BAKTERİ HÜCRE YAPISI-2011

Transkript

1 BAKTERİ HÜCRE YAPISI-2011 Hücre tek hücreli mikroorganizmalardan bir çok doku ve kompleks organlara sahip organizmalara kadar canlıların temel ünitesidir. Dünya, hücre kelimesi ile ilk defa 1665 yılında İngiliz bilim adamı Robert Hooke sayesinde tanıştı. Kendi mikroskobu ile bitkilerde hücre yapısı gördü. Bal peteği görünümünde bir çok hücreden oluşan görünümü çizdi. Bu ve bunu takip eden gözlemler sonucu Alman bilim adamları Matthias Schleiden ve Theodore Schwann yılında hücre teorisini geliştirdiler. Hücre teorisine göre, hücre tüm organizmaların temel yapısal ve fonksiyonel birimidir. Hücre teorisinin kabul görmesinin arkasından, hücre içinde yapı konusunda spekülasyonlar başladı ve bu yapıya protoplasma ismi verildi. Protoplasma Yunanca ilk anlamına gelen proto ve öz anlamına gelen plasm kelimelerinden türetilmişti. Protoplasma; protein, su, lipit ve nükleik asitten oluşan jelatinimsi komplekstir. Protoplasma hareketli bir mebranla çevrili olup bazen sert bir hücre duvarı bulunur. Her hücrede hücreyi ve çoğalmayı kontrol eden bölgeler bulunur. Bazı hücrelerde bu yapıya nükleus(çekirdek) ismi verilir ve nükleus nükleer membran ile çevrilidir. Daha basit diğer bir grup hücrede ise kontrol materyali fiziksel olarak bir membran ile diğer hücre kısımlarından ayrılmamış halde bulunur. Bu bölge nükleoid olarak tanımlanır. Her iki hücrede de nukleus ve nukleoid taşıdığı genetik bilgileri kendisinden gelenlere aktarır. Protoplasmanın kalan kısımları sitoplazma olarak isimlendirilir. 1

2 Tek hücreli (unicelluler) organizmalarda tüm yaşam işlemleri bu hücrede gerçekleşir. Çok hücreli (multicellular) olan bitki ve hayvanlarda hücreler yapı ve fonksiyonlarına göre doku ve organlar içinde bulunmaktadırlar. Gerek tek hücreli gerekse çok hücreli organizmalar ortak özelliklere sahiptir : 1.-Çoğalırlar. 2.-Yiyecekleri enerji kaynağı olarak kullanırlar. 3.-Hücre yapı taşlarını sentez ederler. 4.-Atıkları dışarı atarlar. 5.-Çevre değişikliklerine cevap verirler. 6.-Genetik değişikliklere uğrarlar. Mikroorganizmaların mikroskobik incelenmesi ışık mikroskobu veya elektron mikroskobu ile yapılır. Bir çok rutin çalışmada ışık mikroskobu kullanılırken, hücre iç yapısı ile ilgili çalışmalarda elektron mikroskobu kullanılmaktadır. Mikroskop çalışmalarının esasında özel bir lens yardımıyla hücrenin görünümünü artırmakta ve böylece iç yapıları görünür hale gelmektedir. Büyütmeye ek olarak çözünürlük kavramı vardır. Çözünürlük birbirine yakın iki noktayı ayırma kabiliyetidir. Teorik olarak büyütmenin sınırı yoktur ama çözünürlüğün vardır. Dolaysıyla çözünürlük mikroskop gücünü sınırlamaktadır. Tartıştığımız ışık mikroskobunda çözünürlük 200 nm. iken elektron mikroskobunda bunun 1000 katıdır. Işık mikroskobu mikrobiyolojinin bir bilim dalı olarak gelişmesinde ve rutin mikrobiyolojik incelemelerde önemli yere sahiptir. Değişik tiplerde ışık mikroskobu yaygın olarak kullanılmaktadır ; parlak ışık, faz kontrast, karanlık alan, flöresan. Bunlardan rutin olarak en fazla kullanılanı parlak ışık mikroskobudur. Parlak ışık mikroskobunda objektif ve oküler olmak üzere iki seri lens vardır. Parlak ışık mikroskobu ile incelemede incelenen örnek zemin ile farklı bir kontrastta olmalıdır. Bu kontrast farkı nedeniyle ışık geçişi ve absorpsiyonu farklı olmakta ve cisim görünür olmaktadır. Ancak bir çok bakteri etrafındaki ortam ile farklı kontrast vermez ve ışık mikroskobu ile doğrudan görülmeleri zordur. Bunun istisnası pigmentli mikroorganizmalardır. Bir ışık mikroskobunda total büyütme kullanılan oküler ve objektif lenslerinin sonucudur. Bu büyütmenin üst sınır genellikle 1500X yakınlarındadır. Büyütmede 2

3 kullanılan ışık kaynağı ve objektifin özelliği önemli rol oynar. Objektifin ışık toplama kabiliyeti büyütmesinin göstergesidir. Kompleks ışık mikroskoplarında görülen en yüksek çözünürlük 0.2 m. dir. Bu şu anlama gelmektedir; iki obje arasında mesafe 0.2 m den küçük ise birbirinden ayrılmazlar ve tek obje olarak görülürler. Mikrobiyolojide kullanılan bir çok mikroskop 10-15X oküler ve X objektif kullanmaktadır. Böylece ulaşılan 1000X ile 0.2 m büyüklüğünde objeler görülebilir. Bazı objektifler yağ ile beraber kullanılır. Bunlara yağlı immersiyon lensi denilir. İmmersiyon yağı objektifin ışık toplama kabiliyetini artırır çevreye ışık dağılımını engeller. Faz kontrast mikroskobu hücre ve onu çevreleyenler arasındaki kontrast farkını artırmaya yönelik olarak geliştirilmiştir. Temel düşünce hücrenin ve onu çevreleyenlerin çarpan ışığın geçirgenliği açısından farklı olduğudur. Bu mikroskopta objektif ve kondansatörde özel diyaframlar kullanılmaktadır. Önce diyaframa ve oradan kondansatöre gelen ışınlar örneğe gelirler. Işığın kırılma etkisini diyaframlar artırmaktadır. Sonuç olarak parlak çevrede karanlık imaj görüntüsü elde edilmektedir. Boyasız preparatların kullanılmasına olanak verdiği için sık olarak tercih edilmektedir. Kalınlığı 0.2 m. den aza olan ve boyanmayan mikroorganizmaları göstermenin en güzel yollarından birisi karanlık alan mikroskobu kullanmaktadır. Karanlık alan mikroskoplarında farklı kondansatörler kullanılmaktadır. Ortası siyah boya ile karartılmış kondansatörler örneğin sadece oblik ışınlar ile aydınlatılmasını sağlarlar. Örneğe çarparak kırılan oblik ışınlar objektifde görüntüyü oluştururlar. Karanlık alan mikroskobunda incelenen mikroorganizmaların hücre bölümlerinde ışık kırma farkı olmaz. Bu nedenle hücreler bir bütün halinde görülüp, iç detay hakkında bilgi alınamazlar. Hücre şekli ve hareket gibi temel özellikler izlenebilir. Flöresan mikroskop florokrom maddelerin flöresan verme özelliğinden yararlanılarak geliştirilmiştir. Flöresan verme mikroorganzimanın kendi özelliği olabileceği gibi flöresan boyalar ile boyanması sonucu da oluşabilir. Örneğe bağlanan florokrom madde UV ışınları ile flöresan verir ve ortaya çıkan flöresan ışın demetlerinin görüntüyü oluşturmasını sağlar. Flörösan mikroskoplar klinik mikrobiyolojide ve mikrobial ekolojide sık olarak kullanılmaktadır. Elektron mikroskop hücre yapısının detaylı incelenmesi için kullanılmaktadır. Hücrenin iç yapısını ilgilendiren çalışmalarda transmission electron microscope (TEM) 3

