Bakteri Hücre Yapısı

BAKTERİ HÜCRE YAPISI-2011
Hücre tek hücreli mikroorganizmalardan bir çok doku ve kompleks organlara
sahip organizmalara kadar canlıların temel ünitesidir. Dünya, hücre kelimesi ile ilk
defa 1665 yılında İngiliz bilim adamı Robert Hooke sayesinde tanıştı. Kendi
mikroskobu ile bitkilerde hücre yapısı gördü. Bal peteği görünümünde bir çok
hücreden oluşan görünümü çizdi. Bu ve bunu takip eden gözlemler sonucu Alman
bilim adamları Matthias Schleiden ve Theodore Schwann 1838-1839 yılında
hücre teorisini geliştirdiler. Hücre teorisine göre, hücre tüm organizmaların temel
yapısal ve fonksiyonel birimidir.
Hücre teorisinin kabul görmesinin arkasından, hücre içinde yapı konusunda
spekülasyonlar başladı ve bu yapıya protoplasma ismi verildi. Protoplasma Yunanca
ilk anlamına gelen proto ve öz anlamına gelen plasm kelimelerinden türetilmişti.
Protoplasma; protein, su, lipit ve nükleik asitten oluşan jelatinimsi komplekstir.
Protoplasma hareketli bir mebranla çevrili olup bazen sert bir hücre duvarı bulunur.
Her hücrede hücreyi ve çoğalmayı kontrol eden bölgeler bulunur. Bazı hücrelerde bu
yapıya nükleus(çekirdek) ismi verilir ve nükleus nükleer membran ile çevrilidir.
Daha basit diğer bir grup hücrede ise kontrol materyali fiziksel olarak bir membran ile
diğer hücre kısımlarından ayrılmamış halde bulunur. Bu bölge nükleoid olarak
tanımlanır. Her iki hücrede de nukleus ve nukleoid taşıdığı genetik bilgileri
kendisinden gelenlere aktarır. Protoplasmanın kalan kısımları sitoplazma olarak
isimlendirilir.
1
Tek hücreli (unicelluler) organizmalarda tüm yaşam işlemleri bu hücrede gerçekleşir.
Çok hücreli (multicellular) olan bitki ve hayvanlarda hücreler yapı ve fonksiyonlarına
göre doku ve organlar içinde bulunmaktadırlar.
Gerek tek hücreli gerekse çok hücreli organizmalar ortak özelliklere sahiptir :
1.-Çoğalırlar.
2.-Yiyecekleri enerji kaynağı olarak kullanırlar.
3.-Hücre yapı taşlarını sentez ederler.
4.-Atıkları dışarı atarlar.
5.-Çevre değişikliklerine cevap verirler.
6.-Genetik değişikliklere uğrarlar.
Mikroorganizmaların
mikroskobik
incelenmesi
ışık
mikroskobu
veya
elektron
mikroskobu ile yapılır. Bir çok rutin çalışmada ışık mikroskobu kullanılırken, hücre iç
yapısı ile ilgili çalışmalarda elektron mikroskobu kullanılmaktadır.
Mikroskop
çalışmalarının esasında özel bir lens yardımıyla hücrenin görünümünü artırmakta ve
böylece iç yapıları görünür hale gelmektedir. Büyütmeye ek olarak çözünürlük
kavramı vardır. Çözünürlük birbirine yakın iki noktayı ayırma kabiliyetidir. Teorik
olarak büyütmenin sınırı yoktur ama çözünürlüğün vardır. Dolaysıyla çözünürlük
mikroskop gücünü sınırlamaktadır. Tartıştığımız ışık mikroskobunda çözünürlük 200
nm. iken elektron mikroskobunda bunun 1000 katıdır.
Işık mikroskobu mikrobiyolojinin bir bilim dalı olarak gelişmesinde ve rutin
mikrobiyolojik incelemelerde önemli yere sahiptir. Değişik tiplerde ışık mikroskobu
yaygın olarak kullanılmaktadır ; parlak ışık, faz kontrast, karanlık alan, flöresan.
Bunlardan rutin olarak en fazla kullanılanı parlak ışık mikroskobudur. Parlak ışık
mikroskobunda objektif ve oküler olmak üzere iki seri lens vardır. Parlak ışık
mikroskobu ile incelemede incelenen örnek zemin ile farklı bir kontrastta olmalıdır. Bu
kontrast farkı nedeniyle ışık geçişi ve absorpsiyonu farklı olmakta ve cisim görünür
olmaktadır. Ancak bir çok bakteri etrafındaki ortam ile farklı kontrast vermez ve ışık
mikroskobu
ile
doğrudan
görülmeleri
zordur.
Bunun
istisnası
pigmentli
mikroorganizmalardır.
Bir ışık mikroskobunda total büyütme kullanılan oküler ve objektif lenslerinin
sonucudur. Bu büyütmenin üst sınır
genellikle 1500X yakınlarındadır. Büyütmede
2
kullanılan ışık kaynağı ve objektifin özelliği önemli rol oynar. Objektifin ışık toplama
kabiliyeti büyütmesinin göstergesidir.
Kompleks ışık mikroskoplarında görülen en yüksek çözünürlük 0.2 m.’dir. Bu şu
anlama gelmektedir; iki obje arasında mesafe
0.2 m’den küçük ise birbirinden
ayrılmazlar ve tek obje olarak görülürler. Mikrobiyolojide kullanılan bir çok mikroskop
10-15X oküler ve 10-100X objektif kullanmaktadır. Böylece ulaşılan 1000X ile 0.2 m
büyüklüğünde objeler görülebilir. Bazı objektifler yağ ile beraber kullanılır. Bunlara
yağlı immersiyon lensi denilir. İmmersiyon yağı objektifin ışık toplama kabiliyetini
artırır çevreye ışık dağılımını engeller.
Faz kontrast mikroskobu hücre ve onu çevreleyenler arasındaki kontrast farkını
artırmaya
yönelik
olarak
geliştirilmiştir.
Temel
düşünce
hücrenin
ve
onu
çevreleyenlerin çarpan ışığın geçirgenliği açısından farklı olduğudur. Bu mikroskopta
objektif ve kondansatörde özel diyaframlar kullanılmaktadır. Önce diyaframa ve
oradan kondansatöre gelen ışınlar örneğe gelirler. Işığın kırılma etkisini diyaframlar
artırmaktadır. Sonuç olarak parlak çevrede karanlık imaj görüntüsü elde edilmektedir.
Boyasız preparatların kullanılmasına olanak verdiği için sık olarak tercih edilmektedir.
Kalınlığı 0.2 m.’den aza olan ve boyanmayan mikroorganizmaları göstermenin en
güzel yollarından birisi karanlık alan mikroskobu kullanmaktadır. Karanlık alan
mikroskoplarında farklı kondansatörler kullanılmaktadır. Ortası siyah boya ile
karartılmış kondansatörler örneğin sadece oblik ışınlar ile aydınlatılmasını sağlarlar.
Örneğe çarparak kırılan oblik ışınlar objektifde görüntüyü oluştururlar. Karanlık alan
mikroskobunda incelenen mikroorganizmaların hücre bölümlerinde ışık kırma farkı
olmaz. Bu nedenle hücreler bir bütün halinde görülüp, iç detay hakkında bilgi
alınamazlar. Hücre şekli ve hareket gibi temel özellikler izlenebilir.
Flöresan mikroskop florokrom maddelerin flöresan verme özelliğinden yararlanılarak
geliştirilmiştir. Flöresan verme mikroorganzimanın kendi özelliği olabileceği gibi
flöresan boyalar ile boyanması sonucu da oluşabilir. Örneğe bağlanan florokrom
madde UV ışınları ile flöresan verir ve ortaya çıkan flöresan ışın demetlerinin
görüntüyü oluşturmasını sağlar. Flörösan mikroskoplar klinik mikrobiyolojide ve
mikrobial ekolojide sık olarak kullanılmaktadır.
