Bakteri Ders (PDF)

BAKTERĠLERĠN YAPISI,
ÜREME ÖZELLĠKLERĠ VE
GENETĠĞĠ
Doç.Dr. Hikmet Eda Alışkan
Mikrobiyoloji ve Klinik
Mikrobiyoloji ABD

Hücre nedir?
• Hücre, yaşayan organizmaların temel
yapıtaşıdır.

Hücre yapısı
• Hücreler, bir çekirdeğe (genetik materyal ve onu
saran bir zar) sahip olup olmamalarına göre iki
büyük gruba ayrılır.
• Belirgin bir çekirdeğe (nukleus) sahip olan
hücreler ökaryot (Yunanca gerçek çekirdek),
• Çekirdeğe sahip olmayan hücreler ise prokaryot
(Yunanca primitif çekirdek) olarak isimlendirilir.

Hücre Yapısı
• Ökaryotlar: Hayvan, insan, bitki ve
mantarlara ait hücrelerdir
• Prokaryot: Bakteriler ve mavi-yeşil algler
• Prokaryot hücreleri, ökaryot hücrelerden
ayıran en önemli fark bir çekirdek zarına
sahip olmamalarıdır.

Tablo 1: Prokaryot ve ökaryot hücrelerin temel özellikleri
Ökaryot
Prokaryot
Ana gruplar Mantar, protozoa, bitki Bakteriler, mavi-yeşil algler
Büyüklük >5 µm 0,5-3,0 µm
Çekirdek zarı Var Yok
Kromozom Diploid, linear DNA Haploid, bir tane, çembersel DNA
Mitokondri Var Yok
Golgi aygıtı Var Yok
Endoplazmik retikulum Var Yok
Ribozom (sedimentasyon
katsayısı) 80 S (60S+40S) 70 S (50S+30 S)
Sitoplazmik zar Sterol içerir Sterol içermez (Mycoplasma spp. hariç)
Hücre duvarı
Sadece mantarlarda var
(+) Peptidoglikan, protein ve lipid
yapıda
Üreme Seksüel ve aseksüel Aseksüel (ikiye bölünme)
Hareket Kompleks flajel Basit flajel
Solunum Mitokondride Sitoplazmik zarda

Bakteriler
• 1-5 µm boyutlarındadır
• Bağımsız olarak yaşayabilen en küçük
hücrelerdir
• Sadece mikroskopta görülebilirler

Bakteriler
• Her hücrede, genetik bilginin kodlandığı bir
DNA genomu bulunur.
• Bu genetik bilgi, mRNA ve ribozomlar
aracılığıyla proteinlere dönüştürülür.
• Sentezlenen bu proteinler, enerji üretimi
ve biyosentez için gerekli mekanizmaları
kontrol eder.

Bakteriler
• Tüm yapılar bir zar ile paketlenmiştir.
• Ayrıca her hücre bölünerek çoğalır.
• Bu fonksiyonların hepsi temel olarak bütün
hücrelerde aynı olmakla birlikte, bakteriler
ve çok hücreli canlılarda farklılıklar
göstermektedir.

Bakterilerin sınıflandırılması ve
isimlendirilmesi
• Bakteriler, fenotipik, analitik ve genotipik
özelliklerine göre sınıflandırılır.
• Bakterilerin tanımlanmasında öncelikle
fenotipik olarak
– makroskobik
– mikroskobik
– biyokimyasal özellikleri incelenir.

Bakteriler
• Bakteri kolonilerin rengi, şekli ve kokusu
gibi özellikler makroskobik tanımlamada
kullanılır.
• Mikroskobik özelliklerin incelenmesinde ise
en sık Gram boyama yöntemi kullanılır.

Gram boyama
• Bakterileri başlıca iki ana sınıfa ayırır.
• Gram pozitif ve
• Gram negatif
• Bu yöntem ile, duvar yapılarının farklı
olmasından dolayı, Gram pozitif bakteriler
mor,
• Gram negatif bakteriler pembe-kırmızı
boyanır.

Gram Boyama
• Bu boyama tekniği ile bakteriler ayrıca
• yuvarlak (kok),
• çomak (basil) ve
• kıvrık (spiral) şekilli olarak
sınıflandırılabilir.