4 kullanılması esastır. TEM elektronlar ışık yerine kullanılır. Elektron mıknatısı lens görevi görmektedir. Tüm sistem yüksek vakum altında çalışmaktadır. Elektron mikroskop çözünürlük olarak ışık mikroskobundan çok üstündür. Böylece proteinlerin ve nükleik asidin moleküler büyüklüğü ortaya konulabilir. Ancak önemli bir dezavantajı vardır. Hücreden son derece ince preparatlar alınarak yapılan bir ön hazırlık sonrası TEM incelemesi yapılabilmektedir. Bu inceleme esnasında özel TEM boyaları kullanılmaktadır. Elektron mikroskop ile yapılan bir diğer inceleme scanning electron microscopy (SEM) yöntemidir. SEM yönteminde örnek altın gibi ağır bir metal ile kaplanmaktadır. Gönderilen elektronlar metal tarafından dağıtılmaktadır ve görüntü oluşmaktadır. SEM ile 15X kadar düşük ve X kadar büyük görüntü elde etmek mümkündür. Ancak objenin sadece yüzeyinin görülebildiği unutulmamalıdır. Boyama Asit ve baz boyalar Basit, ayırtedici, özel boyalar Gram boyama yöntemi Gram boyama ve aside dirençli boyama yöntemlerinin karşılaştırılması Bir çok mikroorganizma ışık mikroskopu ile renksiz görünmektedir. Onları görünür hale getirmenin bir yolu boyamadır. Mikroorganizma boyama işleminden önce lama sabitlenmelidir yani tespit edilmelidir. Tespit etme işlemi mikroorganizmaları öldürerek lama yapışmasını sağlamaktadır. Önce mikroorganizma içeren materyal çok ince bir halde lama sürülür. Buna yayma denilir. Yaymanın havada kuruması beklenir. Mikrobiyolojide inceleme için kullanılan yaymalarının büyük çoğunluğu bunzen alevinden birkaç defa geçirilerek tespit edilir. Diğer bir tespit yöntemi hazırlanan yaymanın üzerine metil alkol dökülerek 1 dakika beklenmesi şeklinde yapılır. Daha sonra boyama yapılan yayma su ile durulanır ve kurutma kağıtları ile kurutularak incelemeye hazır hale getirilir. Boya pozitif ve negatif iyonlarda oluşan bir tuzdur. Bu iyonlardan renkli olana kromofor denilir. Bazik boyada renkli olan pozitif iyondur, asidik boyada ise renkli olan negatif iyondur. Bakteri hafif negatif yüklü olup ph 7 civarındadır. Bu nedenle kristalviyole, metilen mavisi, malasit yeşili ve safranin gibi bazik boyalar ile iyi boyanmaktadır. Asidik boyalar ile bakteri boyanmaz etraf boyanır. Bakterinin 4

5 boyanmadığı ama zeminin boyandığı boya şekline negatif boyama denilir. Bakterinin şekli, büyüklüğü, kapsülün incelenmesinde değerlidir. Bu boyama yönteminde ısı ile tespit şart değildir. Bu nedenle hücreler büzüşmeden daha rahatlıkla incelenebilir. Eozin, asit fuksin ve nigrosin asidik boyalara örnek olarak verilebilir. Mikrobiyologlar asidik ve bazik boyalar ile üç ayrı çeşit boyama yaparlar; basit, ayırtedici ve özel. Basit boyama yönteminde doymuş halde ve alkolde hazırlanan boya tespit edilmiş yaymaya uygulanır. Uygulama zaman aralığı boyada boyaya değişir. Boyama sonrası yayma su ile yıkanır, kurutma kağıdı ile kurutulur. Boya tek başına uygulandığı gibi mordant denilen katkı maddeleri eklenerek de kullanılabilir. Katkı maddesi bakterinin boyaya afinitesi artırır, flagellum gibi yapılarının boya ile kaplanmasını sağlayarak onların daha kalın halde kolaylıkla görünmesine yardımcı olur. Laboratuvarda kullandığımız basit boyalar arasında metilen mavisi, karbolfuksin, kristal viyole ve safranini sayabiliriz. Ayırtedici boyalar dediğimiz zaman aklımıza Gram boyası ve aside dirençli boyama gelir. Gram boyası 1884 yılında Danimarkalı bakteriyolog Hans Christian Gram tarafından bulunmuştur. En çok kullandığımız boyalardan birisi olup bakteriler bu boyama ile Gram-pozitif ve Gram-negatif olmak üzere iki önemli gruba ayrılmaktadır. Isı ile tespit edilmiş yayma ilk aşamada bazik bir boya, kristal viyole, ile kaplanmaktadır. Tüm hücreler boyanın rengini, mor, almaktadır. Bu nedenle bu boyaya primer boya denilir. Kısa bir zaman sonra primer boya su ile yıkanır ve bir mordant olan iyodin ile kaplanır. Yaymada bulunan tüm bakteriler yine mordur. Şimdiki aşama ise yaymanın tekrar yıknamasıdır. Ama bu yıkama işlemi alkol ve alkol-aseton karışımı ile yapılır. Bu solüsyona dekolorizasyon solüsyonu denilir. Bu solüsyon bazı hücrelerden boyayı alırken bazılardan almayacaktır. Alkol yıkanır ve yayma bazik bir boya olan safranin ile boyanır. Yayma tekrar yıkanır, kurutma kağıdı ile kurutulur. Bakteriler kriatal viyole ve iyodin ile boyandığı zaman sitoplazmalarına boyayı alarak mor bir renk alırlar. Alkol uygulandıktan sonra boyayı vermeyen bakterilere Gram-pozitif bakteriler denilir ve hala mor renktedirler. Bazı bakteriler ise alkol uygulaması sonucu mor renklerini kaybederler ve renksiz hale gelirler, görünmez olurlar. Bu bakterilere Gram-negatif denilir. Daha sonra uygulana boyaya zıtboya ( counterstains ) denilir. Gram boyamada zıt boya safranin olmaktadır. Gram-pozitif 5

6 bakteri sitoplazması boya ile dolu olup mor renkli olduğu için boyayı zıt boyayı almaz. Ancak Gram-negatif bakteri zıt boyayı alır ve kırmızı olur. Bakteriler arasında farklı Gram boyanmaya neden olan onların farklı duvar yapısına sahip olmalarıdır. Bu nedenle kristal viyole-iyodin kompleksinin bakteride kalmasına veya uzaklaşmasına neden olurlar. Gram-pozitif bakterilerde kalın bir peptidoglikan tabaka vardır. Buna ilave olarak Gram-negatif bakterilerde, Gram-pozitif bakterilerde olmayan lipopolisakkarit (lipid ve polisakkarit) tabaka vardır. Kristal viyole iyodin kompleksi kolaylıkla hücreden içeri girer. Gram-pozitif bakterilerde bulunan kalın peptidoglikan tabaka alkol ile muamele sonrası boyanın geri çıkmasına engel olur. Ancak Gramnegatif bakterilerde lipopolisakkarit tabaka alkol ile muamele sonrası erir ve ince olan peptidoglikan tabaka boyanın geri kaçışına engel olamaz. Bunun sonucu Gram-negatif bakteri boyayı verir ve zıt boya ile boyanıncaya kadar boyasız kalır. Gram boyası mikrobiyolojide kullanılan en yaygın boyama yöntemidir. Ancak bazı (1)bakteriler Gram ile boyanmaz ve kötü boyanırlar. Şunu unutmamalıyız ki, (2)Gram boyası taze kültürlerde iyi sonuç vermektedir. Diğer taraftan (3)Gram boyası bakterinin neden olduğu enfeksiyon hastalığın tedavisinde yol gösterici olmaktadır. Gram-pozitif bakteriler penisilin ve sefalosporin gibi antibiyotiklr tarafından kolaylıkla öldürülmektedirler. Ancak Gram-negatif bakterilerde bulunan lipopolisakkarit tabaka antibiyotiklerin geçişine genellikle engel olmaktadır. Aside dirençli boyama bir diğer ayırt edici boyama yöntemidir. Aside dirençli boyama (ADB) bakterinin hücre duvarında bulunan balmumu materyal ile ilgidir. Mikrobiyologlar ADB yöntemini Mycobacterium tuberculosis (verem hastalığı etkeni), Mycabacterium leprae (cüzzam hastalığı etkeni) tanımlanmasında kullanmaktadırlar. Elbette diğer verem etkeni mikobakterilerin tanımlanmasında da ADB kullanılır. Nocardia türlerinin tanımlanmasında da ADB yöntemi kullanılmaktadır yalnız burada kullanılan ADB yöntemi biraz farklıdır. ADB yönteminde ilk uygulanan boya kırmızı bir boya olan karbolfuksindir. Karbolfuksin boyası yayma üzerine yaymayı tamamen kapatıncaya kadar dökülür. Yayma alttan ısıtılıp soğutularak boyayı alıp vermesi sağlanır. Daha sonra yaymanın soğuması beklenir. Yayma su ile yıkanır. Dekolorizasyon işleminde asit-alkol karışımı kullanılır. ADB-negatif bakteriler bu işlem esnasında kırmızı boyayı tamamen verirler. ADB-pozitif bakteriler ise kırmızı kalırlar. Karbolfuksin hücre duvarı lipidlerinde asit- 6