Elektron mikroskop hücre yapısının detaylı incelenmesi için kullanılmaktadır. Hücrenin
iç yapısını ilgilendiren çalışmalarda “transmission electron microscope” (TEM)
3
kullanılması esastır. TEM elektronlar ışık yerine kullanılır. Elektron mıknatısı lens
görevi görmektedir. Tüm sistem yüksek vakum altında çalışmaktadır. Elektron
mikroskop çözünürlük olarak ışık mikroskobundan çok üstündür. Böylece proteinlerin
ve nükleik asidin moleküler büyüklüğü ortaya konulabilir. Ancak önemli bir
dezavantajı vardır. Hücreden son derece ince preparatlar alınarak yapılan bir ön
hazırlık sonrası TEM incelemesi yapılabilmektedir. Bu inceleme esnasında özel TEM
boyaları kullanılmaktadır. Elektron mikroskop ile yapılan bir diğer inceleme “scanning
electron microscopy” (SEM) yöntemidir. SEM yönteminde örnek altın gibi ağır bir
metal ile kaplanmaktadır. Gönderilen elektronlar metal tarafından dağıtılmaktadır ve
görüntü oluşmaktadır. SEM ile 15X kadar düşük ve 100.000X kadar büyük görüntü
elde
etmek
mümkündür.
Ancak
objenin
sadece
yüzeyinin
görülebildiği
unutulmamalıdır.
Boyama

Asit ve baz boyalar

Basit, ayırtedici, özel boyalar

Gram boyama yöntemi

Gram boyama ve aside dirençli boyama yöntemlerinin karşılaştırılması
Bir çok mikroorganizma ışık mikroskopu ile renksiz görünmektedir. Onları görünür
hale getirmenin bir yolu boyamadır. Mikroorganizma boyama işleminden önce lama
sabitlenmelidir yani tespit edilmelidir. Tespit etme işlemi mikroorganizmaları
öldürerek lama yapışmasını sağlamaktadır. Önce mikroorganizma içeren materyal çok
ince bir halde lama sürülür. Buna yayma denilir. Yaymanın havada kuruması
beklenir. Mikrobiyolojide inceleme için kullanılan yaymalarının büyük çoğunluğu
bunzen alevinden birkaç defa geçirilerek tespit edilir. Diğer bir tespit yöntemi
hazırlanan yaymanın üzerine metil alkol dökülerek 1 dakika beklenmesi şeklinde
yapılır. Daha sonra boyama yapılan yayma su ile durulanır ve kurutma kağıtları ile
kurutularak incelemeye hazır hale getirilir.
Boya pozitif ve negatif iyonlarda oluşan bir tuzdur. Bu iyonlardan renkli olana
kromofor denilir. Bazik boyada renkli olan pozitif iyondur, asidik boyada ise renkli
olan negatif iyondur. Bakteri hafif negatif yüklü olup pH 7 civarındadır. Bu nedenle
kristalviyole, metilen mavisi, malasit yeşili ve safranin gibi bazik boyalar ile iyi
boyanmaktadır. Asidik boyalar ile bakteri boyanmaz etraf boyanır. Bakterinin
4
boyanmadığı ama zeminin boyandığı boya şekline negatif boyama denilir. Bakterinin
şekli, büyüklüğü, kapsülün incelenmesinde değerlidir. Bu boyama yönteminde ısı ile
tespit şart değildir. Bu nedenle hücreler büzüşmeden daha rahatlıkla incelenebilir.
Eozin, asit fuksin ve nigrosin asidik boyalara örnek olarak verilebilir.
Mikrobiyologlar asidik ve bazik boyalar ile üç ayrı çeşit boyama yaparlar; basit,
ayırtedici ve özel. Basit boyama yönteminde doymuş halde ve alkolde hazırlanan
boya tespit edilmiş yaymaya uygulanır. Uygulama zaman aralığı boyada boyaya
değişir. Boyama sonrası yayma su ile yıkanır, kurutma kağıdı ile kurutulur. Boya tek
başına uygulandığı gibi mordant denilen katkı maddeleri eklenerek de kullanılabilir.
Katkı maddesi bakterinin boyaya afinitesi artırır, flagellum gibi yapılarının boya ile
kaplanmasını sağlayarak onların daha kalın halde kolaylıkla görünmesine yardımcı
olur. Laboratuvarda kullandığımız basit boyalar arasında metilen mavisi, karbolfuksin,
kristal viyole ve safranini sayabiliriz. Ayırtedici boyalar dediğimiz zaman aklımıza
Gram boyası ve aside dirençli boyama gelir. Gram boyası 1884 yılında Danimarkalı
bakteriyolog Hans Christian Gram tarafından bulunmuştur. En çok kullandığımız
boyalardan birisi olup bakteriler bu boyama ile Gram-pozitif ve Gram-negatif olmak
üzere iki önemli gruba ayrılmaktadır.
Isı ile tespit edilmiş yayma ilk aşamada bazik bir boya, kristal viyole, ile
kaplanmaktadır. Tüm hücreler boyanın rengini, mor, almaktadır. Bu nedenle bu
boyaya primer boya denilir. Kısa bir zaman sonra primer boya su ile yıkanır ve bir
mordant olan iyodin ile kaplanır. Yaymada bulunan tüm bakteriler yine mordur.
Şimdiki aşama ise yaymanın tekrar yıknamasıdır. Ama bu yıkama işlemi alkol ve
alkol-aseton karışımı ile yapılır. Bu solüsyona dekolorizasyon solüsyonu denilir. Bu
solüsyon bazı hücrelerden boyayı alırken bazılardan almayacaktır. Alkol yıkanır ve
yayma bazik bir boya olan safranin ile boyanır. Yayma tekrar yıkanır, kurutma kağıdı
ile kurutulur.
Bakteriler kriatal viyole ve iyodin ile boyandığı zaman sitoplazmalarına boyayı alarak
mor bir renk alırlar. Alkol uygulandıktan sonra boyayı vermeyen bakterilere
Gram-pozitif bakteriler denilir ve hala mor renktedirler. Bazı bakteriler ise alkol
uygulaması sonucu mor renklerini kaybederler ve renksiz hale gelirler, görünmez
olurlar. Bu bakterilere Gram-negatif denilir. Daha sonra uygulana boyaya zıtboya
(“counterstains”) denilir. Gram boyamada zıt boya safranin olmaktadır. Gram-pozitif
5
bakteri sitoplazması boya ile dolu olup mor renkli olduğu için boyayı zıt boyayı almaz.
Ancak Gram-negatif bakteri zıt boyayı alır ve kırmızı olur. Bakteriler arasında farklı
Gram boyanmaya neden olan onların farklı duvar yapısına sahip olmalarıdır. Bu
nedenle kristal viyole-iyodin kompleksinin bakteride kalmasına veya uzaklaşmasına
neden olurlar. Gram-pozitif bakterilerde kalın bir peptidoglikan tabaka vardır. Buna
ilave
olarak
Gram-negatif
bakterilerde,
Gram-pozitif
bakterilerde
olmayan
lipopolisakkarit (lipid ve polisakkarit) tabaka vardır. Kristal viyole iyodin kompleksi
kolaylıkla hücreden içeri girer. Gram-pozitif bakterilerde bulunan kalın peptidoglikan
tabaka alkol ile muamele sonrası boyanın geri çıkmasına engel olur. Ancak Gramnegatif bakterilerde lipopolisakkarit tabaka alkol ile muamele sonrası erir ve ince olan
peptidoglikan tabaka boyanın geri kaçışına engel olamaz. Bunun sonucu Gram-negatif
bakteri boyayı verir ve zıt boya ile boyanıncaya kadar boyasız kalır.
Gram boyası mikrobiyolojide kullanılan en yaygın boyama yöntemidir. Ancak bazı
(1)bakteriler Gram ile boyanmaz ve kötü boyanırlar. Şunu unutmamalıyız ki, (2)Gram
boyası taze kültürlerde iyi sonuç vermektedir. Diğer taraftan (3)Gram boyası
bakterinin neden olduğu enfeksiyon hastalığın tedavisinde yol gösterici olmaktadır.
Gram-pozitif bakteriler penisilin ve sefalosporin gibi antibiyotiklr tarafından kolaylıkla
öldürülmektedirler. Ancak Gram-negatif bakterilerde bulunan lipopolisakkarit tabaka
antibiyotiklerin geçişine genellikle engel olmaktadır.
Aside dirençli boyama bir diğer ayırt edici boyama yöntemidir. Aside dirençli boyama
(ADB)
bakterinin
hücre
duvarında
bulunan
balmumu
materyal
ile
ilgidir.
Mikrobiyologlar ADB yöntemini Mycobacterium tuberculosis (verem hastalığı etkeni),
Mycabacterium leprae (cüzzam hastalığı etkeni) tanımlanmasında kullanmaktadırlar.
Elbette diğer verem etkeni mikobakterilerin tanımlanmasında da ADB kullanılır.
