Prokaryotlar ve Arkealar Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Prokaryotlar ve Arkealar (Archealar) 1.İlk Hücreler Mikrofosiller, ilk hücrelerin olasılıkla prokaryot olduğunu işaret eder. En eski mikrofosiller 3,5 milyar yıl yaşındadır. Stramatolitler, sediment birikimleri ve çökelmiş materyaller ile birlikte bulunmuştur ve 2,7 milyar yaşındadır. Karbon fiksasyonuna ait izotopla işaretleme verileri oldukça eskilere dayanan bir işleyişe (=Proses) dikkat çeker. Ağır karbonla işaretlenerek yapılan çalışmalarda Karbon-12 içeren fosillerle karşılaştırılmış ve bulundukları kayalardan farklı olarak bu yapıların karbon fiksasyonu yaptığı gösterilmiştir.
Antik kayalarda (=kayaçlarda) bazı hidrokarbonlar bulunmuştur ve bunlar canlılığın atası olabilir. Örneğin lipit gibi biyolojik işaretleyiciler ile siyanobakterlerin (=cyanobacteria) en az 2.7 milyar yaşında olduğu belirlenmiştir (Şekil 27.14).
2.Prokayotik Çeşitlilik Prokaryotlar temelde ökaryotlardan farklıdır. Prokaryotlar tek hücreli yapılardır (Şekil). Genellikle dairesel bir DNA içerirler (Şekil 27.9). İkiye bölünme ile çoğalırlar (Şekil 27.6). Hücre içi organelleri eksiktir. Bazen bir yada daha fazla sayıda kamçı içerirler ve metabolizmaları çeşitlilik gösterir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Benzerliklerine karşın bakteriler ve Arkealar farklı temelden gelirler. Bakteriler ve arkealar 4 anahtar özelliğe bağlı olarak birbirlerinden ayrılırlar. Bunlar; plazma zarları, hücre duvarları, DNA replikasyonları ve gen ekspresyonlarıdır. Arkeal lipitler ester bağları yerine eter içerir ve yapıları tetratlardan oluşan tek bir kat şekildedir. Bakteri hücre duvarları peptidoglikan içerirken, arkea hücre duvarları içermez. Hem bakteriler ve hem de arkealar tek bir DNA replikasyon orjini içerirler fakat bunların yeri ve sentezledikleri proteinler farklıdır. Arkea bakterilerde DNA replikasyonunu ve RNA polimerazları başlatan bölge ökaryotlara daha çok benzer. Çoğu prokaryot karakterize edilememiştir. Dokuz klad dan oluşan prokaryotlara hala yenileri eklenmektedir ve çoğu henüz çalışılamamıştır (Tablo 27.2 ve Şekil 27.15).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
3.Prokaryotik Hücre Yapısı Prokaryotlar; Rod (=Çubuk), kok (=Küresel) ve spiral olmak üzere üç temel forma sahiptir (Şekil 27.2). Prokaryotlar sert bir hücre duvarına ve diğer eksternal (=dışarıda yer alan) kapsül gibi yapılara sahiptirler (Şekil 27.4). Gram boyamaya bağlı olarak bakteriler Gram pozitif veya Gram negatif yapıdadırlar.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Gram boyamaya bağlı olarak bakteriler Gram pozitif veya Gram negatif yapıdadırlar (Şekil 27.3) Gram-pozitif bakteriler, hücre duvarlarında kalın bir peptidoglikan tabakaya ve ince bir lipit tabakayı içerirler. Buna ek olarak hücre duvarları teikoik asit denilen bir yapıyı içerir. Gram negatif bakteriler, hücre duvarlarında ince bir peptidoglikan tabaka ve kalın bir lipopolisakkarit tabaka içerirler.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Bazı bakteriler jelatin yapısında bir tabakaya, bir kapsüle sahiptirler. Bu yapı onların yüzeylere yapışmasını ve bağışıklık sistemi hücrelerinden kurtulmasını sağlar. Bakterilerin çoğu narin bir yapıya sahiptir. Bazen sert, flagellin proteininden oluşan helikal bir kamçıya (=flagella) sahip olabilirler. Bu şekilde hareketlerini yönlendirebilirler (Şekil 27.7). Bazı bakterilerde saç benzeri pili adı verilen yapılar içerirler (Şekil 27.12). Bunlar tutunmada ve genetik bilgi alışverişinde görevlidirler.
Bazı bakterilerde oldukça sağlam yapıda endosporlar içerirler. Bunlar yardımıyla, çevre streslerine karşı koyabilirler. Prokaryotların içindeki organizasyonlar Prokaryotlarda, plazma zarı kendine ait görevlerin yanı sıra, arasında solunum ve fotosentez yapmaya yarayan özel bölgeleri de üzerlerinde taşırlar (Şekil 27.8). Nükleoid bölge ise zardan bağımsız ve DNA nın yoğunlaştığı bir bölgedir. Prokaryotik ribozomlar, ökaryot ribozomlarından küçüktür ve bazı antibiyotikler bunların bağlanmalarını bozabilir ve antibiyotik sentezini bloke edebilir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
4.Prokaryotlarda Genetik Rekombinasyon Konjugasyon, konjugatif palazmit varlığına bağlıdır. Konjugasyon ile DNA değişimi konjugatif plasmit varlığına bağlıdır. E.coli de bunlara F plazmitleri adı verilmiştir. F + plazmidi olan hücre F - olan alıcı hücreye bu plazmiti transfer ederek onunda bu özelliğe sahip olmasını sağlar. Bu F plazmidi daha sonra hücre genomuna entegre olabilir. Bu eklenme dikkatsiz bir şekilde genomdan ayrılırsa, konukçuya ait bazı genetik materyalleri de taşıyabilir (Şekil 27.12 ve 27.13).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Transdüksiyon vasıtasıyla virüslere transfer olan DNA (Şekil 27.11) Transdüksiyon genellikle virüslerle paketlenmiş, bir arada bulunan konukçu DNA larında gözlenir. Konukçu DNA sına ait parçalar virüs enfeksiyonu ile diğer hücrelere taşınır ama genellikle lizogenik faj ile sonuçlanır.
