Mikrobio II eksamiks kordamine (0)

35
Teemad kordamiseks 2012

dotsent Tiina Alamäe

Mikroorganismide toitumine. Mikroobide eripind ja kuju, nende seos toitumisega. Toitumisprobleemid väga suurtel bakteritel. Võimalused eripinna suurendamiseks . Pelagibacter ubique.
Mikroorganismid toituvad osmootselt – kasutavad lahustunud aineid, mis jõuavad nende rakku läbi pinna, läbides kapsli, kesta ja membraani. Peamiseks takistuseks on rakumembraan , mida ained läbivad kas difusiooniga või kanaleid ja valgulisi transportereid kasutades. GN bakteritel tuleb täiendava barjäärina juurde rakukesta välismembraan. Seetõttu on GN bakterid vähem tundlikud mürgistele ainetele . Sh aintibiotsidele.
Mida väiksemate mõõtmetega bakter , seda suurem eripind. Väikeste mõõtmete tõttu on palju toitumispinda (suur eripind). Ülilihtsad organismid ei saakski olla väga suured, sest suurena nad ei toimiks: nad ei suudaks rakku varustada toitainetega ja aineid raku piires piisava kiirusega edasi toimetada.
Eripind sõltub kujust: nt peenikestel pulkadel on see suurem kui sama läbimõõduga kokkidel. Väga suurtel bakteritel on probleeme sellega, et nende eripind väheneb liialt. Selle probleemi lahendamiseks
vähendab rakk tsütoplasma aktiivset mahtu:

kogub rakku varuaine terakesi,

Suurtes rakkudes (Thioploca, Thiomargarita) on suuri nitraadivakuoole ja

nende rakumembraan on kurrutatud.
väga suure eripinnaga on väike sale kõverdunud merebakter Pelagibacter ubique. Tema raku V=0,014µm3. Ta on ilmselt kõige arvukam ja edukam merebakter. Moodustab enamuse merebakterite biomassist. Kuulub alfa-proteobakterite hulka. Tema genoom on väga väike, mitteparasiitsetest bakteritest vist väikseim. Aga isegi nii väike genoom võtab enda alla ca 1/3-pool raku ruumalast. Tema genoom on väga ökonoomne: geenitihedus on suur, pseudogeene ei ole. Aga ta suudab nt kõiki AH-d ise sünteesida.
Kui kk-s on toksilisi orgaanilisi aineid, siis bakterid reageerivad sellele raku eripinna vähenemisega – muutuvad suuremaks .
Mikro -ja makroelemendid . Väävel, fosfor ja lämmastik mikroobide toitumises.
Makroelemente vajatakse suurtes kogustes , mikroelemente vajatakse väikestes kogustes. Makroelemendid on C, H, O, N, P. Need on biomolekulide põhilised koostiskomponendid ja neid vajatakse makrokogustes.
Mikroelemendid on K, Mg, Ca, Fe, Zn, Mn, Na, Mo, Co, Cu, W, Ni.
MAKROELEMENDID:
Element
Allikas
Funktsioon metabolismis
O
Org. ühendid, CO2, O2, H2O
Rakuaine põhikomponendid
H
H2, H2O, org.ühendid
Rakuaine põhikomponendid
N
NH4+, NO3-, N2, org.ühendid
Rakuaine põhikomponendid
S
SO42-, H2S, So, S2O32 -, org.ühendid
Kuulub Cys, Met, tiamiini, CoA, biotiini ja lipohappesse
P
Fosfaadid
Kuulub nukleiinhapetesse ja fosfolipiididesse
MIKROELEMENDID:
K
K+
Kofaktor (valgusüntees), osmoprotektor arhedel
Mg
Mg2+
Kinaaside kofaktor, stabiliseerib ribosoome, kuulub klorofülli
Ca
Ca2+
Proteaaside kofaktor, Ca-dipikolinaat
Fe
Fe2+,Fe3+
Tsütokroomid, katalaas, ferredoksiin
Zn
Zn2+
Alkoholi dehüdrogenaas, proteaasid , aldolaas, RNA ja DNA polümeraas
Mn
Mn2+
Superoksiiddismutaas, peroksidaas
Na
Na+
Vajalik halofiilidele, ainete transpordiks , viburi töölepanekuks ja rakukesta stabiliseerimiseks
Mo
MoO42-
Nitraadireduktaas, nitrogenaas
Co
Co2+
Vitamiin B12 ja selleseoselised ensüümid
Cu
Cu2+
Cyt oksüdaas ja oksügenaasid
W
WO42-
Formiaadi dehüdrogenaas
Ni
Ni2+
Ureaas, hüdrogenaas, CO dehüdrogenaas
↑ Aktiveeritud sulfaat – PAPS
Väävel – mikroobid kasutavad enamasti sulfaatset väävlit, mida tuleb rakuainesse lülitamiseks redutseerida. Söötmetesse pannakse sulfaati ammooniumsulfaadina, mis on nii S- kui ka N-allikaks. Sulfaat transporditakse rakku ATP energia arvel. Et redutseerida sulfaati, tuleb ta esmalt aktiveerida ATP arvel fosfoadenosiinfosfosulfaadiks (PAPS) ja seejärel toimub redutseerimine sulfiidini. Redutseerijatena kasutatakse tioredoksiini ja NADPH -d. Sulfiidi arvel moodustatakse aminohape tsüsteiin, mida kasutatakse edaspidi väävlit sisaldavate orgaaniliste ühendite sünteesil. Kui mikroob ei suuda sulfaati redutseerida, siis peab söötmesse lisama redutseeritud väävlit sulfiidina või tsüsteiinina. Peaks aintama ka pärmiekstrakti ja peptooni lisamine.
Sulfiidist moodustatakse aminohape tsüsteiin, mida kasutatakse edaspidi väävlit sisaldavate orgaaniliste ühendite sünteesil.
Sulfaadi assimileerimiseks läheb vaja NADPH-d. NADPH-d toodetakse rakus peamiselt pentoosfosfaaditsüklis, kus toimub järjest 2 NADP seoselist dehüdrogeenimist.
Osa mikroobe vajab siiski redutseeritud väävlit. Nt osa metanogeene saavad S allikana kasutada ainult sulfiidset S. Redutseeritud väävlit vajavad: Tioonbakterid (saavad energiat redutseeritud S-ühendite oksüdatsioonist); Fototroofsed S-bakterid (kasutavad H2S, tiosulfaati või So redutseerijana fotosünteesil); väga paljud arhed vajavad S. Nad kas oksüdeerivad väävlit või redutseerivad seda. Mõned liigid saavad teha mõlemat (Acidianus).
Thioploca saab energiat H2S oksüdatsioonist ja talletab vaheproduktina väävliteri rakku. Thiomargarita namibiensis (tioonbakter) on väga suur bakter , kelle peaaegu kogu raku võtab enda alla nitraadivakuool. Rakukesta alla kogunevad aga väävlitilgad, mis on H2S oksüdatsiooni vaheproduktiks.
Merebakteritel on ohtralt kasutada dimetüülsulfoniopropionaati, DMSP, on osmo- ja sterssiprotektoriks merevetikatel, seda sünteesitakse metioniinist. Ta vabaneb vette suures koguses lagunevatest vetikatest. Merebakteritel on kemotaksis DMSP-le ja nad moodustavad vetikate pinnal biokilet, et DMSP oleks neile paremini kättesaadav. DMSP on merebakteritele väävliallikaks, aga ka C-allikaks. Ka peligibacter’i genoomis on geenid DMSP lagundamiseks. DMSP lagunedes merebakterite toimel moodustub suures koguses lenduvat ühendit dimetüülsulfiifi (DMS ) – merelõhn.
Fosfor – fosforit sisaldavad rakus nukleiinhapped, fosfolipiidid ja koensüümid. Kõigis neis esineb ta fosfaadina. Fosfori kandja rakus on ATP. Fosfor oksüdeerub kergesti õhu käes. Seetõttu ongi ta looduses põhiliselt oksüdeeritud kujul – fosfaadina. Kuna ta on rakus samal kujul, siis ei ole teda enne biomolekulidesse lülitamist vaja redutseerida. Mikroobid saavad kasutada nii orgaanilisi kui ka anorgaanilisi fosforiühendeid. Fosfaadid on ka head puhverdajad – fosfaatpuhver.
Fosfor on elemendina suht sarnane arseeniga. Elusrakud saavad fosforit arseeniga segi ajada ja selles seisnebki arseeniühendite toksilisus rakule. Nt proteiini kinaasid panevad valgu fosforüülimise asemel talle külge arseeni .
Orgaaniliste fosforit sisaldavate ühendite kasutamiseks on GN bakteritel suht aspetsiifilised fosfataasid, mis paiknevad periplasmas. Periplasmast transporditakse fosfataasireaktisoonis vabanenud anorgaanilised fosfaadid rakku spetsiaalsete transporteritega, mis paiknevad rakumembraanis . Transpordiks läheb vaja energiat.
ATP, fosfori kandja rakus moodustub kas substraatsel või membraansel fosforüülimisel.
Osa fosfaati talletatakse ka polüfosfaadina, mis omakorda on kasutatav nii ATP saamiseks kui ka fosforüüli doonorina kinaasireaktsioonides. Polüfosfaate sünteesitakse ATPst.
Lämmastik – N sisaldus mikroobide kuivaines ulatub 10%-ni. Kuulub valkudesse, nukleiinhapetesse, mõnedesse lipiididesse, vitamiinidesse. Kõige enam on baktereid, kes on suutelised kasutama orgaanilisi N-ühendeid (valke, aminohappeid , N-aluseid). Need on heterotroofsed bakterid e saproobid . Kasvavad hästi puljongsöötmel (LB sööde jne). Nad kasutavad neid orgaanilisi N-ühendeid nii energia hankimiseks kui ka biosünteesiks. Esimesed puljongisöötmed koostas juba Robert Koch .
Osa mikroobe suudab lagundada ka uureat ja kasutada seda N-allikana (Ureaplasma, Proteus , vatsabakterid, Helicobacter, mõned suuõõne bakterid). Osa baktereid saab N-allikana kasutada N2. Mügarbakterid, Azotobacter jt.
Mineraalsetest N-allikatest on kõige paremad ammooniumsoolad, sest seal on N oksüdatsiooniaste sama, mis org.molekulides (-3). NH4+ transpordiks kulutavad mikroobid rohkesti energiat. Raku sees moodustub NH3 nitraatide redutseerimisel, õhulämmastiku redutseerimisel ja orgaanilistest ühenditest (nt valkudest) nende hüdrolüüsil.
Rakus lülitatakse NH3 kandjamolekulide koosseisu, mida kasutatakse hilisemates biosünteesireaktsioonides. Nendeks kandjamolekulideks on glutamaat, glutamiin ja aspartaat.
Põhiline N-kandja on glutamaat – sünteesitakse alfa-ketoglutaraadi reduktiivsel amiinimisel. Sünteesitud glutamaati saab edaspidi kasutada teiste aminohapete sünteesil alfo.ketohapete transamiinimise teel.
Aminohapete sünteesil toimub transamiinimine, kus ühtede aminohapete või amiidide aminorühmad on doonoriks alfa-ketohapete amiinimisel. Doonoritena saavad toimida glutamaat, glutamiin ja asparagiin.
Lisaks ammooniumlämmastikule kasutavad paljud mikroobid ka nitraatlämmastikku. See aga tuleb redutseerida NH3-ni. Nitraadi redutseerimises osalevad nitraadi ja nitriti reduktaas. Mõlemad on flaviinsed ensüümid ja kasutavad redutseerijana NADPH2. Erinevalt nitraatses hingamises osalevate nitraati redutseerivate ensüümidega, on nad lahustuvad, st mitte membraanidega seotud.
Kuna nitraadi kasutamine on rakule energeetiliselt kulukam, kui ammooniumlämmastiku kasutamine, siis reguleeritakse nitraadi kasutamist ammooniumrepressiooniga:

kui kk-s on ammooniumlämmastik olemas, siis ei sünteesita nitraadi transporterit ja nitraadi redutseerimiseks vajalikke valke.

Inaktiiveeritakse olemasolev nitraadi permeaas

Seega kui kk-s on olemas nii nitraat - kui ka ammooniumlämmastik, siis kasutatakse esmalt ära ammooniumlämmastik ja alles selle otsalõppemisel hakatakse kasutama nitraati.
Kasvufaktorid, prototroofid ja auksotroofid .
Kasvufaktorid on orgaanilised ained, mida mikroorganismid ei suuda ise sünteesida ja vajavad neid tavaliselt mikrokogustes. Kasvufaktorid on vitamiinid , aminohapped ja N-alused. Ah ja N-aluseid lisatakse söötmele tavaliselt 20mg/l. Vitamiinid on ensüümide mittevalgulised kofaktorid.
Kasvufaktorit sünteerivat mikroorganismi nim prototroofiks, seda, kes ise ei suuda sünteesida, aga auksotroofiks. Nt adeniini prototroof ja auksotroof. Kui on teada, et mikroob on auksotroofne, aga pole teada, milliste kasvufaktorite suhtes, siis lisatakse söötmetele pärmiekstrakti, peptooni, kasaminohappeid (kaseiini hüdrolüüsil saadud aminohapete segu) või trüptooni. Kõige parem kasvufaktorite allikas on pärmiekstrakt.
Mõned mikroorganismid nagu piimhappebakterid on väga nõudlikud söötme suhtes, sest ei suuda enamikku kasvufaktoreid sünteesida. Kasvavad hästi piimas, piimavadakul, veresöötmel. Veresöötmel on hea jälgida ka mikroobi erütrotsüütide lagundamise võimet ehk hemolüüsi.
Kasvufaktor
Roll metabolismis
p-aminobensoehape
Tetrahüdrofoolhappe eellane. Metüülimisreaktsioonid
Biotiin
Karboksülaaside prosteetiline rühm
Co M
Koensüüm. Osaleb metaani tekkes
Hemiin
Tsütokroomide eellane
Lipohape
Osaleb püruvaadi oksüdatiivsel dekarboksüleerimisel
Nikotiinhape
NAD ja NADP eellane
Pantoteenhape
CoA eellane
Püridoksiin (B6)
Püridoksaalfosfaat on transaminaaside koensüümiks
Riboflaviin (B2)
FMN ja FADi eellane. Flaviinsete ensüümide prosteetiline rühm
Tiamiin (B1)
Dekarboksülaaside, transaldolaaside ja transketolaaside prosteetiline rühm
Tsüaankobalamiin (B12)
Osaleb mutaasireaktsioonides
Vitamiin K
Menakinooni eellane. Menakinoon osaleb elektronide transpordil
Toitumistüübid ja nende määratlemine.
Bakterid saavad kasutada nii keemilistes ainetes sisalduvat kui ka valgusenergiat . Mõlema arvel saab membraanile tekitada prootongradienti. Prootongradiendi arvel saab sünteesida ATPd ja teha muud tööd. Kasutatava energia järgi jagunevad kemotroofideks (keemilised ained) ja fototroofideks (valgus).
Toitumistüübi määratlemisel on olulised:

• Energiaallikas ( valgusenergia , keemilised ained)
  
• Oksüdeeritava aine (elektroni doonori) loomus (kas anorgaaniline või orgaaniline aine), ka fototroofid vajavad väliseid elektroni doonoreid (redutseerijat). Nendeks võivad olla nt vesi, vesinik , H2S, S (anorgaanilised), aga ka nt orgaanilised happed.
  