Nocardia türlerinin tanımlanmasında da ADB yöntemi kullanılmaktadır yalnız burada
kullanılan ADB yöntemi biraz farklıdır.
ADB yönteminde ilk uygulanan boya kırmızı bir boya olan karbolfuksindir.
Karbolfuksin boyası yayma üzerine yaymayı tamamen kapatıncaya kadar dökülür.
Yayma alttan ısıtılıp soğutularak boyayı alıp vermesi sağlanır. Daha sonra yaymanın
soğuması beklenir. Yayma su ile yıkanır. Dekolorizasyon işleminde asit-alkol karışımı
kullanılır. ADB-negatif bakteriler bu işlem esnasında kırmızı boyayı tamamen verirler.
ADB-pozitif bakteriler ise kırmızı kalırlar. Karbolfuksin hücre duvarı lipidlerinde asit-
6
alkol karışımından daha iyi erimektedir. Bu nedenle asit-alkol muamelesi sonucu
boyayı vermezler. Dekolarizasyon işlemi zıt boya olarak metilen mavisi kullanılır. Aside
dirençli olmayan bakteriler mavi rengi alırlar.
Özel boyama yöntemi olarak kapsül boyası, endospor boyası ve flagella boyasından
bahsetmek istiyorum. Bir çok bakteri sizlere ilerde anlatacağım bir yapı olan kapsüle
sahiptir. Kapsül bakterinin virulansını gösterir. Kapsülün gösterilmesi klasik boyama
yöntemleri ile mümkün değildir. Çünkü kapsül materyali suda erimektedir. Kapsülün
gösterilmesi için çini mürekebi veya nigrosin gibi boyalar ile bakteri karşılaştırılır ve
negatif boyama yapılır. Daha sonra bakteri basit boyama yöntemi ile safranin gibi
boyalar ile boyanır.
Endospor bazı bakterilerde çevre şartlarının bakteri için olumsuz hale gelmesi sonucu
ortaya çıkmaktadır. Her bakteride görülmez. Doğal olarak çok daha sağlam bir
yapıdır. Klasik boyalr ile boyanın endospor içine girmemesi nedeniyle boyanmaz. En
yaygın kullanılan endospor boyası Schaeffer-Fulton endospor boyasıdır. Hazırlanan
yayma ısı ile tespit edilir. Malasit yeşili primer olarak uygulanır. Uygulama esnasında
alttan ısı uygulanarak 5 dakika boyama yapılır. Isı uygulaması boyanın endospor içine
girmesine yardım eder. Süre sonunda yayma su ile 30 saniye yıkanarak spor dışında
tüm hücrenin boyayı vermesi sağlanır. Daha sonra zıt boya olarak safranin kullanılır.
İyi bir boyama sonucu kırmızı veya mor hücreler içinde yeşil endospor görünümü
karşımıza çıkar. Endospor ışığı kıran bir madde olduğu için normal boyama ile ışık
mikroskobunda görülebilir.
Bakteri flagellası onun hareketi sağlayan yapı olup boyanmadan ışık mikroskop ile
görünmesi küçüklüğü nedeniyle mümkün değildir. Boyama amacıyla mordant
maddeler ve karbolfuksin kullanılır. Bu şekilde flagella daha kalın bir şekilde ışık
mikroskop ile görülebilir hale gelir.
Glikokaliks
Bir çok bakteri kendi doğal ortamında çoğaldığı zaman büyük miktarda hücre dışı
polimer sentez ederler. Bu hücre dışı materyal polisakkarit yapısındadır. Bunun tek
istisnası Bacillus antracis olup poly-D-glutamik asit yapısında kapsülü vardır. Bu
madde sınırları belirgin bir halde bakteri hücresini sıkıca sararsa kapsül adını
almaktadır. Glikokaliks hücre üzerine sıkıca yapışarak durmuyorsa slime adını alır.
Glikokaliks sentezleyen enzimler hücre yüzeyinde bulunur. Oluşan polimer bir çeşit
7
şeker içeriyorsa homopolimer, birden fazla çeşit şeker içeriyorsa heteropolimer ismini
alır. Kapsül bakterinin patojenite özelliklerinden birisidir. Kapsüle özgül antikorlar ile
kaplanmadığı sürece, bakteriyi fagositozdan korur. Slime tabakası ise fagositozdan
korumasa dahi bakterinin katheter, kalp kapakları, protez diğer cihazlar gibi bir takım
yüzeylere yapışmasını sağlar. Örneğin Streptococcus mutans slime tabakası sayesinde
diş minesine tutunabilir ve plak denilen oluşumu ortaya çıkmasına neden olur. Buraya
gelen aynı veya farklı tür bakteriler ile beraber çürük oluşumuna neden olur.
Hücre Duvarı
Hücre duvarı, (1)sitoplazmik membranın dışında yer alan, (2)bakteriye şeklini veren
(3)birden fazla tabakadan oluşmuş, dayanıklı ve kompleks yapıdır. Bakterinin şeklini
verir ve (4)korumasını sağlar, (5)boyanmadan sorumludur, artan iç osmotik basınca
karşı hücreyi patlamaktan korur. (6)Hücre duvarı kendi biyosentezini gerçekleştirerek,
hücre bölünmesinde önemli bir rol oynar. (7)Hücre duvarının değişik tabakaları hücre
yüzeyinin majör antijenik determinant bölgeleridir bu nedenle birçok antibiyotik ve
faj için reseptörleri içermektedir.
Hücre duvar yapısı Gram-pozitif ve Gram-negatif bakterilerde farklılık gösterir. Her iki
grup bakteride ortak olan peptidoglikan tabakadır. Gram-pozitif bakterilerde hücre
duvarı kalın bir peptidoglikan tabaka ve teikoik asitden oluşur. Gram-negatif
bakterilerde ise ince bir peptidoglikan ve dış membrandan oluşmaktadır. Gramnegatif bakterilerde hücre duvarında bulunan dış membranı oluşturan katmanlar
arasında yer alan lipopolisakkarit(LPS) endotoksin aktivitesinden sorumludur. Duvar
genel yapısı ile seçici olmayan bir geçirgenlik gösterir ise de Gram-negatif
bakterilerde dış membran büyük moleküllerin geçmesine izin vermez.
Peptidoglikan (murain, mukopeptid) tabaka Gram-pozitif ve Gram-negatif bakterilerde
ortakdır. Peptidoglikan tabaka N-asetilmuramik asit (NAM), N-asetilglukozamin (NAG)
ve tetrapeptid zincirlerinden oluşur. Peptid zincirleri genellikle L-Alanin, D-Glutamik
asit, Diaminopimerik asit(DIP) ve D-Alaninden oluşmaktadır. Gram-pozitif bakterilerde
DIP yerine L-Lizin veya başka bir L-Aminoasit olabilir. NAM ve NAG birbirine 1-4
bağları ile bağlıdır. Bu bağlar lizozim ile parçalabilir. Tetrapeptidler NAM’e bağlı olup
kendi aralarında D-Alanin ve DIP arasında(Gram-negatif) veya D-Alanin ve
L-
Lizin (Gram-pozitif) arasında tetrapeptid yan zincirleri oluşmaktadır. İskelet yapı tüm
bakterilerde aynı olmasına karşılık tetrapeptid yan zincirler ve çapraz bağlar türden
8
türe değişiklik göstermektedir. Tetrapeptidlerden ilki L-Alanin olup NAM’a bağlıdır.
İkinci aminoasit D-Glutamik asit, üçüncü DIP ve dördüncüsü ise D-Alanindir. Daha
önce de vurguladığımız gibi en değişken olan üçüncü aminoasit olan
DIP
olup
Gram-pozitif bakterilerde DIP aynen kalabildiği gibi yerine L-Lizin veya diğer
L
aminoasitler gelebilir. Gram-negatif bakterilerde lipoprotein tabaka DIP’a bağlanır.
DIP sadece prokaryotik hücre duvarında bulunur. Glikan zincirini oluşturan glikozid
bağları çok güçlü bağlar olmasına karşılık çapraz bağlar ile bu yapı yeterli güçlülüğe
kavuşabilir. Yapının dayanıklılığnı esas olarak veren esnek çapraz bağlardır. Çapraz
bağlar patojen bakterilerde, patojen olmayanlara göre daha fazladır. Bu şekilde vücud
sıvılarında bulunan lizozim etkisine daha dirençli olurlar.
Peptidoglikan Sentezi
Peptidoglikan sentezini basamaklar halinde sıralamak istiyorum.
