Prokaryotik Hücre Yapısı ve Fonksiyonları. 4. Bölüm

Prokaryotik Hücre Yapısı ve Fonksiyonları 4. Bölüm

Prokaryotik hücre yapısı Prokaryotik ve ökaryotik hücreler kimyasal kompozisyon ve kimyasal reaksiyonları açısından birbirine benzer Prokaryotik hücre duvarının ana elemanı olan peptidoglikan yapı ökaryotik hücrelerde bulunmaz Prokaryotik hücrelerde zarla çevrili bir çekirdek bulunmaz Prokaryotik hücreler binari fizyon ile çoğalır Ökaryotik hücreler mitoz ile çoğalır

Prokaryotik ve Ökaryotik Hücrelerin Karşılaştırılması

Boyut, Şekil ve Diziliş kok küresel diplokok streptokok Stafilokok tetrat sarsinya

Boyut, Şekil ve Diziliş

Boyut, Şekil ve Diziliş

Boyut, Şekil ve Diziliş Spiral bakteriler spiroketler esnek heliks pleomorfik farklı şekillerde olabilen bakteriler

En büyük boyut 50 μm çap En küçük boyut 0.3 μm çap Figure 3.3

Prokaryotik Hücre Yapısı

Figure 3.4

Yapı Flagella Pili Fonksiyon Hareket organeli Kimyasal bileşimi Protein Seks pilusları Konjugasyon sırasında DNA transferine aracılık eder Protein Pili Yüzeye yapışma, fagositozdan koruma Protein Kapsül (includes "slime layers" and glycocalyx) Yüzeye yapışma; fagositozdan koruma ; besinlerin depolanması, nem kaybının engellenmesi Genellikle polisakkarit; bazen polipeptit Hücre duvarı Gram-positif bakteri Hücreyi ozmotik liziz den korur, hücreye belirgin bir şekil verir Peptidoglikan (murein) teikoik asitten oluşur Gram-negatif bakteri Peptidoglycan Hücreyi ozmotik liziz den korur, hücreye belirgin bir şekil verir ; LPS ve proteinin farklı fonksiyonları vardır Peptidoglikan (murein) fosfolipit tabakası ile sarılı Plazma zarı Seçici geçirgen; çözeltilerin transportu enerji üretimi; enzim sistemlerinin yerleştiği yer Fosfolipit ve protein Ribozomlar protein sentezi RNA ve protein Koful Besin deposu ve bazı ek fonksiyonlar Çok çeşitli; karbonhidrat, lipit, protein veya inorganik Kromozom Hücrenin genetik materyali DNA Plazmit Ekstra genetik materyal DNA

Stoplazma Zarı (Plazma Membranı) Lipit ve proteinlerden meydana gelir Lipidler iki tabaka halindedir Proteinler lipit tabakası içine gömülmüştür Çok fonksiyonlu, asimetrik, esnek, yapıdadır

Figure 3.7 Stoplazma zarının yapısı

Membran lipitleri polar uçlar Su ile etkileşir hidrofilik Polar olmayan uçlar Suda çözünmez hidrofobik Figure 3.5

Membran proteinleri perifer proteinler Membran ile ilişkisi olan serbest proteinlerdir ve kolaylıkla taşınabilir integral proteinler Membrana gömülü vaziyettedirler ve kolay kolay hareket etmezler

Stoplazma Zarının Fonksiyonları Hücreyi çevresinden ayırır Seçici geçirgendir Bazı moleküllerin hücreden giriş ve çıkışına izin verir transport sistemi moleküllerin hareketine olanak sağlar

Diğer fonksiyonları Önemli metabolik prosesler burada meydana gelir Membran üzerinde bulunan özel reseptör molekülleri çevresindeki kimyasalları saptar ve cevap oluşturur

Membrana bağlı sistemler mezozom Plazma membranının içeriye doğru kıvrılmasıyla oluşan yapılardır Görevleri: Hücre bölünmesi sırasında hücre duvarının yapılması Kromozom replikasyonu ve dağıtımı Salgı oluşturma

Çekirdek ve membran arasında kalan kısımdır Ribozom ve kofulları bulundurur Bir çok protein formu bulundurur Stoplazma

Figure 3.10

Depo maddeleri Hücrede organik ve inorganik maddelerin depolandığı yerlerdir Bazıları tek tabakalı bir membranla çevrilmiştir Bu membranlar bileşim olarak farklılık gösterir Bazıları proteinlerden bazıları da lipitlerden meydana gelmiştir

Organik depo maddeleri glikojen Glikoz birimlerinden oluşmuş polimerlerdir. Karbonhidrat depo maddeleridir. poly-β-hydroxybutyrate (PHB) β-hydroxybutyrate polimerleri. Aerobik solunum yapan bazı bakterilerde yetersiz oksijen de depolanır. Yağ benzeri maddelerdir.

Organik kofullar siyanofisin granulleri Eşit miktarda arjinin ve aspartik asit içeren büyük polipeptitlerdir. Siyanobakteriler biriktirir. N kaynağıdır. karboksizom ribulose-1,5,-bisphosphate carboxylase enzimi ihtiva eder. Ototroflarda görülür.