7 alkol karışımından daha iyi erimektedir. Bu nedenle asit-alkol muamelesi sonucu boyayı vermezler. Dekolarizasyon işlemi zıt boya olarak metilen mavisi kullanılır. Aside dirençli olmayan bakteriler mavi rengi alırlar. Özel boyama yöntemi olarak kapsül boyası, endospor boyası ve flagella boyasından bahsetmek istiyorum. Bir çok bakteri sizlere ilerde anlatacağım bir yapı olan kapsüle sahiptir. Kapsül bakterinin virulansını gösterir. Kapsülün gösterilmesi klasik boyama yöntemleri ile mümkün değildir. Çünkü kapsül materyali suda erimektedir. Kapsülün gösterilmesi için çini mürekebi veya nigrosin gibi boyalar ile bakteri karşılaştırılır ve negatif boyama yapılır. Daha sonra bakteri basit boyama yöntemi ile safranin gibi boyalar ile boyanır. Endospor bazı bakterilerde çevre şartlarının bakteri için olumsuz hale gelmesi sonucu ortaya çıkmaktadır. Her bakteride görülmez. Doğal olarak çok daha sağlam bir yapıdır. Klasik boyalr ile boyanın endospor içine girmemesi nedeniyle boyanmaz. En yaygın kullanılan endospor boyası Schaeffer-Fulton endospor boyasıdır. Hazırlanan yayma ısı ile tespit edilir. Malasit yeşili primer olarak uygulanır. Uygulama esnasında alttan ısı uygulanarak 5 dakika boyama yapılır. Isı uygulaması boyanın endospor içine girmesine yardım eder. Süre sonunda yayma su ile 30 saniye yıkanarak spor dışında tüm hücrenin boyayı vermesi sağlanır. Daha sonra zıt boya olarak safranin kullanılır. İyi bir boyama sonucu kırmızı veya mor hücreler içinde yeşil endospor görünümü karşımıza çıkar. Endospor ışığı kıran bir madde olduğu için normal boyama ile ışık mikroskobunda görülebilir. Bakteri flagellası onun hareketi sağlayan yapı olup boyanmadan ışık mikroskop ile görünmesi küçüklüğü nedeniyle mümkün değildir. Boyama amacıyla mordant maddeler ve karbolfuksin kullanılır. Bu şekilde flagella daha kalın bir şekilde ışık mikroskop ile görülebilir hale gelir. Glikokaliks Bir çok bakteri kendi doğal ortamında çoğaldığı zaman büyük miktarda hücre dışı polimer sentez ederler. Bu hücre dışı materyal polisakkarit yapısındadır. Bunun tek istisnası Bacillus antracis olup poly-d-glutamik asit yapısında kapsülü vardır. Bu madde sınırları belirgin bir halde bakteri hücresini sıkıca sararsa kapsül adını almaktadır. Glikokaliks hücre üzerine sıkıca yapışarak durmuyorsa slime adını alır. Glikokaliks sentezleyen enzimler hücre yüzeyinde bulunur. Oluşan polimer bir çeşit 7

8 şeker içeriyorsa homopolimer, birden fazla çeşit şeker içeriyorsa heteropolimer ismini alır. Kapsül bakterinin patojenite özelliklerinden birisidir. Kapsüle özgül antikorlar ile kaplanmadığı sürece, bakteriyi fagositozdan korur. Slime tabakası ise fagositozdan korumasa dahi bakterinin katheter, kalp kapakları, protez diğer cihazlar gibi bir takım yüzeylere yapışmasını sağlar. Örneğin Streptococcus mutans slime tabakası sayesinde diş minesine tutunabilir ve plak denilen oluşumu ortaya çıkmasına neden olur. Buraya gelen aynı veya farklı tür bakteriler ile beraber çürük oluşumuna neden olur. Hücre Duvarı Hücre duvarı, (1)sitoplazmik membranın dışında yer alan, (2)bakteriye şeklini veren (3)birden fazla tabakadan oluşmuş, dayanıklı ve kompleks yapıdır. Bakterinin şeklini verir ve (4)korumasını sağlar, (5)boyanmadan sorumludur, artan iç osmotik basınca karşı hücreyi patlamaktan korur. (6)Hücre duvarı kendi biyosentezini gerçekleştirerek, hücre bölünmesinde önemli bir rol oynar. (7)Hücre duvarının değişik tabakaları hücre yüzeyinin majör antijenik determinant bölgeleridir bu nedenle birçok antibiyotik ve faj için reseptörleri içermektedir. Hücre duvar yapısı Gram-pozitif ve Gram-negatif bakterilerde farklılık gösterir. Her iki grup bakteride ortak olan peptidoglikan tabakadır. Gram-pozitif bakterilerde hücre duvarı kalın bir peptidoglikan tabaka ve teikoik asitden oluşur. Gram-negatif bakterilerde ise ince bir peptidoglikan ve dış membrandan oluşmaktadır. Gramnegatif bakterilerde hücre duvarında bulunan dış membranı oluşturan katmanlar arasında yer alan lipopolisakkarit(lps) endotoksin aktivitesinden sorumludur. Duvar genel yapısı ile seçici olmayan bir geçirgenlik gösterir ise de Gram-negatif bakterilerde dış membran büyük moleküllerin geçmesine izin vermez. Peptidoglikan (murain, mukopeptid) tabaka Gram-pozitif ve Gram-negatif bakterilerde ortakdır. Peptidoglikan tabaka N-asetilmuramik asit (NAM), N-asetilglukozamin (NAG) ve tetrapeptid zincirlerinden oluşur. Peptid zincirleri genellikle L-Alanin, D-Glutamik asit, Diaminopimerik asit(dip) ve D-Alaninden oluşmaktadır. Gram-pozitif bakterilerde DIP yerine L-Lizin veya başka bir L-Aminoasit olabilir. NAM ve NAG birbirine 1-4 bağları ile bağlıdır. Bu bağlar lizozim ile parçalabilir. Tetrapeptidler NAM e bağlı olup kendi aralarında D-Alanin ve DIP arasında(gram-negatif) veya D-Alanin ve L- Lizin (Gram-pozitif) arasında tetrapeptid yan zincirleri oluşmaktadır. İskelet yapı tüm bakterilerde aynı olmasına karşılık tetrapeptid yan zincirler ve çapraz bağlar türden 8

