free website hit counter code
W3vina.COM Free Wordpress Themes Joomla Templates Best Wordpress Themes Premium Wordpress Themes Top Best Wordpress Themes 2012

PROKARYOTLAR

By on 11-25-2012 in AKADEMİK İÇERİKLER

Share

Prokaryot (ilkel çekirdekli) veya Prosit (ilkel sitoplazmalı) hücreler.

Prokaryot hücreler, ökaryotlardan daha basit yapıda olmakla birlikte, oldukça karmaşık yapıda bir hücre duvarına sahiptirler.

Nükleus (nükleer materyal): Prokaryotların nükleusu, özel olarak boyandığında ışık mikroskobu ile görülebilir. Feulgen pozitif olması, DNA içeriğini gösterir. Negatif boyama teknikleri ile DNA’nın küçük poliaminler ve magnezyum iyonları ile kısmen nötralize edilebildiği gösterilmiştir. Bakterilerde bulunan histon benzeri proteinlerin de, ökaryotiklerin kromatinlerindeki histonların işlevlerine benzer fonksiyonları olduğu belirlenmiştir.

Elektron mikroskopi çalışmaları, prokaryot hücrelerin, bir nükleus membranı ile mitoz apareyine sahip olmadıklarını ortaya koymaktadır. Nükleus bölgesi, DNA iplikçikleri ile kaplanmıştır. Bakteri nükleusunun DNA’sı, mol ağ 2-3×109 olan, devamlı tek bir iplikçik olup, kıvrımları açıldığında yaklaşık 1 mm uzunluğundadır. Nükleus yapısında DNA ile birlikte daha az miktarda RNA, RNA polimeraz ve diğer bazı proteinler bulunur. DNA, özdeki RNA etrafında ilmekler yapmış olarak bulunur.

Hücrenin fizyolojik tuzlu suda lize edilmesi sonucu bakteri DNA’sının, ökaryotik kromatin materyalindeki gibi, tanecikli bir yapı gösterdiği elektronmikroskopi çalışmaları ile belirlenmiştir.  Bu çalışmalarda ayrıca DNA’nın, sitoplazma zarının içeriye doğru yaptığı girintiler (invajinasyon) sonucu oluşan ve mezozom (mesosome) adı verilen yapılarla da bir noktada ilişkili olduğu gerçeğini ortaya koymaktadır. Bu ilişkinin kromozomal replikasyonu müteakiben, iki kardeş kromozomun ayrılmasında anahtar rol oynadığı kabul edilmektedir.

SİTOPLAZMA: Prokaryot hücrelerin, mitokondriler ve kloroplastlar gibi serbest plastidleri yoktur. Elektron transport enzimleri hücre membranında ve bunun oluşturduğu zarsı yapılar (vezikül) üzerinde bulunur. Fotosentetik bakterilerde fotosentez pigmentleri hücre zarının altında uzanan lamellar tabaka (lamellae)  da yer alırlar. Bazı fotosentetik bakterilerde ise lamellar tabaka kıvrılıp, kromotofor (chromatophore) denilen ayrı partiküller halini almıştır.

Bakteriler yedek materyallerini genellikle ozmotik bakımdan inert, nötral polimer olarak depo ettikleri insolübl sitoplazmik granüllerde saklarlar. Nitrojen (azot) ve karbon kaynakları yokluğunda, bu materyaller bazı bakteriler tarafından poli-β-hidroksibütirik asid polimerlerine, diğer bazı bakteriler tarafından da glikojen ve nişasta gibi değişik glikoz polimerlerine dönüştürülürler. Protein ve nükleik asid sentezi yeniden başladığında, bu granüller karbon kaynağı olarak kullanılır

Benzer bir mekanizma ile, kükürtü oksitleyen bazı bakteriler de çevrelerindeki fazla H2S’ü intrasellüler elementler kükürt granüllerine dönüştürürler.

Son olarak birçok bakteri, volutin taneciği denilen ve polimerize metafosfat granülleri olan inorganik fosfat molekülleri depolarlar. Volutin tanecikleri mavi boya ile kırmız boyandıkları için metakromatik cismcik diye de isimlendirilir. Metakromatik cismcikler, korinebakterler (corynebacteria) de buluna tipik oluşumlardır. Babes-Ernst granülleri adı verilen bu oluşumlar, özel boyama yöntemleri (Neisser boyası) ile gösterilebilir.

Sitoplazma içerisinde bulunan, ancak özel ultrasantrifügasyon yöntemleri ile ortaya konabilen, 10-20 nm çapında, yaygın, çok sayıda, RNA yapısındaki ribozom (ribosome) lar; protein sentezinde görev alan çok önemli elemanlardır. Bakteri RNA’sının yaklaşık % 80’inin ribo- zomlarda bulunduğu saptanmıştır. Prokaryot ribozomları 50 S ve 30 S ribozomal alt birimlerinden meydana gelmiş olup, bunların birleşmesin­den 70 S sedimentasyon katsayısına sahip esas ribozom oluşur.

Birçok bakteride sitoplazma içerisinde piazmid (plasmid) adı veri­len, bakteri DNA’sından ayrı olarak bulunup, bağımsız olarak bölünebi- len (replike olan) ve bakteriden bakteriye aktarılarak aktarıldığı bakteri­ye birtakım özellikler (antimikrobiklere direnç, toksin yapma… gibi) ka­zandıran çok önemli yapısal elemanlar da bulunmaktadır.

Ökaryot hücrelerin karakteristik özelliği olan mikrotübülüs yapısına genellikle prokaryotlarda rastlanmaz. Ancak çok az sayıda bakteride, elektronmikroskopi çalışmaları ile, mikrotübülüslere benzeyen birtakım oluşumların bulunduğu gösterilmiştir.

Bazı özel bakteri gruplarının sitoplazmasında, birtakım kesecikler (veziküller) bulunur. Bunlara örnek olarak, suda yaşayan bazı bakterile­rin yükselmelerini kontrol eden gaz vezikülleri ile Chlorobium cinsindeki klorofil ihtiva eden veziküller gösterilebilir.

