Come qualsiasi altra cellula, quella batterica necessita per il proprio metabolismo e la propria replicazione di una fonte di carbonio, azoto, zolfo, fosforo, acqua e vari altri elementi presenti nella quasi totalità degli alimenti (latte, carni, cereali e suoi derivati, etc).

I batteri per la loro crescita e riproduzione utilizzano il carbonio dei composti organici (carboidrati, grassi, proteine), hanno notevoli esigenze nutrizionali e la crescita è possibile solo se vi è disponibilità di sostanze particolari che il batterio non è in grado di sintetizzare (fattori di crescita).

Benché ci siano molti elementi naturali, l’intera massa di una cellula batterica è costituita quantitativamente da soli quattro tipi di atomi:

• carbonio, ossigeno, idrogeno e azoto.

Inoltre, molti altri atomi sono quantitativamente meno importanti, ma funzionalmente molto importanti.

Questi includono:

• fosforo, calcio, magnesio, zolfo, ferro, zinco, manganese, rame, molibdeno e cobalto
  che sono presenti nelle cellule batteriche, ma in minor quantità rispetto a C, H, 0 e N.

Tutte le forme di vita, di conseguenza anche i batteri, hanno le stesse richieste nutrizionali di base che includono:

• una fonte di ENERGIA. Questa può essere luce o sostanze inorganiche come zolfo, monossido di carbonio o ammoniaca o materia organica come zuccheri, proteine, grassi, ecc..
• una fonte di AZOTO. Questo può essere azoto gassoso, ammoniaca, nitrato/nitrito, o un composto contenente azoto organico come proteine e acidi nucleici
• una fonte di CARBONIO. Questo può essere monossido o diossido di carbonio, metano o materiale organico complesso
• una fonte di OSSIGENO. Tutte le cellule usano ossigeno in forma legata e molte richiedono ossigeno allo stato gassoso (aria), ma l’ossigeno è letale a molti microbi
• una fonte di FOSFORO, ZOLFO, MAGNESIO, POTASSIO & SODIO
• una fonte di CALCIO. C’è chi ne necessita in grandi quantità e chi in tracce
• una fonte di ACQUA. La vita richiede acqua, ma come già visto in precedenza, le spore batteriche , possono esistere per lunghissimi periodi senz’acqua, ma non crescono o metabolizzano
• una fonte di MINERALI come FERRO, ZINCO, COBALTO ECC. Questi vengono richiesti in tracce per il corretto funzionamento di alcuni enzimi

In generale i nutrienti possono essere divisi in due classi:

• macronutrienti, che sono richiesti in grande quantità
• micronutrienti, che sono richiesti in piccole quantità.

Alcuni nutrienti sono le basi da cui le cellule sintetizzano le macromolecole e altre strutture importanti, mentre altri nutrienti servono soltanto per la generazione dell’energia senza essere direttamente incorporati nel materiale cellulare. Talvolta un nutriente può avere entrambi i ruoli.

Macronutrienti principali

La maggior parte dei procarioti richiede un composto organico come fonte di carbonio. Gli studi nutrizionali hanno mostrato che molti batteri possono assorbire diversi composti dì carbonio organico e li usano per sintetizzare nuovo materiale cellulare. Aminoacidi, acidi grassi, acidi organici, zuccheri, basi di azoto organico, composti aromatici e tanti altri composti organici vengono usati dai batteri.

Dopo il carbonio, l’elemento più abbondante nella cellula è l’azoto. Una tipica cellula batterica è costituita dal 12 al 15 percento di azoto (in peso secco) e l’azoto è il principale costituente delle proteine e degli acidi nucleici. L’azoto è presente anche nel complesso polisaccaridico peptidoglicano, che costituisce lo strato rigido della parete cellulare della maggior parte dei batteri. L’azoto può essere trovato in natura in forma organica e inorganica. Come principale costituente di aminoacidi e basi azotate, l’azoto è disponibile per gli organismi come azoto organico proveniente dalla degradazione e mineralizzazione degli organismi morti.

Tuttavia, la maggior parte dell’azoto disponibile in natura è presente In forma inorganica, come ammoniaca (NH3) o nitrato (NO3‑). La maggior parte dei batteri è capace di usare ammoniaca come unica fonte di azoto e molti possono anche usare nitrati. L’atmosfera contiene una grande riserva di azoto, sotto forma di gas di azoto, N2, anche se l’azoto gassoso serve da fonte di azoto soltanto per i batteri che fissano l’azoto.

Altri macronutrienti

Il fosforo si trova in natura sotto forma di fosfato organico ed inorganico, ed è usato dalla cellula principalmente come componente degli acidi nucleici e dei fosfolipidi. La maggior parte dei microrganismi utilizza il fosfato inorganico (P043‑) per la crescita.

Il fosfato organico si trova molto spesso in natura, comunque, e può essere utilizzato grazie all’azione di enzimi cellulari chiamati fosfatasi, che idrolizzano l’estere del fosfato organico, rilasciando fosfato inorganico libero.

Lo zolfo è richiesto dagli organismi in quanto ha un ruolo strutturale negli aminoacidi cisteina e metionina, e perché è presente in un gran numero di vitamine (tiamina, biotina e acido lipoico). Lo zolfo è sottoposto a varie trasformazioni chimiche eseguite esclusivamente dai microrganismi ed è disponibile per gli organismi in molte forme. La maggior parte dello zolfo cellulare ha origine da fonti inorganiche, solfato (S042‑) o solfuro (HS‑).

Il potassio è richiesto da tutti gli organismi. Molti enzimi, inclusi alcuni di quelli coinvolti nella sintesi proteica, sono specificamente attivati dal potassio.

Il magnesio ha la funzione di stabilizzare i ribosomi, la membrana cellulare e gli acidi nucleici, ed è anche richiesto per l’attività di molti enzimi, specialmente quelli coinvolti nel trasferimento dei fosfati. Per la crescita cellulare, quindi, sono richieste grandi quantità di magnesio. Il calcio, che non è essenziale per la crescita di molti microrganismi, può aiutare a stabilizzare la parete cellulare batterica e gioca un ruolo chiave nella stabilità al calore delle endospore.

Il sodio è necessario per alcuni, ma non per tutti gli organismi, in relazione alla disponibilità ambientale. Ad esempio, l’acqua di mare ha un alto contenuto di sodio, e i microrganismi marini generalmente richiedono sodio per la crescita, mentre le forme d’acqua dolce sono normalmente capaci di crescere in assenza di sodio. Il ferro è richiesto in grandi quantità benché non a livello degli altri macronutrienti. Il ferro è presente in un certo numero di proteine della cellula, particolarmente quelle coinvolte nella respirazione.

 

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