9 türe değişiklik göstermektedir. Tetrapeptidlerden ilki L-Alanin olup NAM a bağlıdır. İkinci aminoasit D-Glutamik asit, üçüncü DIP ve dördüncüsü ise D-Alanindir. Daha önce de vurguladığımız gibi en değişken olan üçüncü aminoasit olan DIP olup Gram-pozitif bakterilerde DIP aynen kalabildiği gibi yerine L-Lizin veya diğer L aminoasitler gelebilir. Gram-negatif bakterilerde lipoprotein tabaka DIP a bağlanır. DIP sadece prokaryotik hücre duvarında bulunur. Glikan zincirini oluşturan glikozid bağları çok güçlü bağlar olmasına karşılık çapraz bağlar ile bu yapı yeterli güçlülüğe kavuşabilir. Yapının dayanıklılığnı esas olarak veren esnek çapraz bağlardır. Çapraz bağlar patojen bakterilerde, patojen olmayanlara göre daha fazladır. Bu şekilde vücud sıvılarında bulunan lizozim etkisine daha dirençli olurlar. Peptidoglikan Sentezi Peptidoglikan sentezini basamaklar halinde sıralamak istiyorum. 1.-Otolizin olarak tanımlanan bir grup enzim peptidoglikan monemerleri arasındaki transglikozid ve transpeptidaz bağlarını yıkar. Böylece yeni sentezlenecek monomerler için yer açılır. 2.-Peptidoglikan monomerleri sitozolda sentezlenir. İlk olarak NAG üridin difosfata bağlanarak UDP-NAG kompleksini oluşturur. Bazı NAG bileşikleri enzimatik olarak NAM a dönüşerek UDP-NAM kompleksini oluşturur. Beş amino asit UDP-NAM a 9

10 bağlanarak pentapeptidi oluştururlar. Son iki aminoasit olan D-alanin L-alaninden oluşturulmaktadır. 3.-UDP-NAM-pentapeptid kompleksi baktoprenola taşıyıcı protein olan baktoprenole bağlanmaktadır. Enerji UDPmolekülünde bulunan yüksek enerjili fosfat bağından karşılanmaktadır. 4.-UDP-NAG kompleksi baktoprenola bağlanmış olan NAM-pentapeptid molekülüne bağlanır. Bu esnada UDP uzaklaşır. 5.-Artık monomer tamamlanmıştır. Tamamlanmış olan monomer baktoprenol tarafından peptidoglikan tabakada bulunan ve otolizinler tarfından oluşturulan kırık bölgeye taşınır. 6.-Transglikozidaz enzimi NAM ve NAG arasında glikozid bağlarını oluşturur. 7.-Son olarak transpeptidaz enzimi petid bağlarını oluşturu. Bu esnada son D-alanin uzaklaştırılır. Gram-pozitif Bakteri Hücre Duvarı Peptidoglikan tabaka en az 40 kat olup hücre duvar ağırlığının %50 den, total hücre ağırlığının ise %10 dan fazlasını oluşturur. Hücre duvarında teikoik asit, teikuronik asit ve polisakkaritler vardır. Teikoik asit ribitol veya gliserol gibi bir alkol ve buna bağlı fosfattan oluşmaktadır. Hücre duvarında bulunan 2 tür teikoik asit vardır; duvar teikoik asidi peptidoglikan tabakaya bağlıdır, membran teikoik asit ise lipoteikoik asit Gram-pozitif bakteri hücre duvarı Gram-negatif bakteri hücre duvarı de denilir ve sitoplazmik membrana bağlıdır. En fazla mezozomda bulunur. Bazı Gram-pozitiflerde duvar teikoik asit bulunmaz. Membran teikoik asit her zaman gliserol içerir ve gereklidir. Teikoik asit Mg ++ iyonlarına bağlanarak hücre içine girmesini sağlar. Mg ++ duvar sentezinde enzimler için kofaktördür. Teikoik asit aynı 10

11 zamanda fajlar için reseptör görevini yapar. Teikoik asit Gram-pozitiflerde majör yüzey antijenlerini de oluştururlar. Teikoik asit negatif yüklü olduğu için pozitif yüklü iyonların(katyonların) bağlanması ve hücre içi ve dışına alınmasının kontrolünden sorumludur. Böylece 3 görev tanımını yapmış olduk; katyonların içeri alımı ve dışarı atılması, hücre çoğalması, antijenik reseptör görevi. Bakterinin bulunduğu ortamda fosfat yoksa teikoik asit teikuronik asit sentezlenir. Duvarda bulunan polisakkarit mannoz, arabinoz, galaktoz, ramnoz gibi nötral ve glukozamin, glukronik asit ve mannuronik asit gibi asit şekerlerden oluşmaktadır. Örneğin aside-dirençli bir bakteri olan Mycobacterium tuberculosis hücre duvarı mikolik asit içermektedir. Mycobacterium tuberculosis Gram boyası ile boyanır ve Gram-pozitif olarak kabul edilir. Gram-negatif Gram-negatif bakterilerde ince bir peptidoglikan tabaka (1, 2 kat) üzerinde lipoprotein tabaka, dış zar ve lipopolisakkarit tabakadan oluşan hücre duvar yapısı görülmektedir. Lipoprotein peptidoglikan ve dış membran arasındadır. Türe özgül değildir. Peptidoglikan tabakasında bulunan DAP grubuna bağlıdır. Dış membrana lipid kısmı girmiştir. Dış membranı stabilize eder. Dış ve iç membranlar arsındaki boşluğa periplazmik aralık denilir. Lipoproteinler bu aralıkta yer almaktadır. Periplasmik aralık yüksek konsantrasyonda yıkıcı enzimler ve taşıyıcı proteinler içeren sıvı bir kısımdır. Dış membran diğer membranlardan farklı yapıdadır. Lipoprotein tabakaya bağlı fosfolipidlerden başlamaktadır. Üst kısımda ise yine fosfolipidler olmasına karşılık LPS ile devam etmektedir. LPS tabakanın lipid kısmı fosfolipidler içine gömülü halde iken polisakkarit (PS) kısmı dış membrandan çıkıntılar halinde uzanmaktadır. Fosfolipid matriks içine gömülmüş özgül proteinleri içermektedir. Periplazmik sahadaki proteinlerin ayrılmasını engellerler. Dış membran hidrofobik molekülleri hücre dışına atabilme yeteneğine sahiptir. Diğer biyolojik membranlarda bulunmayan bu özellik sayesinde bakteri safra tuzları etkisinden korunmaktadır. Yapısındaki lipidlerden dolayı dış membranın hidrofilik molekülleri içine alamayacağı düşünülürken porin adı verilen kanalların varlığı gösterilmiştir. Enterik bakterilerde hücreyi konak hücrenin hidrolik enzimlerinden ve safra tuzlarından korur. Bu proteinlere kısaca Omp denilir. Porin proteinler dış membranın iki yüzüne penetre olan proteinler olup kendilerini 11

