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:
- 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:
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Bei der Reduktion des Sauerstoffs entstehen neben H2O (Reduktion von O2 durch die Zytochromoxidase) auch O22- und O2-, wenn nur zwei, bzw. ein Elektron auf ein O2-Molekül übertragen werden. So sind z.B. O22-, 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).
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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.
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- Bei der Gärung wird etwa 10-mal soviel Energie verbraucht wie bei der Atmung, sie ist also viel unwirtschaftlicher.
- Verglichen mit den Zellen des menschlichen Körpers haben Bakterien einen 60-fach höheren Energiebedarf.