Gram boyama yöntemi
Preperat hazırlama
1) Agar plağından
2) Kültür tüpünden

Agar plağı
Kültür tüpü

Bakterinin alınması
Öze yardımı koloniler alır

Steril etmek için
bunzen beki
kullanılır
Temiz bir preparata
bakteri yayılır

1- Kristal viyolet
damlatılır (1 dk)
2-Çeşme suyunda
yıkanır
3-Ġodine solusyonu (1
dk)
4-Yıkanır
5-Alkol ile yıkanır
6-Safranin veya sulu
fuksinle boyama
7-Yıkanır, kurutulur

Bakteriler nasıl boyanır ?
• Gram negatif
• Gram pozitif

Gram pozitif kok
Gram negatif kok

Gram pozitif
basil
Gram negatif basil

Bakteri şekilleri

Bakterilerin tanımlanması
• Bakteri tanımlanmasında en sık kullanılan
yöntem;
• Çeşitli biyokimyasal özelliklerin
• Karbonhidratları fermente etme yeteneği,
katalaz, koagülaz, proteaz, lipaz gibi
enzimlerin varlığı gibi tespit edilmesidir

Bakterilerin tanımlanması
• Bakterilerin analitik özellikleri (hücresel
yağ asidi, protein ve enzim analizleri),
bakterilerin cins, tür ve alt tür düzeyinde
sınıflandırılmasında kullanılır.
• Bakteri tanımlanmasında en doğru sonuç ise
bakterilerin genetik yapısının incelenmesi
sonucu elde edilir.

Bakterilerin isimlendirilmesi
• Bakteriler isimlendirilirken önce cins ismi
(ilk harf büyük)
• sonra tür ismi (ilk harf küçük) kullanılır ve
italik harflerle yazılır.
• Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae,
Staphylococcus aureus v.b

BAKTERĠ HÜCRESĠNĠN
GENEL YAPISI
Flajel
İnklüzyon cisimleri
Ribozomlar
Hücre
duvarı
Sitoplazmik
zar
Kapsül
Pili
Sitoplazma
Mezozom
Nükleoid

A. Sitoplazmik Yapılar
• Sitoplazma, hücre zarfı ile çevrelenmiş,
DNA, mRNA, ribozomlar, metabolitler,
enzimler, iyonlar, plazmidler ve depolanmış
granülleri içeren amorf ve sulu bir sıvıdır.
• Gram pozitif ve negatif bakterilerin
sitoplazmik yapıları aynıdır.

• Bakteri DNA’ sı ökaryot DNA’ sından
farklı olarak, çift iplikli ve çembersel
yapıdadır ve bir tanedir.
• Bakteri DNA’ nın sitoplazmada bulunduğu
bölge nükleoid olarak isimlendirilir ve
ökaryot hücrelerde olduğu gibi belirgin bir
zar ile çevrelenmemiştir.

• Plazmidler, bakteri kromozomundan
bağımsız olarak çoğalabilen, çembersel,
ekstrakromozomal DNA molekülüdür.
• Bakterinin DNA’ sından farklı olarak hücre
canlılığı için gerekli olmayan,
• Antibiyotiklere karşı direnç ve toksin
üretimi gibi çeşitli fonksiyonları kodlayan
genleri taşırlar.

• Ribozomlar, protein sentezleyen
organellerdir.
• Hem ökaryot hemde prokaryot hücrelerde
bulunur.
• Bakteri ribozomu 30S ve 50S alt
ünitelerden oluşur ve 70S ribozom meydana
getirir.
• Ökaryot ribozomu ise 80 S (40S+60S) dir

B. Hücre zarfı
• Bakteri sitoplazmasını
dışarıdan çevreleyen
yapıların tümüne
hücre zarfı adı verilir.
Hücre zarfı, hücre
duvarı ve sitoplazmik
zarı içerir.