1.-Otolizin olarak tanımlanan bir grup enzim peptidoglikan monemerleri arasındaki
transglikozid ve transpeptidaz bağlarını yıkar. Böylece yeni sentezlenecek monomerler için yer açılır.
2.-Peptidoglikan monomerleri sitozolda sentezlenir. İlk olarak NAG üridin difosfata
bağlanarak UDP-NAG kompleksini oluşturur. Bazı NAG bileşikleri enzimatik olarak
NAM’a dönüşerek UDP-NAM kompleksini oluşturur. Beş amino asit UDP-NAM’a
9
bağlanarak pentapeptidi oluştururlar. Son iki aminoasit olan D-alanin L-alaninden
oluşturulmaktadır.
3.-UDP-NAM-pentapeptid kompleksi baktoprenola taşıyıcı protein olan baktoprenole
bağlanmaktadır. Enerji UDPmolekülünde bulunan yüksek enerjili fosfat bağından
karşılanmaktadır.
4.-UDP-NAG kompleksi baktoprenola bağlanmış olan NAM-pentapeptid molekülüne
bağlanır. Bu esnada UDP uzaklaşır.
5.-Artık monomer tamamlanmıştır. Tamamlanmış olan monomer baktoprenol
tarafından peptidoglikan tabakada bulunan ve otolizinler tarfından oluşturulan kırık
bölgeye taşınır.
6.-Transglikozidaz enzimi NAM ve NAG arasında glikozid bağlarını oluşturur.
7.-Son olarak transpeptidaz enzimi petid bağlarını oluşturu. Bu esnada son D-alanin
uzaklaştırılır.
Gram-pozitif Bakteri Hücre Duvarı
Peptidoglikan tabaka en az 40 kat olup hücre duvar ağırlığının %50’den, total hücre
ağırlığının ise %10’dan fazlasını oluşturur. Hücre duvarında teikoik asit, teikuronik
asit ve polisakkaritler vardır. Teikoik asit ribitol veya gliserol gibi bir alkol ve buna
bağlı fosfattan oluşmaktadır. Hücre duvarında bulunan 2 tür teikoik asit vardır; duvar
teikoik asidi peptidoglikan tabakaya bağlıdır, membran teikoik asit ise lipoteikoik asit
Gram-pozitif bakteri hücre duvarı
Gram-negatif bakteri hücre duvarı
de denilir ve sitoplazmik membrana bağlıdır. En fazla mezozomda bulunur. Bazı
Gram-pozitiflerde duvar teikoik asit bulunmaz. Membran teikoik asit her zaman
gliserol içerir ve gereklidir. Teikoik asit Mg++ iyonlarına bağlanarak hücre içine
girmesini sağlar. Mg++ duvar sentezinde enzimler için kofaktördür. Teikoik asit aynı
10
zamanda fajlar için reseptör görevini yapar. Teikoik asit Gram-pozitiflerde majör
yüzey antijenlerini de oluştururlar. Teikoik asit negatif yüklü olduğu için pozitif yüklü
iyonların(katyonların) bağlanması ve hücre içi ve dışına alınmasının kontrolünden
sorumludur. Böylece 3 görev tanımını yapmış olduk; katyonların içeri alımı ve dışarı
atılması, hücre çoğalması, antijenik reseptör görevi. Bakterinin bulunduğu ortamda
fosfat yoksa teikoik asit teikuronik asit sentezlenir. Duvarda bulunan polisakkarit
mannoz, arabinoz, galaktoz, ramnoz gibi nötral ve glukozamin, glukronik asit ve
mannuronik asit gibi asit şekerlerden oluşmaktadır. Örneğin aside-dirençli bir bakteri
olan
Mycobacterium
tuberculosis
hücre
duvarı
mikolik
asit
içermektedir.
Mycobacterium tuberculosis Gram boyası ile boyanır ve Gram-pozitif olarak kabul
edilir.
Gram-negatif
Gram-negatif bakterilerde ince bir peptidoglikan tabaka (1, 2 kat) üzerinde
lipoprotein tabaka, dış zar ve lipopolisakkarit tabakadan oluşan hücre duvar yapısı
görülmektedir.
Lipoprotein peptidoglikan ve dış membran arasındadır. Türe özgül değildir.
Peptidoglikan tabakasında bulunan DAP grubuna bağlıdır. Dış membrana lipid kısmı
girmiştir. Dış membranı stabilize eder. Dış ve iç membranlar arsındaki boşluğa
periplazmik aralık denilir. Lipoproteinler bu aralıkta yer almaktadır. Periplasmik aralık
yüksek konsantrasyonda yıkıcı enzimler ve taşıyıcı proteinler içeren sıvı bir kısımdır.
Dış membran diğer membranlardan farklı yapıdadır. Lipoprotein tabakaya bağlı
fosfolipidlerden başlamaktadır. Üst kısımda ise yine fosfolipidler olmasına karşılık LPS
ile devam etmektedir. LPS tabakanın lipid kısmı fosfolipidler içine gömülü halde iken
polisakkarit (PS) kısmı dış membrandan çıkıntılar halinde uzanmaktadır. Fosfolipid
matriks içine gömülmüş özgül proteinleri içermektedir. Periplazmik sahadaki
proteinlerin ayrılmasını engellerler. Dış membran hidrofobik molekülleri hücre dışına
atabilme yeteneğine sahiptir. Diğer biyolojik membranlarda bulunmayan bu özellik
sayesinde bakteri safra tuzları etkisinden korunmaktadır. Yapısındaki lipidlerden
dolayı dış membranın hidrofilik molekülleri içine alamayacağı düşünülürken porin adı
verilen kanalların varlığı gösterilmiştir. Enterik bakterilerde hücreyi konak hücrenin
hidrolik enzimlerinden ve safra tuzlarından korur. Bu proteinlere kısaca Omp denilir.
Porin proteinler dış membranın iki yüzüne penetre olan proteinler olup kendilerini
11
kodlayan genlere göre OmpC,D,F, PhoE gibi isimler almaktadır. Dış membrandaki bu
majör proteinler şeker, amino asit ve belirli iyonlar gibi düşük molekül ağırlıklı
hidrofilik bileşiklerin hücre içine pasif difüzyonunu sağlar. Dış membran proteinleri
aynı zamanda fajlar ve bakteriyosinler için reseptör görevi görmektedir. Büyük
molekül ağırlıklı antibiyotikler dış membrandan oldukça yavaş penetre olmaktadırlar.
Dış membran permeabilitesi türler arasında değişiklik göstermektedir. Omp A dış
membranda en fazla görülen protein olup dış membranın peptidoglikan tabakaya
bağlanmasında rol alır. Omp A ayrıca bakteriyofaj ve diğer bakteri pilusları için
reseptör
görevi
görür.
Dış
membranda
vitamin
B12
ve
demir
siderofor
komplekslerinin transportunda görevli porinler bulunmaktadır. Bunlara ek olarak dış
membranda bazı minör proteinler de bulunmaktadır. Fosfolipaz, proteinaz ve bazı
PBP’leri saymak mümkündür.
Lipolisakkarit tabaka üç kısımdan meydana gelmektedir; Lipid-A, Kor ve Tekrarlayan
Üniteler. Lipid A Gram-negatif bakterilerin toksik etkisinden sorumludur. Fosforile
olmuş glukozamin disakkarit ünitelerinden oluşmuştur. Ayrıca bu yapıya uzun zincirli
yağ asitleri eklenmiştir. Kor kısmı 7 karbonlu olup bütün Gram-negatif türlerinde
aynıdır. Tekrarlayan üniteler antijenik özgüllüğü verir. Antijenik özgüllük üçlü
şekerlerin
konfigürasyonuna bağlı. Polisakkarit bakteri hücresinin major yüzey
antijenidir ve O Antijeni adını
alır. LPS tabaka Gram-negatif bakterilerin
endotoksinidir. Hücre yüzeyine sıkıca bağlı olup sadece hücre parçalandığında açığa
çıkar. LPS Lipid A ve polisakkarit olarak ayrıştırıldığında gerçek toksik etkiden
Lipid-A’nin sorumlu olduğu görülmektedir.
Gram-negatif bakterilerin bazılarında dış membran LPS yapısı bulunmamaktadır. Bu
bakterilerde LPS
yerine LOS
bulunmaktadır. Tekrarlayan
ünite kısa
zincirli
oligosakkaritler olduğu için LOS denilmektedir.