Sitoplazmik membran (Sitoplazma zarı): Hücre membranı olarak da isimlendirilen sitoplazma zarı, elektronmikroskopta görülebilen ve fosfolipid ile proteinlerden oluşmuş tipik bir “ünit membran” dır. Ökaryot hücrelerinkinden farkla, prokaryotların sitoplazma zarında steroller bulunmaz. Ancak sterol ihtiva eden ortamlarda ürerken, kendi hücre membranlarında sterolleri toplamak özelliğinde olan mikoplaz- ma’lar, bu bakımdan bir ayrıcalık gösterirler.

Sitoplazma zarı, kıvrılıp içeri doğru girinti yaparak mezozom deni­len özel bir yapı oluşturur. İki tip mezozom vardır: Septal ve lateral mezozom. Bakteri kromozomu (DNA) hücre bölünmesi sırasında septal mezozoma bağlanır. Bakterilerde sitoplazmik membranın sitoplazma içine doğru yapmış olduğu daha büyük dallanmalar da vardır. Bu yapı­lar, bakterilerin oldukça farklı olan aktif elektron transport sistemleri ile ilgilidir (fotosentez yapan bakterilerde olduğu gibi). Latéral mezozomların kendilerine yapışmış olan plazmidlerin replikasyonunda ve spor oluşturmada görevleri olduğu sanılmaktadır.

Sitoplazma zarının fonksiyonları: Sitoplazmik membranın başlıca fonksiyonları şunlardır:

1.Selektif (seçici) perméabilité ve eriyiklerin taşınması: Sitoplazma zarı bazı eriyikleri geçirir, diğer bazıları için geçirgen değildir.

2.Aerobik türlerde elektron transportu ve oksidatif fosforilasyon: Aerob bakterilerde solunum zincirinde görev alan sitokromlar ve dehid- rogenaz gibi diğer enzimler sitoplazma zarında bulunurlar.

3.Hidrolitik ekzoenzimlerin salınımı: Bütün canlılar besin kaynağı olarak kullandıkları protein, polisakkarit, lipid gibi makromoleküler orga­nik polimerleri, sitoplazmik membrandan geçebilecek kadar küçük subünitlere parçalayacak hidrolitik enzimler salgılarlar. Yüksek canlılar­da böyle enzimler, sindirim sisteminin lümenine salgılanırken, bakteri­lerde ya doğrudan dış ortama (gram pozitiflerde olduğu gibi) veyahut da “gram negatiflerdeki gibi, sitoplazma zarı ile hücre duvarının dış membranı arasına (penplazmiK bölge) ekskrete edilirler.

4.Membran lipidlerinin, hücre duvarı polimerlerinin ve DNA biyosentezinde görev alan taşıyıcı moleküller ve enzimlerin bulunması (bivo- sentetik fonksiyon): Sitoplazma zarında hücre duvarı biyosentezinde rol alan enzimler ve duvarı oluşturan subünitlerdeki taşıyıcı lipidler yer al­maktadır. Fosfolipid sentezinde görevli enzimler de sitoplazma membranında bulunurlar.

5.Kemotaktik    ve diğer duyu transdüksiyon sistemlerinin protein ve reseptörlerinin taşınması (kemotaktik fonksiyon): Bakterileri olumlu ya da olumsuz yönde etkileyen yapılar, hücre membranındaki bu spesifik reseptörlere bağlanırlar. Örneğin E coli’nin sitoplazma zarında en az 20 farklı kemoreseptör bulunduğu saptanmıştır.

Hücre (Bakteri) Duvarı: Sitoplazma membranı ile kapsül ihtiva eden mikroorganizmalardaki kapsül yapısı arasında bulunan ve birtakım tabakalardan oluşan hücre duvarı, gram pozitif ve gram negatif bakteri­lerde değişiklikler gösterir. Gram pozitiflerde duvar başlıca, peptidoglikan (peptidoglycan) ve teykoik (teichoic) asidlerden oluştuğu halde gram negatiflerde duvar yapısında peptidoglikan, lipoprotein, dış membran ve lipopolisakkarid tabakalar bulunur.

Pek çok bakteride aktif transport nedeniyle oluşan eriyik konsan­trasyonunun bir sonucu olarak, internai ozmotik basınç 5-20 atmosfer arasında değişir. Eğer gerilim direnci oldukça yüksek bir hücre duvarı bulunmasaydı, bu basınç birçok ortamda bakterinin patlaması için ye­terli olurdu. Bakteri duvarının dayanıklılığı mürein, mükopeptid veya peptidoglikan gibi değişik isimlerle adlandırılan bir yapıya sahip olma­sından kaynaklanmaktadır.

A.      Peptidoglikan tabaka: Peptidoglikan tabaka üç kısımdan oluşan kompleks bir polimerdir:

1-Sırası ile N-acetylglucosamine (N AcG) ve N- acetylmuramic acid (NAcM) dizilerinden meydana gelmiş olan ilk kısım duvarın iskeletini oluşturur.

2-NAcM’e bağlı olarak bulunan tetrapeptid yan zincirleri, peptidoglikan tabakanın ikinci kısmını meydana getirir.

3- Bu kısımda, tetrapeptid yan zincirleri arasında çapraz bağlar oluşturan, benzer yapıda peptidler yer almaktadır.

Şekil. Peptidoglikan tabakasının şematik yapısı (kafes görünümü)

Duvar iskeletini oluşturan NAcG ve NAcM dizileri tüm bakteri tür­lerinde aynı olduğu halde, tetrapeptid yan zincirleri ile peptid yapısın­daki çapraz bağlar türden türe değişiklik gösterir. Birçok gram negatif bakteride hücre duvarındaki çapraz bağlar, bir yan zincirin amino asidi­nin (diaminopimelic acid) amino grubu ile ikinci yan zincirdeki terminal amino asidin (D-alanin) karboksil grubu arasındaki peptid bağlantıları­dır. Bununla birlikte genellikle, bütün türlerin tetrapeptid yan zincirleri önemli bazı genel özelliklere sahiptirler. Örneğin çoğunda, ilk sırada L- alanin, 2. sırada D-glutamat veya benzeri, 4. sırada da D-alanin bulu­nur. 3. sıra en değişken bölge olup, gram negatif bakterilerin çoğunda bu bölgede diaminopimelik asid (DAP) yer alır (DAP hücre duvarının lipoprotein tabakası ile bağlantı kurar). Gram pozitif bakterilerin tetra­peptid yan zincirlerinin 3. bölgesinde ise, L-lisin veya diğer L-amino asitlerden herhangi biri vardır.