• Süsinikuallikas (millisest C-ühendit kasutatakse: kas CO2 või orgaanilised ained)
  

fototroofid kasutavad valgusenergiat
kemotroofid oksüdeerivad keemilisi aineid – jaguneb:
kemolitotroofid – vesinikubakterid , nitrifitseerijad, tioonbakterid. Oksüdeerivad anorgaanilisi aineid,
kemoorganotroofid – soolekepike , batsillid , pseudomonaadid. Oksüdeerivad orgaanilisi aineid.
Toitumistüübi täpsustamisel näidatakse veel ära, mida kasutatakse C-allikana. Kui C-allikas on org.ühend on tegu heterotroofiga, kui CO2, siis autotroofiga. Kemotroofidest on heterotroofsed nt soolekepike, pseudomonaadid, batsillid jne. Täpne toitumistüüp neil – kemoorganoheterotroofia. Kemotroofidest on autotroofsed nt nitrifitseerijad bakterid. Täpse toitumistüüp neil – kemolitoautotroofia.
Sageli kasutatakse toitumistüüpide nimetusi kaheosalistena:
Kemolitotroofid (tioonbakterid, nitrifitseerijad)
Kemoorganotroofid (enterobakterid, batsillid)
Fotolitotroofid, fotoautotroofid (tsüanobakterid, rohelised S-bakterid, punased S-bakterid)
Fotoorganotroofid , fotoheterotroofid (purpursed mitte-S-bakterid, rohelised mitte S-bakterid, halobakterid)
Kemolitoautotroofia – energia saadakse anorgaaniliste ainete (raud, väävel, ammoniaak , vesinik) oksüdeerimisest, raku C-ühendid sünteesitakse CO2-st.
Kemalitoheterotroofsed väävliühendeid oksüdeerivad bakterid – paljud bakterid on fakultatiivsed autotroofid , st võivad kasvada autotroofselt, kuid suudavad kasutada ka orgaanilisi süsinikuühendeid. Bakterite hulgas on ka kemolitoheterotroofe, nt Citreicella thiooxidans oksüdeerib redutseeritud väävliühendeid energia saamiseks, assimileerib aga ainult orgaanilisi aineid: orgaanilisi happeid , ah-d ja suhkruid. Alfa-proteobakterite hulgas on veel selliseid kemolitoheterotroofe.
Kemoorganoheterotroofia – oksüdeerivad energia saamiseks orgaanilisi aineid ja kasutavad neid ka biosünteesil C-allikana. Bakterid saavad orgaanilisi ühendeid oksüdeerida kolmel moel:

Neid kääritades

Neid hapnikuga oksüdeerides ( aeroobne hingamine )

Neid oksüdeerides anaeroobse hingamise käigus. Anaeroobsel hingamisel on oksüdandiks mite hapnik, vaid mõni teine anorgaaniline aine, nt nitraat või sulfaat.
Aeroobne hingamine – soolekepike, batsillid, pseudomonaadid jne. Aeroobseid hingajaid on rohkesti vees ja mullas. Rakkudes funktsioneerivad nii esmased katabolismirajad kui ka tsitraaditsükkel. Lõppproduktidena moodustuvad energiavaesed ühendid: CO2 ja vesi.
Bakterid on looduse C-ringes peamised C-ühendite lagundajad (ah, valgud , suhkrud , alkohol , nafta , metanool , taimekaitsevahendid ),
Fototroofid – kasutavad valgusenergiat ATP sünteesil.
Fotolitoautotroofid (taimed, tsüanobakterid, rohelised S-bakterid, purpursed S-bakterid.
Taimed, vetikad , tsüaanobakterid: ATP-d sünteesivad valgusenergia arvel, CO2 kasutavad C-allikana. Selle redutseerimiseks kasutavad vett.
Purpursed ja rohelised väävlibakterid: ATP-d sünteesivad valgusenergia aevel, C-allikana kasutavad CO2, mida redutseerivad H2S abil.
Fotoorgano( hetero )troofid – purpursed ja rohelised mitteväävlibakterid: ATP sünteesivad valgusenergia arvel, C-allikana saavad kasutada nii CO2 kui ka org.ühendeid. CO2 fikseerides kasutavad reduktiivjõu allikana enamasti org.aineid.
Tüüpilised fotoorganotroofid on nt arhede hulka kuuluvad bakterirodopsiiniga fotosünteesijad, nt halobacterium. Valgusenergiat kasutavad ATP sünteesiks siis, kui kk-s hapnikusisaldus langeb ja hapnikuseoseline membraanse hingamisega ATP süntees pole võimalik. Haloarhed elavad soolases vees ja seal lahustub hapnik kehvasti. Keha ehitavad üles orgaanilisest ainest. Seega on nad fotoorganoheterotroofid.
Rikastuskultuurid.
Kui soovitakse loodusest isoleerida mõne konkreetse toitumistüübi esindajat või teatud aine lagundajat, siis võiks kasutada rikastuskultuuride meetodit. See tähendab seda, et mikroobide allikana kasutatakse mingit materjali ( muld , vesi, õhk) kus otsitavat mikroobi võiks leiduda. Seda materjali külvatakse söötmele, mis võiks soodustada nende mikroobide kiiret paljunemist ja inkubeeritakse tingimustes, mis peaks seda võimaldama.
Kui soovitakse isoleerida aeroobseid baktereid, siis rikastatakse aeroobsetes tingimustes, kui anaeroobseid, siis anaeroobsetes.
Soola lisamisega söötmesse saab rikastada halofiile ja halotolerantseid mikroobe, kõrgemal temperatuuril kasvatamisega termofiile.
Kui söötmest jätta välja lämmastik, saavad paljuneda vaid õhulämmastiku sidujad.
Veest spirillide isoleerimiseks piisab , kui võtta tiigi- või jõevett, sellele lisada aminohappeid või orgaanilisi happeid (võib lisada peptooni) ja hoida soojas kohas, et spirillid hakkaks paljunema.
Kui materjal nt enne rikastamist läbi kuumutada või kuivatada, siis hakkavad kasvama sporogeensed bakterid (endospoorid jäävad kuumutamisel ellu ja idanevad).
Sporogeenide hulgas saab omakorda selekteerida nt aeroobe (batsillid) ja anaeroobe (klostriidid).
Fototroofsete bakterite rikastuskultuure kasvatatakse valguse käes. Lisades kk-da väävliühendeid saab soodustada fotosünteesivate väävlibakterite kasvu.
Kuivatamine aitab rikastada ka aktinobaktereid (koniidid säiluvad ka kuivas mullas). Teatud inhibiitorite (antibiotsid, värvained) lisamine aitab alla suruda või välistada teiste mikroobide paljunemist.
Kui mullast sooitakse eraldada aktinobaktereid (aktinomütseete), siis on soovitatav pärssida hallitusseente kasvu. Selleks lisades söötmele tsükloheksimiidi (antibiots, mis surub alla eukarüootidel valgusünteesi) ja söötme pH reguleeritakse kergelt aluseliseks. Seened eelistavad happelist söödet.
Anabolism ja katabolism . ATP ja prootongradient kui kaks alternatiivset energiavormi. Substraatne ja membraanne fosforüülimine. Prootongradiendi teke membraanil .
Metabolism = katabolism (energiat andvad reaktsioonid) + anabolism (biosünteesireaktsioonid).
Katabolism – lagundav ainevahetus . Keerulisematest ainetest tekivad lihtsamad ja vabaneb energia.
Anabolism – ainevahetuslike protsesside kogum, kus lihtsamatest keemilistest ühenditest sünteesitakse keerulisemad ühendid. Protsessi käigus vajatakse energiat ja ainet. (nt fotosüntees on anaboolne prots.)
Anabolismi ei saa toimuda ilma katabolismita, mis varustab anabolismiprotsesse energiaga. Energiat kulutab ka bakteri liikumine, ainete transport rakku jne. Põhiliseks bioloogiliselt kasutatava energia kandjaks rakus on ATP. ATP sisaldab 2 makroergilist sidet.
ATP süntees AcCoA arvel: Atsetüül-S-CoA + H2O + ADP + Pi  atsetaat + HS-CoA + ATP
ATP energia arvel saab substraate aktiveerida. Nt: Glükoos + ATP  Glc-6-P + ADP
Selleks, et glükoosi lagundamisest glükolüüsis enegiat saada, tuleb ta enne aktiveerida. Glükoosi aktiveerimine toimub mitmes etapis ja kulutab ATP energiat. Rakku transporditud suhkru fosforüülimine aitab ka tal rakus püsida – fosforüülitud kujul ei saa ta enam läbi membraani välja. Kui suhkur transporditakse rakku PTS süsteemi abil, jõuab ta rakku juba fosforüülituna.
Glükolüüsis kasutatakse 2 ATP-d ja toodetakse 4 ATP-d.
Peale ATP võivad aktiveerijad olla veel:
GTP – valgusünteesil
UTP – polüsahhariidide sünteesil
Ac-CoA – rasvhapete biosünteesil
Need ühendid saavad moodustuda ATP arvel aga võivad moodustuda ka iseseisvalt katabolismiradades.
ATP võib moodustuda 2 protsessi tulemusena:

Substraatne fosforüülimine

Membraanne fosforüülimine
Substraatsel fosforüülimisel moodustub ATP fosforüülrühma ülekandmisel ADPle mõnelt makoergiliselt katabolismi vaheproduktilt (nt PEP-ilt). Substraatses fosforüülimises osalevad ensüümid on lahustuvad, ei paikne membraanidel. Substraatne fosforüülimine on praktiliselt ainsaks ATP sünteesi võimaluseks kääritajatele! (fermentatsioon). Glükolüüsis toimub 2 substraatse fosforüülimise reaktsiooni: fosfoglütseraadi kinaas ja püruvaadi kinaas.
Membraanne fosforüülimine – toimub membraanidel (mitokondri sisemembraanis eukarüootidel ja rakumembraanis prokarüootidel). Membraanis paiknevad kindla korra järgi elektronide ja prootonite ülekandjad, mille vahendusel moodustub membraanil kas valgusenergia või keemiliste ühendite oksüdatsiooni arvel prootongradient. Elektronid ei saa bioloogilistes süsteemides vabalt olla, vaid nad liiguvad doonorilt aktseptorile, seega ühelt kandjalt teisele ja lõpuks jõuavad nad elektronide lõppaktseptorile ( aeroobsel hingamisel hapnikule). Prootonid suunatakse aga läbi membraani välja ja sellega membraan laadub . Prootonid ei saa vabalt läbi membraani tagasi difundeeruda – seega moodustunud gradient püsib. Prootonid liiguvad rakku tagasi piki prootongradienti läbi membraanis paikneva ATP süntaasi kanali. Sellega kaasbeb ATP süntees – membraanne fosforüülimine. Membraanne fosforüülimine on iseloomulik aeroobsetele ja anaeroobsetele hingajatele ja ka fototroofsetele bakteritele.
Membraanset fosforüülimist (hingamist) saab blokeerida mürkidega:

• Tsüaniid, CO ja asiid seostuvad raua aatomiga tsütokroomi oksüdaasis ja takistavad elektronide ülekannet hapnikule
  
• Antimütsiin A takistab elektroni ülekannet tsütokroom b-lt tsütokroom c-le.
  

Elektrontransportahela komponendid:

Flavoproteiinid, kannavad vesinikku

FeS valgud (mitteheemne raud) kannavad elektrone

Kinoonid , kannavad vesinikku

Tsütokroomid, sisaldavad heemi, kannavad elektrone
Elektronide ja vesiniku ülekandjad vahelduvad membraanis. Moodustades linge ja see võimaldab prootonite suunatud liikumist läbi membraani välja.
ATP süntaas on mikromootor, mis pöörleb, kui prootonid transporditakse läbi tema tsütoplasmasse. See pöörlemine toob kaasa ATP sünteesi. Bakteritel on ka selliseid ATP süntaase mis kasutavad põhiliselt Na+ ioonide gradienti, kuid võivad ümber lülituda ka H+ või Li+ ioonide gradiendile.
Ainete transport rakku. Difusioon , vahendatud difusioon, aktiivtransport – oska neid lühidalt iseloomustada. Sümport, uniport , antiport. Poriinid välismembraanis, nende osa ainete liikumises rakku.
Ainete transport on bakterile oluline – 10% E.coli genoomist kodeerib transpordis osalevaid valke. Mikroobid omastavad lahustunud toitaineid raku pinnaga, nad toituvad osmootselt. Pinotsütoosi neil pole kirjeldatud. Mikroobid peavad aineid transportima ka rakust välja. Nt periplasmasse transporditakse peptidoglükaani ehitusblokke. Ka välismembraani lülitataaid valke ja kapsli ehitusmaterjale tuleb läbi membraani transportida. Rakust transporditakse välja ka ainevahetuse lõpp-produkte, nt käärimisprodukte, rakule toksilisi aineid, antibiotse jms.
Tsütoplasmas on vees lahustununa soolad, suhkrud, AH-d, nukleotiidid jne. Need ained peavad püsima rakus. Selle tagab rakumembraan, mis ei lase olulisi aineid rakust välja lekkida. Läbi membraani pääsevad difusiooniga väikesed hüdrofoobsed molekulid, nt gaasid ja vesi. Veemolekul on piisavalt väike, et fosfolipiidide vahelt membraanis läbi mahtuda. Ioonid membraanist läbi ei saa, samuti ei pääse läbi ka nt suhkrud ja AH-d.
GN bakteritel on lisabarjääriks rakukesta välismembraan.
Ained tungivad läbi mikroobiraku membraani kolmel eri viisil:

