Microbiologia generale - nutrizione microbica

La nutrizione microbica

Si definiscono nutrienti le sostanze utilizzate per la sintesi di bioelementi e per la produzione di energia, perciò necessarie alla crescita microbica. Fattori ambientali come la temperatura, il tasso di ossigeno e la concentrazione osmotica nel tempo sono di importanza critica per la coltivazione di microrganismi.

Le richieste nutrizionali comuni

L’analisi della composizione di una cellula microbica rivela che oltre il 95% del peso secco della stessa è costituito da un numero limitato e precisamente da 10 elementi principali definiti macronutrienti, perché la cellula microbica ne necessita in grandi quantità. I macroelementi sono: carbonio, ossigeno, idrogeno, azoto, zolfo, fosforo, potassio, calcio, magnesio e ferro. I primi sei elementi (C, O, H, N ,S e P) rientrano nella composizione di carboidrati, lipidi, proteine ed acidi nucleici, i restanti 4 (K, Ca, Mg, Fe) si trovano nella cellula sotto forma di cationi e ricoprono diverse funzioni.

Tutti gli organismi, oltre che i microrganismi, richiedono oltre che i macroelementi anche micronutrienti/microelementi, la cui presenza è sufficiente in tracce. Questi elementi, fondamentali per la maggioranza delle cellule, sono essenzialmente 6: manganese, zinco, cobalto, molibdeno, nickel e rame. Le quantità necessarie di tali elementi sono talmente basse che le normali tracce su strumenti, terreni di coltura, acqua e vetreria sono sufficienti a garantire la crescita microbica. Il ruolo dei microelementi è quello di costituire enzimi e cofattori, favorendo quindi l’azione di catalisi ed il mantenimento della struttura proteica.

I microrganismi, oltre a necessitare macro e micro nutrienti, molto spesso a seconda di particolari esigenze nutritive, possono richiedere dei particolari nutrienti non comuni. È necessario ricordare che, oltre ad essere disponibili, i nutrienti devono trovarsi in adeguato rapporto rispetto alla necessità dell’organismo.

Le richieste di carbonio, idrogeno e ossigeno

La cellula microbica è spesso capace di soddisfare contemporaneamente l’assunzione di carbonio, idrogeno ed ossigeno. Il carbonio è necessario per la costruzione dello scheletro di qualsiasi molecola organica e, solitamente, i composti che contengono carbonio forniscono anche ossigeno ed idrogeno.

Gli organismi necessitano anche di una fonte di elettroni, poiché il passaggio di elettroni lungo specifiche catene di trasporto e durante le reazioni redox permette di ottenere energia, che poi verrà utilizzata dalla cellula per compiere lavoro. La maggior parte delle molecole organiche che fungono da fonte di carbonio, idrogeno ed ossigeno si trovano spesso in forma ridotta, quindi possono essere un'ottima fonte di energia poiché, avendo elettroni da donare essendo altamente ridotti, posseggono un maggiore contenuto energetico. Quindi le fonti di carbonio sono spesso fonti di energia. Il trasferimento di elettroni da donatori maggiormente ridotti verso accettori maggiormente ossidati fornisce energia.

Gli eterotrofi sono organismi che utilizzano come fonte di carbonio dei composti organici ridotti preformati, molti di essi usano le fonti di carbonio come fonte di energia. Di contro, gli organismi autotrofi usano come fonte unica o principale di carbonio, l’anidride carbonica CO₂; questa non può soddisfare le richieste di energia da parte dell’organismo che risulta costretto ad ottenere energia da altre fonti, come ad esempio la luce o i composti inorganici ridotti.

I microrganismi possiedono una grande flessibilità rispetto all’utilizzo di fonti di carbonio; non esiste in natura nessuna molecola organica che una qualche specie batterica non possa utilizzare a questo scopo.

Tipi nutrizionali dei microrganismi

I microrganismi possono essere classificati in diverse categorie a seconda delle loro richieste nutrizionali. Si è già visto come i microrganismi possano essere suddivisi in autotrofi ed eterotrofi riguardo la natura della fonte preferenziale di carbonio. Le possibili fonti di energia che gli organismi hanno a disposizione sono solo due, l’energia luminosa e l’energia che deriva dall’ossidazione di molecole organiche o inorganiche.

Si definiscono fototrofi gli organismi che utilizzano come fonte energetica la luce; i chemiotrofi sono gli organismi che ricavano energia dai composti chimici organici e inorganici. Per quanto riguarda la fonte di elettroni, anche in questo caso sono possibili due sole fonti; gli organismi litotrofi usano come fonte di elettroni composti inorganici, gli organotrofi estraggono elettroni da composti organici.