Podstawowe grupy żywieniowe - Primary nutritional groups
Pierwotne grupy żywieniowe to grupy organizmów , podzielone ze względu na tryb żywienia według źródeł energii i węgla, potrzebnych do życia, wzrostu i reprodukcji. Źródłem energii może być światło lub związki chemiczne; źródła węgla mogą być pochodzenia organicznego lub nieorganicznego.
Warunki oddychania tlenowe , beztlenowe i fermentacji ( na poziomie substratu fosforylacji ) nie odnosi się do pierwszorzędowych grup odżywczych, ale po prostu odzwierciedlać różne możliwości stosowania akceptorów elektronów, w szczególności organizmów, takich jak O 2 w oddychania tlenowego lub azotan (NO 3 − ), siarczan (SO 4 2- ) lub fumaran w oddychaniu beztlenowym lub różne produkty pośrednie metaboliczne w fermentacji.
Pierwotne źródła energii
Fototrofy pochłaniają światło w fotoreceptorach i przekształcają je w energię chemiczną.
Chemotrofy uwalniają energię wiązania ze związków chemicznych .
Uwolniona energia jest magazynowana jako energia potencjalna w ATP , węglowodanach lub białkach . Ostatecznie energia jest wykorzystywana do procesów życiowych, takich jak poruszanie się, wzrost i reprodukcja.
Rośliny i niektóre bakterie mogą zmieniać się między fototrofią a chemotrofią, w zależności od dostępności światła.
Pierwotne źródła redukcji ekwiwalentów
Organotrofy wykorzystują związki organiczne jako donory elektronów/wodoru .
Litotrofy wykorzystują związki nieorganiczne jako donory elektronów/wodoru.
Te elektrony lub atom wodoru z zmniejszenie odpowiedników (donory elektronów) są potrzebne zarówno phototrophs i chemoautotrofy w reakcji redukcji-utleniania , że przenoszenia energii w porównaniu do procesów anabolicznych z syntezy ATP (w heterotrofów) lub biosyntezy (w autotrofów). Donory elektronów lub wodoru są pobierane ze środowiska.
Organizmy organotroficzne są często również heterotroficzne, wykorzystując związki organiczne jako źródło zarówno elektronów, jak i węgla. Podobnie, organizmy lithotrophic często również samożywne, przy użyciu źródła nieorganiczne elektronów i CO 2 jako ich nieorganicznego źródła węgla.
Niektóre bakterie litotroficzne mogą wykorzystywać różne źródła elektronów, w zależności od dostępności możliwych dawców.
Substancje organiczne lub nieorganiczne (np. tlen) stosowane jako akceptory elektronów potrzebne w katabolicznych procesach oddychania i fermentacji tlenowej lub beztlenowej nie są tutaj brane pod uwagę.
Na przykład rośliny są litotrofami, ponieważ wykorzystują wodę jako dawcę elektronów do biosyntezy. Zwierzęta są organotrofami, ponieważ wykorzystują związki organiczne jako donory elektronów do syntezy ATP (rośliny również to robią, ale nie jest to brane pod uwagę). Oba wykorzystują tlen w oddychaniu jako akceptor elektronów i główne źródło energii, ale ta postać nie jest używana do określenia ich jako litotrofów.
Pierwotne źródła węgla
Heterotrofy metabolizują związki organiczne, aby uzyskać węgiel do wzrostu i rozwoju.
Autotrofy wykorzystują dwutlenek węgla (CO 2 ) jako źródło węgla.
Energia i węgiel
| Źródło energii | Lekki | zdjęcie- | -trof | ||
| Cząsteczki | chemio- | ||||
| Donor elektronów | Związki organiczne | organo- | |||
| Związki nieorganiczne | lito- | ||||
| Źródło węgla | Związki organiczne | hetero- | |||
| Dwutlenek węgla | automatyczny- | ||||
Chemoorganoheterotrophic organizm , która wymaga organicznych substratów , aby jej węgla dla wzrostu i rozwoju i uzyskuje swoją energię z rozkładem, często utleniania , związku organicznego. Ta grupa organizmów może być dalej podzielona według rodzaju substratu organicznego i związku, z którego korzystają. Dekompozytory są przykładami chemoorganoheterotrofów, które pozyskują węgiel i elektrony lub wodór z martwej materii organicznej. Roślinożercy i mięsożercy to przykłady organizmów, które pozyskują węgiel i elektrony lub wodór z żywej materii organicznej.
Chemoorganotrofy to organizmy, które wykorzystują wiązania chemiczne w związkach organicznych lub O 2 jako źródło energii i pozyskują elektrony lub wodór ze związków organicznych, w tym cukrów (tj. glukozy ), tłuszczów i białek. Chemoheterotrofy uzyskują również atomy węgla, których potrzebują do funkcjonowania komórki z tych związków organicznych.
Wszystkie zwierzęta są chemoheterotrofami (co oznacza, że utleniają związki chemiczne jako źródło energii i węgla), podobnie jak grzyby , pierwotniaki i niektóre bakterie . Ważną różnicą w tej grupie jest to, że chemoorganotrofy utleniają tylko związki organiczne, podczas gdy chemolitotrofy wykorzystują utlenianie związków nieorganicznych jako źródło energii.
