Stoffwechsel der Bakterien

Bemerkungen

• Die zytoplasmatische Membran ist der entscheidende Sperrfilter für die Substanzaufnahme und –abgabe einer Bakterienzelle, sie hat damit großen Einfluss auf den Stoffwechsel der Zelle. Die verschiedensten Substanzen werden entweder aktiv mit Hilfe bestimmter Enzyme oder aber passiv entlang eines Konzentrationsgefälles durch die Zytoplasmamembran transportiert. 

• Ziel des Stoffwechsels ist die Erhaltung und das Wachstum der Bakterienzelle.

• Unter Anabolismus versteht man die Vorgänge des Aufbaus. Die für den Anabolismus benötigte Energie holt sich die Bakterienzelle aus dem Katabolismus (Energiestoffwechsel), insbesondere aus dem Kohlenhydratabbau.  

• Proteine, Fette und Kohlenhydrate werden von bakteriellen Exoenzymen (nach außen abgegebene Enzyme = Fermente) aufgeschlüsselt. Die daraus erhaltenen Abbauprodukte werden von der Zelle aufgenommen und für den Aufbau ihrer eigenen Zellbestandteile und für die Energiegewinnung verwendet.

• Es gibt drei unterschiedliche Möglichkeiten des Energiestoffwechsels, wobei die Zytoplasmamembran als Sitz der am Stoffwechsel beteiligten Enzyme anzusehen ist:

  • Aerobe Atmung
  • Anaerobe Atmung
  • Gärung
• Obligat aerobe Bakterien haben nur die aerobe Atmung zur Verfügung, während fakultativ anaerobe Bakterien beide Stoffwechselmöglichkeiten (aerobe Atmung und Gärung) anwenden können.
• Anaerobe Bakterien gewinnen ihre Energie vornehmlich durch Gärung; für sie ist Sauerstoff toxisch. Das hat folgende Gründe: 

  • Bei der Reduktion des Sauerstoffs entstehen neben H₂O (Reduktion von O₂ durch die Zytochromoxidase) auch O₂^2- und O₂^-, wenn nur zwei, bzw. ein Elektron auf ein O₂-Molekül übertragen werden. So sind z.B. O₂^2-, das durch Protonenanlagerung zu H₂O₂ wird, und das Superoxidradikal O₂^- toxisch. Für ihre Entgiftung sorgen vor allem die Katalase ( 2 H₂O₂ --> 2 H₂O + O₂) und die Superoxid-Dismutase ( 2 O₂^- + 2 H⁺ --> H₂O₂ + O₂). 

  • Sauerstoff tolerieren und nutzen können deshalb nur Bakterien, die beide Enzyme besitzen. Vielen Anaerobieren fehlt die Superoxid-Dismutase, den extrem O₂-empfindlichen sogar beide Enzyme.

• Bei der Gärung wird etwa 10 x soviel Energie verbraucht wie bei der Atmung, sie ist also viel unwirtschaftlicher.