İç ve dış membranlar arasındaki aralığa periplazmik aralık denilmektedir. Hücre
hamcının %20-40’ını oluşturmaktadır. Periplazmik aralıkta bulunanlar aşağıdadır.
Bağlayıcı proteinler
Amino asit, şeker, vitamin, iyon
Detoksifiye enzimler
-laktamaz,aminoglikozid fosforilaz
Hidrolitik enzimler
Alkalen fosfataz, 5’-nükleotidaz
Ayrıca membran kaynaklı oligosakkaritler, D-glukoz polimerleri ve gliserol fosfat.
12
Özellikler MDO (membran kaynaklı oligosakkaritler) osmoregülasyonda rol oynar ve
antibiyotiklerin tutunmasına neden olur.
Aside-Dirençli Bakterilerin Hücre Duvarı
Tıbben
önemli
olan
aside
dirençli
bakteriler
Mycobacterium
tuberculosis,
Mycobacterium leprae, Mycobacterium avium-intracellulare complex ve Nocardia
türleridir.
Aside
dirençli
bakteriler
Gram-pozitif
yapıdadır. Hücre duvarında peptidoglikan
yapısına ilave olarak glikolipidler bulunur.
Örneğin
mikolik
Mycobacterium
asit
hücre
tuberculosis’de
duvarının
%60’ını
oluşturur. Mycobacterium hücre duvarında
ince
bir
peptidoglikan
Peptidoglikan
yapı
yapısı
bulunur.
arabinogalaktan
(D-
arabinoz ve D-galaktoz) ile devam eder.
Arabinogalaktan
mikolik
asit
içeren
membrana bağlıdır.
Arabinogalaktan/mikolik asit tabakası serbest lipid, glikolipid ve peptidoglikolipid
içeren polipeptid ve mikolik asit tabası ile kaplıdır. Diğer glikolipidler arasında
13
dış
lipoarabinomanna ve fosfatilinositol mannoside sayılabilir. Tıpkı Gram-negatif
bakterilerde olduğı gibi dış membran porin içermektedir. Bu porinler küçük hidrofilik
moleküllerin duvardan geçişi için gereklidir. Dış membran yüzeyinde tür ve şuşlarda
farklılık gösteren proteinler bulunur. Peptidoglikan ve sitoplazmik membran arasında
jelatinöz bir yapı gösteren periplasm bulunur.
Hücre Duvarını Etkileyen Enzimler
Lizozim peptidoglikan omurganın -1,4 bağını etkiler. Ter, tükrük ve nasal
sekresyonda bulunur. Gram-pozitif bakteriler lizozim ile muamele edilirse duvarsız
şekil protoplast oluşur. Normal olarak Gram-negatif bakteriler lizozim tarafından
etkilenmez. Eğer hücreler önce EDTA daha sonra Lizozim ile muamele edilirse duvar
kalıntılarına sahip olan sferoplast oluştururlar.
Bakterilerin kendileri de otolizinler ve peptidoglikan tabakaya bağlanan hidrolitik
enzimler salgılarlar. Bu enzimler hücre üreme ve bölünmesinde önemli fonksiyonlara
sahipdir. Ayrıca ölü hücrelerin ortadan kaldırlması (otoliz) gibi önemli bir fonksiyona
sahipdir.
L-formları bakteri hücre duvarının lizozim veya penisillin gibi duvarı etkileyen bir
antibiyotikle muamele edilmesi sonucu oluşur. Eğer bu hücreler üreyebiliyor ve
bölünebiliyor ise L-formları adını alır.
L-formlarının bazıları indükleyici etkinin ortadan kalkması ile tekrar ana forma
dönebilir. Bazı bakteri türleri ise ortada indükleyici etki olmaksızın L-formlarını
oluştururlar. L-formlarının gerek antibiyotik etkisi ile ve gerekse kendiliğinden
oluşması sonucunda infeksiyon kronikleşir. L formlarının kültürü zordu. L formları
penisilin etkisiyle lizozim etkisinden daha kolay oluşurlar.
Sitoplazmik Membran-Hücre Membranı
Sitoplazmik membran 8 nm. kalınlığında ince bir membran olup sitoplazmayı
çepeçevre sarmaktadır. Bu yapı sitoplazma içindekileri çevreden korumaktadır.
Membranın bütünlüğü bozulur ise hücre yapısı bozulur ve sitoplazma dışarıya akar,
hücre ölür. Ancak sitoplazma aynı zamanda seçici bir geçirgenlik göstermektedir. Bu
geçirgenlik sayesinde özel moleküller hücre içine girebilir ve hücre içindeki atıklar
dışarıya atılabilirler.
14
Sitoplazmik membran iki katlı fosfolipid bir yapı göstermektedir. Fosfoglid yapı
hidrofilik gliserol ve hidrofobik yağ asitlerinden oluşmaktadır. Yağ asitlerinin farklı
özellikler taşıması ve gliserole bağlı farklı fosfat içeren gruplar farklı sitoplazmik
membranların
oluşumuna
neden
olmaktadır.
Sitoplazmik
membranda
ayrıca
membranda boydan boya uzanan çeşitli proteinler bulunmaktadır. Prokaryotik hücre
sitoplazmik membranları ile ökaryotik hücre membranları benzerlik göstermektedir.
Ancak
ökaryotik
hücre
membranlarında
bulunan
sterol
prokaryotik
hücre
menbranlarında bulunmaz. Bunun tek istisnası hücre duvarı olmayan Mycoplasma
türleridir. Ayrıca prokaryotik hücre duvarlarında bulunan hopanoidler sitoplazmik
membrana dayanıklılık verirler ve ökaryotik hücrelerde bulunmazlar.
Sitoplazmik Membran Fonksiyonları :
1.-Seçici geçirgenlik ve transport
2.-ETS
3.-Hidrolitik enzimlerin salınması
4.-Biyosentez
5.-Çeşitli taksis uyaranlarına karşı reseptörler içermesi
Sitoplazmik membran fonksiyonları içinde seçici geçirgenlik ve transport fonksiyonu
önemli bir yer tutmaktadır. Sitoplazma tuz, şeker, aminoasit, vitamin, koenzim ve
diğer çözünebilir materyalleri içermektedir. Sitoplazmik membranın hidrofobik özelliği
nedeniyle
bazı
küçük
hidrofobik
moleküller
membrandan
diffüzyon
yoluyla
geçebilmektedir. Hidrofilik olan ve elektriksel yük yaşıyan moleküller ise sitoplazmik
membrandan geçememektedirler. Küçük bir yapı olan H+ iyonu membrandan
geçemez ama yeterince küçük olan ve elektriksel yük taşımayan su molekülü
15
membrandan geçebilir. Görüldüğü gibi membran geçişinin ilk aşaması pasif difüzyon
olup aşağıdaki tabloda pasif difüzyon ile geçebilecek çeşitli moleküller verilmektedir.
Yandaki tabloda suyun geçişi 100
kabul edildiği zaman çeşitli moleküllerin membrandan pasif difüzyon ile
geçişi görülmektedir. Bu tablo bize
bakteri için hayati önem taşıyan bir
çok
melokülün
membrandan
difüzyon ile geçemeyeceğini göstermektedir.
Bakteri hücresi kendisine gerekli olan moleküllerin büyük bir çoğunluğunu proteinlere
bağlı olarak taşımaktadır. Bu taşıma sistemleri enerji gerektirmektedir.

Basit Taşıma

Grup Translokasyonu

ABC Sistem
Şekil(a) proton kuvveti ile substratın taşınması
göstermektedir. Şekil(b)’de ise grup translokasyonu ile taşıma görülmektedir. En aşağıda kısaca ABC olarak adlandırılan ve 3 aşamalı
olan sistem görülmektedir. İlk aşamada periplazmik aralıktaki proteinlere bağlanarak gelen
substratın 2. aşamada membran proteinlere
bağlandığı ve 3. aşamada ATP’nin 3. bir
protein tarafından hidrolize edilerek gerekli
enerjinin sağlandığı görülmektedir.
16
Membran kanalları prokaryotik
hücrede
12
alfa
heliksinden
oluşmaktadır. Aşağıdaki şekilde
ise sadece membrandan kanallarını oluşturan proteinleri kullanarak yapılan 3 değişik geçiş
görülmektedir. Uniporter sadece
substratı gececeği yöne taşıyan
bir proteindir. Symporter ise iki
değişik
substratı
aynı
yöne
taşıyan proteindir. Antiporter ise
iki ayrı substratı karşılıklı taşıyan
proteindir.