Bakteri duvarının dayanıklılığını sağlayan peptidoglikan tabakanın sentezi dört basamakta gerçekleşmektedir:

İlk basamakta sitoplazmada suda eriyen, nükleotide bağlı prekür- sör maddeler sentezlenmektedir. Bunların içinde en önemlisi, bir penta- peptide bağlı olan NAcM’in ündin nükleotididir. Bu safhada ayrıca daha küçük prekürsör maddeler de sentezlenir. Biyosentez safhasını takiben, 15 farklı enzimin görev aldığı bir dizi reaksiyon sonucu, monomerler ve terminal D-alanin’ler birleşerek dipeptidler oluşur.

Bundan sonraki basamakta, oluşan bu ara maddelerin nükleotid- den membran lipidlerine aktarılması gerçekleştirilir. Burada P-NAcM- pentapeptid üçlü yapısı, nükleotidden membranın taşıyıcı lipidlerindeki fosfat molekülüne aktarılmakta; lipidlere bağlı bu ara maddelere NAcG dizileri de eklenmektedir.

Üçüncü basamakta membranın başka bir bölgesinde linear glikan zincirleri oluşturulur. Bu safha protein sentezinde olduğu gibi, glikan polimerizasyonunun (transglikosilasyon) gerçekleştiği basamaktır. Bu­rada glikan zincirlerinin birbirlerine eklenmesinde lipid taşıyıcılar görev almakta; daha sonra bu taşıyıcılar bir fosfat molekülü kaybederek ser­best hale geçmekte ve yeniden bir prekürsör maddeye bağlanabilme özelliği kazanmaktadırlar. Taşıyıcı lipidlerin, membranın sitoplazma ta­rafındaki yüzeyinden, uzamakta olan glikan zincirlerine nasıl aktarıldığı ve nasıl tekrar geriye döndükleri kesin olarak anlaşılamamıştır.

Son basamakta komşu glikan zincirleri arasında çapraz bağlar meydana gelir. Transpeptidasyon safhası da, transglikosilasyon gibi, si­toplazma dışında gerçekleşmektedir. Ancak burada ATP gerekmemek­te; gereken enerji komşu glikan zincirinin pentapeptid molekülünde bu­lunan ve serbest NH2 grupları aracılığı ile yer değiştiren D-alanin’den sağlanmaktadır. Böylece pentapeptid, mürein’in tetrapeptid molekülüne dönüşüp; peptidoglikan zincirler arasında çapraz bağlar oluşturmakta ve dev bir peptidoglikan tabaka meydana gelmektedir.

Gram pozitif bakterilerde 30-200 peptidoglikan yüzeyi bulunur, bu da duvarın kuru ağırlığının % 40-% 80’ini meydana getirir. Gram negatif­lerde ise, sadece 1-2 peptidoglikan yüzeyi farkedilir. Gram negatiflerde peptidoglikan tabaka, duvar yapısının ancak % 5-10’unu oluşturur.

Arkhebakteri grubundaki prokaryot mikroorganizmalarda pepti­doglikan tabaka bulunmaz. Bu gruptaki bazı türlerde, N-asetil şekerler ve 3L-amino asidleri içeren, peptidoglikana benzer bir polimer yapı var­dır. Ancak bu yapıda, müramik asid ve D-aminoasidler yer almaz. Diğer arkhebakteri türlerinde ise, bunun yerine bir protein tabaka bulunmak­tadır. Mikoplazma’lar ise hücre duvarı olmayan, duyarsız bakterilerdir.

B-Gram Pozitif Bakteri Duvarının Özel Komponentleri: Gram pozitif bakterilerin birçoğunun hücre duvarında, önemli miktarda teykoik ve teykuronik asidler bulunur. Bunlar duvarın kuru ağırlığının % 50’sini, tüm hücrenin kuru ağırlığının ise % 10’unu oluştururlar. Ayrıca bazı gram po­zitiflerde duvar yapısında, birtakım polisakkaritler de bulunabilir.

Teykoik ve Teykuronik Asidler: Fosfodiester bağları ile bağlanmış ribitol veya gliserol kalıntıları içeren, suda eriyebilen polimerlerdir. İki tip teykoik asid vardır. Duvar teykoik asidleri kovalan bağlarla peptidoglikana bağlanmışlardır. Lipoteykoik asid denilen membran teykoik asid­leri ise, kovalan bağlarla membran glikolipidlerine bağlanmış olup mezozomlarda yoğunlaşmışlardır. Bazı gram pozitif türlerde duvar teykoik asidleri bulunmaz, ancak bu komponentin tümünü membran teykoik asidleri oluşturur.

Şekil.  Gram pozitif bakteri duvarının yapısı.

Teykoik asidler gram pozitif bakterilerin majör yüzey antijenleridir. Peptidoglikan tabakanın dış yüzünde bulunan bu yapılar, bakterinin di- ğer bakterilerle ve memeli hücreleri ile ilişki kurmasında ayrıca antikor­larla etkileşebilmesinde önem taşırlar.

Teykoik asidler birbirleri ile değişik bağlarla bağlanmış, tekrarla­yan, gliserol ve ribitol ünitelerinden veya glikoz, galaktoz ya da N-ase-tilgtikozamin gibi daha kompleks yapıda şeker türevlerinden meydana gelmiştir. Genelde zincirler, 10 veya daha az sayıda tekrarlayan ünite­den oluşmakla birlikte, 30 veya daha çok sayıda tekrarlayan ünite uzun­luğunda olan teykoik asid zincirine de rastlanabilir.

Teykoik asidlerin çoğu genellikle, gliserol veya ribitolün değişik pozisyonlarına bağlanmış olarak bulunan, bol miktarda D-alanin içerir. Buna ilaveten, glikoz, galaktoz, N-asetilglikozamin, N-asetilgalaktoza- min veya süksinat gibi başka yapılar da gliserol veya ribitolün serbest hidroksil gruplarına bağlanabilirler.

Teykoik asid kompozisyonu, bakterinin üreme ortamının yapısına bağlı olarak türlerde değişiklik gösterebilir. Teykoik asidler ayrıca, Mg iyonlarını da bağlayarak bunların hücre içine alınmasını sağlarlar.