Tabela metabolizmu pierwotnego
Poniższa tabela zawiera kilka przykładów dla każdej grupy żywieniowej:
Źródło energii |
Donor
elektronów/ atomów H |
Źródło węgla | Nazwa | Przykłady |
|---|---|---|---|---|
| Sun Light foto- |
Organiczne -organo- |
Organiczny -heterotrof |
Zdjęcie heterotrof organiczny | Niektóre bakterie: Rhodobacter , Heliobacterium , niektóre zielone bakterie bez siarki |
| Dwutlenek węgla -autotrof |
Zdjęcie organo autotrof | |||
| Nieorganiczny -lit- * |
Organiczny -heterotrof |
Zdjęcie heterotrof lito | Fioletowe bakterie bez siarki | |
| Dwutlenek węgla -autotrof |
Zdjęcie autotrof lito | Niektóre bakterie ( sinice ), niektóre eukarionty ( algi eukariotyczne , rośliny lądowe ). Fotosynteza . | ||
| Rozbijanie związków chemicznych Chemo- |
Organiczne -organo- |
Organiczny -heterotrof |
Chemo Organo heterotrofizm | Drapieżne , pasożytnicze i saprofityczne prokariota. Niektóre eukarionty (heterotroficzne protisty , grzyby , zwierzęta ) |
| Dwutlenek węgla -autotrof |
Chemo Organo autotrofizm | Niektóre archeony ( beztlenowe archeony metanotroficzne ). Chemosynteza , syntetycznie autotroficzne bakterie Escherichia coli i drożdże Pichia pastoris . | ||
| Nieorganiczny -lit- * |
Organiczny -heterotrof |
Chemio lito heterotrof | Niektóre bakterie ( Oceanithermus profundus ) | |
| Dwutlenek węgla -autotrof |
Chemo LITHO autotrofizm | Niektóre bakterie ( Nitrobacter ), niektóre archeony ( Metanobacteria ). Chemosynteza . |
- Niektórzy autorzy używają -hydro-, gdy źródłem jest woda.
Wspólna część końcowa -troph pochodzi od starogreckiego τροφή trophḗ "odżywianie".
Miksotrofy
Niektóre, zwykle jednokomórkowe organizmy mogą przełączać się między różnymi trybami metabolicznymi, na przykład między fotoautotrofią, fotoheterotrofią i chemoheterotrofią u Chroococcales. Takie organizmy miksotroficzne mogą dominować w swoim środowisku ze względu na ich zdolność do wykorzystywania większej ilości zasobów niż organizmy fotoautotroficzne lub organoheterotroficzne.
Przykłady
W naturze mogą istnieć wszelkiego rodzaju kombinacje, ale niektóre są bardziej powszechne niż inne. Na przykład większość roślin jest fotolitoautotroficzna , ponieważ wykorzystują światło jako źródło energii, wodę jako donor elektronów i CO 2 jako źródło węgla. Wszystkie zwierzęta i grzyby są chemoorganoheterotroficzne , ponieważ wykorzystują chemiczne źródła energii (substancje organiczne i O 2 ) oraz cząsteczki organiczne jako zarówno donory elektronów/wodoru, jak i źródła węgla. Jednak niektóre mikroorganizmy eukariotyczne nie ograniczają się tylko do jednego trybu odżywiania. Na przykład niektóre glony żyją fotoautotroficznie w świetle, ale przechodzą do chemoorganoheterotrofii w ciemności. Nawet wyższe rośliny zachowały zdolność do heterotroficznego oddychania nocą na skrobi, która została zsyntetyzowana fototroficznie w ciągu dnia.
Prokarionty wykazują dużą różnorodność kategorii żywieniowych . Na przykład, cyjanobakterii i wiele purpurowe bakterie siarkowe mogą być photolithoautotrophic , za pomocą promieniowania o energii, H 2 O lub siarczku Jako donory elektronów / wodór oraz CO 2 jako źródło węgla, podczas gdy zielone bakterie niesiarkowe może photoorganoheterotrophic przy użyciu cząsteczek organicznych, jak zarówno donory elektronów/wodoru, jak i źródła węgla. Wiele bakterii jest chemoorganoheterotroficznych , wykorzystując cząsteczki organiczne jako źródła energii, elektronów/wodoru i węgla. Niektóre bakterie są ograniczone tylko do jednej grupy żywieniowej, podczas gdy inne są fakultatywne i przełączają się z jednego trybu na drugi, w zależności od dostępnych źródeł składników odżywczych. Bakterie utleniające siarkę , żelazo i anammox, a także metanogeny są chemolitoautotrofami , wykorzystującymi energię nieorganiczną, elektrony i źródła węgla. Chemolitoheterotrofy są rzadkie, ponieważ heterotrofia implikuje dostępność substratów organicznych, które mogą również służyć jako łatwe źródła elektronów, dzięki czemu litotrofia jest zbędna. Fotoorganoautotrofy są rzadkie, ponieważ ich organiczne źródło elektronów/wodorów stanowiłoby łatwe źródło węgla, co prowadzi do heterotrofii.
Wysiłki biologii syntetycznej umożliwiły przekształcenie trybu troficznego dwóch modelowych mikroorganizmów z heterotrofii na chemoorganoautotrofię:
- Escherichia coli została genetycznie zmodyfikowana, a następnie wyewoluowana w laboratorium, aby wykorzystywać CO 2 jako jedyne źródło węgla, ajako źródło elektronówużywał mrówczanu jednowęglowego.
- Metylotroficzne Pichia pastoris drożdży metodą inżynierii genetycznej w użyciu CO 2 jako źródła węgla, a nie metanolu , a drugi pozostaje źródło elektronów do komórek.