12 kodlayan genlere göre OmpC,D,F, PhoE gibi isimler almaktadır. Dış membrandaki bu majör proteinler şeker, amino asit ve belirli iyonlar gibi düşük molekül ağırlıklı hidrofilik bileşiklerin hücre içine pasif difüzyonunu sağlar. Dış membran proteinleri aynı zamanda fajlar ve bakteriyosinler için reseptör görevi görmektedir. Büyük molekül ağırlıklı antibiyotikler dış membrandan oldukça yavaş penetre olmaktadırlar. Dış membran permeabilitesi türler arasında değişiklik göstermektedir. Omp A dış membranda en fazla görülen protein olup dış membranın peptidoglikan tabakaya bağlanmasında rol alır. Omp A ayrıca bakteriyofaj ve diğer bakteri pilusları için reseptör görevi görür. Dış membranda vitamin B12 ve demir siderofor komplekslerinin transportunda görevli porinler bulunmaktadır. Bunlara ek olarak dış membranda bazı minör proteinler de bulunmaktadır. Fosfolipaz, proteinaz ve bazı PBP leri saymak mümkündür. Lipolisakkarit tabaka üç kısımdan meydana gelmektedir; Lipid-A, Kor ve Tekrarlayan Üniteler. Lipid A Gram-negatif bakterilerin toksik etkisinden sorumludur. Fosforile olmuş glukozamin disakkarit ünitelerinden oluşmuştur. Ayrıca bu yapıya uzun zincirli yağ asitleri eklenmiştir. Kor kısmı 7 karbonlu olup bütün Gram-negatif türlerinde aynıdır. Tekrarlayan üniteler antijenik özgüllüğü verir. Antijenik özgüllük üçlü şekerlerin konfigürasyonuna bağlı. Polisakkarit bakteri hücresinin major yüzey antijenidir ve O Antijeni adını alır. LPS tabaka Gram-negatif bakterilerin endotoksinidir. Hücre yüzeyine sıkıca bağlı olup sadece hücre parçalandığında açığa çıkar. LPS Lipid A ve polisakkarit olarak ayrıştırıldığında gerçek toksik etkiden Lipid-A nin sorumlu olduğu görülmektedir. Gram-negatif bakterilerin bazılarında dış membran LPS yapısı bulunmamaktadır. Bu bakterilerde LPS yerine LOS bulunmaktadır. Tekrarlayan ünite kısa zincirli oligosakkaritler olduğu için LOS denilmektedir. İç ve dış membranlar arasındaki aralığa periplazmik aralık denilmektedir. Hücre hamcının %20-40 ını oluşturmaktadır. Periplazmik aralıkta bulunanlar aşağıdadır. Bağlayıcı proteinler Amino asit, şeker, vitamin, iyon Detoksifiye enzimler -laktamaz,aminoglikozid fosforilaz Hidrolitik enzimler Alkalen fosfataz, 5 -nükleotidaz Ayrıca membran kaynaklı oligosakkaritler, D-glukoz polimerleri ve gliserol fosfat. 12

13 Özellikler MDO (membran kaynaklı oligosakkaritler) osmoregülasyonda rol oynar ve antibiyotiklerin tutunmasına neden olur. Aside-Dirençli Bakterilerin Hücre Duvarı Tıbben önemli olan aside dirençli bakteriler Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae, Mycobacterium avium-intracellulare complex ve Nocardia türleridir. Aside dirençli bakteriler Gram-pozitif yapıdadır. Hücre duvarında peptidoglikan yapısına ilave olarak glikolipidler bulunur. Örneğin Mycobacterium tuberculosis de mikolik asit hücre duvarının %60 ını oluşturur. Mycobacterium hücre duvarında ince bir peptidoglikan yapısı bulunur. Peptidoglikan yapı arabinogalaktan (Darabinoz ve D-galaktoz) ile devam eder. Arabinogalaktan mikolik asit içeren dış membrana bağlıdır. Arabinogalaktan/mikolik asit tabakası serbest lipid, glikolipid ve peptidoglikolipid içeren polipeptid ve mikolik asit tabası ile kaplıdır. Diğer glikolipidler arasında 13

14 lipoarabinomanna ve fosfatilinositol mannoside sayılabilir. Tıpkı Gram-negatif bakterilerde olduğı gibi dış membran porin içermektedir. Bu porinler küçük hidrofilik moleküllerin duvardan geçişi için gereklidir. Dış membran yüzeyinde tür ve şuşlarda farklılık gösteren proteinler bulunur. Peptidoglikan ve sitoplazmik membran arasında jelatinöz bir yapı gösteren periplasm bulunur. Hücre Duvarını Etkileyen Enzimler Lizozim peptidoglikan omurganın -1,4 bağını etkiler. Ter, tükrük ve nasal sekresyonda bulunur. Gram-pozitif bakteriler lizozim ile muamele edilirse duvarsız şekil protoplast oluşur. Normal olarak Gram-negatif bakteriler lizozim tarafından etkilenmez. Eğer hücreler önce EDTA daha sonra Lizozim ile muamele edilirse duvar kalıntılarına sahip olan sferoplast oluştururlar. Bakterilerin kendileri de otolizinler ve peptidoglikan tabakaya bağlanan hidrolitik enzimler salgılarlar. Bu enzimler hücre üreme ve bölünmesinde önemli fonksiyonlara sahipdir. Ayrıca ölü hücrelerin ortadan kaldırlması (otoliz) gibi önemli bir fonksiyona sahipdir. L-formları bakteri hücre duvarının lizozim veya penisillin gibi duvarı etkileyen bir antibiyotikle muamele edilmesi sonucu oluşur. Eğer bu hücreler üreyebiliyor ve bölünebiliyor ise L-formları adını alır. L-formlarının bazıları indükleyici etkinin ortadan kalkması ile tekrar ana forma dönebilir. Bazı bakteri türleri ise ortada indükleyici etki olmaksızın L-formlarını oluştururlar. L-formlarının gerek antibiyotik etkisi ile ve gerekse kendiliğinden oluşması sonucunda infeksiyon kronikleşir. L formlarının kültürü zordu. L formları penisilin etkisiyle lizozim etkisinden daha kolay oluşurlar. Sitoplazmik Membran-Hücre Membranı Sitoplazmik membran 8 nm. kalınlığında ince bir membran olup sitoplazmayı çepeçevre sarmaktadır. Bu yapı sitoplazma içindekileri çevreden korumaktadır. Membranın bütünlüğü bozulur ise hücre yapısı bozulur ve sitoplazma dışarıya akar, hücre ölür. Ancak sitoplazma aynı zamanda seçici bir geçirgenlik göstermektedir. Bu geçirgenlik sayesinde özel moleküller hücre içine girebilir ve hücre içindeki atıklar dışarıya atılabilirler. 14

15 Sitoplazmik membran iki katlı fosfolipid bir yapı göstermektedir. Fosfoglid yapı hidrofilik gliserol ve hidrofobik yağ asitlerinden oluşmaktadır. Yağ asitlerinin farklı özellikler taşıması ve gliserole bağlı farklı fosfat içeren gruplar farklı sitoplazmik membranların oluşumuna neden olmaktadır. Sitoplazmik membranda ayrıca membranda boydan boya uzanan çeşitli proteinler bulunmaktadır. Prokaryotik hücre sitoplazmik membranları ile ökaryotik hücre membranları benzerlik göstermektedir. Ancak ökaryotik hücre membranlarında bulunan sterol prokaryotik hücre menbranlarında bulunmaz. Bunun tek istisnası hücre duvarı olmayan Mycoplasma türleridir. Ayrıca prokaryotik hücre duvarlarında bulunan hopanoidler sitoplazmik membrana dayanıklılık verirler ve ökaryotik hücrelerde bulunmazlar. Sitoplazmik Membran Fonksiyonları : 1.-Seçici geçirgenlik ve transport 2.-ETS 3.-Hidrolitik enzimlerin salınması 4.-Biyosentez 5.-Çeşitli taksis uyaranlarına karşı reseptörler içermesi Sitoplazmik membran fonksiyonları içinde seçici geçirgenlik ve transport fonksiyonu önemli bir yer tutmaktadır. Sitoplazma tuz, şeker, aminoasit, vitamin, koenzim ve diğer çözünebilir materyalleri içermektedir. Sitoplazmik membranın hidrofobik özelliği nedeniyle bazı küçük hidrofobik moleküller membrandan diffüzyon yoluyla geçebilmektedir. Hidrofilik olan ve elektriksel yük yaşıyan moleküller ise sitoplazmik membrandan geçememektedirler. Küçük bir yapı olan H + iyonu membrandan geçemez ama yeterince küçük olan ve elektriksel yük taşımayan su molekülü 15

16 membrandan geçebilir. Görüldüğü gibi membran geçişinin ilk aşaması pasif difüzyon olup aşağıdaki tabloda pasif difüzyon ile geçebilecek çeşitli moleküller verilmektedir. Yandaki tabloda suyun geçişi 100 kabul edildiği zaman çeşitli moleküllerin membrandan pasif difüzyon ile geçişi görülmektedir. Bu tablo bize bakteri için hayati önem taşıyan bir çok melokülün membrandan difüzyon ile geçemeyeceğini göstermektedir. Bakteri hücresi kendisine gerekli olan moleküllerin büyük bir çoğunluğunu proteinlere bağlı olarak taşımaktadır. Bu taşıma sistemleri enerji gerektirmektedir. Basit Taşıma Grup Translokasyonu ABC Sistem Şekil(a) proton kuvveti ile substratın taşınması göstermektedir. Şekil(b) de ise grup translokasyonu ile taşıma görülmektedir. En aşağıda kısaca ABC olarak adlandırılan ve 3 aşamalı olan sistem görülmektedir. İlk aşamada periplazmik aralıktaki proteinlere bağlanarak gelen substratın 2. aşamada membran proteinlere bağlandığı ve 3. aşamada ATP nin 3. bir protein tarafından hidrolize edilerek gerekli enerjinin sağlandığı görülmektedir. 16