Polisakkaritler: Bazı türlerde gram pozitif bakteri duvarının hidrolizi ile mannoz, arabinoz, galaktoz, ramnoz ve glikozamin gibi tabii şekerler ile, glikuronik asid ve mannuronik asid gibi asidik şekerler de açığa çı­kar. Bu şekerler, hücre duvarındaki polisakkaritlerin birer subüniti olarak görev yapıyor olabilirler. Teykoik ve teykuronik asidlerin, bu şekerlerin henüz anlaşılamayan bir mekanizma ile gerçek orijinlerini terkedip de­ğişikliğe uğramasıyla meydana gelmiş olmaları da mümkündür.

C-Gram Negatif Bakteri Duvarının Özel Komponentleri: Gram ne­gatif bakterilerde, peptidoglikan tabakanın dışında lipoprotein, dış membran ve lipopolisakkarit diye adlandırılan üç komponent daha yer almaktadır.

Şekil. Gram negatif bakteri duvarının yapısı

1.Lipoprotein:   Dış membran ile peptidoglikan tabakayı çapraz bağlarla bağlayan, değişik yapıda lipoprotein moleküllerinden oluşmuş­tur. 57 aminoasidden oluşan protein komponenti, peptidoglikan taba­kada yer alan tetrapeptid yan zincirlerinin diaminopimelik asid kalıntıla­rıyla peptid bağları aracılığı ile bağlantı kurar. Digliserid-tiyoeter yapı­sındaki lipid komponent ise, dış membran içerisine sokulmuş olarak bulunan (nonkovalan) terminal bir sistein ile bağlanır. Gram negatif bak­terilerin protein içeriği en bol olan komponentidir. Fonksiyonu dış membranı stabilize etmek ve peptidoglikan tabakaya bağlamaktır.

2.Dış      membran: Tipik, iki tabakalı bir fosfolipid yapıdır. Sitoplazmik membranda olduğu gibi, dış membranda da fosfolipid matrikse gömül­müş spesifik protein gruplarından oluşmuş bir sıvısal mozaik yapı söz konusudur.

Dış membran, periplazmik proteinlerin dış ortama sızmasını önler. Ayrıca bazı enterik bakterilerde olduğu gibi, hücreyi konağın safra tuz­larından ve hidrolitik enzimlerinden korur. Dış membranda bulunan protein yapısındaki porlar, düşük mol ağırlıklı eriyiklerin geçmesine izin verdiği halde, büyük moleküller (örneğin antibiyotikler) dış membrana nispeten yavaş penetre olurlar. Gram negatif bakterilerin antibiyotiklere oldukça fazla direnç göstermelerinin nedeni, bununla izah edilebilir. Dış membranın geçirgenliği, gram negatif bakteri türleri arasında oldukça büyük değişiklikler göstermektedir. Örneğin antibakteriyel ajanlara son derece dirençli olan Pseudomonas aeruginosa’da dış membran E coli’ninkinden 100 defa daha az geçirgendir.

Dış membranın majör proteinlerinin ilki, matriks proteini adını alan ve dış membranın her iki yüzüne de penetre olmuş olan trimerik protein­lerdir. Matriks proteinleri, küçük hidrofilik eriyiklerin membrana difüzyonunu sağlayan, nispeten nonspesifik porlar oluştururlar. Farklı türlerin porları farklı mol ağırlıklı moleküllerin geçmesine elverişlidir. Örneğin S typhimurium ve E coli’de bu ağırlık yaklaşık 600 olduğu halde, P aeruginosa’da 3000’den daha fazladır.

Por oluşumunda rolü olan ikinci grup proteinler ise daha fazla spesifite gösterirler. Örneğin bazıları (Lam B), lambda bakteriyofajları için reseptör görevi yapan porları oluştururlar ve maltodekstrinlerin membrandan geçişinden sorumludurlar. Diğer bir kısım proteinler (Tsx) ise T6 bakteriyofajlarının reseptörleridir ve nükleosidler ile bazı amino- asidlerin membrandan geçişinde rol oynarlar.

Dış membranın üçüncü grup majör proteinleri, por oluşumu ile il­gisi bulunmayan, fakat bu yapıyı peptidoglikan tabakaya bağlayan ve aynı zamanda seks pilusları aracılığı ile yapılan konjugasyonda rolü olan seks (F) pilus reseptörleridir.

Dış membranda bu majör proteinlerden başka, daha az miktarda bir seri protein daha bulunmaktadır. Minör proteinler de denilen bu yapı­lar, örneğin Bi2 vitamini ve demir bileşikleri gibi, küçük moleküllerin ge­çişinde görevlidirler. Bunlar substratlarına oldukça fazla afinite gösterir­ler ve mühtemelen sitoplazmik membranın klasik taşıyıcı sisteminde ol­duğu gibi davranırlar. Minör proteinler aralarında penisilini bağlayan bazı proteinlerin de bulunduğu, proteaz ve fosfolipaz gibi az sayıda en­zimleri de ihtiva ederler.

Dış membranın majör proteinleri, sitoplazmada bulunan ve sitoplazmik membranla ilişkili olan ribozomlarda sentez edilirler. Bunla­rın dış membrana nasıl taşındıkları henüz açıklık kazanmamıştır.

3.Lipopolisakkarit yapı: Gram negatif hücre duvarının bu tabakası esas itibariyle, koru oluşturan bir polisakkarit yapının tekrarlayan termi­nal gruplarına bağlı olan ve “Lipid A” denilen kompleks bir lipiddir.

Lipid A, bir dizi uzun zincirli yağ asidlerinin bağlandığı, fosforilize glikozamindisakkarit ünitelerinden meydana gelmiştir. Polisakkarit yapı­da olan kor, gram negatif bakterilerin bütün türlerinde aynı olup değiş­mez bir yapı gösterir. Yani herbir tür, polisakkarit korda tek tip tekrarla­yan bir yapı içerir. Bu tekrarlayan üniteler genellikle, linear trisakkaritler veya dallanan bir yapı gösteren tetra veya pentasakkaritler halindedir­ler.

