BAKTERĠLERĠN YAPISI,

ÜREME ÖZELLĠKLERĠ VE

GENETĠĞĠ

Doç.Dr. Hikmet Eda Alışkan

Mikrobiyoloji ve Klinik

Mikrobiyoloji ABD

Hücre nedir?

• Hücre, yaşayan organizmaların temel

yapıtaşıdır.

Hücre yapısı

• Hücreler, bir çekirdeğe (genetik materyal ve onu

saran bir zar) sahip olup olmamalarına göre iki

büyük gruba ayrılır.

• Belirgin bir çekirdeğe (nukleus) sahip olan

hücreler ökaryot (Yunanca gerçek çekirdek),

• Çekirdeğe sahip olmayan hücreler ise prokaryot

(Yunanca primitif çekirdek) olarak isimlendirilir.

Hücre Yapısı

• Ökaryotlar: Hayvan, insan, bitki ve

mantarlara ait hücrelerdir

• Prokaryot: Bakteriler ve mavi-yeşil algler

• Prokaryot hücreleri, ökaryot hücrelerden

ayıran en önemli fark bir çekirdek zarına

sahip olmamalarıdır.

Tablo 1: Prokaryot ve ökaryot hücrelerin temel özellikleri

Ökaryot Prokaryot

Ana gruplar Mantar, protozoa, bitki Bakteriler, mavi-yeşil algler

Büyüklük >5 µm 0,5-3,0 µm

Çekirdek zarı Var Yok

Kromozom Diploid, linear DNA Haploid, bir tane, çembersel DNA

Mitokondri Var Yok

Golgi aygıtı Var Yok

Endoplazmik retikulum Var Yok

Ribozom (sedimentasyon

katsayısı) 80 S (60S+40S) 70 S (50S+30 S)

Sitoplazmik zar Sterol içerir Sterol içermez (Mycoplasma spp. hariç)

Hücre duvarı Sadece mantarlarda var

(+) Peptidoglikan, protein ve lipid

yapıda

Üreme Seksüel ve aseksüel Aseksüel (ikiye bölünme)

Hareket Kompleks flajel Basit flajel

Solunum Mitokondride Sitoplazmik zarda

Bakteriler

• 1-5 µm boyutlarındadır

• Bağımsız olarak yaşayabilen en küçük

hücrelerdir

• Sadece mikroskopta görülebilirler

Bakteriler

• Her hücrede, genetik bilginin kodlandığı bir

DNA genomu bulunur.

• Bu genetik bilgi, mRNA ve ribozomlar

aracılığıyla proteinlere dönüştürülür.

• Sentezlenen bu proteinler, enerji üretimi

ve biyosentez için gerekli mekanizmaları

kontrol eder.

Bakteriler

• Tüm yapılar bir zar ile paketlenmiştir.

• Ayrıca her hücre bölünerek çoğalır.

• Bu fonksiyonların hepsi temel olarak bütün

hücrelerde aynı olmakla birlikte, bakteriler

ve çok hücreli canlılarda farklılıklar

göstermektedir.

Bakterilerin sınıflandırılması ve

isimlendirilmesi

• Bakteriler, fenotipik, analitik ve genotipik

özelliklerine göre sınıflandırılır.

• Bakterilerin tanımlanmasında öncelikle

fenotipik olarak

– makroskobik

– mikroskobik

– biyokimyasal özellikleri incelenir.

Bakteriler

• Bakteri kolonilerin rengi, şekli ve kokusu

gibi özellikler makroskobik tanımlamada

kullanılır.

• Mikroskobik özelliklerin incelenmesinde ise

en sık Gram boyama yöntemi kullanılır.

Gram boyama

• Bakterileri başlıca iki ana sınıfa ayırır.

• Gram pozitif ve

• Gram negatif

• Bu yöntem ile, duvar yapılarının farklı

olmasından dolayı, Gram pozitif bakteriler

mor,

• Gram negatif bakteriler pembe-kırmızı

boyanır.

Gram Boyama

• Bu boyama tekniği ile bakteriler ayrıca

• yuvarlak (kok),

• çomak (basil) ve

• kıvrık (spiral) şekilli olarak

sınıflandırılabilir.