I-Sitoplazmik (Hücre) zar
• Sitoplazmik zar, ökaryot hücre zarı ile
benzer olarak çift tabakalı fosfolipid
yapıdadır.
• Bununla birlikte ökaryotlardan farklı olarak
sterol içermez (Mycoplasma spp. hariç).
• Zarın dış tabakası polar fosfat
gruplarından, iç tabakası ise polar olmayan
lipid zincirlerinden oluşmuştur.

Sitoplazmik (Hücre) zar
• Bu zar, hücre içine giren ve hücre dışına
bırakılan moleküllerin yapısını ve miktarını
sınırlayarak seçici geçirgen özelliktedir.
• Bakteri hücresinde mitokondri, golgi aygıtı,
endoplazmik retikulum gibi organeller
bulunmaz.
• Bu organellerin görevini bakteride
sitoplazmik zar üstlenmiştir.

Sitoplazmik (Hücre) zar
Sitoplazmik zarın başlıca fonksiyonları;
a) Seçici geçirgenlik ve madde alışverişi,
b) Elektron transportu ve oksidatif
fosforilasyon,
c) Çeşitli enzimlerin ve proteinlerin hücre
dışına salgılanması,
d) Biyosentez (hücre duvarı sentezi).

II-Hücre Duvarı
• Bakteri hücre duvarı, ökaryot hücrelerde
bulunmayan ve peptidoglikan (=murein,
=mukopeptid) olarak adlandırılan bir ağ
yapısındadır.
– Bakterinin şeklinin korunmasını,
– Çevre şartlarına (osmotik basınç gibi) dayanıklılığını
– Fagositoza karşı korunmasını sağlar
– Bakterinin üreme için bölünmesinde başlangıç rolü
oynar

Hücre Duvarı
• Hücre duvarının
yapısı ve fonksiyonları
Gram pozitif ve Gram
negatif bakterilerde
farklıdır.

Gram pozitif bakteri
Gram negatif bakteri
Dış zar
Sitoplazmik zar
Sitoplazma
Periplazmik aralık
Peptidoglikan tabaka

Gram pozitif bakteri duvarı
• Peptidoglikan tabaka: Gram pozitif
bakterilerde peptidoglikan tabaka, kalın ve
çok tabakalı bir yapıdır. (%80-85)
• Bu tabaka, teikoik asit, lipoteikoik asit ve
komleks yapıdaki polisakkaritleri de içerir.
• Protein yapıda olan teikoik asit ve
lipoteikoik asit antijeniktir ve önemli
virulans faktörlerinden biridir.

Gram negatif bakteri duvarı:
Gram pozitif bakteri duvarına göre daha
kompleks bir yapıdadır. Başlıca iki
tabakadan oluşmaktadır
• Peptidoglikan tabaka
• Dış zar
• Gram pozitif bakterilerden farklı olarak
periplazmik aralık bulunur.

Gram negatif bakteri duvarı
• Peptidoglikan tabaka: Gram negatif bakteri
duvarının % 5-10’ nunu oluşturur.
• Teikoik asit ve lipoteikoik asit içermez.

Gram negatif bakteri
• Dış zar: Peptidoglikan tabakanın dışında
yer alır.
• Gram negatif bakterilere özgüdür. Bakteri
sitoplazmik zarı ve dış zar arasındaki
boşluğa periplazmik aralık denir.
• Burada bakteriye ait enzimler (proteaz,
lipaz gibi) bulunur.

Gram negatif bakteri
• Dış zar, iki tabakalıdır ve diğer biyolojik
zarlardan asimetrik yapısı ile farklıdır.
• İç tabaka, sitoplazmik zara benzer ve
fosfolipid içerir.
• Dış tabaka ise lipopolisakkarit olarak
isimlendirilir ve diğer biyolojik zarlardan
farklı bir yapıdadır.

• Dış zar, büyük moleküllere ve hidrofobik
moleküllere karşı geçirgenlik bariyeri
oluşturur ve bakterinin yapısının
korunmasında görev alır.
• Hücre içine metabolit girişi, dış zarda
bulunan porin kanalları aracılığıyla
gerçekleşmektedir.