Yukarıda grup translokasyonu görülmektedir. Grup translokasyonunda taşınan Grup
substrat geçiş esnasında kimyasal olarak değişikliğe uğrar. Grup translokasyonuna en
iyi örnek glukoz, mannoz, fruktoz gibi şekerlerin fosfortansferaz sistemi ile geçiş
esnasında fosforile edilmeleridir. Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi Enzim IIc geçiş
esnasında fosfat vererek substratı fosforile etmektedir. Enzim I, Hpr ve Enzim IIa
sitoplazmik proteinler iken Enzim IIb ve Enzim IIc membran proteinleridir. Enzim I ve
Hpr özgül olmayan
komponentler
iken
Enzim II
her şeker
için
özgüllük
17
göstermektedir. Metabolik ara ürün olan fosfoenolprüvattan sağlanan yüksek enerjili
fosfat bağı fosfotransferaz sistemine aktarılmaktadır.
“peripasmic binding protein
transport”
kısaca
ABC
dediğimiz peripasmik bağlayıcı proteinlere dayalı taşıma
sistemi yanda görülmektedir.
Daha önce de gördüğümüz
gibi
periplasmik
sahada,
periplasmik bağlanma proteini olarak tanımlanan bir çok
protein vardır.
ABC sistemi üç komponentten oluşmaktadır. İlk komponent periplasmik bağlayıcı
proteinler, ikinci komponent membranda kanalı proteinleri ve üçüncü komponent ise
ATP hidrolizi ile gerekli enerjiyi sağlayan komponenttir. Prokaryotlar için 200’den fazla
ABC sistemi tanımlanmıştır. Enteresan olan nokta ise periplasmik aralık olmayan
Gram-pozitif bakterilerde de bu sistemin bulunmasıdır. Gram-pozitif bakterilerde
periplasmik saha proteinleri yerine sitoplazmik membranda sabit olan proteinler
bulunmaktadır. Bu proteinler bağladıkları substratı kanal proteinlerine iletmektedirler.
ETS içinde yer alan sitokromlar, diğer enzim ve komponentler(flavoprotein, kinonlar,
demirli
proteinler
ve
dehidrogenazlar)
bakterilerde
sitoplazmik
membranda
bulunurlar. Sitoplazmik membran solunum ve oksidatif fosforilasyon görevlerini yerine
getirmektedir.
Bakteriler sitoplazmik membrandan salgıladıkları hidrolitik enzimler ile sitoplazmik
membran dışındaki besin maddelerini küçük ve taşınabilir parçalara ayırılar. Gramnegatif bakteriler hidrolitik enzimlerini periplazmik aralığa, Gram-pozitif bakteriler ise
dış ortama salrlar. Bakteriler kendileri için patojenite faktörü olan enzim ve toksinleri
de sitoplazma dışına salarlar.
Bakteriler sitoplazmalarında bulunana enzimler ile hücre duvarı, fosfolipid ve DNA
sentezlerini
yaparlar.
Sitoplazmik
membran
biyosentez
de
önemli
bir
rol
oynamaktadır.
18
Sitoplazmik membranın hücre içine doğru yaptığı girintilere mezozom denilir. Septal
ve lateral olmak üzere iki tip mezozom bulunmaktadır. Septal mezozom hücre
bölünmesi sırasında kromozomun tutunduğu bölgedir. Replikasyonun başladığı
septumun oluştuğu yerdir. Lateral mezozom ise plazmidlerin çoğalmasında ve spor
oluşumunda rol oynamaktadır.
Sitoplazmik membran üzerinde flamentous tempature sensitive olarak isimlendirilen
ve Fts olarak ifade edilen bir grup protein vardır. Bu proteinler divisom olarak
tanımlanan bölünme aygıtını oluştururlar. Bu proteinler FtsZ, FtsA, FtsI ve FtsK’dır.
FtsI peptidoglikan tabakasının sentezinde transpeptidasyon enzimi olarak görev
yapar. Mikoplazmalar hariç tüm öbakterilerin sitoplazmik membranlarında yer alırlar.
Bunlar aynı zamanda etkilerini hücre duvar sentezini bozarak gösteren penisilinlerin
hedefleridir. Enzimlere bu nedenle penisilin bağlayan proteinler de denmektedir.
Sitoplazma ve Sitoplazmik Yapılar
Bakteri sitoplazması su, çeşitli iyonlar, metabolitler (biyosentez ve katabolizma
sonucu oluşan) ve makromoleküller (protein, nükleik asit ve garanüller) içeren
saydam, koloidal sistemdir.
Prokaryotik hücrelerde mitokondri ve kloroplast gibi kendiliklerinden çoğalan
plastidler bulunmaz. Elektron transport sistemi sitoplazmik membranda yer alır.
Ancak elektron mikroskobu ile sitoplazmada çok sayıda ribozomların bulunduğu
gözlenmiştir. Ayrıca bir çok bakterini sitoplazmasında plazmidler ve transpozonlar
bulunabilir.
Nukleoid
Ökaryotlarda nukleusun bakterilerdeki karşılığı olan nükleoid, sitoplazmada DNA’nın
lokalize olduğu alandır. Feulgen boyası ile boyanmış preparatlarda ışık mikroskobu ile
ayrı bir bölge olarak görülebilir. Elektron mikroskop ile yapılan ileri çalışmalar
sonucunda nükleer membranının ve mitotik aygıtının olmadığı saptanmıştır.
Kromozom ise içerdiği proteinler nedeniyle granüler olarak görülmektedir. Nükleoid
yapısının büyük bir kısmını DNA oluşturur, ayrıca RNA, RNA polimeraz ve proteinler
de bulunmaktadır. Histon bulunmaz. Ancak bakterilerde histon benzeri proteinler
olduğu
ve
bu
proteinlerin
histonların
işlevini
gördüğü
bilinmektedir.Bakteri
kromozomu çift sarmallı tek bir kromozomdur. Çembersel bir yapı gösterir ancak
kendi üzerine kıvrılmış bir yumak halinde bulunur. Açılmış bakteri kromozomunun
19
boyu yaklaşık 1 mm. civarındadır. Bazı bakterilerde çembersel değil lineer kromoz
bulunduğu gösterilmiştir. Bakteriler tek bir kromozoma sahip olduklarından, bölünme
sırasında kromozomların bölünmesine yardımcı olacak mitotik aygıta ihtiyaçları
yoktur. Replikasyon sonucu oluşan ürünler koordineli bir biçimde yavru hücrelere
bölüştürülür. Elektron mikroskop ile yapılan incelemelerde bakteri kromozomunun bir
ucu ile sitoplazmik membranın içeriye doğru yapmış olduğu girintitye tutunduğu
gözlenebilir. Bu bölgeye mezozom adı verilir. Bu bölge hücre bölünmesinde işlev
yapar (septum bu bölgede oluşur).
Plazmidler
Plazmidler
küçük,
çembersel
kromozom
dışı
DNA
parçacıklarıdır.
Bakteri
kromozomondan bağımsız olarak çoğalabilirler ve bakteriden bakteriye aktarılabilirler.
Plazmidlerin varlığı bakteriler için şart olmamakla birlikte Gram-pozitif ve Gramnegatif bakterilerde sitoplazmalarında bulunurlar. Plazmidlerde bir veya daha fazla
antibiyotiğe, ağır metal tuzlarına ve UV ışınlarına direnç gibi özellikleri kodlayabilirler.
Ayrıca plazmidler bakterilere fibria, hemolizin ve ekzotoksin yapma özellerini
kazandırabilirler.
Transpozonlar
Serbest hareket etme özelliğine sahip DNA parçacıklarıdır. Bir genomdan kalkıp başka
bir genoma yerleşebilirler. Bu yer değiştirme, bakteri DNA’sı, plazmidleri ve
bakteriyofajlar arasında olabilir. Bunlara sıçrayıcı genler denilmektedir. Plazmidlerden
farklı olarak bağımsız olarak çoğalamazlar. Direnç genleri taşımaları açısından
önemlidirler.
Ribozomlar
Temel yapıları RNA olan ribozomlar bilindiği gibi protein sentezinin yapıldığı yerdir.
