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