Gram boyama yöntemi

Preperat hazırlama

1) Agar plağından

2) Kültür tüpünden

Agar plağı Kültür tüpü

Bakterinin alınması

Öze yardımı koloniler alır

Temiz bir preparata

bakteri yayılır

Steril etmek için

bunzen beki

kullanılır

1- Kristal viyolet

damlatılır (1 dk)

2-Çeşme suyunda

yıkanır

3-Ġodine solusyonu (1

dk)

4-Yıkanır

5-Alkol ile yıkanır

6-Safranin veya sulu

fuksinle boyama

7-Yıkanır, kurutulur

Bakteriler nasıl boyanır ?

• Gram pozitif

• Gram negatif

Gram pozitif kok Gram negatif kok

Gram pozitif

basil

Gram negatif basil

Bakteri şekilleri

Bakterilerin tanımlanması

• Bakteri tanımlanmasında en sık kullanılan

yöntem;

• Çeşitli biyokimyasal özelliklerin

• Karbonhidratları fermente etme yeteneği,

katalaz, koagülaz, proteaz, lipaz gibi

enzimlerin varlığı gibi tespit edilmesidir

Bakterilerin tanımlanması

• Bakterilerin analitik özellikleri (hücresel

yağ asidi, protein ve enzim analizleri),

bakterilerin cins, tür ve alt tür düzeyinde

sınıflandırılmasında kullanılır.

• Bakteri tanımlanmasında en doğru sonuç ise

bakterilerin genetik yapısının incelenmesi

sonucu elde edilir.

Bakterilerin isimlendirilmesi

• Bakteriler isimlendirilirken önce cins ismi

(ilk harf büyük)

• sonra tür ismi (ilk harf küçük) kullanılır ve

italik harflerle yazılır.

• Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae,

Staphylococcus aureus v.b

BAKTERĠ HÜCRESĠNĠN

GENEL YAPISI

Flajel

İnklüzyon cisimleri Ribozomlar

NükleoidSitoplazma

MezozomPiliKapsül

Sitoplazmikzar

Hücreduvarı

A. Sitoplazmik Yapılar

• Sitoplazma, hücre zarfı ile çevrelenmiş,

DNA, mRNA, ribozomlar, metabolitler,

enzimler, iyonlar, plazmidler ve depolanmış

granülleri içeren amorf ve sulu bir sıvıdır.

• Gram pozitif ve negatif bakterilerin

sitoplazmik yapıları aynıdır.

• Bakteri DNA’ sı ökaryot DNA’ sından

farklı olarak, çift iplikli ve çembersel

yapıdadır ve bir tanedir.

• Bakteri DNA’ nın sitoplazmada bulunduğu

bölge nükleoid olarak isimlendirilir ve

ökaryot hücrelerde olduğu gibi belirgin bir

zar ile çevrelenmemiştir.

• Plazmidler, bakteri kromozomundan

bağımsız olarak çoğalabilen, çembersel,

ekstrakromozomal DNA molekülüdür.

• Bakterinin DNA’ sından farklı olarak hücre

canlılığı için gerekli olmayan,

• Antibiyotiklere karşı direnç ve toksin

üretimi gibi çeşitli fonksiyonları kodlayan

genleri taşırlar.

• Ribozomlar, protein sentezleyen

organellerdir.

• Hem ökaryot hemde prokaryot hücrelerde

bulunur.

• Bakteri ribozomu 30S ve 50S alt

ünitelerden oluşur ve 70S ribozom meydana

getirir.

• Ökaryot ribozomu ise 80 S (40S+60S) dir

B. Hücre zarfı

• Bakteri sitoplazmasını

dışarıdan çevreleyen

yapıların tümüne

hücre zarfı adı verilir.

Hücre zarfı, hücre

duvarı ve sitoplazmik

zarı içerir.

I-Sitoplazmik (Hücre) zar

• Sitoplazmik zar, ökaryot hücre zarı ile benzer olarak çift tabakalı fosfolipidyapıdadır.