Organik kofullar Gaz vokülleri siyanobakterler ve bazı su kökenli prokaryotlarda bulunur Hücreye batmama özelliği verir İçi boş silindirik yapılardan oluşmuştur

Figure 3.12a

Figure 3.12b

İnorganik depo maddeleri polifosfat granülleri volutin granulleri ve metakromatik granüller olarak da adlandırılırlar lineer fosfat polimerleridirler sülfür granülleri magnetozomlar Magnetit formunda demir içerir Manyetik alanda hücrenin yönlendirilmesinde kullanılır

Ribozomlar protein ve RNA içeren kompleks yapılardır Protein sentezinde görev alırlar Ökaryotik ribozomlardan küçüktürler prokaryotik ribozomlar 70S ökaryotik ribozomlar 80S S = Svedburg unit

Nükleotit Düzensiz şekle sahiptir Kromozomların yerleştiği alandır genellikle 1/hücre Membranla çevrili değildir

Aktif çoğalan hücrelerde, nükleotitler görülmektedir; Burada aktif olarak kopyalanan DNA lar bulunmaktadır Figure 3.14

Plazmidler Genellikle küçük, kapalı dairesel yapıda DNA molekülleridir Kromozomlardan bağımsız olarak bulunur ve çoğalırlar Çoğalma için gerekli değildirler Özel avantajlar sağlayan genler taşırlar (ör., ilaç dirençliliği)

Prokaryotik hücre duvarı Plazma membranının dışını saran sağlam bir yapıdır

Hücre Duvarının Fonksiyonları Hücreye karakteristik şeklini verir Hücreyi ozmotik lizizden korur Hücreye patojenite kazandırır Hücreyi zehirli maddelerden korur

Bakteri hücre duvarı Gram boyama uygulamasına göre bakteriler iki büyük gruba bölünürler. gram-pozitif bakteriler mor renge boyanırlar gram-negatif bakteriler pembe renge boyanırlar Boyamada oluşan reaksiyonlar hücre duvarının yapısıyla ilgilidir

Figure 3.15

Periplazmik boşluk Plazma membranı ile hücre duvarı(gram pozitif bakterilerde) veya plazma membranı ile lipopolisakkarit tabaka (gram negatif bakterilerde) arasında bulunan boşluktur Hücre metabolizmasında aktiftir Sindirim enzimleri ve transport proteinleri içerir

Periplazmik enzimler Gram negatif bakterilerde periplazmda bulunurlar Bazı fonksiyonları Besin eldesinde Elektron taşınmasında Peptidoglikan sentezinde Toksik bileşiklerin modifikasyonunda

Ekzoenzimler Gram pozitif bakterilerde salgılanır Gram negatif bakterilerde bulunan periplazmik enzimlerle benzer özelliklere sahiptir

Peptidoglikan yapı Hem gram pozitif hem de gram negatif bakterilerin önemli bir bileşenidir Peptidoglikan alt birimlerinden oluşmuş bir polisakkarittir İki şeker ihtiva eder N-acetylglucosamine N-acetylmuramic acid

Figure 3.16 Proteinlerde gözlemlenmey en bazı aminoasitler

Figure 3.18

Figure 3.19

Gram-Pozitif hücre duvarı Birincil yapısı peptidogliklandır Aynı zamanda bol miktarda teikoik asit içerir Figure 3.20

Figure 3.21

teikoik asit gliserol polimerleri veya Fosfat grupları ile birleşik Ribitolden oluşur Figure 3.22

Gram-Negatif hücre duvarı Dış membran ile sarılmış ince bir peptidoglikan tabakası içerir Dış membran lipitler, lipoproteinler ve lipopolisakkarit ten (LPS) oluşur teikoik asit içermez

Figure 3.23

Önemli Bağlantılar Braun lipoproteinleri dış zarı peptidoglikana bağlar Yapışma yüzeyleri (adhesion) Plazma membran ile dış zar arasında direk temas sağlayan yerlerdir

Lipopolisakkaritler (LPSs) Üç kısımdan meydana gelir lipit A Polisakkarit gövde O antijen

Figure 3.25

LPS lerin Önemi Konakçının savunma sisteminden korunmasını sağlar (O antijen) Hücre yüzeyinde negatif yükün oluşmasını sağlar (polisakkarit gövde) Dış zarın stabilitesine yardımcı olur (lipit A) ekzotosin (lipit A) olarak etki eder

Dış zarın diğer fonksiyonları Porin proteinleri ve transport proteinleri sayesinde plazma membranından daha geçirgendir Porin proteinleri küçük moleküllerin geçmesi için (600-700 dalton) kanal görevi görür

Hücre duvarı ve ozmotik muhafaza ozmoz suyun seçici geçirgen zardan seyreltik solüsyonlardan daha konsantre solüsyonlara doğru hareket etmesidir Hücreler genellikle hipotonik çözeltiler içinde bulunur [solute] hücre dışı < [solute] hücre içi

