Podcast o Mikrobiálny metabolizmus a biogeochemické cykly

Kapitoly

Mýtus o baktériách

Dve tváre metabolizmu

Enzýmy: Pracovníci bunky

Ako sa mikróby stravujú

Kolobeh uhlíka

Nenahraditeľný dusík

Majstri fixácie

Přepis

Jakub: Väčšina ľudí si myslí, že baktérie sú len takí malí 'upratovači' prírody, ktorí všetko rozkladajú. Ale v skutočnosti sú to aj majstrovskí stavitelia, bez ktorých by nevzniklo nič nové.

Barbora: Presne tak, Jakub! Je to jeden z najväčších mýtov. Rozkladajú, áno, ale zároveň tvoria základy pre nový život. Sú to architekti aj demolačná čata v jednom.

Jakub: Takže nie sú len o ničení? To znie zaujímavo. Počúvate Studyfi Podcast, a dnes sa pozrieme na to, ako to títo mikroskopickí makači vlastne robia.

Barbora: Všetko sa to točí okolo metabolizmu. A ten má dve hlavné tváre. Predstav si to ako s legom. Máš katabolizmus a anabolizmus.

Jakub: Lego? Dobre, to mi je blízke. Čo je teda katabolizmus?

Barbora: Katabolizmus je, keď ten veľký, zložitý hrad z lega rozoberáš na jednotlivé kocky. V bunke to znamená, že veľké molekuly sa štiepia na menšie, a pritom sa uvoľňuje energia. Je to fáza rozkladu.

Jakub: A anabolizmus je teda stavanie nového hradu?

Barbora: Presne! Anabolizmus je, keď z tých jednotlivých kociek staviaš niečo nové — napríklad vesmírnu loď. Bunka spotrebúva energiu, aby z jednoduchých molekúl vytvorila zložitejšie. Stavanie a syntéza.

Jakub: A kto sú tí pracovníci, ktorí to všetko robia? Predpokladám, že sa to nedeje samo od seba.

Barbora: Tí pracovníci sa volajú enzýmy. A sú dva typy. Konštitutívne sú ako stáli zamestnanci — sú v bunke vždy, pripravení pracovať, bez ohľadu na to, či je práca.

Jakub: A ten druhý typ? To sú brigádnici na zavolanie?

Barbora: V podstate áno! Volajú sa induktabilné enzýmy. Tie sa vytvoria, len keď je prítomný ich špecifický substrát — takzvaný induktor. Je to veľmi ekonomický systém. Bunka neplytvá energiou na výrobu niečoho, čo práve nepotrebuje.

Jakub: Dobre, takže majú svojich pracovníkov. Ale odkiaľ berú energiu a materiál? Jedia nejaké mikroskopické rezne?

Barbora: Skoro. Ich 'diétu' môžeme posúdiť podľa dvoch kritérií: zdroja energie a zdroja uhlíka. Podľa zdroja energie sú buď fototrofné, ktoré využívajú svetlo, alebo chemotrofné, ktoré získavajú energiu z chemických reakcií.

Jakub: A ten uhlík?

Barbora: Tam sú buď autotrofné, ktorým stačí anorganický oxid uhličitý, alebo heterotrofné, ktoré potrebujú organické látky — podobne ako my. A kombináciou týchto vlastností vznikajú štyri hlavné typy. Napríklad chemoheterotrofy, kam patrí väčšina baktérií a húb, ale aj my, ľudia.

Jakub: Spomínala si, že baktérie sú kľúčové pre život. Ako presne sa to prejavuje v prírode?

Barbora: Perfektná otázka. Najlepšie to vidno na biogeochemických cykloch. Začnime cyklom uhlíka. Rastliny a sinice ho fotosyntézou viažu z atmosféry do organickej hmoty.

Jakub: A potom ich niekto zje...

Barbora: Presne. Chemoheterotrofy, ako napríklad zvieratá, ich zjedia. A keď tieto organizmy zomrú, ich telá sú plné viazaného uhlíka. A tu prichádzajú na scénu naši mikrobiálni hrdinovia.

Jakub: Demolačná čata nastupuje.

Barbora: Presne tak! Rozložia túto organickú hmotu a uvoľnia uhlík späť do prostredia vo forme CO2, ktorý môžu rastliny znova použiť. Bez nich by sa všetok uhlík zasekol v mŕtvych telách a nový život by nemohol vznikať. Tomuto procesu sa hovorí mineralizácia.

Jakub: A čo dusík? Viem, že je ho v atmosfére obrovské množstvo, asi 80 percent.

Barbora: Áno, ale je v podobe, ktorú my ani rastliny nedokážeme využiť. Je to akoby si mal plnú špajzu jedla, ale všetko v neotvoriteľných konzervách. Potrebujeme niekoho, kto nám ich otvorí.

Jakub: A to sú opäť baktérie, však?

Barbora: Kto iný? Cyklus dusíka je fascinujúci. Začína proteolýzou, kde sa proteíny z odumretých organizmov štiepia na aminokyseliny. Potom nasleduje amonifikácia, kde sa z aminokyselín uvoľňuje amoniak.

Jakub: A ten už rastliny vedia použiť?

Barbora: Áno, vo forme amónnych iónov. Ale ešte lepšie sú pre ne dusičnany. Preto nasleduje nitrifikácia. Baktérie ako Nitrosomonas a Nitrobacter premenia amoniak najprv na dusitany a potom na dusičnany, ktoré sú pre rastliny ako päťchodová večera.

Jakub: Dobre, a ako sa ten dusík z atmosféry vôbec dostane do pôdy, aby sa celý tento cyklus mohol začať?

Barbora: Tomu sa hovorí fixácia dusíka. A je to exkluzívna schopnosť len niektorých druhov baktérií. Sú jediné na svete, ktoré dokážu 'chytiť' molekulárny dusík zo vzduchu a premeniť ho na amoniak.

Jakub: To znie ako superschopnosť.

Barbora: Absolútne. A niektoré z nich to robia v úžasnej spolupráci s rastlinami. Napríklad baktérie rodu Rhizobium žijú v symbióze s koreňmi strukovín — hrachom či fazuľou. Vytvárajú na koreňoch také malé hľuzy.

Jakub: A čo z toho majú obe strany?

Barbora: Je to dokonalý obchod. Baktérie dodávajú rastline fixovaný dusík, v podstate ju hnoja zvnútra. A rastlina na oplátku poskytuje baktériám energiu a bezpečný domov. Je to jeden z najkrajších príkladov spolupráce v prírode.

Jakub: Wow. Takže nabudúce, keď uvidím fazuľu, budem myslieť na tie usilovné baktérie v jej koreňoch. Barbora, ďakujem ti veľmi pekne. Bolo to super poučné.

Barbora: Aj ja ďakujem. A nezabudnite, mikróby sú všade a sú to naši najdôležitejší spojenci!

Jakub: To bol Studyfi Podcast. Počujeme sa pri ďalšej téme!