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4 Kategorien der metabolischen Diversität

4 Kategorien metabolischer Diversität - Dummies

Mikroorganismen sind nicht nur extrem verbreitet, sondern innerhalb der mikrobiellen Welt gibt es auch eine beeindruckende Anzahl verschiedener Stoffwechselwege. Sie wissen das wegen der Verbindungen, die sie verbrauchen und produzieren, sowie aus dem Studium von mikrobiellen Genen, die in der Natur gefunden werden.

In letzter Zeit konnten Wissenschaftler die vollständigen Genome vieler Mikroorganismen sequenzieren, sodass sie Zugang zu den Sequenzen aller vorhandenen Gene haben. Dies gibt einen Einblick in das metabolische Potential einer Mikrobe, weil die Kenntnis der vorhandenen Gene darauf hindeuten kann, welche Enzyme die Mikrobe herstellen und für ihren Stoffwechsel nutzen kann.

Vier große Kategorien der metabolischen Diversität umfassen: die wichtigste Energiegewinnungsstrategie, Strategien zur Gewinnung von Kohlenstoff, essentielle Enzyme für das Wachstum und Produkte, die für das Überleben nicht lebensnotwendig sind, sogenannte sekundäre Metaboliten. Energie gewinnen

In der Natur gibt es drei Energiequellen:

Organische Chemikalien (solche mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen)

  • Anorganische Chemikalien (solche ohne Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung)

  • Licht
  • Chemoorganotrophy

ist die Art des Stoffwechsels, bei der Energie aus organischen Chemikalien stammt, während Chemolithotrophy die Art des Stoffwechsels ist, bei dem Energie aus anorganischen Chemikalien stammt. Phototrophie beinhaltet das Umwandeln von Lichtenergie in Stoffwechselenergie in einem Prozess, der Fotosynthese genannt wird, und es gibt zwei Hauptformen: Sauerstoff-Photosynthese

  • erzeugt Sauerstoff und wird von den Cyanobakterien verwendet (eine Art von Bakterien) und Algen (ein Eukaryot), sowie alle lebenden Pflanzen.

    Anoxygenische Photosynthese
  • erzeugt keinen Sauerstoff und wird von den violetten und grünen Bakterien (Bakterienarten, die in anaeroben Gewässern leben) verwendet. Kohlenstoff einfangen

Alle lebenden Zellen benötigen viel Kohlenstoff, der Teil aller Proteine, Nukleinsäuren und Zellstrukturen ist.

Organismen, die organischen Kohlenstoff verwenden, werden

Heterotrophe genannt; Chemorganotrophe fallen in diese Kategorie. Organismen, die Kohlendioxid (CO 2 ) für ihren Kohlenstoffbedarf verwenden, werden als Autotrophe bezeichnet. Die meisten Chemolithotrophen und Phototrophen sind ebenfalls autotrophe Pflanzen, was sie zu Primärproduzenten in der Natur macht, weil sie organischen Kohlenstoff aus anorganischem CO 2 herstellen, das dann für sich selbst, Chemoorganotrophen, verfügbar ist. schließlich alle höheren Lebensformen. Einige Organismen können zwischen der Heterotophie wechseln, wenn organischer Kohlenstoff verfügbar ist, und der Autotrophie, wenn die Nahrungsquellen erschöpft sind. diese Organismen werden als

Mixotrophe bezeichnet. Herstellung von Enzymen

Nur wenige Verbindungen in der Natur werden von Mikroorganismen nicht abgebaut. Die Vielfalt der von ihnen hergestellten Verbindungen ist groß und nicht vollständig bekannt. Ihre metabolischen Prozesse sind essentiell für den Nährstoffkreislauf in der Umwelt und sie sind die primären Produzenten, die alles andere Leben auf der Erde unterstützen.