17 Membran kanalları prokaryotik hücrede 12 alfa heliksinden oluşmaktadır. Aşağıdaki şekilde ise sadece membrandan kanallarını oluşturan proteinleri kullanarak yapılan 3 değişik geçiş görülmektedir. Uniporter sadece substratı gececeği yöne taşıyan bir proteindir. Symporter ise iki değişik substratı aynı yöne taşıyan proteindir. Antiporter ise iki ayrı substratı karşılıklı taşıyan proteindir. Yukarıda grup translokasyonu görülmektedir. Grup translokasyonunda taşınan Grup substrat geçiş esnasında kimyasal olarak değişikliğe uğrar. Grup translokasyonuna en iyi örnek glukoz, mannoz, fruktoz gibi şekerlerin fosfortansferaz sistemi ile geçiş esnasında fosforile edilmeleridir. Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi Enzim IIc geçiş esnasında fosfat vererek substratı fosforile etmektedir. Enzim I, Hpr ve Enzim IIa sitoplazmik proteinler iken Enzim IIb ve Enzim IIc membran proteinleridir. Enzim I ve Hpr özgül olmayan komponentler iken Enzim II her şeker için özgüllük 17

18 göstermektedir. Metabolik ara ürün olan fosfoenolprüvattan sağlanan yüksek enerjili fosfat bağı fosfotransferaz sistemine aktarılmaktadır. peripasmic binding protein transport kısaca ABC dediğimiz peripasmik bağlayıcı proteinlere dayalı taşıma sistemi yanda görülmektedir. Daha önce de gördüğümüz gibi periplasmik sahada, periplasmik bağlanma proteini olarak tanımlanan bir çok protein vardır. ABC sistemi üç komponentten oluşmaktadır. İlk komponent periplasmik bağlayıcı proteinler, ikinci komponent membranda kanalı proteinleri ve üçüncü komponent ise ATP hidrolizi ile gerekli enerjiyi sağlayan komponenttir. Prokaryotlar için 200 den fazla ABC sistemi tanımlanmıştır. Enteresan olan nokta ise periplasmik aralık olmayan Gram-pozitif bakterilerde de bu sistemin bulunmasıdır. Gram-pozitif bakterilerde periplasmik saha proteinleri yerine sitoplazmik membranda sabit olan proteinler bulunmaktadır. Bu proteinler bağladıkları substratı kanal proteinlerine iletmektedirler. ETS içinde yer alan sitokromlar, diğer enzim ve komponentler(flavoprotein, kinonlar, demirli proteinler ve dehidrogenazlar) bakterilerde sitoplazmik membranda bulunurlar. Sitoplazmik membran solunum ve oksidatif fosforilasyon görevlerini yerine getirmektedir. Bakteriler sitoplazmik membrandan salgıladıkları hidrolitik enzimler ile sitoplazmik membran dışındaki besin maddelerini küçük ve taşınabilir parçalara ayırılar. Gramnegatif bakteriler hidrolitik enzimlerini periplazmik aralığa, Gram-pozitif bakteriler ise dış ortama salrlar. Bakteriler kendileri için patojenite faktörü olan enzim ve toksinleri de sitoplazma dışına salarlar. Bakteriler sitoplazmalarında bulunana enzimler ile hücre duvarı, fosfolipid ve DNA sentezlerini yaparlar. Sitoplazmik membran biyosentez de önemli bir rol oynamaktadır. 18

19 Sitoplazmik membranın hücre içine doğru yaptığı girintilere mezozom denilir. Septal ve lateral olmak üzere iki tip mezozom bulunmaktadır. Septal mezozom hücre bölünmesi sırasında kromozomun tutunduğu bölgedir. Replikasyonun başladığı septumun oluştuğu yerdir. Lateral mezozom ise plazmidlerin çoğalmasında ve spor oluşumunda rol oynamaktadır. Sitoplazmik membran üzerinde flamentous tempature sensitive olarak isimlendirilen ve Fts olarak ifade edilen bir grup protein vardır. Bu proteinler divisom olarak tanımlanan bölünme aygıtını oluştururlar. Bu proteinler FtsZ, FtsA, FtsI ve FtsK dır. FtsI peptidoglikan tabakasının sentezinde transpeptidasyon enzimi olarak görev yapar. Mikoplazmalar hariç tüm öbakterilerin sitoplazmik membranlarında yer alırlar. Bunlar aynı zamanda etkilerini hücre duvar sentezini bozarak gösteren penisilinlerin hedefleridir. Enzimlere bu nedenle penisilin bağlayan proteinler de denmektedir. Sitoplazma ve Sitoplazmik Yapılar Bakteri sitoplazması su, çeşitli iyonlar, metabolitler (biyosentez ve katabolizma sonucu oluşan) ve makromoleküller (protein, nükleik asit ve garanüller) içeren saydam, koloidal sistemdir. Prokaryotik hücrelerde mitokondri ve kloroplast gibi kendiliklerinden çoğalan plastidler bulunmaz. Elektron transport sistemi sitoplazmik membranda yer alır. Ancak elektron mikroskobu ile sitoplazmada çok sayıda ribozomların bulunduğu gözlenmiştir. Ayrıca bir çok bakterini sitoplazmasında plazmidler ve transpozonlar bulunabilir. Nukleoid Ökaryotlarda nukleusun bakterilerdeki karşılığı olan nükleoid, sitoplazmada DNA nın lokalize olduğu alandır. Feulgen boyası ile boyanmış preparatlarda ışık mikroskobu ile ayrı bir bölge olarak görülebilir. Elektron mikroskop ile yapılan ileri çalışmalar sonucunda nükleer membranının ve mitotik aygıtının olmadığı saptanmıştır. Kromozom ise içerdiği proteinler nedeniyle granüler olarak görülmektedir. Nükleoid yapısının büyük bir kısmını DNA oluşturur, ayrıca RNA, RNA polimeraz ve proteinler de bulunmaktadır. Histon bulunmaz. Ancak bakterilerde histon benzeri proteinler olduğu ve bu proteinlerin histonların işlevini gördüğü bilinmektedir.bakteri kromozomu çift sarmallı tek bir kromozomdur. Çembersel bir yapı gösterir ancak kendi üzerine kıvrılmış bir yumak halinde bulunur. Açılmış bakteri kromozomunun 19