• Lihtsa difusiooniga
  
• Vahendatud difusiooniga
  
• Aktiivtranspordiga
  

Difusioon on aine liikumine läbi membraani piki kontsentratsiooni gradienti, ilma lisaenergia rakendamiseta kuni kontsentratsioonide ühtlustumieni kahel pool membraani. Difusiooni kiirus sõltub aine loomusest ja kontsentratsiooni gradienti suurusest. Difusiooni on 2 liiki: lihtne difusioon ja vahendatud difusioon.
Lihtne difusioon – läbi membraani lipiidkihi või läbi valguliste pooride ehk kanalite . Lihtsa difusiooniga tungivad läbi membraani lipiidides lahustuvad väikesed molekulid: süsivesinikud, alkoholid , benseen, eeter , ka gaasid. Ka veemolekul on piisavalt väike et fosfolipiidide vahelt membraanis läbi mahtuda. Lisaks on membraanis olemas ka valgulised veekanalid (akvaporiinid), mis kiirendavad vee liikumist läbi membraani. Akvaporiine kasutatakse rakusisese osmootse rõhu reguleerimiseks.
Vahendatud difusioon – spetsiifiliste valguliste kandjate abil. Vahendatud difusioon on kiirem kui lihtne difusioon. Vahendatud difusioon kasutab valgulist kandjat ja toimub piki aine kontsentratsiooni gradienti – ei kontsentreeri ainet rakku. Substraadi seondumisel kandjaga toimub selle konformatsiooni muutus, mis suunab transporditava molekuli kandja vahendusel läbi membraani. Transpordiks ei kulutata lisaenergiat. Kui substraadi kontsentratsioon raku sees on kõrgem, kui kk-s, siis transpordib kandja aine rakust välja.
GN bakteritel on täiendavaks barjääriks ka rakukesta välismembraan, mille lipopolüsahhariidid ei lase membraanist läbi hüdrofoobseid aineid. Hüdrofiilsed ained saavad periplasmasse tungida vaid valguliste veega täidetud difusioonikanalite ehk pooride kaudu. Poriine on nii mittespetsiifilisi kui ka spetsiifilisi.
Poriinid on beeta-leht struktuuriga, nende avad (kanalid) on sellise suurusega, et sealt pääsevad läbi hüdrofiilsed molekulid molekulmassiga kuni 600Da. Tüüpiliselt koosneb poor kolmest ühesugusest poriini monomeerist. Iga monomeeri tünni keskel on hüdrofiilne kanal . Poriine on ka mitokondri välismembraanis st et mitokondri eellane on GN bakter. Poriine on aspetsiifilisi, mis selekteerivad vaid suuruse järgi ja spetsiifilisi mis võivad ained laengu järgi valida. E.colil fosfoporiin PhoE on trimeerne poriin (koosneb 3st ühesugusest tünnist). Seda valku sünteesitakse rakkudes fosfaadinäljas. Läbi PhoE poriini sisenevad rakku anioonid . Maltoporiin LamB – E.coli välismembraanis. Selle kaudu toimub maltoosi ja maltodektriinide difusioon. Maltoporiin on trimeerne poriin ja ta on ka spetsiifiliseks pinnaretseptoriks lambdafaagile.
Aktiivtransport – bakterid elavad looduses reegline lahjades lahustes. Ainete c rakus on sadu ja tuhandeid kordi kõrgem. Lahjast lahusest on võimalik toitaineid rakku kontsentreerida ainult aktiivtranspordi abil. Aktiivtranspordiga transporditakse rakku paljud ioonid, aga ka AH-d, paljud suhkrud ja orgaanilised happed. Aktiivtransport toimub vastu c gradienti, on kontsentreeriv. Transpordiks vajatakse lisaenergiat. Transpordis osalevad pemeaasid. Aktiivtranspordiks saab energiat prootongradiendist ja ATP hüdrolüüsist. Energiat tuleb kulutada selleks, et vähendada kandja afiinsust transporditavale substraadile membraani siseküljel.
Fosfotransferaasisüsteem PTS – suhkrute fosforüülimine transpordi käigus PEPi aevel. PEPilt kantakse fosforüülrühm kaskaadselt üle erinevatele valkudele ja lõpuks fosforüülitakse rakku sisenev suhkur. PTS on eriti levinud rangetel fakultatiivsetel anaeroobidel.
Aktiivtransport jaguneb: unipordiks, sümpordiks ja antipordiks.

• Uniport – transporditava aine rakku tungimine ei sõltu mõne teise aine transpordist. Võib energiseerida nt elektriline gradient membraanil. Nt K+ uniport E.coli rakku.
  
• Sümport – kahte ainet transporditakse samas suunas. Üks aine liigub piki gradienti, teine pumbatakse vastu gradienti. (nt fosfaat koos prootonitega, AH koos prootonitega, galaktoos koos Na-iooniga jne). LacY valk – loktoos-prooton sümporter
  
• Antipordid on transporterid mis transpordivad ühe aine välja ja teise sisse. Nt Lactococcus lactis esineb malaat/ laktaat antiporter. Seega käärimisprodukti välja transportides pumbatakse substraat sisse. Antiport prootonitega – prootonid suunatakse läbi membraani välja. Prootonid sisenevad rakku piki prootongradienti läbi transporterite. Sama transporter transpordib prooton rakku ja samal ajal rakust välja mõne teise aine. Bakteritel on levinud nt sedatüüpi antibiootikume rakust välja transportivad prmeaasid.
  

Rakumembraanis paiknevad permeaasid . Transpordi energiseerimine. Raua funktsioon mikroobide elus, raua transport ja siderofoorid. Rauasõda inimese ja bakterite vahel. Eksoensüümid.
Rauda vajavad mikroobid suhteliselt suures koguses. Seda on vaja heemi ja rauda sisaldavate valkude sünteesiks. Kuigi rauda on kk-s palju, ei ole ta alati hästi kättesaadav. Aeroobsetes tingimustes neutraalse pH juures on raud III- valentne . Selline raud on vees väga halvasti lahustuv ja sadeneb välja hüdroksiidina, karbonaadina ja magnetiidina.
Et neutraalses ja aluselises aeroobses kk-s rauda kätte saada, sünteesivad ja eritavad mikroorganismid siderofoore. Siderofoorid on madalmolekulaarsed ained, mis komplekseeruvad oksüdeeritud rauaga ja moodustuv kompleks transporditakse bakterirakku.
Looduslikel anaeroobsetel mikroobidel rauaprobleemi pole, sest anaeroobses kk-s on raud kahevahentne ja seda transporditakse kergesti rakku. Tõsised raua kätte saamise probleemid on patogeensetel bakteritel. Inimese koevedelikes on valgud, mis seovad tugevasti rauda.
Siderofoore toodavad nii bakterid kui ka seened. Pseudomonaadidel on siderofoorideks fluorestseeruvad pigmendid (püoverdiin), mükobakteritel mükobaktiin. Hüdroksamaadid siderofoorina – Hüdroksamaadiga seostunud oksüdeeritud raud transporditakse läbi membraani rakku. Rakus kompleks redutseeritakse, hüdroksamaat vabaneb siderofoori küljest, suunatakse läbi membraani tagasi välja. Raud lülitub raku sees ainevahetusse, nt heemi koosseisu.
Rauasõda inimese ja bakterite vahel – rauda on vaja ka inimesele patogeensetele mikroobidele. Inimese kaitsemehhanismide hulka kuulub raua madala kontsentratsiooni hoidmine organismis, nt pisarates, süljes, vereseerumis, piimas. Vaba raud oleks ka toksiline : ta on reaktiivne ja kahjustab rakku. Inimese organismis on raud seotud valkudega – hemoglobiini ja müoglobiiniga, transferriiniga jne. Inimkehas on kokku u 4g rauda, sellest lõviosa on seotud hemoglobiiniga . Kui haigetele rauapreparaate manustada, võidakse saavutada soovimatu efekt – stimuleerida haigustekitaja arengut. Aneemia on organismi kaitsereaktsioon . Mõned patogeenid saavad aga raua kätte ka nt transferriinilt, heemist ja hemoglobiinist.
Bakterite siderofooridest on kõige suurema afiinsusega rauale enterobaktiin. Enterobaktiinile sarnane siderofoor on batsillibaktiin mis on avastatud batsillidel.
Inimese immuunsüsteem sünteesib valku siderokaliin, mis seob enterobaktiin/raud ja batsillibaktiin/raud komplekse, et bakterid ei saaks neid rakku transportida. Sedorokaliini nim ka siderofooride tolmuimejaks.
Eksoensüümid – suured orgaanilised molekulid pääsevad rakku alles siis, kui nad on väljaspool rakku hüdrolüüsitud koostisosadeks, mis on suutelised läbima rakumembraani. GP bakteritel võivad eksoensüümid olla seotud raku välispinnaga, aga neid võidakse transportida ka läbi rakukesta välja. GN bakteritel on rohkem võimalusi eksoensüümide paigutamiseks. Tüüpiliseks on nad periplasmas, aga neid võidakse eritada ka rakust välja. Väliskeskkonda eritatavad valgud on tüüpiliselt stabiilsed ja taluvad hästi muutlikke keskkonnatingimusi. Väliskeskkonnas immobiliseeruvad ensüümid ka pidadele, mis stabiliseerib neid. Osa hüdrolüütilisi ensüüme on seotud raku pinnaga. Nende kaudu akurdatakse hüdrolüüsitav substraat raku külge. Nt tselluloosi hüdrolüüsiv kompleks – tsellusoom.
Eksoensüümid: tsellulaasid, amülaasid, proteaasid, penitsillinaasid, eksonukleaasid, invertaas , ksülanaasid, pektinaasid jne.
Orgaaniliste ainete aeroobne ja anaeroobne oksüdatsioon. Tsitraaditsükkel, selle funktsioonid. Heksooside katabolismirajad mikroobides. Polümeersed suhkrud mikroobide toidulaual. Glükolüüs (tavaline ja ürgne), pentoosfosfaaditsükkel, Entneri-Doudoroffi rada. Erinevate suhkrute sisenemine glükolüüsi. Suhkrute fosforülaasid.
Heksoosid (kuue süsinikuga suhkrud) on väga olulised ühendid mikroobidele. Looduses sünteesitakse neid suures koguses ja pärast taimede surma jääb see kõik lagundada mikroobidele.
Tselluloos – tselluloosi monomeeride vahel ja ahelate vahel moodustub palju vesiniksidemeid, mistõttu tselluloos on praktiliselt vees lahustumatu . Tselluloosi ahel võib koosneda kuni 10 000 glükoosi jäägist. Kristallilist tselluloosi suudavad lagundada paljud seened ja bakterid. Ensüümid: tsellobiohüdrolaasid ja endotsellulaasid.
Heksooside lagundamise etapid:

Polüsahhariidide lagunemine monosahhariidideks

Monosahhariidide (heksooside) lagunemine püruvaadini

Püruvaadi edasine oksüdatsioon energiavaeste lõppühenditeni tsitraaditsükli ja ETA vahendusel või muundamine käärimisproduktideks.
Orgaanilisi aineid saavad mikroobid oksüdeerida aeroobse hingamisega, anaeroobse hingamisega ja kääritamisega. Aeroobsel ja anaeroobsel hingamisel toimub membraanne fosforüülimine membraanile loodava prootongradiendi arvel.
Aeroobsel hingamisel konverteeritakse püruvaat Ac-CoA-ks ja see oksüdeeritakse edasi CO2 ja H2O-ni tsitraaditsüklis. Reaktsioon toimub püruvaadi dehüdrogenaaskompleksi vahendusel. Reaktsiooni käigus toimub ka dekarboksüülimine. Sellist püruvaadi dehüdrogenaasikompleksi ei ole obligaatsetel anaeroobidel. Neil toimub püruvaadi oksüdeerimine ferredoksiini-seoseliselt. Püruvaadist moodustuv AcCoA siseneb tsitraaditsüklisse ja oksüdeeritakse tsitraaditsükli ja hingamisahela koostöös CO2 ja veeni.
Tsitraaditsükli põhifunktsioonid:

• Orgaaniliste ühendite lõplik oksüdatsioon
  
• C-skelettide andmine biosünteesireaktsioonideks
  

Ka valkude katabolism toimub tsitraaditsükli vahendusel. Valgud lahundatakse AH-ks ja konverteeritakse kas püruvaadiks või tsitraaditsükli vaheproduktideks . Kuna tsüklis väljub pidevalt biosünteesi tarbeks vaheprodukte, siis on tarvis nende varu täiendada. Täiendatakse AcCoA aktseptori oksaalatsetaadi varu. Oksaalatsetaat moodustub kas püruvaai või PEPi karboksüülimisel. Paljudel mikroobidel on tsitraaditsükkel katkestatud ja seda kasutatakse just biosünteesi varustamiseks C-skelettidega. Enegia saadakse aga anorgaaniliste ainete oksüdatsioonist.
Glükolüüs – on heksooside katabolismirada, mida on peetud kõige ürgsemaks, kuna ta on väga laialdase levikuga: esineb peaaegu kõigis elusorganismideks: nii eu- kui ka prokarüootides. Rada nim ka EMP rajaks ehk Embdeni-Meyerhofi-Parnase rajaks selle raja kirjeldajate järgi. Glükolüüs on aluseks ka paljudele käärimistele. Glükolüüs kasutab 2ATP -d ja toodab 4 ATP-d. Glükolüüs toimub tsütoplasmas lahustuvate ensüümide vahendusel. Tema produktiks on püruvaat, mis võib aeroobsetes tingimustes oksüdeeruda edasi tsitraaditsüklis või anaeroobsetes tingimustes konverteeruda käärimisproduktideks. Glükolüüsil toimuv substraatne fosforüülimine toodab 2 ATPd 1 molekuli püruvaadini oksüdeeritava glükolüüsi kohta. Suhkur aktiveeritakse fosforüülimisega. Oksüdatiivsed reaktsioonid toodavad NADH-d, mis võidakse reoksüdeerida TCA tsüklis või käärimisproduktide tekkega.
Glükoos + 2ADP + 2Pi + 2NAD+  2püruvaati + 2ATP + 2NADH + 2H+
Arhedel ei esine tüüpilist glükolüüsi. Neil on modifitseeritud glükolüüs, milles heksokinaasi- ja fosfofruktokinaasireaktsioonis osaleb fosforüüli doonorina mitte ATP vaid kas ADP või pürofosfaat.
Erinevad suhkrud lülituvad glükolüüsi erinevalt:
Laktoos – laktoos  glükoos + galaktoos (beeta-galaktosidaas)
Galaktoos – galaktoos + ATP  galaktoos-1-P + ADP (galaktokinaas)
Gal-1-P  Glc-1-P
Glc-1-P  Glc-6-P (fosfoglükomutaas)
Maltoos – maltoos  2Glc (maltaas)
Sahharoos – sahharoos  Glc + Fru (invertaas)
Sahharoos on üks oluline suhkur etanooli tootmisel bakterite vahendusel. Ka pärmis kääritavad sahharoosi etanooliks.
Oksüdatiivne pentoosfosfaaditsükkel (PPC) – PPC rajas toimub heksooside oksüdatsioon pentoosfosfaatide moodustumisega. Pentoosid on väga olulised nukleotiidide sünteesil. Enamusel heterotroofsetel oranismidel töötab rakkudes kõrvuti nii glükolüüsirada kui ka PPC. Osa glükolüüsi laguneb ühes, osa teises rajas. On olemas ka selliseid mikroobe, kellel glükolüüsirada on defektne ja kellel seetõttu töötab heksooside katabolismiks ainult PPC rada. Nt tsüanobakteritel.
PPC on eusorganismidele oluline kuna:

• Annab reduktiivjõudu (NADPH) biosünteesireaktsioonideks
  
• Tekitab pentoose nukleiinhapete sünteesiks
  
• Vaheproduktina moodustub rajas ka erütroos-4-P, millest lähtub aromaatsete aminohapete biosüntees.
  
• Ka pentooside kasutamine C-allikana toimub selle raja vahendusel. Pentoosid moodustuvad looduses nt hemitselluloosi hüdrolüüsil.
  