Hücre RNAsinin %80’i ribozomlarda bulunmaktadır. Bakteriyel ribozomlar 30S ve 50S
alt birimlerden olu$an toplam 70S büyüklüğündedir (S: sedimentasyon hızı birimi olan
Svedberg iinitesini ifade eder). Ökaryotlarda ise 80S büyüklüğündeki ribozomlar 40S
ve 60S alt birimlerinden oluşmuştur. Ayrıca bakteriyel ribozomları oluşturan RNA ve
proteinler ökaryotlarınkinden önemli farklılıklar gösterir.
Granüller
Bakteriler genellikle ceşitli maddeleri granüller içerisinde depolarlar. Kompleks
polimerler halinde depolanan bu maddeler genellikle enerji ve besin deposu olarak
20
işlev gorürler. Nitrojen, fosfor, fosfat kaynaklannın yetersiz olması, pH düşüklüğü gibi
uygunsuz koşullarda bakteri granüllerini kullanır. Örneğin ortamdaki
fazla lipid
Myobacterium, Bacillus, Azobacter, Spirillum gibi bazı bakterilerde poly-P-hydroxy
butyric acid polimerlerine dönüştürülür. Lipid granülleri Sudan boyası ile
gösterileblir. Polisakkaritler ise ise glikojen ve nişaşta gibi glikoz polimerlerine
düştürülerek depolanir. Polisakkarit granülleri iyot boyaları ile boyanabilirler. Sülfür
bakterileri olarak anılan ve Thiobacillus cinsine bağlı bakteriler enerjiyi sülfür
bileşiklerinden elde ederler. Bu bakteriler sülfür granülleri içerirler ve gerektiği zaman
enerji temini için kullanırlar. Karbon kaynağı olarak karbondioksit kullanan fotosentez
yapan bakterilerin karbondioksiti sabitlemek için ribulose 1,5-diphosphate
carboxylase enzimi kullanırlar. Cyanobacteria ve Thiobacilli gibi bakteriler enzimi
carboxysomes granülleri şeklinde depolarlar. Birçok bakteri aynca ATP sentezinde
kullanmak uzere gerekli olan inorganik fosfatı polifosfat granulleri halinde
depolamaktadir.
Bu
polifofat
granullerine
volutin
cisimcikleri
ya
da
metakromatik granüller adı da verilmektedir. Çünkü bu granüller metakromazi
gösterirler;
yani
bakteri
boyalan
ile
zıt
renkte
boyanirlar
Bu
granüller
Corynebacterium cinsi bakterilerin karakteristik bir özelligidir. Yine bazı bakterilerde
gaz vakuolleri bulunur.
Magnetozom demir minerali olan magnetit (Fe3O4) içeren hücre içi partiküllerdir.
Flagella
Bakterinin çok ince, protein yapılı uzantılarıdır. Çapları 12-20 nm. Arasında
değişmektedir. Hareket organalleridir. Basillerde ve kıvrık bakterilerde bulunurlar.
Sayıları bir kaç taneden yüzlerceye kadar değişmektedir. Bakterilerde 4 farklı şekilde
yerleşmektedir. Aşağıdaki şekilde de görüldüğü gibi; tek bir polar flagella(monotiriş),
her iki kutupda birer flagella(amfitiriş), bir kutupda birden fazla (lofotiriş) ve
bakterinin bütün yüzeyinde(peritiriş) olabilir. Aşağıdaki şekilde sağda faz-kontrast
mikroskop görüntüsü verilen bir monotriş basil, sağda ise 4 tip görülmektedir.
21
Flagella yapısı son derece komplektir. Aşağıda flagella yapısı görülmektedir.
Şekilde görüldüğü gibi flament, dirsek ve bazal cisimcik bölgelerinden oluşmaktadır.
Gram-negatif bakteride bazal cisimcik 2 çift disk ile bakteriye bağlıdır. Bu disklerlerde
bir çifti sitoplazmik membranda olup S-M ismini alır. Diğerleri peptidoglikan (P) ve
LPS tabakada (L) yer almaktadır.
Flagella
flagellin
olarak
isimlendirilen helikal yapı
gösteren protein alt birimlerden meydana gelmiştir.
Flagellin antijeniktir gösterir
ve bakterilerin H antijenini
oluşturmaktadır.
olarak
ortadan
Mekanik
kaldırılan
flagella bakteri tarafından
3-6
dakikada
tekrar
oluşturulur.
Gram-pozitif bakteride ise sadece S-M diskleri vardır. Sitoplazmik membranda yer
alan S-M disklerinin etrafında Mot proteinleri, iki disk arasında ise fili proteinleri
bulunmaktadır. Mot proteinlerinde oluşan proton akışı sonucu oluşan elektrostatik
kuvver ile disk adeta bir elektrikli motor gibi dönmektedir. Burada dalgalanmaların
önemi ortaya çıkmaktadır. Çünkü dalgalanma flagellayı bir geminin uskumrusuna
22
çevirmekte ve bakteri sıvı ortamda çok kolay hareket edebilmektedir. Hareket saat
yönü veya tersine olabileceği gibi değişen hızlarda da ortaya çıkabilmektedir.
Spirochetes yapısal ve hareket olarak farklı bir grup bakteriyi içerir. Bakteriler
arasında frengi (sifiliz) hastalığı etkeni Treponema pallidum ve Lyme hastalığı etkeni
Borrelia burgdorferi sayılabilir. Bu
bakterile hareketlerini aksial flament
ve
endoflagella denilen yapıları ile sağlarlar.
Flagella ilerleyerek ve takla atarak çevresel uyaranlara cevap vermektedir. Bu olaya
taksis diyoruz. Kemotaksis bakterinin çevrede bulunan çekici veya itici kimyasal
moleküllere hareket şeklinde cevabıdır. Aerotaksis, oksijen konsantrasyonuna;
fototaksis, fotosentetik bakterilerin ışığa; elektron akseptör taksis solunum yapan
bakterilerin nitrat, fumarat gibi alternatif elektron alıcılarına doğru hareketidir.
Kemotaksis sitoplazmik membran veya periplasmik aralıkta bulunan özgül reseptörler
aracılığı ile olmaktadır. Reseptörler metillenebilir kemotaksis proteinleri olup MCP
olarak kısaltılabilir. MCP metillenmesi veya demitilasyonu sonucu bakterinin saat
yönünde veya tersinde hareketi sağlanmaktadır. Bu reseptörler aynı zamanda o
maddenin membrandan transportunu da sağlamaktadır.
Fimriae ve Pili
Bir çok Gram-negatif bakteride bulunmasına karşılık Gram-pozitif bakteriler içinde
sadece Corynebacterium renale’de bulunmaktadır. Flagelladan daha ince ve kısadır.
Pili bir çok kitapda Fibriae ile aynı anlamda kullanılmakta ise de bazı kitaplarda pili
uzun olan yapılar için kullanılmaktadır. Fibriae pilin adı verilen basit protein alt
ünitelerinden oluşmaktadır. Pilin genellikle tek tip olmaktadır. Bakteri hücresine göre
fimbriae boyu ve kalınlığı değişmektedir. Fimbriae antijenik özelliğe sahip olup
kendilerine karşı antikor oluşmaktadır.
Fimbriae adi(normal) ve seks fimbriası olmak üzere iki tipdirler. Normal fimbriae
patojenik bakterilerin konak hücreye tutunmasını sağlarlar. Bu işleme adherens
denilir. Patogenezde önemli rol oynar.
23
Seks
fimbriae
ise
konjugasyon
aşamasında
verici
hücreden alıcı hücreye uzanarak genetik materyal geçişini
sağlar. Seks fimbriae verici hücreye yapıştıktan sonra
depolimerize olarak alıcı ve verici hücrenin yapışmasına
neden olur. Bu esnada iki hücre arasında fimriae
depolimerizasyonu sonrası por oluşur. Genetik madde bu
poru kullanarak verici hücreden alıcı hücreye geçer. Seks
fimbriae normal fimbriae ile kıyaslandığı zaman daha
uzundur ve az sayıdadır .
Yapı ve fonksiyonlarına göre bir çok fibriae sınıfı bulunmaktadır. Bunlar arasında tip
IV fimriae/pili değişik bir yer tutmaktadır. Tip IV fimbriae polimerize ve depolimerize
olarak bakterinin titreşme hareketi yapmasına neden olmaktadır. Diğer fimbriaların
tersine sadece kutuplarda bulunmaktadır. Bu özelliği sayesinde Vibrio cholerae,
Neisseria meningitis gibi bakterilerin önemli kolonizasyon faktörleri arasındadır. Tip IV
fimbriae tüm bunların yanında geniş bir bakteri grubunda genetik transferden
sorumludur.