20 boyu yaklaşık 1 mm. civarındadır. Bazı bakterilerde çembersel değil lineer kromoz bulunduğu gösterilmiştir. Bakteriler tek bir kromozoma sahip olduklarından, bölünme sırasında kromozomların bölünmesine yardımcı olacak mitotik aygıta ihtiyaçları yoktur. Replikasyon sonucu oluşan ürünler koordineli bir biçimde yavru hücrelere bölüştürülür. Elektron mikroskop ile yapılan incelemelerde bakteri kromozomunun bir ucu ile sitoplazmik membranın içeriye doğru yapmış olduğu girintitye tutunduğu gözlenebilir. Bu bölgeye mezozom adı verilir. Bu bölge hücre bölünmesinde işlev yapar (septum bu bölgede oluşur). Plazmidler Plazmidler küçük, çembersel kromozom dışı DNA parçacıklarıdır. Bakteri kromozomondan bağımsız olarak çoğalabilirler ve bakteriden bakteriye aktarılabilirler. Plazmidlerin varlığı bakteriler için şart olmamakla birlikte Gram-pozitif ve Gramnegatif bakterilerde sitoplazmalarında bulunurlar. Plazmidlerde bir veya daha fazla antibiyotiğe, ağır metal tuzlarına ve UV ışınlarına direnç gibi özellikleri kodlayabilirler. Ayrıca plazmidler bakterilere fibria, hemolizin ve ekzotoksin yapma özellerini kazandırabilirler. Transpozonlar Serbest hareket etme özelliğine sahip DNA parçacıklarıdır. Bir genomdan kalkıp başka bir genoma yerleşebilirler. Bu yer değiştirme, bakteri DNA sı, plazmidleri ve bakteriyofajlar arasında olabilir. Bunlara sıçrayıcı genler denilmektedir. Plazmidlerden farklı olarak bağımsız olarak çoğalamazlar. Direnç genleri taşımaları açısından önemlidirler. Ribozomlar Temel yapıları RNA olan ribozomlar bilindiği gibi protein sentezinin yapıldığı yerdir. Hücre RNAsinin %80 i ribozomlarda bulunmaktadır. Bakteriyel ribozomlar 30S ve 50S alt birimlerden olu$an toplam 70S büyüklüğündedir (S: sedimentasyon hızı birimi olan Svedberg iinitesini ifade eder). Ökaryotlarda ise 80S büyüklüğündeki ribozomlar 40S ve 60S alt birimlerinden oluşmuştur. Ayrıca bakteriyel ribozomları oluşturan RNA ve proteinler ökaryotlarınkinden önemli farklılıklar gösterir. Granüller Bakteriler genellikle ceşitli maddeleri granüller içerisinde depolarlar. Kompleks polimerler halinde depolanan bu maddeler genellikle enerji ve besin deposu olarak 20

21 işlev gorürler. Nitrojen, fosfor, fosfat kaynaklannın yetersiz olması, ph düşüklüğü gibi uygunsuz koşullarda bakteri granüllerini kullanır. Örneğin ortamdaki fazla lipid Myobacterium, Bacillus, Azobacter, Spirillum gibi bazı bakterilerde poly-p-hydroxy butyric acid polimerlerine dönüştürülür. Lipid granülleri Sudan boyası ile gösterileblir. Polisakkaritler ise ise glikojen ve nişaşta gibi glikoz polimerlerine düştürülerek depolanir. Polisakkarit granülleri iyot boyaları ile boyanabilirler. Sülfür bakterileri olarak anılan ve Thiobacillus cinsine bağlı bakteriler enerjiyi sülfür bileşiklerinden elde ederler. Bu bakteriler sülfür granülleri içerirler ve gerektiği zaman enerji temini için kullanırlar. Karbon kaynağı olarak karbondioksit kullanan fotosentez yapan bakterilerin karbondioksiti sabitlemek için ribulose 1,5-diphosphate carboxylase enzimi kullanırlar. Cyanobacteria ve Thiobacilli gibi bakteriler enzimi carboxysomes granülleri şeklinde depolarlar. Birçok bakteri aynca ATP sentezinde kullanmak uzere gerekli olan inorganik fosfatı polifosfat granulleri halinde depolamaktadir. Bu polifofat granullerine volutin cisimcikleri ya da metakromatik granüller adı da verilmektedir. Çünkü bu granüller metakromazi gösterirler; yani bakteri boyalan ile zıt renkte boyanirlar Bu granüller Corynebacterium cinsi bakterilerin karakteristik bir özelligidir. Yine bazı bakterilerde gaz vakuolleri bulunur. Magnetozom demir minerali olan magnetit (Fe 3 O 4 ) içeren hücre içi partiküllerdir. Flagella Bakterinin çok ince, protein yapılı uzantılarıdır. Çapları nm. Arasında değişmektedir. Hareket organalleridir. Basillerde ve kıvrık bakterilerde bulunurlar. Sayıları bir kaç taneden yüzlerceye kadar değişmektedir. Bakterilerde 4 farklı şekilde yerleşmektedir. Aşağıdaki şekilde de görüldüğü gibi; tek bir polar flagella(monotiriş), her iki kutupda birer flagella(amfitiriş), bir kutupda birden fazla (lofotiriş) ve bakterinin bütün yüzeyinde(peritiriş) olabilir. Aşağıdaki şekilde sağda faz-kontrast mikroskop görüntüsü verilen bir monotriş basil, sağda ise 4 tip görülmektedir. 21

22 Flagella yapısı son derece komplektir. Aşağıda flagella yapısı görülmektedir. Şekilde görüldüğü gibi flament, dirsek ve bazal cisimcik bölgelerinden oluşmaktadır. Gram-negatif bakteride bazal cisimcik 2 çift disk ile bakteriye bağlıdır. Bu disklerlerde bir çifti sitoplazmik membranda olup S-M ismini alır. Diğerleri peptidoglikan (P) ve LPS tabakada (L) yer almaktadır. Flagella flagellin olarak isimlendirilen helikal yapı gösteren protein alt birimlerden meydana gelmiştir. Flagellin antijeniktir gösterir ve bakterilerin H antijenini oluşturmaktadır. Mekanik olarak ortadan kaldırılan flagella bakteri tarafından 3-6 dakikada tekrar oluşturulur. Gram-pozitif bakteride ise sadece S-M diskleri vardır. Sitoplazmik membranda yer alan S-M disklerinin etrafında Mot proteinleri, iki disk arasında ise fili proteinleri bulunmaktadır. Mot proteinlerinde oluşan proton akışı sonucu oluşan elektrostatik kuvver ile disk adeta bir elektrikli motor gibi dönmektedir. Burada dalgalanmaların önemi ortaya çıkmaktadır. Çünkü dalgalanma flagellayı bir geminin uskumrusuna 22

23 çevirmekte ve bakteri sıvı ortamda çok kolay hareket edebilmektedir. Hareket saat yönü veya tersine olabileceği gibi değişen hızlarda da ortaya çıkabilmektedir. Spirochetes yapısal ve hareket olarak farklı bir grup bakteriyi içerir. Bakteriler arasında frengi (sifiliz) hastalığı etkeni Treponema pallidum ve Lyme hastalığı etkeni Borrelia burgdorferi sayılabilir. Bu bakterile hareketlerini aksial flament ve endoflagella denilen yapıları ile sağlarlar. Flagella ilerleyerek ve takla atarak çevresel uyaranlara cevap vermektedir. Bu olaya taksis diyoruz. Kemotaksis bakterinin çevrede bulunan çekici veya itici kimyasal moleküllere hareket şeklinde cevabıdır. Aerotaksis, oksijen konsantrasyonuna; fototaksis, fotosentetik bakterilerin ışığa; elektron akseptör taksis solunum yapan bakterilerin nitrat, fumarat gibi alternatif elektron alıcılarına doğru hareketidir. Kemotaksis sitoplazmik membran veya periplasmik aralıkta bulunan özgül reseptörler aracılığı ile olmaktadır. Reseptörler metillenebilir kemotaksis proteinleri olup MCP olarak kısaltılabilir. MCP metillenmesi veya demitilasyonu sonucu bakterinin saat yönünde veya tersinde hareketi sağlanmaktadır. Bu reseptörler aynı zamanda o maddenin membrandan transportunu da sağlamaktadır. Fimriae ve Pili Bir çok Gram-negatif bakteride bulunmasına karşılık Gram-pozitif bakteriler içinde sadece Corynebacterium renale de bulunmaktadır. Flagelladan daha ince ve kısadır. Pili bir çok kitapda Fibriae ile aynı anlamda kullanılmakta ise de bazı kitaplarda pili uzun olan yapılar için kullanılmaktadır. Fibriae pilin adı verilen basit protein alt ünitelerinden oluşmaktadır. Pilin genellikle tek tip olmaktadır. Bakteri hücresine göre fimbriae boyu ve kalınlığı değişmektedir. Fimbriae antijenik özelliğe sahip olup kendilerine karşı antikor oluşmaktadır. Fimbriae adi(normal) ve seks fimbriası olmak üzere iki tipdirler. Normal fimbriae patojenik bakterilerin konak hücreye tutunmasını sağlarlar. Bu işleme adherens denilir. Patogenezde önemli rol oynar. 23