Aromaatsete AH-te biosünteesirada lähtub PPC-s moodustuvast erütroos-4-P-st. Seetõttu vajavad bakterid, kel PPC rada on defektne, aromaatseid AH-d kasvufaktorina.
PPC oksüdatiivsed reaktsioonid:
Glc-6-P + NAD(P)  6-P-glükonaat + NAD(P)H2 (glükoos-6-P dh)
6-P-glükonaat + NAD(P)  ribuloos-5-P + CO2 + NAD(P)H2 (6-P-glükonaadi dh)
Paljudel bakteritel töötavad need reaktsioonid nii NAD kui ka NADP-ga. E.coli’l ainult NAD-ga. Ribuloos-5-P-st tekivad hiljem transketolaasi- ja transaldolaasi reaktsioonide abil heksoosid ja trioosid.
Entneri-Doudoroffi (ED) rada – mitmetel bakteritel puudub fosfofruktikinaas ja seetõttu ei saa neil töötada glükolüüs. Neil bakteritel on olemas ED rada. 1 Glc molekuli kohta tekib 1 ATP, 1 NADPH, 1 NADH.
6-P-glükonaat  vesi + 2- keto -3-desoksü-6-P-glükonaat (KDPG) (dehüdrataas)
2KDPG  pyr + GAP (aldolaas)
ED rada esineb enamustel GN bakteritel täiendava indutseeritava rajana: glükolüüs ja PPC on konstitutiivsed ja ED rada indutseeritakse nt glükonaadiga.
Mõnel mikroobil võib see olla ka ainuke heksooside katabolismirada ja siis kataboolitakse selles ka glükoosi. PPC ja ED rada erinevad ainult 2 reaktsiooni poolest. Arvatakse et ED tekkiski PPC baasil.
Käärimise definitsioon. Kääritajate levik looduses, nende partnermikroobid. Käärimiste tüübid. Käärimise olemus ja energeetika .
Käärimine – on elu ilma hapnikuta. On orgaaniliste ühendite anaeroobne oksüdeerimine, kus elektroni doonoriks ja aktseptoriks on orgaaniline ühend ja ATP moodustub substraatsel fosforüülimisel.
Käärimise tüübid:

• Piimhappekäärimine
  
• Etanoolkäärimine
  
• Propioonhapekäärimine
  
• Butaandiooli teke
  
• Vesiniku teke formiaadist
  
• Võihappe ja orgaaniliste lahustite teke klostriididel
  

Käärimisel moodustuvad lõppproduktidena suhteliselt energiarikkad produktid ja seetõttu käärimise enereetiline efektiivsus on madal. Seda madalat substraadi kasutamise efektiivsust kompenseeritakse suhkru rohke transpordiga rakku. Biomassi moodustub vähe ( rakud poolduvad aeglaselt) ja käärimisprodukte palju. Ühest moolist glükoosist või fruktoosist moodustub max 2 mooli etanooli.
Kääritajad mikroorganismid jagunevad obligaatseteks ja fakultatiivseteks anaeroobideks. Nt pärmid ja fomiaatkääritajad on fakultatiivsed anaeroobid, võihapekääritajad on ranged anaeroobid, piimhappebakterid ja propioonhappebakterid on aerotolerantsed anaeroobid.
Käärimistes moodustuvad makroergilised substraadid. Kääritatavad ained. Etanoolkäärmine pärmidel ja bakteritel. Etanooli tekke rada erinevatel mikroobidel. Glütserooli teke etanoolkäärmisel.
Kääritamissubstraatideks on mikroobidel enamasti suhkrud, aga kääritada on võimalik ka aminohappeid, orgaanilisi happeid, glütserooli, nukleotiide jne. Ka polüsahhariidid (tärklis, tselluloos) on kääritatavad. Paljud kääritajad aga ei suuda ise neid polümeere hüdrolüüsida ja sõltuvad looduses teistest bakteritest, kes seda suudavad. Käärimisproduktid, mida eritatakse kk-da on heaks ”toiduks” anaeroobsetele hingajatele. Kääritamisel moodustuvad makroergiliste substraatidena ATP, PEP, atsetüülfosfaat (Ac-P) ja atsetüül-CoA.
Vastavalt kääritamisel moodustuvatele lõppproduktidele jagatakse käärimised:

• Etanoolkäärimine
  
• Piimhappekäärimine (homo- ja heterofermentatiivne)
  
• Võihappekäärimine
  
• Propioonhappekäärimine
  
• Formiaatkäärimine
  

Käärimisel moodustub enamasti ka gaase : H2 ja CO2.
Etanoolkäärimine: iseloomulik just pärmidele perekonnas Saccharomyces. Pärmidel moodustub etanool glükolüüsis tekkinud püruvaadist: 1 moolist glükoosist moodustub 2 mooli püruvaati, mis dekarboksüülitakse püruvaadi dekarboksülaasiga 2 mooliks atseetaldehüüdiks ja 2 mooliks CO2. Atseetaldehüüd redutseeritakse NADH reoksüdatsiooniga etanooliks. Seega on pärmide etanoolkäärimise produktideks etanool ja süsihappegaas. Võtmeensüümideks on püruvaadi dekarboksülaas ja alkoholi dehüdrogenaas.
Kui S.cerevisiae’t kasvatada aeroobsetes tingimustes söötmes, kus on kõrge suhkrusisaldus, siis on kasv kahefaasiline. Seda nim aeroobseks kääritamiseks:

Esimeses faasis toimub suhkru kääritamine etanooliks

Teises faasis toimub etanooli oksüdatsioon hapnikuga CO2 ja veeni.
Etanoolikääritamises moodustub kõrvalproduktina alati ka glütserooli, mis tekib DAP redutseerimisel NADH-ga. Rohkem tekib glütserooli käärimise algfaasis , kui kk-s on palju suhkrut ja kasv on kiire. Kiirel kasvul kulub rohkem ATPd ja vaja korralikult reoksüdeerida NADHd. Glütserool toimib ka rakus osmoprotektorina. Kui käärimiskeskkonnas on aineid, mis seovad H-aktseptori atseetaldehüüdi, siis suureneb glütserooli moodustumine tugevasti. Sel puhul toimib ainsa H-aktseptorina dihüdroksüatsetoonfosfaat (DAP).
Glütserooli tootmine pärmide abil: atseetaldehüüdi sidumiseks saab kasutada Na-H-sulfitit, see reageerib atseetaldehüüdiga, ega saa enam aktsepteerida H2. Kui kk-da lisada aga neutraliseerivaid aineid, nagu NaHCO3 , siis dismuteerub atseetaldehüüd atsetaadiks ja etanooliks. Ka sellisel puhul toimub NADH reoksüdatsioon DAP kaudu ja moodustub glütserool. Glütserooli tootmiseks oleks hea kasutada osmotolerantseid pärme. Praegu enam glütserooli ei tasu toota pärmidega. Selle eraldamiseks kasutatakse halotolerantseid vetikaid, kellel see on osmoprotektoriks.
Puskariõlid. Õlletegemine, selle etapid. Õllesaastajad bakterid. Zymomonas mobilis etanoolkääritajana, pulke. Bioetanool ja selle tootmise perspektiivid.
Õlletegemisel kasutatakse toorainena teravilja ( otra , nisu, maisi, riisi), kvaliteetset vett, humalaid ja õllepärmi (Saccharomyces tüved).
Õlletegemise etapid:

Terade idandamine ( odra linnastamine), mille käigus niisutataud terades aktiveerunud amülolüütilised ensüümid muudavad teratärklise kääritavateks suhkruteks (maltoosiks, maltotrioosiks, dekstriinideks, glükoosiks). Õllepärmid ise ei suuda tärklist hüdrolüüsida! Ka proteaasid aktiveeruvad ja valgud hüdrolüüsitakse aminohapeteks.

Virde valmistamine. Virde temperatuuri tõstetakse etapiviisiliselt. Kuna alfa- ja glükoamülaasil on erinevat Tmax väärtused, siis sõltub sellest, kui kaua ja millisel temperatuuril virret hoitakse, see, kui palju moodustub virdesse maltoosi, maltotrioosi, pikemaid dekstriine ja glükoosi. Sellest omakorda sõltub lõpuks valminud õlle maitsebukett.

Virde keetmine , filtreerimine ja jahutamine . Keetmisel lisatakse humalaid. Humala parkained annavad maitset , sadestavad valke ja on bakteritsiidsed .

Enne pärmi lisamist virret aereeritakse, et sissekülvatav pärm saaks hakata paljunema. Hapnik on vajalik ka membraansete steroolide sünteesiks.

Inokuleerimine pärmiga ja kääritamine (hapnikku enam ei anta !), mille käigus moodustub etanool ja CO2. Käärimistemperatuur on ca 12 kraadi. Käärimisel kasutatakse esmalt ära glükoos, sahharoos ja maltoos. Seejärel maltotrioos ja dekstriinid. Osa dekstriine jääb kääritamata ja need on olulised õllevahu moodustumisel.

Õlle filtreerimine läbi räniliivafiltrite ning pastöriseerimine ca 60 kraadi juures

Õlle villimine
Vaadiõlut ei pastöriseerita!
Miks lisatakse õllele humalaid?

• Valkude hüdrolüüsil moodustuvad AH-d, mis võimaldavad virdes saastatavate piimhappebakterite kasvu. Piimhappebakterid ei suuda ise AH-s sünteesida ja ei saa seetõttu kasvade valguvaeses virdes.
  
• Humalad sadestavad virdes valku ja sisaldavad ka bakteritsiidseid aineid, mis takistavad õlle saastumist bakteritega .
  
• AH-te katabolismiproduktidena moodustuvad puskariõlid. Need on pikema ahelaga alkoholid – propanool , isopropanool , butanool . Puskariõlid moodustuvad AH-st nende desamiinimisel ja dekarboksüülimisel.
  

Õllesaastajad: õlu võib tegemise käigus saastuda piimahappebakteritega, mis muudab õlle limaseks ja hapuks. Taluvad nii humalaid kui ka etanooli. Äädikhappebakterid saastavad hapnikuga kokkupuutuvat õlut ja rikuvad õlle maitse. Õhukindlalt villitud saastavad anaeroobsed bakterid megaspaera cerevisiae ja pectinatus cerevisiiphilus, kes toodavad võihapet, äädikhapet, propioonhapet ja väävelvesinikku, rikkudes õlle maitse. Kergemini saastub madala alkoholisisaldusega õlu.
Zymomomas mobilis’e abil toodetakse etanooli suhkruroost . Saadavat etanooli kasutatakse ka autokütusena. Bioetanool. Ta on olulisim etanolitootja bakterite hulgas, kellel suhkrud katabooluvad Entneri-Doudoroffi rajas ja etanooli moodustub püruvaadist atseetaldehüüdi redutseerimisel. Ta on GN pulkbakter, rakkudes leitud tsütokroome, katalaasi ja osa TCA tsükli ensüüme, kuigi terviklik TCA tsükkel puudub. Pärineb ilmselt aeroobsetest eellastest. Kasutab suhkrutest vaid sahharoosi, glükoosi ja fruktoosi. Kuna etanoolikääritamise protsessi energeetiline efektiivsus on madal, peab palju suhkrut kataboolima, et ära elada. Kõrvalproduktina moodustub palju etanooli ja vähe rakke. Rakus on suurel hulgal käärimise võtmeensüüme. Miks hea etanooli kääritaja?

• Kasvab anaerobioosis palju kiiremini, kui Sahhcaromyces.
  
• Peaaegu kogu substraadi konverteerib etanooliks, rakumassi moodustub vähe. Membraani stabiliseerimiseks ei vaja hapniku juuresolekut.
  
• Taluvad väga kõrget suhkrusisaldust söötmes ja etanooli taluvus on neil kuni 13%, mis on bakterimaailmas haruldane (enamik 1-2%). Tema membraanidest on leitud steroolitaolised lipiidid hopanoidid ja arvatakse et need ained stabiliseerivad membraane.
  

Teda kasutatakse Mehhikos alkohoolse joogi pulke tegemiseks. Pulke on vitamiinirikas alks, mida valmistatakse agaavimahlast, mida fermenteeritakse Zymomonase, pärmi ja Leuconostociga. Destilleeritud pulke on tekiila.
Bioetanool – tselluloos tuleb enne hüdrolüüsida glükoosini, et teda saaks kääritada pärmidega. Klostriidide abil saaks tselluloosi nii hüdrolüüsida kui ka kääritada, aga etanool ei ole klostriididel põhiline käärimisprodukt. Taimsed jäätmed sisaldavad lisaks tselluloosile ka hemitselluloosi, mille hüdrolüüsil vabanevad pentoosid, mida Saccharomyces kääritada ei suuda.
Piimhapekäärimise tüübid. Piimhapebakterid: homo- ja heterofermentatiivsed. Oska neid käärimisi võrrelda. Streptococcus mutans. Bifidobakterid ja vastavad käärimised. Hapupiimatooted ja piimhapebakterid. Jogurt ja hapukapsas . Probiootilised bakterid, prebiootikumid , sünbiootikumid.
2 tüüpi piimhappekäärimist:

Homofermentatiivne. Heksoosid kataboolitakse glükolüüsirajas. Käärimisproduktiks on ainult piimhape ja isegi gaase ei teki.

Heterofermentatiivne. Heksoosid kataboolitakse PPC rajas. Lisas piimhappele moodustub ka teisi produkte. Moodustub ka rohkesti CO2.
Kui bakteril töötab nii glükolüüs kui ka PPC rada, siis kääritatakse heksoosid homofermentatiivselt ja pentoosid heterofermentatiivselt. Vastavalt kääsitamistüübile räägitakse ka homo- ja heterofermentatiivsetest piimhappebakteritest.
Piimhappebakterid on GP, tavaliselt liikumatud, sahharolüütiliselt aktiivsed, kasutavad laktoosi, galaktoosi, sahharoosi, maltoosi, pentoose, mõned ka tärklist ja on sageli anaboolselt defektsed. Aerotolerantsed anaeroobid. Elevad piimas, taimedel, inimese ja loomade limaskestadel. Nende hulgas on ka patogeene (Streptococcus hulgas).
Homofermentatiivne piimhappekäärimine – suhkrud lagundatakse glükolüüsirajas püruvaadini. Püruvaat redutseeritakse laktaadi dh-ga laktaadiks. Sellega reoksüdeeritakse glükolüüsis moodustunud NADH. Gaase ei teki. ATP saagis on 2 mooli 1 mooli Glc kohta. Kui substraadiks on polüsahhariid (tärklis) või maltoos, siis moodustub 3 ATPd 1 mooli Glc kohta, kuna fosforülaasireaktsioonis vabaneb suhkur juba fosforüülituna ja see sööstab 1 ATP. Homofermentatiivsed bakterid on: Lactobacillus lactis, L.acidophilus, L.casei, L. bulgaricus , L.plantarum, Lactococcus lactis. Enterococcus faecalis, Pedicoccus cerevisiae. Obligaatselt homogermentatiivsed piimhappebakterid on väga nõudlikud söötme suhtes. Obligaatselt homofermentatiivsetel piimhappebakteritel puuduvad PPC võtmeensüümid ja seetõttu nad ei suuda sünteesida nt aromaatseid AH-d, mille eellasteks on PPC vaheprodukt Er-4-P. Elukohad: Piim, limaskestad, soolestik , veri , taimemahl.
Ka perekonna Bacillus esindajad on homofermentatiivsed termofiilsed piimhappekääritajad. Nemad on söötme suhtes vähenõudlikumad, kui lakobatsillid ning erinevalt neist suudavad piimhappeks kääritada ka tärklise: nad sünteesivad amülaase ja hüdrolüüsivad tärklise glükoosiks.
Heterofermentatiivne piimhappekääritamine (baseerub PPC rajal) – obligaatselt heterogermentatiivsetel piimhappebakteritel puudub fruktoosidifosfaadi aldolaas. Seega ei saa nad fruktoosidifosfaadist trioosfosfaate moodustada. Heksoose lagundavad nad pentoosfosfaaditsükli abil. Heterofermentatiivsel käärimisel moodustub lisaks piimhappele veel etanooli, atsetaati ja CO2. Summaarne ATP saagis pn pole väiksem kui homofermentatiivsel – 1ATP 2 molekuli Glc kohta. Seetõttu toodavad heterofermentatiivsed piimhappebakterid sama koguse suhkru kääritamisel poole vähem rakumassi kui homofermentatiivsed. Neil puuduvad fruktoosfosfaadi aldolaas ja trioosfosfaadi isomeraas . ME-3 bakter (Lactobacillus fermentum ME-3 ehk hellusebakter) ei kanna antibiootikumiresistentsuse plasmiide, talub maohapet ja sappi ning on looduslikult resistentne paljudele antibiootikumidele. Seega säilib ta sooles ka vastava antibiootikumiravi järgselt. Tema antagonismi haigustekitajate bakteitega saab põhjendada orgaaniliste hapete, NO ja vesinikperoksiidi moodustamisega. Tal on antioksüdantsed omadused – ta aitab ennetada oksüdatiivseid kahjustusi. Inimese organismis tekib pidevalt kõrge reaktsioonivõimega molekule. Eriti tugevad oksüdeerijad on radikaalid. Glütatiooni oksüdeerumisega neutraliseeritakse ROS ja oksüdeeritud glütatiooni saab tagasi redutseerida glutatiooni reduktaasiga. Glutatiooni peroksidaas on seleeni sisaldav valk. ME-3 bateril on olemas võime sünteesida glutatiooni ja kasutada seda oksüdeerijate kahjutustamiseks. Tal on nii glutatiooni peroksidaas kui ka glutatiooni reduktaas. Lisaks on tal ka Mn-SOD, mis lagundab superoksiidradikaali. Bifidobacterium bifidiumi käärimine meenutab heterofermentatiivset piimhappekäärimist, sest ka siin osalevad fosfoketolaasid. Ta kääritab 2 mooli Glc kaheks mooliks piimhappeks ja 3 mooliks äädikhappeks. Protsessi võtmeensüümiks on Fru-6-P fosfoketolaas.
Streptococcus mutans – kaariesetekitaja piimhappebakter. Suudab kasutada väga paljusid suhkruid kääritades neid hapete moodustumisega. Tal on genoomilt ennustatuna väga palju transportereid suhkrutele ja ta suudab ise sünteesida enamikku AH-d. Suudab sahharoosist sünteesida nii glükaane kui ka fruktaane (levaani). Olemas vastavad raku välised fruktosüüli transferaasid. Kinnitub nende glükaanide abil hamba pinnale.
Probiootikumid :

• Piimhappebakterid (laktobatsillid ja bifidobakterid) on inimese seedetrakti kasulikud elanikud.
  
• Seetõttu soovitatakse toidus kasutada nende abil kääritatud piimatooteid , milles sisaldub neid baktereid elusal kujul.
  
• Need bakterid pärsivad kahjulike bakterite paljunemist sooles, aitavad kaasa Ca omastamisele toidust, sünteesivad vitamiine jne.
  
• Probiootiliste bakterite preparaate soovitatakse nii inimestele kui ka koduloomadele.
  

Bifidobaktereid on eriti palju imikute sooles. Nende seas pole leitud patogeenseid tüvesid. Suudavad kasutada jämesooles olemasolevaid raskesti lagundatavaid kiudaineid ja kääritada neid hapete tekkega.
Sünbiootikum = probiootikum + prebiootikum.
Piimhappebakterid toiduainetetööstustes:

• Laktokokid ( hapupiim , hapukoor, juust, jogurt)
  
• Laktobatsillid (haputaignaleib nt rukkileib , jogurt, hapukapsas, hapukurgid, silo )
  
• Bifidobakterid (jogurt, keefir, hapupiim)
  
• Pediokokid (toorsuitsuvorstid, sojakastmed)
  
• Oenokokid – osalevad mõnede veinide valmistamisel – muudavad tugevalt hapu õunhappe vähem hapuks piimhappeks, vähendades sellega veinide happesust ja tugevdades magusat maitset.
  

Jogurt – jogurtijuuretises kasutatakse Streptococcus thermophilust ja L.bulgaricust. biojogurtitesse lisatakse ka probiootilisi baktereid, nt bifidobaktereid. Valmistamiseks sobiv hapendamistemp vahemik on 30-45 kraadi. Peale hapendamist võib jogurtile lisada moosi, marju, puuvilja jt lisandeid. Jogurtibakterid toodavad ka lõhna- ja maitseaineid ning paksendavad eksopolüsahhariide.
Hapukapsas – esialgu hakkavad kapsamahlas paljunema taimedel laidunud soolekepikese sugulased, kes moodustavad käärimisel erinevaid happeid, aga ka gaase. Happesus tõuse ja kk muutub kolilaadsetele bakteritele ebasoodsaks ning leukonostokidele sobivaks . Leukonostokid moodustavad käärimisproduktina lisaks piimhappele ka CO2. Seega jätkub gaaside teke kapsa pinnale. Piimhappe sisalduse tõustes leukonostoki paljunemine aeglustub ja paljunema hakkavad hapet paremini taluvad pediokokid ja laktobatsillid. Nende toimel hakkab piimhappe sisaldus tõusma. Gaase enam ei teki, moodustub vaid piimhape.
Propioonhapekäärimine, selle produktid ja vastavad bakterid. Membraanne fosforüülimine propioonhapekäärimise rajas.
Põhilised propioonhappe tootjad on bakterid perekonnast Propionibacterium. Propioonibakterid on mäletsejate loomade vatsabakterid. Vatsas toimub taimsete polüsahhariidide kääritamine rasvhapeteks vatsabakterite vahendusel. Propioonhappebakterid osalevad vatsas piimhappe kääritamises propionaadiks. Propionaat on põhiline glükoneogeneetiline substraat mäletsejal loomal. Propioonhappebaktereid on rohkesti ka inimese nahal, sest nad taluvad naha happelist reaktsiooni ja kuivust. Nahal võivad nad koos stafülokokkidega põhjustada aknet. Piimas on propioonhappebaktereid harva, mullas ja veel pole neid kunagi.
propioonhappebakterid on mikroaerotolerantsed anaeroobid. Suudavad kasvada suhteliselt vaesel söötmel. Osa fikseerib ka N2. Mikrobioloogiatööstuses kasutatakse neid vitamiin B12 tootmiseks. Selle vitamiini puudusel tekib aneemia ja närvisüsteemi haigused.
Shveitsi juust - Propioonhappebaktereid kääritavad juuretise piimhappebakterite poolt moodustatud piimhapet atsetaadiks ja propionaadiks, käärimisel moodustub ja juustuauke tekitav CO2. Teistesse juustudesse satub neid alati laabist. Laapi valmistatakse vasikamagudest ja seal on alati eluvõimelisi propioonhappebaktereid. Propioonhappebakteritel on suhkrute kääritamise aluseks glükolüüsirada. Peale suhkrute kääritavad nad ka glütserooli, malaati ja laktaati. Produktideks on propioonhape, atsetaat ja CO2.
Laktaadi kääritamine propioonhappeks ja atsetaadiks: CO2 fikseerimine – CO2 fikseerimine toimub püruvaadi karboksüülimisel oksaalatsetaadiks.
Membraanne fosforüülimine – propionaadi moodustumises osaleb ka membraaniga seotud fumaraadi reduktaas. Kui fumaraat aktsepteerib elektronid, siis kaasneb sellega prootonite liikumine läbi membraani ja membraanne ATP süntees. See tõstab propioonhappekäärimise energeetilist efektiivsust.
Propioonhappekäärimise stöhhiomeetria: 3laktaati  2propionaati + 1atsetaat + 1CO2
Atsetaadi ja CO2 teke propioonhappekäärimisel. Mõlemad tekivad püruvaadist. Substraatsel fosforüülimisel moodustub atsetüülfosfaadi arvel ATP.
Võihapekäärimine, selle produktid. Neutraalsete produktide ( atsetoon ja butanool jne) teke. Klostriidid. Bakteritevaheline vesiniku ülekanne ja selle energeetiline tähtsus. Aminohapete paariskääritamine.
Peale võihappe moodustub ka gaase, atsetaati ja orgaanilisi lahusteid: etanooli, butanooli, atsetooni , isopropanooli. Võihapet moodustavad ranged anaeroobid. Perekonnas Clostridium , Butyrivibrio, Eubacterium, Fusobacterium. Kõige enam on võihappekääritajaid klostriidide hulgas.võihappekääritajad bakterid elavad loomavatsas ja inimese jämesooles. Butüraadi teket sooles loetakse kasulikuks, sest see on toiduks sooleepiteeli rakkudele. Aga, butüraadi rohke teke jämesooles võib soodustada ka rasvumist. Klostriidid elavad ka mullas ja mudas. Palju on neid sõnnikuga väetatud mullas.
Klostriidid – Sporogeensed GP pulgad. Liiguvad aktiivselt viburitega. Enamus ranged anaeroobid, aga on ka aerotolerantseid vorme. On ka termofiilseid klostriide. Kasvavad hästi neutraalses või veidi aluselises kk-s. Seetõttu ei arene nad happelistes hoidistes, salaamis, hapukapsas, hapus silo jne. Happeline kk-d takistab ka klostriidide endospooride idanemist. Äädika lisamine hoidistele! Klostriididel puuduvad tsütokroomid ja membraanne elektrontransportahel, seega saavad nad ATPd sünteesida ainult substraatsel fosforüülimisel. Klostriide on sahharolüütilisi ja proteolüütilisi. Proteolüütilised kääritavad AHd. Osa klostriide kääritab ka puriine ja pürimidiine. Tselluloosilagundajaid klostriide oleks ahvatlev kasutada tselluloosist etanooli tootmiseks. Etanool on siiski ainult üks produkt paljude käärimisproduktide hulgast. Käärimisproduktideks on tal etanool, atsetaat, laktaat, CO2 ja H2. Seega tuleks aga neid geneetiliselt modifitseerida, et suurendada etanooli hulka, mis neil käärimisel tekib.
Klostriidid lagundavad heksoose glükolüüsirajas. Käärimise lõppproduktid on võihape, atsetaat, butanool, etanool, atsetoon, isopropanool, CO2 ja H2. Kui käärimiskeskkonnas happeid siduda, siis toodetakse ainult võihapet ja atsetaati.
Vesiniku ja CO2 teke – suhkrud viiakse üle püruvaadiks glükolüüsirajas. Püruvaat oksüdeeritakse Ac-CoA-ks ja eraldub CO2. Vesinik moodustub redutseeritud ferredoksiini oksüdeerimisel hüdrogenaasiga.
Atsetaadi teke – atsetaat tekib atsetüülfosfaadist. Protsessis moodustub lisa-ATPd substraatsel fosforüülimisel. Võihappekäärimise energeetiline efektiivsus on 3ATPd 1 mooli glükoosi kohta. Seega on ta efektiivsem kui nt etanool- või piimhappekääritamine.
Võihappe ehk butüraadi teke – kahest Ac-CoA molekulist moodustub atsetoatsetüülCoA, mis konverteeritakse võihappeks. Butüraat eritatakse rakust välja. Kui butüraati ja atsetaati tekib palju, muutub kk liiga happeliseks ja see pidurab bakterite kasvu. Liigset hapestumist aintab ära hoida käärimise suunamine orgaaniliste lahustite tekitamisele. Seega on kääritamine 2faasiline. Aga need lahustid on ise ka toksilised ja hakkavad lõpuks pidurdama bakterite kasvu.
Orgaaniliste lahuste teke klostriidide käärimistes – orgaaniliste lahustite teke kulutab rohkesti redutiivjõudu. Atsetoon ja butanool.
AH-te paariskääritamine – proteolüütilised klostriidid hüdrolüüsivad valke ja kääritavad AH-d. Paljusid AH-d ei saa ainsa komponendina kääritada, vaid ainult koos mõne teise AH-ga. Nt Ala ja Gly eraldi ei saa, aga Ala + Gly koos suudab. Ala toimib H-doonorina ja Gly aktseptorina. Seega üks AH oksüdeeritakse ja teine redutseeritakse. Protsessis saadakse ATPd substraatsel fosforüülimisel. AH-te kääritamisel moodustuvad halvasti lõhnavad ühendid. 1 Ala oksüdeeritakse ja 2 Gly redutseeritakse. AcCoA arvel moodustatakse AcP ja selle arvel substraatsel fosforüülimisel ATP.
H2 ülekanne – võimaldab kääritajal bakteril rohkem ATPd sünteesida. Käärimisradades, kus toimuvad ferredoksiiniseoselised oksüdatsioonireaktsioonid, saab substraadilt ärastatud vesinik eralduda gaasina. Teatud tingimustes on ka käärimistes moodustunud NADH-d võimalik reoksüdeerida Fd-ga ja viimast omakorda gaasilise vesiniku eraldumisega. See on bakteritele energeetilisel kasulik. Bakter saab toota rohkem ATPd. Protsess saab toimuda siis kui väliskk-s hoitakse H2 c väga madal. Kk peab olema mikroobe, kes aktiivselt vesinikku tarbivad. Kui ei ole võimalik NADH-d üle Fd-i reoksüdeerida siis tehakse seda AcCoA redutseerimise arvel ja moodustub etanool.
Formiaatkäärimine ja selle produktid. Gaaside teke. Püruvaadi edasise katabolismi variandid enterobakteritel. Enterobakterid kui fakultatiivsed anaeroobid.
Bakterid kes moodustavad käärimisel formiaati, moodustavad ka paljusid teisi happeid. Seetõttu aga et formiaati teistes käärimisradades ei esine, nim seda hapete segu tekitavat käärimist formiaatkäärimiseks. See käärimine on iseloomulik enterobakteritele. Enterobakterid on GN, fakultatiivsed anaeroobid. Saavad energiat kas kääritamisest, aeroobsest või anaeroobsest hingamisest. Fekaalse reostuse indikaatorid .
Enterobakteriaalsel käärimisel moodustuvad: laktaat, formiaat, suktsinaat , etanool, atsetaat, 2,3-butaandiool, CO2, H2. Suhkruid lagundatakse glükolüüsirajas. Produktide tekkel on võtmepositsioonil püruvaat, millest moodustuvad käärimisproduktid.
Püruvaat võib enterobakteritel metabooluda 4 moel:

Redutseeruda piimhappe tekkega

Laguneda Pyrformiaatlüaasi reaktsioonis formiaadiks ja AcCoA-ks.

PEP võib karboksüüluda oksaalatsetaadiks ja viidakse üle suktsinaadiks. Osaleb membraanne forforüülimine.
Pyrformiaatlüaasi süntees toimub ainult anaeroobsetes tingimustes. Anaeroobsetes tingimustes moodustub püruvaatdehüdrogenaasne kompleks ja toimub püruvaadi NAD- seoseline dekarboksüülimine AcCoAks ja selle edasine aeroobne katabolism tsitraaditsüklis.
Enterobakteriaalsel käärimisel on 2 tüüpi:

Hapete segu teke – iseloomulik püruvaadist atsetaadi jt hapete teke.