C. Kapsül ve glikokaliks
• Bazı bakteriler dıştan polisakkarit veya
protein yapıda bir kapsül ile kaplıdır.
• Kapsül antijeniktir.
• Bakterileri fagositozdan korur,
• Glikokaliks bazı bakterilerde bulunur ve
konak hücreye tutunmayı sağlar.
• Bu nedenle kapsül ve glikokaliks bakteriler
için en önemli hastalandırıcılık (patojenite)
özelliklerinden birisidir.

D. Flajel
• Bakterilerin hareketini sağlayan protein
yapıda uzantılardır.
• Bakteriler yüzeylerinde bir veya birden
fazla flajel taşıyabilir.
• Antijenik yapıdadır.

E. Fimbria (Pili-Pilus)
• Bakterilerin vücutta hastalık
oluşturmasındaki en önemli basamak olan,
konak hücreye tutunmayı sağlayan protein
yapıda kısa uzantılardır.

F. Spor
• Bazı bakteriler çevre koşulları bozulduğu
(besin maddelerinin azalması gibi)
dönemlerde canlı kalmayı sürdürebilmek
için yapısal ve metabolik değişikliğe
uğrayarak spor meydana getirir.
• Sporlar bilinen en dirençli canlılardır.
• Sıcaklığa, ultraviyole ışığına ve kimyasal
maddelere dirençlidirler.

BAKTERİYEL ÜREME VE
METABOLİZMA
• Tüm hücreler yaşamlarını sürdürebilmek
için belirli metabolik görevleri başarmak
zorundadır.
– Besinlerin alınmasını,
– Bunların parçalanarak enerji sağlanmasını ve
– Protein, nükleik asit ve yağ yapıtaşlarının
sentezini kapsar.

A. Bakterilerin üreme özellikleri
• Bakteriler ikiye bölünerek (bir ana hücreden
birbirinin aynısı iki yavru hücre oluşur) çoğalır.
• Bölünme süresi türlere bağlı olarak 20 dakika
kadar kısa veya birkaç gün kadar uzun olabilir.
• Örneğin E. coli’ nin bir tek hücresinden, uygun bir
ortamda sekiz saat sonra 10 milyon hücre
üreyebilir.

• Daha sonra besin maddeleri azalıp toksik
atık ürünler biriktikçe, üreme yavaşlar ve
tamamen durur (Durgun faz).
• Durgun fazdaki hücreler uzun süre
bekletilirse tümü ölür.

• Bir tek bakteri hücresi bir katı besiyerinin
yüzeyine ekilirse, bu hücreden üreyen yeni
hücreler bir arada kalır ve gözle görülebilir
bir hücre yığını (koloni) meydana gelir.
• Kolonilerin tüm özellikleri (renk, şekil, koku
gibi) bakteri türlerinin tanımlanmasında
kullanılır.

B. Metabolizma
• Bakterilerin üreme ve bölünmesi için;
– üreme ve beslenme gereksinimleri,
– uygun sıcaklık ve
– pH gibi fiziksel faktörleri içeren özel üreme
koşulları sağlanmalıdır.

Besinler
• Her canlı gibi bakterilerde yaşamlarını devam
ettirmek ve çoğalmak için karbon ve nitrojen
kaynaklarına, suya ve çeşitli iyonlara ihtiyaç
duyar.
• Klinik yönden önemi olan bakterilerin tümü
üremek için organik karbonu kullanır
(Heterotrof).
• Enerji ve karbon kaynağı olarak inorganik
maddeleri kullanabilen ve karbondioksidi
indirgeyebilen organizmalar ise ototrof olarak
isimlendirilir.

• Bakteriler ayrıca azot, kükürt, fosfor,
potasyum, kalsiyum, magnezyum ve demir
gibi elementleride kullanır.
• Bakterilerin çoğu üremek için üreme
faktörleri adı verilen ancak organizmanın
kendisinin sentezleyemediği çeşitli organik
bileşimlere (vitamin gibi) ihtiyaç duyarlar.

Oksijen gereksinimi
• Bakteriler oksijen varlığında veya yokluğunda
üreme yanıtlarına göre sınıflandırılabilirler.
• Oksijen varlığında üreyen ve enerji üretiminde son
elektron alıcısı olarak oksijeni kullanan
bakterilere aerop,
• hem oksijenli ortamda hem de oksijensiz ortamda
üreyebilenlere fakültatif anaerob,
• oksijensiz ortamda üreyebilen ve enerjilerini
fermentasyon yolu ile üretenlere anaerob
bakteriler denir.