Mikroben sind Spezialisten für den Abbau von Verbindungen, vom einfachsten bis zum komplexesten und alles dazwischen. Sie sind die einzigen, die

resistentes Pflanzenmaterial (Faser) aus Cellulose (Bausteine, die von Pflanzen zur Herstellung ihrer zähen Zellwände verwendet werden) und Lignin > (Bausteine, die von Pflanzen für starre Strukturen verwendet werden, wie in Holz und Stroh). Die Mikroben im Pansen

(Teil eines Kuh- oder verwandten Tiermagens) von Pflanzenfressern und dem Darm von Termiten sind für die Verdauung dieser zähen Pflanzenfasern verantwortlich. Pilze und Bakterien sind die Meister bei der Herstellung spezieller Enzyme zum Abbau komplexer Nahrungsquellen (hydrolytische Enzyme), einschließlich aller Formen von pflanzlichen und tierischen Geweben, einigen Kunststoffen und sogar Metallen. Sekundäre Metabolisierung Mikrobielle Produkte, die nicht als Teil des zentralen Stoffwechsels produziert werden und für die alltäglichen Aktivitäten nicht essentiell sind, werden

Sekundärprodukte genannt.

Viele dieser Produkte sind bioaktive Verbindungen, die bei der Wechselwirkung mit anderen Organismen nützlich sind. Antibiotika sind ein Beispiel für ein sekundäres Produkt, das zur Interaktion mit anderen Mikroben verwendet wird. Einige Pflanzenpathogene produzieren Substanzen, die Pflanzenhormone nachahmen, so dass sie das Pflanzenwachstum manipulieren können. Andere Mikroben bilden Moleküle, die für die Kommunikation mit anderen Mikroorganismen, Insekten und Pflanzen nützlich sind. Die Kenntnis des Stoffwechsels von Mikroorganismen kann auf verschiedene Weise genutzt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, sie kulturell zu isolieren. Das ist nicht immer einfach - es gibt viele Lücken in unserem Wissen über die metabolische Vielfalt der meisten Mikroorganismen.

Es ist relativ einfach, die Temperatur- und Sauerstoffbedingungen wiederherzustellen. Um jedoch den gewünschten Organismus auszuwählen und gegen alle anderen Organismen auszuwählen, müssen Sie eine spezifische Bedingung kennen, die nur für Ihren Organismus der Wahl benötigt wird. ..

Hier sind einige andere Wege, auf denen die Kenntnis des mikrobiellen Metabolismus in den Fortschritten der Wissenschaft nützlich war:

Mikrobielle Enzyme werden in der molekularbiologischen Forschung verwendet.

Bakterielle Enzyme wie Taq-DNA-Polymerase (die zur Reproduktion von DNA-Sequenzen verwendet wird) und Restriktionsenzyme (die zum Manipulieren von DNA-Stücken in einer Cut-and-Paste-Weise verwendet werden) sind zu unschätzbaren Forschungswerkzeugen geworden.

  • Mikroben werden verwendet, um tierische Proteine ​​oder Enzyme wie Insulin zu exprimieren. Wenn Wissenschaftler entdecken, dass eine Krankheit geheilt oder mit einem bestimmten Protein oder Enzym behandelt werden kann, wird es für sie sehr nützlich und effizient, in der Lage zu sein, das Molekül in Mikroben zu produzieren.

  • Mikrobielle Systeme werden als Teil von mikroskopischen Maschinen in der synthetischen Biologie verwendet. Um weitere Forschungen durchzuführen, nutzen Wissenschaftler das, was wir wissen, um die Grenzen von Technik und Genetik zu erweitern.Wissenschaftler nutzen mikrobielle Prozesse voll aus, um neue Dinge innerhalb von Organismen zu schaffen.

  • Industrielle Prozesse haben die Vielfalt der Mikroben in der Lebensmittel-, Zellstoff- und Papierindustrie, im Bergbau und in der pharmazeutischen Industrie genutzt (um nur einige zu nennen). Da einige Mikroorganismen extreme Bedingungen tolerieren, sind die Enzyme, die sie produzieren, in industriellen Umgebungen nützlich, in denen die Bedingungen hart sein können.

  • Da Wissenschaftler nicht alle metabolischen Unterschiede in der mikrobiellen Welt kennen, konnten sie keine große Anzahl von Umweltkeimen in Kultur isolieren. Dies hat zu großen Wissenslücken über alle existierenden mikrobiellen Gruppen geführt. Der Begriff

mikrobielle dunkle Materie

wurde geprägt, um die große Zahl mikrobieller Linien zu beschreiben, für die Wissenschaftler sehr wenig (und in den meisten Fällen fast nichts) wissen. Wie die dunkle Materie des Universums, die die Mehrheit der Materie ausmacht, ist die mikrobielle Dunkle Materie enorm und überwiegt wahrscheinlich die bekannte Biodiversität der Erde um mehrere Größenordnungen.