Transformasyon DNA yı çevre şartlarına göre günceller Transformasyon bakteri DNA sını çevresini saran besiyeri-besin-çevre şartlarına göre günceller. Bu laboratuvar şartlarında indüklenebilir. Antibiyotik dirençliliği, antibiyotik direnç plasmitleri ile transfer edilebilir. R plazmiti (=Rezistant) denilen, farklı bakteri ırklarında yer alan, farklı antibiyotik direnç genleri içeren plazmitler farklı bakterilere aktarılabilir. Varyasyonlar mutasyonlara bağlı olarak artabilir Mutasyonlar bakterilerde kendiliğinden (=spontan) veya radyasyonla, UV ve kimyasal ajanlarla meydana gelebilir. Bu da çeşitliliğin artmasına neden olabilir. Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
5.Prokaryotik Metabolizma Prokaryotlarda karbon ve enerji dört temel yoldan elde edilir. Fotoottroflar; fotosentez yapabilirler ve ihtiyaçları olan karbonu, karbondioksitten karşılarlar. Kemolitoototroflar; enerjiyi oksitlenmiş inorganik bileşiklerden elde ederler. Fotoheterotroflar; bunlar ışık enerjisini kullanırlar ama karbonu organik maddelerden alırlar. Kemoheterotroflar; en geniş grubu oluştururlar. Bunlar, enerjiyi de, karbonu da organik maddelerden elde ederler (Tablo 27.1). Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Bazı bakteriler hücrelere doğrudan salgıları ile saldırırlar. Bazı bakteriler hücre duvarlarından doğrudan protein salgılarlar. Bu proteinler diğerlerine transfer olabilir. Eğer virülent proteinler ise ökaryotik hücrelerin bile içine girebilirler ve onlara zarar verebilirler. Bakteriler bitkiler için çok patojen olabilir. Pseudomonad lar adını alan Gram negatif bakteriler, çoğu bitki hastalığından sorumludurlar. İnsanlarda Bakteri Hastalıkları Bakteriyal hastalıklar genellikle mukus, tükürük ile saçılan zerrecikler ile, bulaş olan sular - yiyecekler ile veya böcek vektörler ile insana bulaşır. Örneğin kene ısırmasıyla bulaşan Lyme hastalığı etkeni Borrelia burgdorferi vektörler vasıtasıyla bulaşan hastalıklara örnek olarak verilebilir (Şekil 27.20).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Verem (=Tüberküloz) insanlar için neredeyse tüm tarihi kayıtlarda vardır. Verem en önemli toplumsal sağlık problemidir. Tedavisinde uzun süreli antibiyotik tedavisi kullanılır. Bakteriyal biyofilm oluşumu diş çürümelerinin başlıca sebebidir. Bakteriler ülsere yol açabilir. Günümüzde çoğu mide ülserlerinin Helicobacter pylori enfeksiyonu ile oluştuğu belirlenmiştir. Cinsel ilişki ile bulaşan çoğu hastalık bakteriyal kökenlidir. Gonorrhea (=Belsoğukluğu), Sifilis (=Frengi) ve Chlamydia gibi çoğu hastalıklar bakteriler vasıtasıyla oluşan ve cinsel ilişki ile bulaşan tehlikeli hastalıklardır. Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
7.Yararlı Prokaryotlar Prokaryotlar önemli elementlerin döngüsünü sağlar Bakteriler karbon ve azot döngüsü gibi önemli döngülerin oluşumunda görev alır. Sadece bakteriler azotu fikse edebilir. Prokaryotlar, ökaryotlar ile simbiyotik bir ilişki sürdürebilir. Bakteriler genetik mühendisliğinde kullanılır. Genetik mühendisliği çalışmalarında prokaryotlar insanlar için ilaç ajanları üretiminde ve diğer faydalı maddelerin üretiminde (Ör: enzimler) kullanılabilir. Bakteriler biyoremidasyon (=biyolojik parçalama)da kullanılabilir. Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Kaynaklar Campbell Biology 10th ed.(2014) Neil A. Campbell, Jane B. Reece, Unit 5, Part:27, p: 567-587 Pearson Benjamin Cummings, 1301 Sansome St., San Francisco, CA 94111. Biology / 9th ed (2008)Peter H. Raven George B. Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, Susan R. Singer, Chapter 28, p:545-565. The McGraw-Hill Companies, Inc., 1221 Avenue of the Americas, New York, NY 10020. Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER