Wat is bacteriële ademhaling?

Net als mensen en andere dieren, moeten bacteriën ademen. In sommige gevallen gebruiken bacteriën zuurstof om te ademen, zoals mensen dat doen. In andere situaties gebruiken bacteriën een of meer verschillende moleculen als een laatste elektronenacceptor voor de ademhaling. Het doel van de ademhaling is om de cel te voorzien van de juiste moleculen voor het creëren van energie in de vorm van adenosine trifosfaat, ATP. ATP is de energievaluta van cellen, waardoor belangrijke cellulaire processen kunnen doorgaan.

Glycolysis

Bacteriële ademhaling begint met een stap, glycolyse, die zich voornamelijk bezighoudt met de afbraak van suiker om ATP en belangrijke bijproducten te creëren. Bij glycolyse levert een organisch molecuul bekend als pyruvaat energie aan de Krebs-cyclus en wordt afgebroken tot twee moleculen acetyl-CoA. Acetyl-CoA is de belangrijkste bron van koolstof die de Kreb-cyclus binnengaat voor energieproductie. De Kreb-cyclus gebruikt deze moleculen om een ​​kleine hoeveelheid ATP en een grote hoeveelheid NADH + en FADH2 te creëren. NADH + en FADH2 zijn van groot belang bij het doneren van protonen aan het membraanpotentieel rond de elektronentransportketen, wat de productie van ATP verder stimuleert.

De protonengradiënt

NADH + en FADH2 werken als transporten voor protonen. Deze moleculen gaan van de Krebs-cyclus naar de elektrontransportketen en dragen protonen. In de elektrontransportketen doneren NADH + en FADH2 protonen en verhogen de protongradiënt aan de buitenkant van de cel. Zodra voldoende protonen zich buiten het celmembraan verplaatsen, is de cel klaar om adenosine-trifosfaat te produceren.

Elektronen transportketen

Naast zuurstof kunnen bacteriën ademen met veel verschillende anorganische en organische moleculen. Volgens de Ohio State University gebruiken anaerobe bacteriën anorganische moleculen zoals nitraat, sulfaat en carbonaat als uiteindelijke elektronenacceptoren in de plaats van zuurstof. Deze moleculen zitten aan het einde van de elektronentransportketen. De elektronentransportketen in bacteriën maakt gebruik van de glycolyseproducten, een proces dat suikers afbreekt, om een ​​protongradiënt over de buitenkant van het celmembraan te creëren. Deze protonen kruisen dan terug over het celmembraan, waardoor de toevoeging van een fosfaatgroep aan adenosinedifosfaat, een adenosinemolecule met slechts 2 fosfaatgroepen, wordt geleid om adenosinetrifosfaat te maken.

Problemen

Mutaties in genen in de elektronentransportketen veroorzaakt verminderde functie in de keten, wat ertoe kan leiden dat de cel niet genoeg energie produceert om te leven. Vaak zijn mutaties in de elektronentransportketen schadelijk; ze veroorzaken celdood. Cellulaire processen kunnen eenvoudigweg niet worden uitgevoerd zonder de energie geproduceerd door de elektronentransportketen.

Vergiften

De elektronentransportketen kan worden geblokkeerd door het gebruik van gifstoffen. Rattengif werkt door een van de eerste stappen in de elektronentransportketen te blokkeren. Andere vergiften zoals cyanide en koolmonoxide blokkeren verder in de keten. Het gebruik van vergiften wordt meestal niet aanbevolen voor het beheersen van een problematische bacteriepopulatie, omdat de giffen geen onderscheid maken tussen menselijke en bacteriële elektronentransportketens.