Endospor
Bakteri için ortam koşulları elverişsiz hale gelmiş ise, bu bakterilerden bazıları spor
denilen dirençli yapılara dönüşürler. Sporlar fiziksel ve kimyasal çevre etkenlerine
karşı daha dayanıklı yapılardır. Sporlar vejetatif bakteriler için hiç de uygun olmayan
koşullarda canlılıklarını yıllarca devam ettirirler. Her bakteri spor oluşturmaz. Spor
oluşturan bakteri dediğimiz zaman hemen aklımıza Gram-pozitif aerop bir bakteri olan
Bacillus cinsi ve yine Gram-pozitif olan ama anaerop bakteriler olan Clostridium cinsi
gelir. Bacillus türlerinde spor santral iken, Clostridium türlerinde spor terminal veya
subterminal olabilir. Santral spor dediğimiz zaman sporun bakterinin ortasında
olduğunu anlarız. Terminal spor basilin bir ucunda, subteriminal spor ise merkez ile
uç arasında bulunmaktadır.
24
Terminal spor
Santral spor
Subterminal spor
25
Spor kor, spor duvarı, korteks, kılıf, ekzospordan oluşmaktadır. Kor sporun en içte
bulunan kısmıdır. Nükleoid, sitoplazma ve sitaplazmik yapılardan oluşmaktadır.
Sitoplazmik membran ile çevrilidir. Flavoproteinlerden oluşan kısa bir ETS vardır.
Büyük miktarda kalsiyum dipiklonat içerir. Vejetatif hücre enzimlerinin bir kısmı
miktarı artmış, bazıları ise yeni sentezlenmiştir. Enerji 3-fosfogliserat şeklinde
depolanmıştır.
Spor zarfının en kalın kısmını ise yine peptidoglikan yapılı korteks oluşturnaktadır.
Korteks iki tabakalı bir yapıdan oluşmaktadır. İnce olan ve vejetatif hücre duvarına
benzeyen ilk tabakadan sonra daha kalın olan ve farklılık gösteren ikinci tabaka gelir.
İkinci tabakada muramik asit miktarı %3 gibi olup yapısı β-laktam muramik asit
şeklindedir. Yapısı değişmiş muramik asit germinasyonda enzimlerin hedefi olur.
Ayrıca peptidoglikan tabakada çapraz bağlar daha az olup bu spor lizozimin otolitik
etkisine çok dayanıksız kılar.
Korteks tabakasını disülfit bağlarından zengin, özel proteinlerden oluşan kılıf(manto)
tabakası çevrelemektedir. Bu tabaka geçirgen olmayıp sporun dirençli olmasında
önemli role sahiptir. Sporun en dışında lipoprotein yapısında ekzospor bulunmaktadır.
Yapısında bazı karbonhidratları içermektedir.
Spor korteksi içinde su azlığı, kalsiyum-dipikolinik asit varlığı gibi temel faklılıkların
yanında bir diğer yapısal özelliği
küçük asit-eriyebilir protein (“small acid-soluble
protein”, SASP) varlığıdır. Bu proteinin iki temel işlevi vardı; (1) DNA’yı UV, kuruluk ve
ısıdan korumak, (2) vejetatif hücreye dönüşme esnasında karbon ve enerji kaynağı
26
olmak. SASP DNA’yı normal B konumunda çok daha kompakt olan A formuna çevirir.
Bu form UV etkisiyle pirimidin dimerleri oluşmasına çok daha dirençlidir.
Spor oluşumuna sporülasyon denmektedir. Sporülasyon besin kaynaklarının
tükenmesi ile başlar. Özellikle C ve N kaynaklarının tükenmesi önemlidir. Sproülasyon
olayında yüzlerce gen alır ve bu genler aktif hale geçerken vejetatif hücre genleri
inaktif hale gelir. Olayı tetikleyen sigma faktör olarak tanımlanan ve transkripsiyonun
başlangıcını seçen elemanlardır. Bu eleman sayesinde spor mRNA’sı oluşmaktadır.
Ortamdaki besin maddelerinin tükenmesi ile tetiklenen genetik değişim sonucu hücre
değişikliği ortaya çıkar. Önce transkripsiyon ile spor mRNA’sı oluşur. Dipikolinik asit
sentezlenir. Replike olan DNA hücrenin bir kutbuna gider. Plazma membranı
(sitoplazmik membran) DNA ve sitoplazma etrafını tamamen sarar. Sitoplazmik
membran ile sarılı kısım tekrar sitoplazmik membran tarafından kuşatılmaya başlar.
Bu sırada “forespor” denilen yapı oluşur. İki sitoplazmik membran arasına
peptidoglikan tabaka girer. Daha sonra manto ve ekzospor tabakaları oluşur. Spor
ana hücreyi eriterek dışarı çıkar. Spor oluşumu 6-8 saatte tamamlanır
Germinasyon sporun vejeatatif hücreye dönüşmesidir. Zengin bir ortamda bu olay
çeşitli aşamalar ile ortaya çıkar. Aktivasyon devresinde; ısı, pH değişikliği ve
serbest sülfüdril gruplarının varlığı gibi çeşitli çevresel nedenler ile spor kılıfında hasar
oluşur. Çevresel koşullar uygun ise spor aktif hale geldikten sonra germinasyon
devam
eder.
Germinasyon devresinde
farklı
sinyal
moleküllerine
ihtiyaç
duyulmaktadır. Türler için farklı olan bu moleküller arasında L-alanin ve adenozini
sayabiliriz. Sinyal proteinin reseptöre bağlanması sonucu korteks peptidoglikanını
parçalayan otolizinler aktif hale gelir. Hücre içine su girererek kalsiyum dipikolinik asit
serbest hale geçer. Spor komponentleri hidrolitik enzimle rile parçalanırlar. Korteks ve
dış katmanların yıkılmasıyla çoğalma devresine girilir. Spor protoplastı ve spor
duvarından itibaren yeni vejetatif hücre oluşur. Hücre su almaya başlar, yeni RNA,
protein ve DNA sentez edilmeye başlanır.
Not :
27
Yapı
Prokaryotik hücre
Özgül
Mikroskobik görünüm
Işık kırmaz
Işığı Kırar
Kalsiyum içeriği
Düşük
Yüksek
Dipikolinik asit
Yok
Var
Enzimatik aktivite
Yüksek
Düşük
Metabolizma
Yüksek
Düşük veya Yok
Makromolekül sentezi
Var
Yok
mRNA
Var
Düşük veya Yok
Isıya direnç
Az
Yüksek
Radyasyona direnç
Az
Yüksek
Kimyasallara direnç
Az
Yüksek
Boyanabilme
Boyanabilir
Ancak Özel Yöntemler
Lizozime tavrı
Hassas
Dirençli
Su içeriği
Yüksek, 80-90%
Düşük, 10-25%
“Small
acid
soluble Yok
Sitoplazmik pH
pH7
Var
protein”
pH5.5-6.0
28
Gram-reaksiyon
Mor
Pembe
Peptidoglikan tabaka
Kalın
İnce
Periplasmik aralık
Yok
Var
Dış membran
Yok
Var
LPS
Yok
Var
Lipid ve lipoprotein içeriği
Düşük
Yüksek
Flagellar yapı
2 halka
4 halka
Endotoksin
Var, Peptidoglikan
Var, LPS
Lizozime tavrı
Çok Hassas
Önce EDTA ile muamele
Hücre
duvar
sentezini Çok Hassas
Düşük Hassasiyet
engelleyenlere tavrı
Fimria
Yok
Var
29
Büyüklük
Genellikle 0.2-2 m.
Genellikle 10-100m.
Çekirdek Zarı
Yok
Var
Çekirdekçik
Yok
Var
DNA
Tek kromozom, Histon Yok Birden
fazla
kromozom,
Histon Var
Bölünme
İkiye bölünerek
Mitoz
Sitoplazmik Membran
KH, Streol Yok, Hopanoid KH
ve
Streol
Var
Hopanoid Yok
Ribozom
70S
80S
Sitoplazmik Organel
Yok
Var
Solunum Sistemi
Sitoplazmik Membran
Mitokondri
Hücre Duvarı
Var, Komplek Yapı
Hayvanlarda
Yok,
Var,
Bitki,
Alg, Funguslarda var.
Endospor
Var
Yok
Gaz Vezikülleri
Var
Yok
Seksüel Çoğalma
Yok
Var
30