Enerji üretimi
• Tüm hücreler hayatta kalmak için enerjiye ihtiyaç
duyar.
• Bu enerji, çeşitli organik maddelerin
(karbonhidrat, yağ ve protein) parçalanması
sonucu (katabolizma) elde edilir ve adenosine
triphosphate (ATP) yapısında depolanır.
• Daha sonra bu enerji, hücre yapıtaşlarının (hücre
duvarı, proteinler, yağ asitleri ve nükleik asitler)
sentezinde (anabolizma) kullanılır.

• Bakteriler karbon kaynaklarından enerji
üretmek için başlıca 3 mekanizma kullanır:
– aerop solunum,
– anaerob solunum ve
– fermentasyon.

• Aerop solunumda son elektron alıcısı
olarak moleküler oksijen görev alır.
• Anaerob solunum da son elektron alıcısı,
moleküler oksijenin dışında inorganik
bileşimlerdir (nitrat veya sülfat).
• Fermentasyon, son elektron alıcısı olarak
organik bir metabolik ara ürün (pirüvik
asit, asetaldehit gibi) kullanıldığı ve
anaerobik solunuma alternatif bir metabolik
süreçtir.

• Metabolik işlemler tipik olarak hücre dışında, özel
enzimler aracılığıyla, büyük makromoleküllerin
(proteinler, yağlar ve polisakkaritler)
parçalanmasıyla başlar.
• Daha sonra oluşan küçük moleküller
(aminoasitler, serbest yağ asitleri ve
monosakkaritler) bu moleküllere özgül transport
mekanizmalarıyla hücre içine alınır.
• Bu metabolitler, hücre içinde ortak bir ara ürüne
(pirüvik asit) parçalanır.
• Pirüvik asitin yapısında bulunan karbon atomları
ya enerji üretiminde ya da yeni karbonhidrat,
aminoasit, yağ ve nükleik asit sentezinde
kullanılır.

BAKTERİ GENETİĞİ
• Bakteri kromozomu insan kromozomundan
farklıdır.
• Bakteri kromozomu bir tane, çift iplikli,
çembersel DNA içerir ve haploiddir
(kromozomlarından tek kopya vardır).

• İnsan kromozomu ise diploiddir (her
kromozomdan iki kopya vardır).
• Çoğu bakteri hücresi arasında DNA
değişimi olur.
• Bu genetik değişim bakteriye çeşitli
avantajlar (antibiyotiklere karşı direnç veya
zararlı toksinlerin üretimi) sağlar.

• Genler bir bakteri hücresinden diğerine üç
ayrı mekanizma ile nakledilebilir.
• Bu mekanizmalar;
– Konjügasyon,
– Transdüksiyon ve
– Transformasyondur.

Konjugasyon
• Bakteri hücreleri arasında bir köprü aracılığıyla
temas kurulması sonucu, bir hücreden diğer bir
hücreye genlerin nakledilmesine konjügasyon
denir.
• Verici ve alıcı hücrelerin, birbirine tutunması ve
hücreler arasında DNA’ nın geçebileceği bir
sitoplazmik köprü oluşturması için uygun bir
genetik yapıya sahip olmaları gerekmektedir.

Transdüksiyon
• Bakteri hücreleri arasında temas
olmaksızın, bakteriyofaj (bakteri hücresi
içinde çoğalan virus) aracılığıyla genler bir
hücreden diğerine nakledilir.

Transformasyon
• Genler bir bakteriden diğerine çıplak DNA
aracılığıyla nakledilir.

• Saf bakteri kültüründeki tüm hücreler bir
tek orijinal hücreden türediği halde, kültür
içinde orijinal hücreden farklı ender
hücreler bulunabilir.
• Böyle varyantlar (mutantlar) çoğunlukla
DNA’ dizilimlerindeki değişikliklere
(mutasyonlara) bağlı olarak ortaya çıkar.