Lipopolisakkarit molekülleri birbirlerine, divalan katyonların oluş­turduğu nonkovalan çapraz bağlarla bağlanmışlardır. Böylece hem hidrofobik moleküller için bir bariyer oluşturulmuş olur, hem de dış mem- branın stabilizasyonu sağlanır. Divalan katyonların, örneğin şelasyon yapan ajanlarla ortadan kaldırılması veya polimiksinler ve aminoglikozidler gibi polikatyonik antibiyotiklerle yerlerinin değiştirilmesi, dış membranı büyük hidrofobik moleküller için geçirgen hale getirir.

Lipopolisakkarit yapı hayvanlar için son derece toksiktir. Hücre yüzeyine sıkı sıkıya bağlanmış olması ve ancak hücre eridiğinde veya parçalandığında açığa çıkması nedeniyle buna gram negatif bakterilerin endotoksin’i denmektedir. Lipopolisakkarit, Lipid A ve polisakkarite ay­rıldığında, bütün toksisitenin lipid A ile ilişkili olduğu anlaşılmıştır. Polisakkarit yapı ise, bakteri hücresinin O antijeni diye de isimlendirilen majör yüzey antijenini oluşturur. Antijenik bakımdan özgüllük, hücre yü­zeyinde bir çeşit moleküler kürk gibi bulunan, tekrarlayan bu terminal ünitelerle sağlanır. Muhtemel antijenik tiplerin sayısı oldukça fazladır. Sadece Salmonella’larda 1000’in üzerinde farklı antijenik yapı tanım­lanmıştır.

Sitoplazmik membranda sentez edildikten sonra hücre duvarın­daki yerine taşınan lipopolisakkarit yapı, dış membrana hidrofobik bağlarla tutunmuştur. Birçok dış membran proteininin fonksiyonu için de lipopolisakkarit tabakanın bulunması gerekir.

4.Periplazmik aralık: Hidrate peptidoglikandan oluşan bir jel ile dolu olan bu bölge, içteki sitoplazma zarı ile dış membran arasında yer almaktadır. Burada bulunan çok sayıda protein ve oligosakkaritler, jel içerisinde serbestçe diffüze olabilmektedirler. Periplazmik proteinler, hidrolitik enzimler (alkalen fosfataz ve 5’-nükleotidaz gibi) ile spesifik substratları için bağlayıcı özellikteki proteinlerden oluşmuşlardır. Oligo­sakkaritler ise, D-glikozun oldukça fazla dallanmış polimerleridir. Bu yapılar düşük osmolariteye sahip ortamlarda hücrenin üremesi sırasın­da, sentezlerini 16 misli arttırarak osmoregülasyonu sağlamakla görev­lidirler.

Peptidoglikan yapısındaki duvar iskeletinin p-1,4 bağlantıları lizozim ile hidrolize edilebilir (lizozim gözyaşı, tükrük, burun akıntısı gibi birçok hayvansal sekresyonlar ile yumurtanın beyazında bulunan bir enzimdir). Osmotik basıncı düşük olan ortamlarda, gram pozitif bakteri­ler lizozim ile muamele edilirlerse, erirler, parçalanırlar. Ancak ortamın osmotik direnci hücrenin iç osmotik basıncı ile dengelenip te aynı işlem uygulandığında, serbest protoplastlar halinde gözlenebilirler. Gram ne­gatif bakterilerde bulunan dış membran. EDTA (ethylenediamine- retraacetıcTacid: şelasyon yapar) gibi birajanla muamele edilip te bo­zulmadıkça, hücre duvarından lizozimin geçişine engel olur ve duvarı korur. Ancak osmotik bakımdan uygun olan ortamlarda, gram negatif bakteriler de EDTA-lizozim karışımı ile karşılaştırıldıklarında sferoplast (spheroplast) haline geçerler. Sferoplastlarda dış membranı içeren ka­lıntı bir hücre duvarı bulunmaktadır.

Bakterilerde, otolizin (autolysin) denilen ve peptidoglikan yapıyı hedef alan çok sayıda hidrolitik enzim (glikozidaz, amidaz, peptidaz…) bulunur. Bu enzimlerin muhtemelen hücre bölünme ve üremesinde ö- nemli rolleri bulunmaktadır. Ancak en önemli aktiviteleri hücrenin eri­mesi sırasında ortaya çıkmaktadır. Hücre duvarını parçalayan bu enzim­ler aynı zamanda protozoonlarda ve yüksek canlıların fagositik hücrele­rinde de bulunur.

Protoplast, Sferoplast ve L Formları: Hücre duvarı lizozim veya peptidoglikan sentezini bloke eden penisilin gibi antibiyotiklerle ortadan kaldırılabilir. Osmotik olarak uygun ortamlarda böyle işlemler sonucu, gram pozitif bakteriler protoplast, gram negatif bakteriler ise sferoplast haline geçerler (sferoplastlarda dış membran kalıntısı bulunur).

Bakterilerin üreyebilen ve bölünebilen protoplast veya sferoplast şekillerine L formları denmektedir. L formlarının kültürlerinin yapılması oldukça zordur. Genellikle uygun osmotik basınca sahip katı ortamlara ihtiyaç duyarlar. L formları daha çok, bakterilerin lizozimle değil de, pe­nisilinle karşılaşmaları sonucu oluşmaktadır.

Bazı L formları, üzerlerindeki teşvik edici stimulus (dürtü) kaldırıl­dığında normal hallerine dönebilirler ve böylece hücre duvarı sentezini yapmaya başlayabilirler. Fakat diğer birçok L formları stabil olup eski hallerine dönememektedirler. L formlarının yeniden duvar oluşturma yetenekleri, duvar sentezinde önemli rolü olan peptidoglikan kalıntısı­nın bulunmasıyla yakından ilgilidir.

Bazı bakteri türleri ise, spontan olarak L formları oluştururlar. Ge­rek kendiliğinden ve gerekse antibiyotik etkisiyle oluşan L formları, vü­cudun korunmuş bölgelerine saklanıp mikroorganizmanın devamlılığını sağlar ve kronik enfeksiyonlara neden olur. Enfeksiyonun yeniden be­lirgin bir formda seyretmesi ise, L formlarının eski, orijinal hallerine dön­mesiyle mümkündür. L formları antibiyotiklere nispeten dirençli oldukları için, kemoterapide birtakım özel sorunlara neden olurlar.