24 Seks fimbriae ise konjugasyon aşamasında verici hücreden alıcı hücreye uzanarak genetik materyal geçişini sağlar. Seks fimbriae verici hücreye yapıştıktan sonra depolimerize olarak alıcı ve verici hücrenin yapışmasına neden olur. Bu esnada iki hücre arasında fimriae depolimerizasyonu sonrası por oluşur. Genetik madde bu poru kullanarak verici hücreden alıcı hücreye geçer. Seks fimbriae normal fimbriae ile kıyaslandığı zaman daha uzundur ve az sayıdadır. Yapı ve fonksiyonlarına göre bir çok fibriae sınıfı bulunmaktadır. Bunlar arasında tip IV fimriae/pili değişik bir yer tutmaktadır. Tip IV fimbriae polimerize ve depolimerize olarak bakterinin titreşme hareketi yapmasına neden olmaktadır. Diğer fimbriaların tersine sadece kutuplarda bulunmaktadır. Bu özelliği sayesinde Vibrio cholerae, Neisseria meningitis gibi bakterilerin önemli kolonizasyon faktörleri arasındadır. Tip IV fimbriae tüm bunların yanında geniş bir bakteri grubunda genetik transferden sorumludur. Endospor Bakteri için ortam koşulları elverişsiz hale gelmiş ise, bu bakterilerden bazıları spor denilen dirençli yapılara dönüşürler. Sporlar fiziksel ve kimyasal çevre etkenlerine karşı daha dayanıklı yapılardır. Sporlar vejetatif bakteriler için hiç de uygun olmayan koşullarda canlılıklarını yıllarca devam ettirirler. Her bakteri spor oluşturmaz. Spor oluşturan bakteri dediğimiz zaman hemen aklımıza Gram-pozitif aerop bir bakteri olan Bacillus cinsi ve yine Gram-pozitif olan ama anaerop bakteriler olan Clostridium cinsi gelir. Bacillus türlerinde spor santral iken, Clostridium türlerinde spor terminal veya subterminal olabilir. Santral spor dediğimiz zaman sporun bakterinin ortasında olduğunu anlarız. Terminal spor basilin bir ucunda, subteriminal spor ise merkez ile uç arasında bulunmaktadır. 24

25 Terminal spor Santral spor Subterminal spor 25

26 Spor kor, spor duvarı, korteks, kılıf, ekzospordan oluşmaktadır. Kor sporun en içte bulunan kısmıdır. Nükleoid, sitoplazma ve sitaplazmik yapılardan oluşmaktadır. Sitoplazmik membran ile çevrilidir. Flavoproteinlerden oluşan kısa bir ETS vardır. Büyük miktarda kalsiyum dipiklonat içerir. Vejetatif hücre enzimlerinin bir kısmı miktarı artmış, bazıları ise yeni sentezlenmiştir. Enerji 3-fosfogliserat şeklinde depolanmıştır. Spor zarfının en kalın kısmını ise yine peptidoglikan yapılı korteks oluşturnaktadır. Korteks iki tabakalı bir yapıdan oluşmaktadır. İnce olan ve vejetatif hücre duvarına benzeyen ilk tabakadan sonra daha kalın olan ve farklılık gösteren ikinci tabaka gelir. İkinci tabakada muramik asit miktarı %3 gibi olup yapısı β-laktam muramik asit şeklindedir. Yapısı değişmiş muramik asit germinasyonda enzimlerin hedefi olur. Ayrıca peptidoglikan tabakada çapraz bağlar daha az olup bu spor lizozimin otolitik etkisine çok dayanıksız kılar. Korteks tabakasını disülfit bağlarından zengin, özel proteinlerden oluşan kılıf(manto) tabakası çevrelemektedir. Bu tabaka geçirgen olmayıp sporun dirençli olmasında önemli role sahiptir. Sporun en dışında lipoprotein yapısında ekzospor bulunmaktadır. Yapısında bazı karbonhidratları içermektedir. Spor korteksi içinde su azlığı, kalsiyum-dipikolinik asit varlığı gibi temel faklılıkların yanında bir diğer yapısal özelliği küçük asit-eriyebilir protein ( small acid-soluble protein, SASP) varlığıdır. Bu proteinin iki temel işlevi vardı; (1) DNA yı UV, kuruluk ve ısıdan korumak, (2) vejetatif hücreye dönüşme esnasında karbon ve enerji kaynağı 26

27 olmak. SASP DNA yı normal B konumunda çok daha kompakt olan A formuna çevirir. Bu form UV etkisiyle pirimidin dimerleri oluşmasına çok daha dirençlidir. Spor oluşumuna sporülasyon denmektedir. Sporülasyon besin kaynaklarının tükenmesi ile başlar. Özellikle C ve N kaynaklarının tükenmesi önemlidir. Sproülasyon olayında yüzlerce gen alır ve bu genler aktif hale geçerken vejetatif hücre genleri inaktif hale gelir. Olayı tetikleyen sigma faktör olarak tanımlanan ve transkripsiyonun başlangıcını seçen elemanlardır. Bu eleman sayesinde spor mrna sı oluşmaktadır. Ortamdaki besin maddelerinin tükenmesi ile tetiklenen genetik değişim sonucu hücre değişikliği ortaya çıkar. Önce transkripsiyon ile spor mrna sı oluşur. Dipikolinik asit sentezlenir. Replike olan DNA hücrenin bir kutbuna gider. Plazma membranı (sitoplazmik membran) DNA ve sitoplazma etrafını tamamen sarar. Sitoplazmik membran ile sarılı kısım tekrar sitoplazmik membran tarafından kuşatılmaya başlar. Bu sırada forespor denilen yapı oluşur. İki sitoplazmik membran arasına peptidoglikan tabaka girer. Daha sonra manto ve ekzospor tabakaları oluşur. Spor ana hücreyi eriterek dışarı çıkar. Spor oluşumu 6-8 saatte tamamlanır Germinasyon sporun vejeatatif hücreye dönüşmesidir. Zengin bir ortamda bu olay çeşitli aşamalar ile ortaya çıkar. Aktivasyon devresinde; ısı, ph değişikliği ve serbest sülfüdril gruplarının varlığı gibi çeşitli çevresel nedenler ile spor kılıfında hasar oluşur. Çevresel koşullar uygun ise spor aktif hale geldikten sonra germinasyon devam eder. Germinasyon devresinde farklı sinyal moleküllerine ihtiyaç duyulmaktadır. Türler için farklı olan bu moleküller arasında L-alanin ve adenozini sayabiliriz. Sinyal proteinin reseptöre bağlanması sonucu korteks peptidoglikanını parçalayan otolizinler aktif hale gelir. Hücre içine su girererek kalsiyum dipikolinik asit serbest hale geçer. Spor komponentleri hidrolitik enzimle rile parçalanırlar. Korteks ve dış katmanların yıkılmasıyla çoğalma devresine girilir. Spor protoplastı ve spor duvarından itibaren yeni vejetatif hücre oluşur. Hücre su almaya başlar, yeni RNA, protein ve DNA sentez edilmeye başlanır. Not : 27

28 Yapı Prokaryotik hücre Özgül Mikroskobik görünüm Işık kırmaz Işığı Kırar Kalsiyum içeriği Düşük Yüksek Dipikolinik asit Yok Var Enzimatik aktivite Yüksek Düşük Metabolizma Yüksek Düşük veya Yok Makromolekül sentezi Var Yok mrna Var Düşük veya Yok Isıya direnç Az Yüksek Radyasyona direnç Az Yüksek Kimyasallara direnç Az Yüksek Boyanabilme Boyanabilir Ancak Özel Yöntemler Lizozime tavrı Hassas Dirençli Su içeriği Yüksek, 80-90% Düşük, 10-25% Small acid soluble Yok Var protein Sitoplazmik ph ph7 ph