ
o Purines & pyrimidines
4.3 NUTRIËNTOPNAME
ʟ Doorheen celwand – passieve diffusie
• Door (a)specifieke porines in buitenMB → periplasma (G-)
• Door peptidoglycaanlaag (G+, G-)
ʟ Doorheen cytoplasmatische MB = selectief-permeabele barrière tss omgeving & cel
• Osmose/ passieve diffusie: H2O, gassen, vetoplosbare prod
• Transportsystemen polaire stoffen, grotere molec
,1. GEFACILITEERD TRANSPORT
ʟ = Geen E vereist = passief transport
ʟ Reversibel diffusieproces ([hoog] → [laag])
o conformatieΔ na binding molec
ʟ Transport vereist integrale MB-prot = permeasen
▪ Sommige spec vr bep molec
▪ Andere groep v substraten
2. ACTIEF TRANSPORT
ʟ Vereist E :
o Chemische E :E-rijke componenten
o Elektrochemische E :proton-motive force
ʟ Via substraatspec, integrale MBprot
ʟ Opname componenten nodig vr celgroei: suikers, AZ, nucleobasen, kationen, vitamines,…
1) ABC TRANSPORTERS (=‘ATP-BINDING CASSETTE’)
o Aanwezig in 3 domeinen v leven
o 3 types proteinen:
I. Substraatbindende proteine
▪ G-: Periplasmatisch
▪ G+: Gebonden à buitenzijde MB
→ bindt molec & hevelt over nr MBprot
II. TransMBproteine
▪ Selectieve porie die MB overspant
III. ATP-hydrolyserend proteïne
▪ Bindt ATP → ATP hydrolyse → conformatieΔ
v MBprot→ opname molec à binnenkant
ABC-TRANSPORT V SIDEROFOREN
o In aerobe toestand/neutrale pH: Fe aanwezig in Fe3+ion = onoplosbaar
→ niet beschikb vr cel – bacterie kan er niks mee (Fe2+ wel)
o Bij Fe-tekort:
1. Productie + secretie chelerende sideroforen (‘Fe-carriers’, LMW componenten)
• Brengen Fe via Fe-chelaatcomplexering in oplosb toestand
2. Gaat Fe binden
3. Fe-gebonden sideroforen opgenomen via ABC transport
4. Fe3+-reductie / afbraak siderofoor door Ferric reductase
5. Fe vrijgezet in cel
6. Bacterie kan ad slag met ijzermolec
→ Fe: rol in é-transportketen/OX.FOSF
→ Sideroforen: ev. rol in pathogenese
(bekomen v Fe uit gastheer)
, 2) SECUNDAIRE TRANSPORTERS
o Gefaciliteerde diffusie – maar PMF vereist!
▪ ionengradient
o Meestal H+ of ander ion
1. Uniporters Transport 1 soort molec in 1
richting
→ opname kationen (belangr vr osmotische balans)
2. Symporters Transport 2 ≠ molec in 1 richting
→ opname suikers, AZ, anionen samen met H+ of Na+
3. Antiporters Transport 2 ≠ componenten in <-> richting
→ uitstoot kationen
3) GROEPSTRANSLOCATIE
o Nutrient chemisch gewijzigd tijdens opname → nt meer transporteerbaar dr MB
→ = irreversibel
o E veelal > E-rijke organische component
Bv. Fosfotransferasesysteem
1. Fosfoenylpyruvaat (bevat E-rijke P-
binding) ondergaat veel enzymatische
reacties
2. E overbrengen nr andere enzyme om
uiteindelijk E in transMBprot te
brengen
3. P-groep getransfereerd nr suiker
4. Gaat fosforyleren (zorgt dat niet meer
in andere richting kan)
5. Opname suikers (glucose, fructose,
mannose)
4.4 INVLOED OMGEVINGSFACTOREN
-INVLOED PH
ʟ Bacteriën & archaea vinden bij pH 1 -11
o Per soort beperkt tot 2-3pH eenheden
o Maximale groei bij optimale pH
INDELING VOLGENS OPTIMALE PH VR GROEI
1- Neutrofielen Groeien bij pH5-8
2- Acidofielen Groeien bij lage pH
Bv. Heliobacter pylori (@maag, pH-2) ~maagzweren/maagkanker
Thiobacillus : produceert H2SO4
3- Alkalifielen Groeien bij hoge pH
Bv. bacteri¨en in zoutvlakten, carbonaatrijke bodems
➔ In welk milieu ze ook leven → binnenkant vd cel = neutrale pH!
o Spec mechanisme om neutrale pH te behouden
▪ Protonpompen (acidofielen gaatn H+ terug nr buiten pompen)
▪ Inname H3O+ (alkalifielen: H3O+ + OH- → 2H2O)