• Bununla birlikte ökaryotlardan farklı olarak sterol içermez (Mycoplasma spp. hariç).

• Zarın dış tabakası polar fosfat gruplarından, iç tabakası ise polar olmayan lipid zincirlerinden oluşmuştur.

Sitoplazmik (Hücre) zar

• Bu zar, hücre içine giren ve hücre dışına bırakılan moleküllerin yapısını ve miktarını sınırlayarak seçici geçirgen özelliktedir.

• Bakteri hücresinde mitokondri, golgi aygıtı, endoplazmik retikulum gibi organeller bulunmaz.

• Bu organellerin görevini bakteride sitoplazmik zar üstlenmiştir.

Sitoplazmik (Hücre) zar

Sitoplazmik zarın başlıca fonksiyonları;

a) Seçici geçirgenlik ve madde alışverişi,

b) Elektron transportu ve oksidatif

fosforilasyon,

c) Çeşitli enzimlerin ve proteinlerin hücre

dışına salgılanması,

d) Biyosentez (hücre duvarı sentezi).

II-Hücre Duvarı

• Bakteri hücre duvarı, ökaryot hücrelerde

bulunmayan ve peptidoglikan (=murein,

=mukopeptid) olarak adlandırılan bir ağ

yapısındadır.

– Bakterinin şeklinin korunmasını,

– Çevre şartlarına (osmotik basınç gibi) dayanıklılığını

– Fagositoza karşı korunmasını sağlar

– Bakterinin üreme için bölünmesinde başlangıç rolü

oynar

Hücre Duvarı

• Hücre duvarının

yapısı ve fonksiyonları

Gram pozitif ve Gram

negatif bakterilerde

farklıdır.

Gram negatif bakteriGram pozitif bakteri

Sitoplazmik zar

Sitoplazma

Dış zar

Periplazmik aralık

Peptidoglikan tabaka

Gram pozitif bakteri duvarı

• Peptidoglikan tabaka: Gram pozitif bakterilerde peptidoglikan tabaka, kalın ve çok tabakalı bir yapıdır. (%80-85)

• Bu tabaka, teikoik asit, lipoteikoik asit ve komleks yapıdaki polisakkaritleri de içerir.

• Protein yapıda olan teikoik asit ve lipoteikoik asit antijeniktir ve önemli virulans faktörlerinden biridir.

Gram negatif bakteri duvarı:

Gram pozitif bakteri duvarına göre daha

kompleks bir yapıdadır. Başlıca iki

tabakadan oluşmaktadır

• Peptidoglikan tabaka

• Dış zar

• Gram pozitif bakterilerden farklı olarak

periplazmik aralık bulunur.

Gram negatif bakteri duvarı

• Peptidoglikan tabaka: Gram negatif bakteri

duvarının % 5-10’ nunu oluşturur.

• Teikoik asit ve lipoteikoik asit içermez.

Gram negatif bakteri

• Dış zar: Peptidoglikan tabakanın dışında

yer alır.

• Gram negatif bakterilere özgüdür. Bakteri

sitoplazmik zarı ve dış zar arasındaki

boşluğa periplazmik aralık denir.

• Burada bakteriye ait enzimler (proteaz,

lipaz gibi) bulunur.

Gram negatif bakteri

• Dış zar, iki tabakalıdır ve diğer biyolojik

zarlardan asimetrik yapısı ile farklıdır.

• İç tabaka, sitoplazmik zara benzer ve

fosfolipid içerir.

• Dış tabaka ise lipopolisakkarit olarak

isimlendirilir ve diğer biyolojik zarlardan

farklı bir yapıdadır.

• Dış zar, büyük moleküllere ve hidrofobik

moleküllere karşı geçirgenlik bariyeri

oluşturur ve bakterinin yapısının

korunmasında görev alır.

• Hücre içine metabolit girişi, dış zarda

bulunan porin kanalları aracılığıyla

gerçekleşmektedir.

C. Kapsül ve glikokaliks

• Bazı bakteriler dıştan polisakkarit veya protein yapıda bir kapsül ile kaplıdır.

• Kapsül antijeniktir.

• Bakterileri fagositozdan korur,

• Glikokaliks bazı bakterilerde bulunur ve konak hücreye tutunmayı sağlar.

• Bu nedenle kapsül ve glikokaliks bakteriler için en önemli hastalandırıcılık (patojenite) özelliklerinden birisidir.

D. Flajel

• Bakterilerin hareketini sağlayan protein

yapıda uzantılardır.

• Bakteriler yüzeylerinde bir veya birden

fazla flajel taşıyabilir.

• Antijenik yapıdadır.

E. Fimbria (Pili-Pilus)

• Bakterilerin vücutta hastalık

oluşturmasındaki en önemli basamak olan,

konak hücreye tutunmayı sağlayan protein

yapıda kısa uzantılardır.

F. Spor

• Bazı bakteriler çevre koşulları bozulduğu (besin maddelerinin azalması gibi) dönemlerde canlı kalmayı sürdürebilmek için yapısal ve metabolik değişikliğe uğrayarak spor meydana getirir.

• Sporlar bilinen en dirençli canlılardır.

• Sıcaklığa, ultraviyole ışığına ve kimyasal maddelere dirençlidirler.

BAKTERİYEL ÜREME VE

METABOLİZMA

• Tüm hücreler yaşamlarını sürdürebilmek

için belirli metabolik görevleri başarmak

zorundadır.

– Besinlerin alınmasını,

– Bunların parçalanarak enerji sağlanmasını ve

– Protein, nükleik asit ve yağ yapıtaşlarının

sentezini kapsar.

A. Bakterilerin üreme özellikleri

• Bakteriler ikiye bölünerek (bir ana hücreden

birbirinin aynısı iki yavru hücre oluşur) çoğalır.

• Bölünme süresi türlere bağlı olarak 20 dakika

kadar kısa veya birkaç gün kadar uzun olabilir.

• Örneğin E. coli’ nin bir tek hücresinden, uygun bir

ortamda sekiz saat sonra 10 milyon hücre

üreyebilir.

• Daha sonra besin maddeleri azalıp toksik

atık ürünler biriktikçe, üreme yavaşlar ve

tamamen durur (Durgun faz).

• Durgun fazdaki hücreler uzun süre

bekletilirse tümü ölür.

• Bir tek bakteri hücresi bir katı besiyerinin

yüzeyine ekilirse, bu hücreden üreyen yeni

hücreler bir arada kalır ve gözle görülebilir

bir hücre yığını (koloni) meydana gelir.

• Kolonilerin tüm özellikleri (renk, şekil, koku

gibi) bakteri türlerinin tanımlanmasında

kullanılır.

B. Metabolizma

• Bakterilerin üreme ve bölünmesi için;

– üreme ve beslenme gereksinimleri,

– uygun sıcaklık ve

– pH gibi fiziksel faktörleri içeren özel üreme

koşulları sağlanmalıdır.

Besinler

• Her canlı gibi bakterilerde yaşamlarını devam ettirmek ve çoğalmak için karbon ve nitrojenkaynaklarına, suya ve çeşitli iyonlara ihtiyaç duyar.

• Klinik yönden önemi olan bakterilerin tümü üremek için organik karbonu kullanır (Heterotrof).

• Enerji ve karbon kaynağı olarak inorganik maddeleri kullanabilen ve karbondioksidi indirgeyebilen organizmalar ise ototrof olarak isimlendirilir.

• Bakteriler ayrıca azot, kükürt, fosfor,

potasyum, kalsiyum, magnezyum ve demir

gibi elementleride kullanır.

• Bakterilerin çoğu üremek için üreme

faktörleri adı verilen ancak organizmanın

kendisinin sentezleyemediği çeşitli organik

bileşimlere (vitamin gibi) ihtiyaç duyarlar.

Oksijen gereksinimi

• Bakteriler oksijen varlığında veya yokluğunda

üreme yanıtlarına göre sınıflandırılabilirler.