Butaandioolkäärimine – tekivad neutraalsed produktid. Püruvaadist moodustatakse mitte happeid, vaid neutraalset butaandiooli. Protsessis eraldub rohkesti CO2. Vaheproduktiks on atsetoiin.
Anaeroobne hingamine, selle olemus ja levik looduses. Anaeroobse hingamise tüübid. ATP moodustumine anaeroobsel hingamisel. Anaeroobse hingamise energeetika. Anaeroobsete hingajate partnermikroobid looduses.
Anaeroobne hingamine on protsess, kus oksüdeeritavalt substraadilt ärastatud elektronid kantakse hapnikust erinevale anorgaanilisele elektroni aktseptorile ja ATP moodustub membraansel fosforüülimisel. Substraatide oksüdatsiooniga kaasneb prootongradiendi teke membraanil ja selle arvel ATP süntees. Elektroni lõppaktseptoriks võib olla ka fumaraat.
ETA komponentideks on dehüdrogenaasid, tsütokroomid, kinoonid ja reduktaasid. Reduktaaskompleks on ETA lõpplüli, kus elektronid jõuavad lõppaktseptorini. Aeroobsel hingamisel osaleb reduktaaside asemel tsütokroomi oksüdaas. Samaaegselt elektronide transpordiga toimub prootonite transport tsütoplasmast läbi membraani kas periplasmasse või väliskk-da. Genereeritavat prootongradienti kasutatakse ainete aktiivtranspordiks, membraanseks fosforüülimiseks, viburite töölepanekuks jne.
Anaeroobse hingamisel liigid:

Nitraatne hingamine

Denitrifikatsioon

Sulfaatne hingamine

Karbonaatne hingamine (metanogenees)

Väävlihingamine

Fumaraatne hingamine

Rauahingamine

Prootonite redutseerimine
Anaeroobsed hingajad on anaeroobsete toiduahelate lõpplüli. Nad oksüdeerivad edasi kääritajate mikroobide poolt moodustatud substraate: org happeid, alkohole ja H2. H2 on hea substraat anaeroobsetele hingajatele kuna ta on energiarikas. Kõige vanem on kas väävlihingamine või prootonite redutseerimine, kuna need levinud arhete hulgas. Ka rauahingamine.
Nitraatne hingamine ja denitrifikatsioon. Nitraadi ammonifikatsioon. Nitraatide toksilisus imikutele ja täiskasvanutele.
Nitraatide hingamine on protsess, kus oksüdeeritavatelt ühenditelt ärastatud elektronid kantakse nitraadile, mis redutseerub nitritini, mis eritatakse kk-da. Nitraatsed hingajad on fakultatiivsed anaeroobid. Kui hapnikku on siis hingavad nad hapnikuga ja nende membraanis on tsütokroomi oksüdaas, mis elektronid hapnikule üle kannab. Anaeroobses kk-s tsütokroomi oksüdaasi ei sünteesita. Selle asemel sünteesitakse membraani Mo sisaldav valk – nitraadi reduktaas. Esineb nt Pseudomonastel, Enterobacteritel, Escherichiatel, Bacillustel, Thiomargarital. Nitrite teke nitraadist on ohtlik joogivees. Ka toiduained ei tohiks nitraate sisaldada , sest nitraatide redutseerumisel jämesoole bakterite abil tekivad nitritid , mis valkude lagundamisel moodustuvate amiinidega moodustavad kantserogeenseid nitrosoamiine. Nitritid võivad nitraadist moodustuda ka maos ja peensooles , kui seal on nitraatselt hingavaid baktereid. Ohustatud on imikud ja alahappelise maoga täiskasvanud. Nitritid imenduvad verre ja seostuvad hemoglobiiniga ja oksüdeerivad raua hemoglobiinis – moodustub methemoglobiin , mis ei suuda hapnikku transportida. Sündroomi nim methemoglobineemiaks.
Nitraadi ammonifikatsioon – nitraadiga hingajatel võidakse moodustunud nitrit edasi ammoniaahini redutseerida energiat mitte andvate reaktsioonide vahendusel. Bakteril on sellest kasu, sest nitrit on toksiline ja bakterid saavad nitritit redutseerides reoksüdeerida orgaaniliste ainete lagundamisel moodustunud NADH2-te. Sel juhul on neil võimalik toota enam ATPd metabolismis moodustunud AcCoAst. Nitraati ammonifitseerivad nt E.coli ja E.aerogenes.
Denitrifikatsioon – toimub nitraadi redutseerimisel moodustunud nitriti edasine redutseerimine gaasiliste lämmastikuühenditeni ja protsessiga kaasneb prootongradiendi tekitamine membraanile ning membraanne fosforüülimine. Elektronide lõppaktseptoriks on nitraat, mis redutseerub mitmes etapis kuni gaasiliste produktideni: NO, N2O, N2. Denitrifitseerijatel on ka nitriti edasine redutseerimine gaasideni seotud ATP sünteesiga membraansel fosforüülimisel. Denitrifitseerijad on nt Pseudomonas denitrificans, P.Stutzeri, Bacillus licheniformis, P.aeruginosa. kui nitraati on palju ja H-doonorit vähe, siis võivad eralduda ka osaliselt redutseeritud produktid. Denitrifikatsiooniga kaasneb prootonite pumpamine läbi membraani. Selle arvel sünteesitakse ATP.
Sulfaatne hingamine. Vastavate bakterite levik looduses. Sulfaatsete hingajate lemmikud oksüdeeritavate ainete hulgas.
Kõik taimed, loomad ja bakterid vajavad väävlit ja enamus neist on suutelised assimilatoorselt redutseerima sulfiidini. Sulfaatide assimilatoorsel redutseerimisel moodustuv H2S lülitatakse kohe AH-sse. Sulfaatsel hingamisel aga kasutatakse sulfaati hingamisel terminaalse elektronaktseptorina ja moodustuv H2S eritatakse rakust välja. Sulfaat vajab enne oksüdandina kasutamist aktiveerimist ATP arvel. Seega on sulfaadiga hingamine energiakulukas. Hingamisel vabaneb ka energiat, aga enne teda ka kulub.
Desulfaatijate meelissubstraadid – kuna sulfaat ei ole hea elektroni lõppaktseptor, siis saab mikroob sulfaatset hingamist kasutada siis kui ta oksüdeerib energiarikkamaid ühendeid. Sulfaate redutseerivad bakterid oksüeerivad põhiliselt gaasilist vesinikku ja orgaanilisi happeid ning alkohole. Tüüpilised substraadid on atsetaat, laktaat, püruvaat, malaat ja etanool. Sulfaatsel hingamisel saavad laguneda ka alkaanid ja aromaatsed ained. Polümeersed ained ilmselt otse kasutatavad pole. Sulfaatsed hingajad on enamasti ranged anaeroobid. Sulfaate on rohkesti merevees ja kui merevees või mudas tekivad anaerboosed tingimused, siis see soodustab sulfaatset hingamist ja H2S teket.
Laktaadi oksüdeerimine sulfaadiga atsetaadiks – membraanile moodustub prootongradient ja sünteesitakse ATP. Laktaadilt ärastatud H difundeerub läbi membraani periiplasmasse j aoksüdeeritakse seal periplasmaatilise hüdrogenaasiga. Elektronid kantakse periplasmas paiknevale cytc3-le ja sealt edasi membraanis paiknevate valkude kompleksile. Elektronide lõppaktseptor on sulfaat, mis redutseerub sulfiidini. Hüdrogenaas on oluline mitte ainult H vaid ka laktaadi oksüdeerimisel.
Väävlihingamine. Fumaraatne hingamine. Rauahingamine. Prootonite redutseerimine arhel Pyrococcus furiosus kui ürgne anaeroobse hingamise viis. Metanogenees ja atsetogenees kui karbonaatsed hingamised. Metanogeenid.
Väävlihingamine on protsess, kus elektronide lõppaktseptor hingamisel on väävel. Produktidena tekib väävelvesinik. Väävlihingamist esineb väga palju arhedel. S  H2S.
Desulfaatijate esinemine – leidub merevee anaeroobsetes kihtides ja meremudas, aga ka inimese ja loomade soolestikus . Vees moodustavad mikroaineringeid fotosünteesivate väävlibakteritega, kes toodavad neile väävelvesinikust sulfaati. Sooles konkureerivad metanogeenidega vesiniku pärast.
Fumaraatne hingamine – kantakse ainete oksüdatsioonil ärastatud elektronid fumaraadile, mis redutseeritakse suktsinaadiks. Kompleksis osaleb fumaraadi reduktaas. Fumaraatsete hingajate üheks meelissubstraadiks on vesinik, mis moodustub käärimistes. Tüüpiline on vesiniku ülekanne kääritajate ja fumaraatide vahel. Kasulik elu 2 anaeroobse bakteri vahel – kääritaja ja vesiniku ärakasutaja.
Rauahingamine – mullabakterid suudavad rauaga hingata . Rauahingamisel sab oksüdeerita atsetaati, aga ka aromaatseid aineid. Paljud rauahingajad on võimelised hingama ka mangaaniga. Hüpertermofiilsed ja termofiilsed arhed saavad hingata nii väävli kui ka rauaga. Kuna Fe(III) on lahustumatu, siis peavad rauahingajatel olema mingid mehhanismid kuidas sellest üle saada. Need võivad olla:

Siderodoorid, mis teevad raua lahustuvaks ja transpordivad rakku

Raua redutseerimine toimub raku pinnakomponentide vahendusel – rakumembraanis paiknevad kinoonid annavad elektronid edasi periplasmaatilisele komponendile, need omakorda välismembraanis paiknevatele ja raku pinnal toimub raua redutseerimine.

Mõnel bakteril on näidatud elektrit juhtuvad peened valgulised karvakesed pinnal – nende karvakeste kaudu saavad rakust liikuda elektronid Fe(III) lahustumatute ühendite partiklitele rauahingamisel.
Rauda redutseerivate bakterite vahendusel muutub raud lahustuvaks ja liikuvaks.
Pyrococcus furiosus – arhe . tal on lihtne membraanse hüdrogenaasi vahendusel toimuv anaeroobne hingamine. Elektroni aktseptoriks on prootonid ja moodustunud redutseeritud produkt difundeerub rakust välja. 1) glükolüüsis toimuvad Fd-seoselised oksüdatsioonireaktsioonid (nn ürgne glükolüüs) 2) seal sisuliselt energiat ei salvestata. 3) redutseeritud Fd reoksüdeeritakse membraanis paikneva hüdrogenaasiga, mis redutseerib prootoneid ja suunab neid läbi membraani – tekitab prootongradienti. 4) ATP süntaas sünteesib membraansel fosforüülimisel ATPd.
See võiks olla kõige lihtsam (ürgsem) anaeroobne hingamine.
Atsetogenees ja metanogenees – CO2 kasutamine elektroniaktseptorina. Mõlemad on karbonaatsed hingamised, elektroni doonoriks vesinik. Membraanile luuakse ioongradient, toimub membraanne fosforüülimine. Atsetogeneesil ka substraatne fosforüülimine. Atsetogeneesil toimub ka CO2 fikseerimine AcCoA rajas. Metanogenees – võib käsitleda kui anaeroobset hingamist. Elektroni doonorina sobivad vesinik, formiaat, atsetaat jmt ühendid ja elektroni lõppaktseptoriks on CO2, mis redutseeritakse metaanini. Protsessi käigus toimub membraanpotentsiaali genereerimine ja selle arvel ATP süntees. Metanogeenid on arhed. Methanobacterium, Methanococcus, Methanosarcina, Methanospirillum. Metaani teke toimub anaeroobsetes piirkondades: muda , muld, soolestik, loomavats, termiitide sooles, vee anaeroobsetes kihtides. Metanogeenid on lõplik lüli anaeroobses orgaaniliste ühendite katabolismis. Looduses elavad sageli koos bakteriga, kes H2 toodavad ja osalevad liikidevahelises H ülekandes. Hapnikukartlikud ei ole.
Kemolitotroofia olemus. Sergei Vinogradski. ATP süntees kemolitotroofidel. Kemolitotroofsed bakterid, nende rühmad. Nitrifikatsioon , selle kaks etappi .
Kemolitotroofsed bakterid saavad energiat anorgaaniliste ühendite oksüdatsioonist. Anorgaanilistelt ühenditelt ärastatud elektronid kantakse ETA vahendusel tavaliselt hapnikule ning membraanil moodustuva prootongradiendi arvel sünteesitakse membraansel fosforüülimisel ATP. Selline energia hankimise moodus on omane ainult prokarüootidele. Kemolitotroofsed bakterid jagunevad:

• Nitrifitseerijad – oksüdeerivad ammoniaaki või nitritit
  
• Tioonbakterid – oksüdeerivad redutseeritud S-ühendeid.
  
• Rauabakterid – oksüdeerivad Fe(III)
  
• Vesinikubakterid – oksüdeerivad vesinikku
  
• Vingugaasibakterid – oksüdeerivad CO-d.
  

Kemolitotroofsed bakterid saavad C-allikana kasutada ka CO2, seega on nad kas obligaatsed või fakultatiivsed autotroofid. CO2 fikseerivad Calvini tsüklis. Obligaatsed on spetsialiseerunud anorgaaniliste ühendite oksüdeerimisele ja nad kasutavad CO2 süsinikuallikana. Nad ei talu hästi orgaanilisi aineis, mõningaid orgaanilisi happeid taluvad paremini. Obligaatsed kemolitoautotroofid on nt nitrifitseerijad. Fakultatiivsed aga saavad oksüdeerida nii anorgaanilisi kui ka orgaanilisi ühendeid. Sellised on nt vesinikubakterid, vingugaasibakterid ja osa tiobatsille. Osa kemolitotroofe käituvad miksotroofidena või kemolitoheterotroofidena, saades energiat anorgaaniliste ühendite oksüdatsioonil ja kasutades C-allikana orgaanilisi ühendeid.
Sergei Vinogradski – kirjeldas niitja tioonbakteri, kes saab energiat H2S oksüdatsioonist, mille tulemusena kogunevad rakkudesse ajutiselt väävliterad. Teeb kindlaks et see bakter saab C-allikana kasutada CO2. Teeb esimesena kindlaks kemolitoautotroofse toitumistüübi bakteritel.
Nitrifitseerijad jagunevad 2ks:

Oksüdeerivad NH3  NO2- (substraat on ammoniaak, mitte ammooniumioon) kuuluvad põhiliselt beetaproteobakterite hulka

Oksüdeerivad NO2-  NO3-
Nitrifitseerijate kasv on aeglane, generatsiooniajad pikad. Kemolitoautotroofidest on kõige kiirema kasvuga visinikubakterid. Nitrifitseerijad eelistavad aluselist kk-da. Aluselises kk-s on ammoniaak ioniseerumata kujul, ja just sellisena on ta kasutatav nitrifikatsioonil. Aluselises kk-s on ka CO2 lahustuvus hea. Puhaskultuuris on ammoniaagi oksüdeerijate kasv vaevaline seetõttu et moodustuv nitrit on toksiline. Looduses kasutavad moodustunud nitriti ära teised koosluse mikroobid. Enamus nitrifitseerijaid on obligaatsed kemolitoautotroofid. Nitrifikatsioon on kaheetapiline:

Ammoniaagi oksüdatsioon nitritiks – ammoniaak transporditakse rakku vastava permeaasiga. Elektronide lõppaktseptoriks on hapnik ja membraanil moodustub prootongradient, mis energiseerib ATP sünteesi. 2NH3 + 4O2  2NO2- + 2H2O + 2H+