Hücre Duvarı ve Ozmotik Muhafaza Ozmotik liziz Hücre hipotonik bir solüsyon içindeyken meydana gelir Suyun hücre içine hareketi ozmotik basınçtan dolayı hücrenin şişmesine ve patlamasına neden olur Hücre duvarı hücreyi ozmotik lizize karşı korur

Plazmoliziz e hücre duvarı karşı koyamaz plazmoliziz Hücre hipertonik bir solüsyon içindeyken meydana gelir [solute] outside cell > [solute] inside cell Suyun hücre dışına hareketi stoplazmanın hücre dışına akmasına neden olur

Plazmoliziz ve ozmotik liziz in önemi Plazmoliziz Gıda muhafaza da yararlıdır Kurutulmuş ve şekerli gıdalar gibi Ozmotik liziz lizozim ve penisilin hücreyi bu şekilde etkiler

Figure 3.26 protoplast hücre duvarı tamamen ortadan kalkar sferoplast hücre duvarının bir kısmı kalır

Arke hücre duvarı Peptidoglikan yoktur proteinler, glikoproteinler, veya polisakkaritlerden oluşur

Hücre duvarı üzerindeki bileşenler

Kapsüller, Kaygan tabaka ve S- Tabakaları Hücre duvarının üzerini kaplayan maddelerdir kapsül Genellikle polisakkaritlerden meydana gelir Hücreden uzaklaştırılması çok zordur Kaygan tabaka Kapsüle benzer ancak kapsüle göre rahatlıkla hücreden uzaklaştırılabilir

Kapsüller, Kaygan tabaka ve S- Tabakaları S-tabakaları Protein veya glikoprotein tabakalarından oluşmuş düzenli bir yapısı vardır Arke larda plazma membranı dışında bulunan tek yapıdır

Kapsüller, Kaygan tabaka ve S- Tabakalarının Fonksiyonları Konakçının savunma sistemine karşı koruma sağlar (ör., fagositoz) Olumsuz çevre koşullarına karşı direnç sağlar (ör., kuruluk) Yüzeye yapışmasını sağlar

Kapsüller, Kaygan tabaka ve S- Tabakalarının Fonksiyonları Viral enfeksiyonlara karşı korur Çevrede bulunan kimyasallara karşı hücreyi korur (ör., deterjanlar) Kayan bakterilerde hareketi sağlar Osmotik strese karşı korur

Pili ve Fimbria fimbriae (s., fimbria) kısa, ince, 1,000adet/hücre ye kadar sayıda olabilir Hücrenin bulunduğu yüzeye yapışmasını sağlar seks pili ( pilus) Fimbriya ya benzer ondan daha uzundur daha kalındır vedaha az sayıdadır. (1-10/hücre) Konjugasyonda genetik materyalin aktarılmasını sağlar

Flagella ve Hareket

Flagellanın Yerleşimi monotrik tek flagellum polar flagellum hücre ucunda flagellum amfitrik her bir hücre ucunda bir flagellum lofotrik bir veya iki uçta çok sayıda flagella peritrik hücrenin tüm yüzeyine yayılmış şekilde

Figure 3.33

Figure 3.34

Flagelle Hareketinin Mekanizması Flagella bir pervane gibi hareket eder genellikle, saat yönünün tersine dairesel hareket ile ileriye doğru hareket meydana gelir genellikle, saat yönündeki dairesel hareket ile takla hareketi oluşur

Figure 3.35

Figure 3.36

Diğer Hareket Çeşitleri spiroketler Kayarak hareket Hücre katı yüzeyde hareket eder Bir hareket organeli yoktur

Kemotaksis Yararlı şeylere doğru hareket etme veya zararlı şeylerden uzaklaşmadır yararlı ve zararlı nesnelerin konsantrasyonu hücrenin yüzeyinde bulunan kemoreseptörler tarafından saptanır

Figure 3.37 Figure 3.38

Kemotaksis in Mekanizması Karışık fakat hızlı cevap 20 milisaniyeden daha az sürede verilir Proteinlerde konformasyonel değişiklikler meydana gelir proteinlerin fosforilasyonu ve metilasyonu gerçekleşir

Bakteriyal Endosporlar Bazı bakterilerde oluşur Uyku formu Birçok çevresel etmene karşı dirençli Sıcaklık Radyasyon Kimyasallar Kuruma

endospore sporangium Figure 3.40

Figure 3.41

Endosporu dirençli kılan özellik nedir Kalsiyum (dipikolinik asit ile kompleks oluşturmuş) Asitte çözünebilen, DNA-binding proteins dehydrated core Spor kılıfı DNA Tamirini Sağlayan Enzimler

Spor oluşumu besinin yetersizliği ve çevresel faktörlerde gelişimi olumsuz etkileyen değişiklikler ile spor oluşumu başlar Çok aşamalı karmaşık bir işlemdir

Figure 3.43

Çimlenme Endosporun aktif vejetatif hücre formuna dönüşmesi Çok aşamalı karmaşık bir işlemdir Figure 3.44