Kapsül: Bazı bakterilerde (Klebsiella pneumoniae, Streptococcus pneumoniae, Clostridium perfringens, Bacillus anthracis, …) hücre du­varının dışında bulunan bu yapı, hücreyi belirgin bir biçimde sarar ve genellikle polisakkarit tabiatındadır. Ancak şarbon basilinin kapsülü poly-D-glutamic acid yapısındadır (D-glumatik asidin polipeptidi).

Bir bakterinin kapsülü, çini mürekkebi ya da nigrosin ile yapılan negatif preparatlarda, özel boyama yöntemleri kullanarak boyamak su­retiyle veya spesifik antiserumlarla yapılan kapsül şişme reaksiyonu (Quellung) aracılığı ile gösterilebilir.

Bazı bakterilerin kapsülleri gayet ince bir tabaka halinde olup, pratikte kullanılan yöntemler, bu yapıların ortaya konmasında yeterli ol­mamaktadır. Citrobacter ile bazı salmonella bakterilerinin Vi antijeni ve enterobakterilerdeki K antijeni ancak spesifik serolojik yöntemler aracı­lığı ile gösterilebilen kapsüler yapılardır.

Bakterilerdeki mütasyon olayları, kapsül oluşumunu etkiler. Bir mikroorganizma mütasyonla kapsüllü halden, kapsülsüz duruma geçe­bilir. Böylece virülansı ortadan kalkar. Kapsüllü bakteriler kültür ortam­larında (besiyerlerinde) düz, mükoid (sümüksü), parlak M tipi koloniler oluştururlar. Buna karşılık, kapsülünü kaybetmiş olan bakteriler (kapsülü olmayan diğer bazı bakteriler gibi) buruşuk ve mat (R Tipi) koloniler ya­parlar, Şarbon basilinin kolonileri de, kapsülünün farklı kimyasal yapısı nedeniyle R tipindedir.

Kapsül, mikroorganizmanın virülansı (hastalık oluşturma şiddeti) ile ilgili bir yapı olup, ayrıca bakteriyi fagositozdan ve bakteri duvarına bağlanmak zorunda olan virus ve bakteriyofajlardan da korumaktadır (antikapsüler antikorlar oluşmadıkça kapsüllü bir bakterinin fagositozu önlenmiş olur).

Glikokaliks (Glycocalyx): Bazı bakterilerin hücre yüzeylerinde bu­lunan enzimleri tarafından sentezlenen glikokaliksler, bakterilerin konak hücreye nonspesifik olarak tutunmasından (adere olmasından) sorum­ludurlar. Dekstran (poly-D-glucose) ve levan (poly-D-fructose) yapısında olan bu polisakkarit fibriller; kapsül gibi hücrenin etrafını tamimiyle sarmazlar, elektronmikroskopta yer yer hücrenin dışına doğru uzanmış (ekstrasellüler) polimerler olarak görülürler. Diş çürümesinden sorumlu olan Streptococcus mutans, diş minesine glikokaliksleri aracılığı ile tu­tunur. Bazı barsak bakterileri de glikokaliksleri ile barsak epitel hücreleri­ne bağlanırlar. Bakterilerin konak hücrelere aderanslarından sorumlu olan yapılar yalnızca glikokaliksleri olmamaktadır. Son zamanlarda, tu­tunmayı gerçekleştiren, oldukça fazla sayıda, spesifik “adhesin”lerin bulunduğu anlaşılmıştır.

Flajella (Kirpik, Kamçı): Genellikle çubuk biçimindeki bazı bakteri­ler ile spiral ve kıvrık (vibriyo) bakterilerde bulunan hareket organelleridir. Bakterilerin flajellaları aracılığı ile sağladıkları hareket mikroskopta (sıvı kültür ortamından hazırlanan lam lamel arası preparatın incelenmesi) ve % 0,3-0,5 agar ihtiva eden yarı katı besiyerlerinde gözlenebilir. Flajellalar çeşitli bakteri türlerinde sınırlı bir serolojik özgül­lük ve değişmez bir yerleşim biçimi gösterirler. Tek, polar (bir uçta) flajellası bulunanlar monotrichia (Vibrio cholerae), polar ve püskül biçimi flajellaya sahip olanlar lophotrichia (Spirillum serpens), iki uçta tek veya püskül halinde flajella taşıyanlar amphitrichia(Spirillum minus), etrafları flajella ile çevrilmiş bakteriler ise peritrichia (Proteus vulgaris, Salmonella typhi, Clostridium tetani) adını alırlar. Hiç flajella bulundurmayan, dolayısıyla hareketsiz bakterilere ise atrichia (Klebsiella pneumoniae, Bacillus anthracis, stafilokok, streptokok) denmektedir.

Özel boyama yöntemleri ve elektronmikroskopik incelemeler, bakteri flajellalarının flajellin adı verilen çok ince, protein yapısında alt birimlerden oluştuğunu ve sitoplazmada bulunan blefaroblast (orijin granülü) tan kaynaklandığını göstermiştir. Blefaroblast’tan çıkan flajella, gram negatif bakterilerde iki çift, gram pozitif bakterilerde ise bir çift disk aracılığı ile sitoplazmik zara ve hücre duvarına tutunur. Bakterilerden ilk çıkışta flajellalar, dirsek şeklinde bir kıvrım yaptıktan sonra dışarıya u- zanırlar. Flajellalar gayet ince (12-25 nm) oldukları halde, uzunlukları bakteri boyunun birkaç misli (3-12 (µm) olabilir.

Mekanik sarsıntılarla bakteri flajellaları ortadan kaldırılacak olursa flajellin alt birimlerinin süratle oluşturulması sonucu, yeni flajellalar mey­dana gelir ve bakteri 3-6 dakika içinde yeniden hareket kazanır.

Flajellalar dalgalı, bukleli ve kangal biçiminde olabilirler. Bazen bir bak­teride hatta aynı flajella üzerinde üç görünüme rastlamak mümkündür. Bakteriler flajellaların dalgalanması suretiyle hareket ederler.

Şekil. Bakterilerdeki flajella dizilişleri.

1)      Atrichia 2) Monotrichia 3) Amphitrichia 4) Lophotrichia 5) Peritrichia

Spiroketlerde hareket aksiyel (eksen) filamentler aracılığı ile sağ­lanır. Uzun ve spiral biçimli mikroorganizmanın her iki ucundan da çı­kan, sayıları 2-100 adet olabilen bu iplikçiklerin serbest uçları, protoplazmik silindir (sitoplazma, sitoplazmik membran ve hücre duvarının oluşturduğu yapı) ile dış kılıf (protoplazmik silindiri dışarıdan saran üç katmanlı birim zar) arasında uzanır. Bazen bağlı olduğu kutuptan hücre dışına flajella halinde de çıkabilir. Böylece spiroketler diğer hareketli bakterilerde olduğu gibi, ileri-geri (yer değiştirici) hareketlerinin yanısıra, kendi eksenleri etrafında dönerek (burgu biçiminde) ve eğilip bükülerek (yılankavi) başlıca üç tür hareket yaparlar.

Diğer bazı bakteriler (mikoplazmalar, siyanobakteriler ve ağız boş­luğunda bulunan bazı bakteriler) ise katı yüzeylerde kayma hareketi ile yer değiştirirler.

Pilus’lar (Pili=Fimbriae): Bakterilerde flajella oluşumundan farklı olarak, hareketle ilişkisi bulunmayan protein iplikçiklerdir. Özellikle bir­çok gram negatif bakterinin sahip olduğu bu sert, dikensi çıkıntılar, fla- jellalardan daha kısa ve incedirler. Flajellalar gibi, pilin adı verilen pro­tein alt birimlerinden oluşmuşlardır ve sitoplazmada bulunan bazal ci­simciklerden kaynaklanırlar.

Bir bakteri hücresinde yüzlerce sayıda olabilen fimbriaların başlıca fonksiyonu, mikroorganizmanın konak hücreye spesifik olarak bağlan­masını sağlamaktır. Bu nedenle fimbrialar, hastalık oluşumunda çok önemli bir role sahiptirler. Gonokok (Neisseria gonorrhoeae) ve patojen Escherichia coli suşlarında bulunan fimbriaların patogenezdeki rolleri oldukça iyi bir biçimde bilinmektedir. Bir bakteride farklı uzunluk ve kaIınlıkta, değişik protein dizilişinde, antijenik yapısı ve konak glikoprotein reseptörlerine spesifikliği farklı olan birçok fimbria bulunabilir. Enterik bakterilerin birçoğunda, tip 1 fimbria adı verilen, 7 nm çapında 0,5-2 ^m uzunluğunda olan ve eritrositler de dahil olmak üzere birçok konak hüc­resine tutunmayı sağlayan mannoza duyarlı fimbrialar vardır. Bu yapılar ortamda mannoz bulunduğunda, konak hücrenin reseptörlerine bağla­namazlar. Tip 2 fimbria’lar ise mannoza dirençli olup konak hücre resep­törlerine tutunmada hayli spesifite gösterirler.

Adezyondan sorumlu fimbrialardan başka, konjugasyon (verici ve alıcı bakterilerin karşılıklı gelerek genetik materyalin verici bakteriden alıcıya aktarılması) yapan bakterilerde seks pilusu adı verilen bir fimbria daha bulunmaktadır. Verici (donör) bakteride bulunan bu özel fimbria (F fertilite pilusu), diğer fimbrialardan daha uzun olup, bakteriyofajların tu­tunmasını sağlayan spesifik reseptörlere sahiptir. Bir bakteride 1-10 a- det bulunabilen seks pilusuna E coli, Salmonella, Proteus gibi gram ne­gatif barsak bakterilerinin birçoğunda rastlanmaktadır.

Patojen olan bazı bakterilerde virülansın, yalnızca toksin oluştur­ma özelliği ile değil, aynı zamanda kolonizasyon antijenine sahip olma­ları ile de ilişkili olduğu anlaşılmıştır. Kolonizasyon antijenleri, aderans- tan sorumlu tipik fimbrialardır. Örneğin enteropatojenik E coli suşları hem enterotoksin hem de kolonizasyon antijenine sahiptirler.

A grubu beta hemolitik streptokokların majör yüzey antijeni olan M proteinleri de fimbriadır. Lipoteykoik asid ile birlikte bulunan bu fimbria­lar, streptokokların konak epitel hücresine bağlanmasından sorumludurlar.

Sporlar (Endosporlar): Bazı bakterilerin uygun olmayan çevre şartları için oluşturdukları yapılardır. Bakteri sporları, mantar sporların­dan farklı olarak üreme ile ilişkili değildirler. Bakterilerin spor oluşturup oluşturmayacakları, daha başka bir deyişle sporlu hale geçip geçmeye­cekleri genetik yapılarında belirlenmiş durumdadır. Şarbon etkeni olan Bacillus anthracis ile tetanus hastalığını oluşturan Clostridium tetani, bulundukları ortamdaki besin yetersizliği veya şartların vejetatif (üreme, hastalık yapma yeteneği taşıyan) bakteri için olumsuzlaşması nedeniyle vejetatif halden sporlu hale geçerler. Buna karşılık diğer birçok bakteri (E coli, S typhi, stafilokok,streptokok, gonokok,

…) şartlar ne olursa ol­sun spor oluşturamazlar. Son zamanlarda basillus ve klostridyum cinsi bakterilerden başka, Q ateşi etkeni Coxiella burnetii ile gram pozitif bir kok olan Sporosarcina’nın da spor (endospor) oluşturma özelliğine sa­hip olduğu anlaşılmıştır.

Uygun olmayan çevre şartları (besin yetersizliği, oksijen yetersiz­liği veya anaerob bakteriler için ortamda oksijen bulunması, kuruluk, sıcaklık değişiklikleri, …) sonucu vejetatif bakteri otolize uğrar ve internal spor serbest kalır. Sporlu bakteri bir bakıma istirahat halindedir; metabolik bakımdan aktif değildir, bölünemez ve hastalık oluşturamaz. Sporlu bir bakterinin kuruluğa, sıcağa, soğuğa, toksik etkili kimyasal maddelere ve ışınlara dirençli olma özelliği, spor yapısında bulunan komponentler tarafından sağlanır. Şartlar normale döndüğünde herbir spor, vejatatif bakteriye dönüşür.

Sporülasyon (vejetatif bakteriden sporlu bakteri oluşumu) birçok yeni yapıların, enzimlerin ve metabolitlerin oluşması ile birlikte birtakım vejetatif hücre komponentinin kaybolması sonucu gelişen gerçek bir farklılaşma olayıdır. Önce replikasyonu gerçekleşen yeni nükleer mater­yal sporun oluşacağı bölgeye yerleşir, etrafı invajinasyon suretiyle sitop- lazma zarı ile çevrilir. Böylece çift katlı sitoplazma zarı ile ana bakteri­den ayrılmış olan sporda şu kısımlar bulunur:

Kor (Core, öz): En içte bulunan bu kısım, spor protoplastıdır. Vejetatif hücrenin sitoplazması , konsantre olmuş ve korda toplanmıştır. Tam bir nükleer materyal, bütün enerji üreten, protein sentezleyen sis­temler burada yer alır. Sporun ısıya direnci, kısmen korun dehidrate o- luşundan, kısmen de bol miktarda (ağırlığının % 5-15 oranında) kalsi­yum dipikolinat içermesinden ileri gelir.

Spor duvarı: Korun dışındaki bu tabaka normal peptidoglikan ihti­va eder. Spor vejetatif hale geçince onun hücre duvarını oluşturur.

Korteks: Spor oluşumunun en kalın tabakasıdır. Değişik yapıda peptidoglikandan yapılmıştır.Bu peptidoglikan yapı lizozime son derece duyarlıdır. Sporlu bakteriden vejetatif bakterinin oluşması (jerminasyon) sırasında bu tabakanın süratle yıkılması gerekir. Korteksin otolizi, jerminasyonda anahtar rol oynar.

Kabuk: Keratin benzeri bir proteinden yapılmıştır. Bu tabakanın geçirgen olmayışı, sporu antibakteriyel ve kimyasal maddelerin etkisin­den korumaktadır.

Ekzosporium: Birtakım karbonhidratları içeren lipoprotein zardır. Spor oluşumunun en dışında bulunan bu tabakanın fonksiyonu bilin­memektedir.

Sporun bir bakteri hücresinde bulunduğu yer (konumu), oldukça önemlidir ve onun değişmez özelliğini oluşturur. Sporlu bakteriler bilinen bakteri boyaları ile boyandıklarında sporlar boya almayan, renksiz boş­luklar halinde görülürler. Özel boyama yöntemleri kullanarak sporun, ana hücreden farklı boyanması ile belirginleştirilmesi mümkündür. Bazı bakteri sporları, bakterinin şeklini değiştirdiği halde, diğer bakteriler spoıiandıklarında bakteri morfolojisinde değişiklik oluşturmazlar. Örne­ğin klostridyumlarda oluşan sporun çapı bakterinin eninden daha geniş­tir. Bu nedenle spor bakterinin gövdesini şişirir. Basillus cinsi bakteriler­de ise spor böyle bir morfolojik bozukluğa sebep olmaz. Sporlar bakterinin bir ucunda bulunduğunda terminal (Clostridium tetani), ortada yer aldığında santral (Bacillus anthracis), bakterinin ucuna yakın kısmında oluştuğunda ise subterminal (Clostridium perfringens) olmak üzere baş­lıca üç değişik yerleşim gösterirler.

Şekil. Bakterilerdeki spor konumları

1) Santral sporlar 2) Subterminal sporlar 3) Terminal sporlar

Sporlu bakteri, jerminasyona elverişli bir ortam (besin maddelerin­den zengin) bulduğunda vejetatif hale geçmektedir. Jerminasyon üç safhada gerçekleşir:

1.Aktivasyon: Bazı bakteri sporları, jerminasyona elverişli ortam bulduklarında kendiliğinden vejetatif forma dönüştükleri halde, diğer bazı sporlu bakterilerin jerminasyonu için, ortam şartlarının elverişli hale gelmesi yeterli olmamaktadır. Böyle bakteriler ısı, düşük pH (asid or­tam), mekanik travmalar veya serbest sülfidril grupları ihtiva eden kim­yasal maddeler gibi bazı aktivatörler bulunmadıkça, dorman (metabolik bakımdan inaktif, uyur durumda) halde kalmaya devam ederler. Veje­tatif bakteri için uygun olan ortamda, fiziksel ve kimyasal aktivatörlerin etkisi ile keratin benzeri proteinden oluşan spor kabuğu yırtılır.

2.Başlangıç: Aktive olan sporda, ortam şartları jerminasyon için el­verişli ise, vejetatif hale geçmek için bir dizi olay başlar. Bakteriler, or­tamın elverişli olduğunu anlamaya yarayan çeşitli reseptörlere sahiptir­ler. Bu reseptörler aracılığı ile besleyici ortamda bulunduğu sinyalini a- lan bakterilerin bir bölümünde L-alanin, diğerlerinde ise adenosin gibi efektör maddeler spora bağlanarak başlangıç olaylarının tetiğini çeker­ler. Böylece aktive olan bir otolizin, korteks peptidoglikanını süratle par­çalar, spor su almaya başlar, kalsiyum dipikolinat dışarı salınır ve çeşitli spor yapıları hidrolitik enzimlerle parçalanır.

3.Büyüme, gelişme: Korteks ve diğer dış tabakaların parçalanma­sı, spor protoplastı (kor) ile onu çeviren spor duvarından ibaret yeni bir vejetatif hücrenin ortaya çıkması ile sonuçlanır. Bu olayı aktif bir biyosentez safhası izler; hücre enzimleri sayesinde protein açığını ka­patır ve sonunda bölünür. O halde jerminasyonun bu aşamasında or­tamda tüm esansiyel besin maddeleri bulunmalıdır. Aksi halde vejetatif hale geçen bakteri bir süre sonra ölür.

 

Fermantasyon Çeşitleri.

-Aneorobik fermantasyon veya gerçek fermantasyon:

1.Alkolik fermantasyon.

C6H12O6 ——————————-> 2C2H5OH + 2CO2 + 49,7 Kcal

2.Laktik asit fermantasyonu:

C6H12O6 ——————————-> 2C3H6O3 + 18 Kcal

-Oksidatif fermantasyon.

3. Sirke asidi fermantasyonu

C2H5OH + O2 ————> C2H4O2 + H2O + 117 Kcal

4. Sitrik asit fermantasyonu:

Şekerlerden oksijen etkisi ile sitrik asit meydana gelir. Örneğin: Citromyces pfefferianus