• Oksijen varlığında üreyen ve enerji üretiminde son

elektron alıcısı olarak oksijeni kullanan

bakterilere aerop,

• hem oksijenli ortamda hem de oksijensiz ortamda

üreyebilenlere fakültatif anaerob,

• oksijensiz ortamda üreyebilen ve enerjilerini

fermentasyon yolu ile üretenlere anaerob

bakteriler denir.

Enerji üretimi

• Tüm hücreler hayatta kalmak için enerjiye ihtiyaç

duyar.

• Bu enerji, çeşitli organik maddelerin

(karbonhidrat, yağ ve protein) parçalanması

sonucu (katabolizma) elde edilir ve adenosine

triphosphate (ATP) yapısında depolanır.

• Daha sonra bu enerji, hücre yapıtaşlarının (hücre

duvarı, proteinler, yağ asitleri ve nükleik asitler)

sentezinde (anabolizma) kullanılır.

• Bakteriler karbon kaynaklarından enerji

üretmek için başlıca 3 mekanizma kullanır:

– aerop solunum,

– anaerob solunum ve

– fermentasyon.

• Aerop solunumda son elektron alıcısı

olarak moleküler oksijen görev alır.

• Anaerob solunum da son elektron alıcısı,

moleküler oksijenin dışında inorganik

bileşimlerdir (nitrat veya sülfat).

• Fermentasyon, son elektron alıcısı olarak

organik bir metabolik ara ürün (pirüvik

asit, asetaldehit gibi) kullanıldığı ve

anaerobik solunuma alternatif bir metabolik

süreçtir.

• Metabolik işlemler tipik olarak hücre dışında, özel enzimler aracılığıyla, büyük makromoleküllerin (proteinler, yağlar ve polisakkaritler) parçalanmasıyla başlar.

• Daha sonra oluşan küçük moleküller (aminoasitler, serbest yağ asitleri ve monosakkaritler) bu moleküllere özgül transport mekanizmalarıyla hücre içine alınır.

• Bu metabolitler, hücre içinde ortak bir ara ürüne (pirüvik asit) parçalanır.

• Pirüvik asitin yapısında bulunan karbon atomları ya enerji üretiminde ya da yeni karbonhidrat, aminoasit, yağ ve nükleik asit sentezinde kullanılır.

BAKTERİ GENETİĞİ

• Bakteri kromozomu insan kromozomundan

farklıdır.

• Bakteri kromozomu bir tane, çift iplikli,

çembersel DNA içerir ve haploiddir

(kromozomlarından tek kopya vardır).

• İnsan kromozomu ise diploiddir (her

kromozomdan iki kopya vardır).

• Çoğu bakteri hücresi arasında DNA

değişimi olur.

• Bu genetik değişim bakteriye çeşitli

avantajlar (antibiyotiklere karşı direnç veya

zararlı toksinlerin üretimi) sağlar.

• Genler bir bakteri hücresinden diğerine üç

ayrı mekanizma ile nakledilebilir.

• Bu mekanizmalar;

– Konjügasyon,

– Transdüksiyon ve

– Transformasyondur.

Konjugasyon

• Bakteri hücreleri arasında bir köprü aracılığıyla

temas kurulması sonucu, bir hücreden diğer bir

hücreye genlerin nakledilmesine konjügasyon

denir.

• Verici ve alıcı hücrelerin, birbirine tutunması ve

hücreler arasında DNA’ nın geçebileceği bir

sitoplazmik köprü oluşturması için uygun bir

genetik yapıya sahip olmaları gerekmektedir.

Transdüksiyon

• Bakteri hücreleri arasında temas

olmaksızın, bakteriyofaj (bakteri hücresi

içinde çoğalan virus) aracılığıyla genler bir

hücreden diğerine nakledilir.

Transformasyon

• Genler bir bakteriden diğerine çıplak DNA

aracılığıyla nakledilir.

• Saf bakteri kültüründeki tüm hücreler bir

tek orijinal hücreden türediği halde, kültür

içinde orijinal hücreden farklı ender

hücreler bulunabilir.

• Böyle varyantlar (mutantlar) çoğunlukla

DNA’ dizilimlerindeki değişikliklere

(mutasyonlara) bağlı olarak ortaya çıkar.