Nitriti oksüdatsioon nitraadini: NO2- + H2O  NO3- + 2H+ + 2e. Nitrit oksüdeeritakse nitraadini nitriti oksüdoreduktaasiga (NOR). Elektroni lõppaktseptor on hapnik ja hingamisel moodustub vesi. Prootongradiendi arvel sünteesib membraanne ATPaas ATPd.
Redutseeritud väävliühendite oksüdatsioon ja tioonbakterid. Bioleostamine. Vesiniku ja vingugaasi oksüdatsioon, vastavad bakterid. Raua oksüdatsioon, vastavad bakterid. Gallionella ja Marinibacter – limasabaga rauabakterid.
Redutseeritud S-ühendeid oksüdeerivad: fotosünteesivad S-bakterid, Tioonbakterid, Fakultatiivsed tioonbakterid.
Tioonbakterid – saavad energiat redutseeritud S-ühendite oksüdatsioonist. Nad oksüdeerivad väävelvesinikku, elementaarväävlit ja tiosulfaati sulfaadini. Väävliühendite oksüdeerimisel hapestub kk – moodustub väävelhape. Bakterid ise taluvad seda kk-da – on atsidofiilid. Redutseeritud S-ühendid oksüdeeritakse sulfaadiks. Tioonbakterid saavad oksüdeerida So, H2S, tiosulfaati ja sulfitit. Väävli oksüdeerijad saavad väävlit kasutada vaid siis kui nad kinnituvad väävliosakeste oinnale. Seal toimub väävli lahustuvaks muutmine ja rakku transportimine. Elektronid lähevad hingamisahelasse peamiselt tsütokroomide tasemel, ja lõpuks kantakse hapnikule. Membraanil moodustub prootongradient ja selle arvel sünteesitakse ATP. CO2 fikseritakse Calvini tsüklis. Reduktiivjõudu selleks saadakse elektronide vastassuunalisel transpordil NADile. Selleks kulub osa membraanse prootongradiendi energiat.
Bioleostamine – osalevad tioonbakterid. Kasutatakse metallide leostamiseks sulfiidsetest maakidest . Bakterid oksüdeerivad sulfiidse väävli sulfaatseks ja raud(II) raud(III)-ks. Fe(III) on tugev oksüdeerija ja ta oksüdeerib keemiliselt metalle sulfiidsetes mineraalides. Metallid lähevad lahusesse sulfaatidea. Leostuslahusest puhastatakse metallid välja.
Vesinikubakterid – looduses palju, kuna vesinikku moodustub looduses nii keemiliste reaktsioonide kui ka mikroobide vahendusel ja vesinik on hea energiarikas substraat. ka evolutsiooniliselt vanimad eubakterid on vesinikubakterid. Lisaks vesinikule saavad nad kasutada energiaallikana ka väävlit ja tiosulfaati. Saavad energia H2 oksüdatsioonist ja C allikana kasutavad CO2. Kemolitoautotroofid. Nad on kõige kiirema kasvuga kemolitoautotroofid. Terminaalne elektronaktseptor on enamasti O2, mõnel ka NO3-, nitrit, Fe(III). Enamasti on H-bakterid fakultatiivsed kemolitoautotroofid, st saavad kasutada ka orgaanilisi aineid. Suurem osa H-baktereid on aeroobid ja viivad läbi paukgaasireaktsiooni. H-bakterid on enamuses küll obligaatsed aeroobid, kuid eelistavad mikroaeroobseid tingimusi, sest hüdrogenaas on hapnikutundlik ensüüm. Vesinik mis looduses tekib anaeroobses kk-s, saab difundeeruda aeroobsesse kk-da ja olla energiaallikaks vesinikubakteritele. Aga enamasti kasutavad selle ennem ära vesinikku oksüdeerivad anaeroobsed bakterid – metanogeenid ja sulfaatsed hingajad. See on üks põhjus miks obligaatselt autotroofseid H-baktereid on vähe. H-bakteritel peab olema varuks võimalus ka teiste energiaallikate kasutamiseks. Enamik H-baktereid sisaldab ainult membraanset hüdrogenaasi, mis annab elektronid üle ETAsse üle kinooni Cyt b-le ja NAD vaheülekandjana ei osale. Reduktiivjõudu peavad need bakterid tootma elektronide vastassuunalise transpord arvel.
Vingugaasibakterid e karboksidobakterid – aeroobsed bakterid, kes saavad kasvada CO kui ainsa C- ja energiaallika arvel. Nad on fakultatiivsed kemolitoautotroofid. Lisaks CO-le oksüdeeivad nad ka org.ühendeid ja H2. Sageli vaadatakse neid kui H-bakterite alarühma. Looduses väga olulised kui kütuse põlemisel moodustuva CO kahjutustajad. 2CO + O2  2CO2. CO kasutamine on energeetiliselt väheefektiivne. ETA on neil sarnane H-bakterite ETAle, aga komponendid ei ole vingugaasitundlikud.
Raua ja mangaanibakterid – raua ja mangaaniühendeid sadestavad rakkude pinnale paljud prokarüoodid. Kõiki neid saab nimetada rauabakteriteks laiemas mõttes. Kitsamas mõttes on rauabakterid need, kes saavad energiat rauaühendite oksüdatsioonist ja raku C allikana kasutavad CO2. Rauaühendid oksüdeeruvad mitmeti:

Vabanevad huumusest selle lahunemisel, raud oksüdeerub keemiliselt ja sadeneb mikroobide pinnale (raku pind on neg laetud)

Neutraalses kk-s ja aeroobsetes tingimustes oksüdeerub Fe kiiresti keemilisel teel ja sadeneb välja.

Fe ja Mn ühendid võivad oksüdeeruda ka mikroobide ainevahetusproduktide toimel. H2O2 eritatakse rakkude kapslitesse ja neutraalses või veidi aluselises kk-s võib toimuda Fe ja Mn keemiline oksüdatsioon H2O2-ga.

Anaeroobsete fototroofsete bakterite vahendusel

Raua ja mangaani oksüdatsioon kemolitoautotroofsete bakterite vahendusel.
Gallionella ja Marinibacter – kemolitoautotroofsed rauabakterid. Nad armastavad neutraalset pH-d, siis elavad aeroobse ja anaeroobse kk piiril . Gallionella oakujuline rakk, nõgusal küljel lintjas limasaba. Sabasse ladestuvad raua oksüdetsiooniproduktid. Looduses esineb Gallionella mageveekogudes aeroobse ja anaeroobse tsooni piiril. Saab energiat nii väävliühendite kui ka raua oksüdatsioonist. Kui teda kasvatada söötmes kus on H2S, siis puudub tal lintjas saba. Kui aga lisada rauda, siis hakatakse mõne minuti pärast saba eritama. Ta on mikroaerofiil. Marinibacter on obligaatne kemolitoautotroof, mikroaerofiil. Kujult sarnane gallionellale – oakujuline ja keerdus limasabaga. C on olemas nii rakus kui ka limasabas kuid raud ainult limasabas.
Bakteriaalne fotosüntees, selle eripära. Erinevad redutseerijad fotosünteesil. Oksügeenne fotosüntees tsüanobakteritel ja anoksügeenne fotosüntees rohelistel ja purpurbakteritel. Fototroofsete bakterite rühmad. Oska neid ja nende elupaiku iseloomustada. Vinogradski sammas. Halobakterid (ehk haloarhed) kui bakterirodopsiiniga fotosünteesivad prokarüoodid. Bakterirodopsiin lihtsaima prootonpumbana.
Fototroofsed bakterid kasutavad ATP sünteesiks valgusenergiat. Nad on reeglina võimelised autotroofseks kasvuks, kuid mitte kõik. Nt ei ole heliobakteritel ja halobakteritel autotroofset kasvu suudetud tõestada. Valgusenergia konverteerimiseks keemiliseks energiaks on vaja fotosünteesipigmente, milleks on taimedel ning enamikul FS bakteritel klorofüllid. Halobakteritel on fotosünteesipigmendiks bakterirodopsiin. Fotosünteesivad organismid jagunevad 2 rühma:

Oksügeensed e hapnikku tekitavad fotosünteesijad (taimed, vetikad, tsüanobakterid). Kasutavad fotosünteesil CO2 redutseerimisel eksogeense redutseerijana vett, millest vabaneb hapnik.

Anoksügeensed e hapnikku mittetekitavad fotosünteesijad (kõik ülejäänud FS-vad bakterid, nt purpur - ja rohebakterid). Kasutavad eksogeense redutseerijana veest erinevaid aineid, nt redutseeritud S-ühendeid.
Fotosünteesipigmendid – klorofüllid sisaldavad keskse aatomine Mg. Klorofüllid on mittekovalentselt seotud valkudega. Anoksügeensetel fotosünteesijatel on bakteriklorofüllid. Klorofülli pikk hüdrofoobne külgahel seob teda membraanidega. Täiendavateks pigmentideks FS bakteritel on karotinoidid. Nad osalevad valgusenergia juhtimises klorofüllini ja kaitsevad rakku ka fotooksüdatsiooni eest – kustutavad hapnikuradikaale, mis kahjustaksid klorofülli. Karotinoidid ja klorofüllid paiknevad membraanis. Valgust koguvad pigmendid, reaktsioonitsentripigmendid ja nendega seotud valgud koos moodustavad fotosüsteemi. FS pigmendid paiknevad purpurbakteritel rakumembraani sopististel (neid nim kromatofoorideks). Rohelistel bakteritel paikneb osa pigmente klorosoomides. Need on valgulise membraaniga põiekesed, mis paiknevad vahetult rakumembraani all. Klorosoomi ümbritseb ühekihiline membraan .
Purpursed mitteväävlibakterid ja rohelised mitteväävlibakterid on eelistatult fotoorganotroofid. Nad kasutavad CO2 redutseerimiseks orgaanilisi ühendeid. Tavaliselt nad ka assimileeriva neid ning CO2 kasutavad ainult lisasüsinikuallikana.
Anoksügeensed fotosünteesivad bakterid – selle alusel kui suuri H2S c-ne anoksügeensed FS-jad taluvad, jagatakse nad väävli ja mitteväävlibakteriteks. Väävlibakterid taluvad kõrget H2S sisaldust ja mitte S-bakterid ainult madalat. Anoksügeensed FS-jad jagatakse:

• Purpursed S-bakterid
  
• Purpursed mitte-S-bakterid
  
• Rohelised S-bakterid
  
• Rohelised mitte-S-bakterid
  
• Heliobakterid
  

Purpurbakterid – GN. Paljudel gaasivakuoolid. Kõik on üherakulised. Kuuluvad proteobakterite hõimkondadesse. Proteobakteri eellane võis olla purpurbakter. Võivad esineda ka agregaadid. Purpursed S-bakterid kasutavad eksogeense redutseerijana redutseeritud väävliühendeid. Väävliühendite oksüdatsioonil moodustub väävelvesinikust elementaarväävel, mis on vaheproduktiks ja oksüdeeritakse edasi sulfaadiks. Elementaarväävli terad ladestuvad purpursetel S-bakteritel rakku ja rohelistel S-bakteritel väljaspoole rakku. See võib olla seotud rakkude suurusega: purpurbakteritel on suuremad rakud. Enamus on ranged anaeroobid. Aerobioosis pimeduses ei kasva (hapnikuga hingata ei saa). Reeglina fotolitoautotroofid. Redutseerijana fotosünteesil kasutavad redutseeritud S-ühendeid. Vajavad sulfiidi ka S-allikana (ei suuda sulfaati assimilatoorselt redutseerida). Koguvad S teri ajutiselt rakku. Kui H2S sisaldus kk-s langeb, siis oksüdeeritaakse S edasi sulfaadiks. Org ühendeid saavad kasutada väga piiratud määral. Sest tsitraaditsükkel on neil puudulik. Kasutavad org happeid peamiselt täiendava C allikana, harva ka el doonorina. Paljud fikseerivad N2. Purpursed mitteväävlibakterid – eelistava C allikana ja el doonorina org. ühendeid. Ei talu kõrget H2S sisaldust. Tsitraaditsükkel on täielik. Põhiline toitumistüüp on fotoorganoheterotroofia. Saavad fotosünteesida ka rauda oksüdeerides. Kasutavad lisaks rauale redutseerijana ka vesinikku.
Rohebakterid – jagatakse 2 rühma: rohelised S-bakterid ja rohelised mitte-S-bakterid. Mõlemal rühmal on olemas klorosoomid. Rohelised S-bakterid – üherakulised, väikesed. Ranged anaeroobid. Org ühendeid redutseerijana ei kasuta. Fotolitoautotroofid. Viburid puuduvad, rakud ei liigu. Vajavad redutseeritud väävlit, S-allikana, ei suuda sulfaati assimilatoorselt redutseerida. Väga hapnikukartlikud. El doonorina kasutavad sulfiidi, tiosulfaati, vesinikku, elementaarS ja rauda. Rohelised mitte-S-bakterid – niitjad. Libisevalt liikuvad. Eelistavad org ühendeid (fotoorganoheterotroofid).
Oksügeenne fotosüntees tsüanobakteritel – tsüanobakteritel osaleb fotosünteesil 2 erinevat reaktsioonitsentrit, FSI ja FSII. FSII abil toimub vee fotolüüs ja on võimalik vee kasutamine redutseerijana. Valguse toimel ergastatud FSI klorofüllist lüüakse välja elektronid, mis kantakse FSI ETA primaatsele elektroniaktseptorile. Väljalöödud elektronid asendatakse elektronidega, mis tulevad FSII ETAst. FSI klorofüllist väljalöödud elektrone ja kk olevaid prootoneid kasut NADPH sünteesiks. Enamik tsüanobaktereid suudab fikseerida N2. Niitjatel tsüanobakteritel toimub see heterotsüstides, kus nitrogenaaskompleks on kaitstud fotosünteesil eralduva hapniku eest. On fotolitoautotroofid. TCA tsükkel on neil katkestatud.
Vinogradski sammas – pinnal elavad hapnikku tootvad tsüanobakterid, nende all purpursed mitteSbakterid, kõige sügavamal aga anaeroobsed fototroofid – purpursed S-bakterid ja rohelised S-bakterid.
Halobakterid – kuuluvad arhete hulka. Fotosünteesipigmendiks on neil bakterirodopsiin. Seal on valguga seotud karotinoidne ühend – retinaal. Halobakterid on fakultatiivsed fototroofid. Hapniku sisalduse langedes kk lülitub neil sisse bakterirodopsiinil töötav prootonpump, mis võimaldab sünteesida ATPd valgusenergia arvel. Bakterirodopsiin paikneb membraanis punatäppidena. Bakterirodopsiin on väga lihtne prootonpump, tema tööks pole vaja tsütokroome ega muid täiendavaid pigmente.
N2 fikseerimine mikroorganismidel ja N2 fikseerivad mikroobid. Nitrogenaaskompleks ja selle kaitse hapniku eest. Oska nimetada erinevaid võimalusi. Leghemoglobiin. Hüdrogenaas. Vabaltelavad ja sümbiontsed N2 fikseerijad. Heterotsüstid tsüanobakteritel ja neis toimuvad protsessid. Mügarbakterid ja juuremügara teke.
Lämmastikuallikad mikroobidel: NH4+. NO3-, uurea , N2, org ühendid. Ainult prokarüoodid suudavad N-allikana kasutada N2. N2 fikseerijaid on nii bakterite kui ka arhede hulgas. N2 sidujad: aeroobsed heterotroofid , aeroobsed fototroofid (osa tsüanobaktereid), aeroobsed kemolitoautotroofid, anaeroobsed heterotroofid (klostriidid), anaeroobsed fototroofid (purpur, heliobakterid), anaeroobsed kemolitoautotroofid (osad metanogeenid). Sümbiontsed N2 sidujad – sümbioosis kas liblikõieliste taimedega või mitteliblikõielistega. N2 redutseerimiseks NH3-ni kulub palju energiat. See energia saadakse keemiliste ühendite oksüdatsioonist või valgusenergia arvel. Lisaks ATPle läheb vaja veel reduktiivjõudu. Nitrogenaasikompleks koosneb 2st valgust: üks sisaldab rauda ja teine rauda ja molübdeeni. Nitrogenaas redutseerib järkjärgult N2 ammoniaagiks. Selleks kulub palju ATPd ja redutseerijat. Nitrogenaas on väga hapnikutundlik. 1) Azobacteril on väga aktiivne hapnikuhingamine, mis hoiab rakus hapniku sisalduse madalal. 2) N2 fikseerimine toodab kõrvalproduktina vesinikku. Selle oksüdeerimine hapnikuga hüdrogenaasireaktsioonis kaitseb nitrogenaasi. 3) limakapsel takistab hapniku difusiooni rakuni. 4) niitjatel tsüanobakteritel on heterotsüstid, milles nitrogenaas on hapniku eest kaitstud. 5) fakultatiivsed anaeroobid fikseerivad N2 ainult anaeroobsetes tingimustes. 6) mügarbakteritel kontrollib hapniku difusiooni bakteroidini leghemoglobiin. 7) Frankial paikneb nitrogenaas hüüfi otstes moodustuvate põiekestes, milles leghemoglobiin kaitseb teda ülemäärase hapniku eest. 8) looduses kaitsevad aeroobseid N2 fikseerijaid liigse hapniku eest teised bakterid, kes hapnikku ei karda ja seda aktiivselt kasutavad.
Leghemoglobiin – hemoglobiinile sarnase pigmendiga ja seega sellised N2 fikseerivad mügarad on roosad. Leghemoglobiin on vajalik hapnikusisalduse kontrolliks mügarkoes. Ta seob hapniku ja vabastab seda väga aeglaselt.
Hüdrogenaas – kiiresti oksüdeerib moodustuva vesiniku hapnikuga veeks . Sellega hoitakse nitrogenaasi ümbrus hapnikuvaene.
Vabaltelavad N2 fikseerijad – N2 fikseerimine toimub eriti aktiivselt taimede risosfääris, sest sealsed juureeritised on heaks energiaallikaks bakteritele. Veekogudes on väga oluliseks N2 fikseerijaks tsüanobakterid. Ka riisiväljadel fikseeritakse tüanobakterite poolt suures koguses N2. Tsüanobakteritel moodustub fotosünteesi tulemusena hapnik. Seega peavad nad otsima võimalusi kuidas nitrogenaasi kaitsta rakus moodustuva hapniku eest. Heterotsüstid – paks polüsahhariidne kest, mis takistab väliskk-st gaaside difusiooni sinna. Seega on selle sisemus hapnikuvaba. Kui söötmes on N allikas, siis ei ole niidis heterotsüste. Kui aga N-allikas puudub muutuvad osad rakkud heterotsüstideks. Heterotsüst ei tooda hapnikku sest puudub FSI ja II ja ei toimu vee fotolüüsi. Moodustunud ammoonium lülitatakse glutamiini koosseisu ja transporditakse heterotsüstist naaberrakkudesse. Looduses on ilmselt nii et heterotsüste mitte omavad TBd valguse käes fotosünteesivad ja pimeduses fikseerivad N2.
Sümbiontsed N2 sidujad – juuremügarate teket liblikõielisel – Juuremügarates fikseerivad lämmastikku mügarbakterid. N2 fikseeritakse bakteroidina. Bakteroidid on spetsiifilised diferentseerunud rakud, mis moodustavad juuremügaras vegetatiivsete rakkude muundudes. Taimed eritavad flavonoide , mis meelitab kohale mügarbakteri. Mügarbakteri eritab vastuseks nod-faktoreid, mille järel juurekarv kõverdub ja bakter hakkab tungima taimekoesse. Infektsiooniniidi teke – infektsiooniniit on torutaoline kanal juurekoes, mille kaudu toimub taimekudede nakatumine mügarbakteritega. Infektsiooniniit hargneb ja algatab mügara tekke. Bakterid vabanevad infektsiooniniidist taimerakku. Aktiivselt jagunevatest juurerakkudest moodustub mügar. Mittelibliõielistel – aktinomütseedid moodustavad mügaraid mitteliblikõielistel. Infitseerivad puid, põõsaid ja rohttaimi. Ka nende mügarates on leghemoglobiin ja nakatumine bakteritega toimub juurekarvakeste kaudu.
Antibiootikumid ja sulfanüülamiidid kui kemoteraapilised ained. Tea antibiootikumi definitsiooni. Antibiootikumide produtsendid, toimimislookused (märklauad), toimemehhanismid, resistentsuse teke ja levik mikroobipopulatsioonis. Uued perspektiivsed anibiootikumide märklauad bakteritel.
Antibiootikumid ja sulfanüülamiidid – on ained mida kasutatakse bakterhaiguste ravil. Osa neist on saadud keemilise sünteesiga ja osa (antibiotsid) on mikroorganismide poolt sünteesitud. Põhilised antibiootikumide sünteesijad on hallitusseened ning aktinomütseedid (streptomyces). Nad sünteesivad antibiotse aktiivse kasvu lõppedes – üleminekul stats kasvufaasi. Seega võib AB käsitleda sekundaarsete metaboliitidena.
AB definitsioon – mikroobide poolt toodetud keemiline aine, mis väga väikestes kogustes ja selektiivselt inhibeerib teiste mikroorganismide kasvu või surmab neid. Kui AB põhjustab bakteriraku surma, siis on tegu bakteritsiidse AB-ga, kui aga surub alla kasvu siis bakteriostaatiline AB. AB, mis toimib paljudele erinevatele bakteritele, on laia toimespektriga, AB, mis toimib ainult vähestele bakteritele, on kitsa toimespektriga.
AB märklauad rakus – sulfanüülamiid blokeerib foolhappe sünteesi ja raku kasv seiskub. Bakterid ei suuda foolhaper rakku transportida ja peavad seda sünteesima seega on sulfanüülamiidid neile toksilised. Inimesel teistpidi , saavad toiduga. AB rühmad toimemehhanismi järgi/märklaud – 1) rakukesta sünteesi takistavad. 2) Valgusünteesi takistavad. 3)Membraanidele toimivad . 4) DNA ja RNA sünteesile toimivad. 5) Metaboolsed antagonistid. 6)Rakuskeleti valkudele mõjuvad. 7) Siderofooride sünteesi pärssimine.
Uus potentsiaalne märklaud AB-dele bakterirakus – rakuskeleti valgud. Need valgud on tubuliini ja aktiinistaolised, mis on olulised raku jagunemises, raku kuju säilitamises jne.
Resistentsuse teke – resistentsuse võib põhjustada: 1) AB märklaua puudumine. 2) AB mittetungimine rakku. 3) AB märklaua modifitseerumine. 4) AB lagundamine. 5) AB modifitseerimine. 6) AB väljapumpamine rakust. Bakterid pumpavad aktiivselt rakust välja metalle. On selliseid pumpasid, mis pumpavad nii metalle kui AB. Resistentsusgeenid AB-dele saavad bakteripopulatsioonis levida transformatsiooniga, konjugatsiooniga või tranduktsiooniga. Tihti paiknevad resistentsusgeenid kas plasmiididel või transposoonidel (hüppavad geenid).
Inimese normaalne mikrofloora . Normaalse mikrofloora funktsioon ja faktorid , millest selle koostis sõltub. Tingliku patogeeni mõiste. Gnotobiondid. Inimese erinevate kehapiirkondade (naha, mao, suuõõne ja soolestiku normaalne mikrofloora. Olulisimad bakterhaiguste tekitajad.
Inimese keha koosneb umbes 1013 rakust ja koos temaga elab 1014 mikroobirakku. Järelikult normaalse organismi rakkudest on ainult 10% inimese rakud ja 90% mikroobirakud. Aga kuna väikese massiga, siis ei lisa oluliselt inimkeha massile. Enamus on soolestikus. Ka nahal, limaskestadel, suuõõnes, hingamisteedes ja urogenitaaltraktis.
Normaalne mikrofloora – need on mikroorganismid, kes elavad koos inimesega, põhjustamata tavaolukorras tema haigestumist. Sõtlub vanusest toidust jne. Mõjutab kehapiirkonna mikrokeskkond , selle hapniku-, vee- ja toitainetesisaldus.
Tinglik patogeen – mikroobid, kes põhjustavad inimese haigestumist ainult ekstreemsetes tingimustes. Oportunistid ehk juhuseotsijad. Kui organismi kaitsevõime on nõrk, või kui nahka või limaskesti vigastada, võivad nad organismi nakatada.
Gnotobiondid – on organismid, kelle mikrofloora on määratletud. Nad võivad olla steriilsed ehk mikroobivabad loomad, aga ka loomad, keda on eksperimentaalselt nakatatud mingite kindlate mikroobidega. Mikroobivabu hiiri , rotte, merisigu, küülikuid. Lindudel hautakse pojad munast välja steriilsetes tingimustes. Mikroobivabad loomad elavad steriilsetes tingimustes kauem, kui nende tavalised liigikaaslased (u 2x kauem) asteriilsetes tingimustes. Neil on õhem soole limaskest ja toitained imenduvad kiiremini. Mikroobid kes ei põhjusta haigestumist tavalistel loomadel, on patogeensed mikroobivabadele loomadele. Aga nt amöboidsesse düsenteeriasse nad ei nakatu, sest nende sooles pole baktereid kellest amööbid toituvad.
Nahk – nahapind on kuiv ja happeline (happeid toodavad stafülokokid ja higinäärmed). Tüüpilised nahaasukad on stafülokokid ja mikrokokid. Propionibacterium acnes on aerotolerantne anaeroobne bakter, keda isoleeritakse mädastest vistrikest. Brevibacterium on bakter, keda leidub rohkesti jalgade nahal ja kes põhjustab halba lõhna. Kui nahk hoida puhtana, siis on temal ainult normaalne mikrofloora, kes suudab elada nende ainete arvel , mida nahanäärmed eritavad. Kui nahk must, koguneb sinna orgaanikat ja võivad kasvama hakata mikroobid, kes ei kuulu naha normaalsesse mikrofloorasse. Pärast pesu väheneb naha pinna mikroobide arv ruttu, kuid naha normaalne mikrofloora taastub varsti peale pesu. Naha normaalne mikrofloora kaitseb nahka patogeenide eest.
Suuõõne mikrofloora – palju mikroobe, sest suus on pidevalt toitaineid. Osa neelatakse süljega makku, kus nad hävitatakse maomahla poolt. Mitmekesine, sest tingimused erinevad suuõõne eri kohtades. Streptococcus mutans kaariese tekitaja . Nad kinnituvad kapsliga hambaemailile, toodavad käritamisel piimhapet ja see koguneb nende kapslitesse, söövitades hambaemaili augud. Kapsli sünteesil kasutatakse juuretisena sahharoosi.
Magu – toidust ja suuõõnest. Maomahl hävitab enamuse. Tänu happelisele kk-le ei ole maos soodsaid tingimusi ka normaalse mikrofloora kujunemiseks. Alahappelises maos võivad elada ka bakterid, keda kahtlustatakse maohaavade ja maovähi tekkes. Kõige rohkem proteobaktereid.
Soolestik – kaksteistsõrmikus on suht vähe mikroobe. Kui rohkem mikroobe, siis viitab mao alahappesusele. Peensoole alumises osas ja jämesooles palju mikroobe. Soolestikus on rohkem baktereid kui Maal inimesi. Enamus jämesoole mikroobe on anaeroobid. Fakult.anaeroobid. nad toituvad ainetest, mis ülemistes seelekulgla osades seedimata ja imendumata jäävad ( kiudained ) ning ka irdunud sooleepiteelist ja soolelimast. Soolemikrofloora on nagu organ, ta viib lbi reaktsioone, nii kasulikke kui ka kahjulikke . Jämesoolebakterid sünteesivad sooles vitamiine, töötavad ümber sapphappeid ja lagundavad sooles neid toiduaineid, mis peensooles jäid imendumata. Prebiootikumid, soodustavad selektiivselt kasulike soolebakterite paljunemist inimese sooles.
Olulisemad bakterhaigused:
Siberi katk. Bacillus anthracis.
Botulism . Clostridium botulinum .
Koolera. Vibrio cholerae.
Uroinfektsioonid. E. coli, Proteus, Ureaplasma jt.
Difteeria . Corynebacterium diphtheriae.
Düsenteeria. Shigella tüved.
Toidumürgitus. Bacillus cereus, Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, E. coli, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus , Yersinia enterocolitica.
Gaasgangreen. Clostridium perfringens, Cl. histolyticum, Cl. septicum.
Gonorröa. Neisseria gonorrhoeae .
Legionelloos. Legionella pneumophila.
Pidalitõbi. Mycobacterium leprae.
Meningiit. Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae.
Katk. Yersinia pestis.
Kopsupõletik. Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus, mükoplasmad, klamüüdiad.
Sarlakid . Streptococcus pyogenes.
Süüfilis. Treponema pallidum.
Teetanus . Clostridium tetani .
Trahhoom. Chlamydia trachomatis.
Tuberkuloos . Mycobacterium tuberculosis.
Tüüfus. Salmonella typhi.
Läkaköha. Bordetella pertussis.
10 erinevust lüütilise ja lüsogeenses rajas bakteriofaag lambdal
Lüütiline – 1 faas – infektriooni varajases faasis avalduvad geenid, mis kontrollivad järgmise faasi geenide tööd. N-valk – antiterminaator ja Cro valk – lambda repressori antagonist. 2 faas – replikatsiooni ja rekombinatsiooni valgud, Q valk (antiterminaator). 3 faas – avalduvad hilised geenid – pea ja saba valkude süntees, rakkude lüüs. Vabaneb 100 viiruspartiklit raku kohta. 35 min kogu infektsioonitsükkel.
Lüsogeenne – viiruse DNA integreerumine raku kromosoomiga rekombinatsiooni teel. Geen integraas tunneb ära homoloogsed alad ja viib läbi DNA ahelate retsiprookse rekombinatsiooni. Peremeesraku jagunemisega kanduvad viiruse geenid tütarrakkudesse. Järgneb lüütiline tsükkel.
4 erinevust T4 ja Mu vahel
T4 on keerulisema ehitusega. Mu – mõõdukas faag, lüütilise tsükli ja lüsogeense staadiumiga. Mu transponeerub suvalistesse kohtadesse bakteri kromosoomi ja põhjustab seal oma genoomi replikatsiooni käigus ulatuslikke geneetilisi ümberkorraldusi. Mu faagi välja tulekul haaratakse faagi genoomiga kaasa ka külgnevat DNAd. Mu faagiga nakatunud bakterid sisaldavad palju erinevaid mutatsioone.
T4 – nukleiinhape on modifitseeritud, kaitsmaks teda faagi-spetsiifiliste nukleaaside ja rakuliste restriktaaside eest. Struktuursed osad (pea, saba, fiibrid) moodustuvad teineteisest sõltumatult. Infektsiooni tagajäjel inaktiveeritakse raku geenide transkriptsioon ja translatsioon . Vastavalt avaldumise ajale klassifitseeritakse geenid: varajased, keskmised ja hilised geenid.
Levioni geenid: kapsiidivalk, RNAst sõltuv polümeraas, replikaas, lüüsivalk, A-valk (antiretseptor)