Bakteri ve Arkeler: Prokaryotlarkisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/Genel Biyoloji I/10...Bakterioklorofil kullanan bakteriler uzun dalga boyundaki ışığı kullanır bu yüzden alglerin

Bakteri ve Arkeler:Prokaryotlar

10

Başlıklar

•1 Canlılar nasıl çeşitlendi?

•2 Prokaryotlar nerede bulunur?

•3 Prokaryotların başarılarının temeli nedir?

•4 Prokaryotların bilinen ana grupları nelerdir? (Arkeler ve bakterilerin farkları)

•5 Prokaryotlar çevrelerini nasıl etkiler?

26.1 How Did the Living World Begin to Diversify?

Yaşamın üç domaini (üst alem/saha/alan):

• Bakteriler—prokaryotlar

• Arkeler—prokaryotlar

• Ökaryotlar—ökaryot

Bakteriler Arkeler Ökaryotlar

Prokaryotlar Ökaryotlar

Kloroplast MitokondriHayvanlar

Mantarlar

Bitkiler

Protistler

1 Canlılar nasıl çeşitlendi?

Tüm domainlerin üyeleri:

• Glikoliz yapar (glukozdan enerji üretir–ATP/NADPH –)

• Protein kodlayan DNA’ya sahiptir

• DNA’yı yarı korunumlu şekilde eşler

• Benzer genetik kod kullanarak protein üretir.

• Hücre zarı ve ribozomları vardır.

Prokaryot ve ökaryotların farkları:

Prokaryotların hücre iskeleti ve çekirdekleri yoktur; bu yüzden mitoz değil ikiye bölünme ile çoğalırlar.

Tek bir DNA molekülü bulunur. Halkasal yapıdadır.

Zarla çevrili organelleri yoktur.


Table 26.1

Üç temel domain

Özellik Bakteriler Arkeler Ökaryotlar

Zarla çevrili çekirdek Yok Yok Var

Zarla çevrili organeller Yok Yok Var

Hücre duvarında peptidoglikan Var Yok Yok

Zar lipidlerinde dallanma Yok Var Yok

Ribozomlar 70S 70S 80S

Yaşamın

başlangıcı

Çok eski

prokaryotlar

Geçmiş GünümüzZaman

BAKTERİLER

ARKELER

ÖKARYOTLAR

Arkeler ve ökaryotlar, bakterilere

göre daha yakın bir ortak ata

paylaşır

Tüm günümüz organizmaları

bu ortak atayı paylaşır

Üç domainin ortak atası da DNA’ya ve RNA ve

protein üretmek için gereken mekanizmalara

sahipti. Kromozomu muhtemelen halkasaldı.

Her üç domain de milyarlarca yıllık evrimin

sonucudur ve günümüz koşullarına çok iyi

uyum sağlamışlardır.

Dolayısıyla hiçbiri «ilkel» değildir.

En eski prokaryot fosilleri 3.5 milyar yıl öncesine

dayanır ve o zaman bile çeşitlilik vardı.


2 Prokaryotlar nerede bulunur?

Birey sayısı bakımından prokaryotlar dünyadaki en başarılı organizmalardır.

Okyanustaki prokaryot sayısı, görünür uzaydaki yıldızların sayısından 100 milyon kat fazladır.

Dünya üzerindeki her çevre koşulunda bulunabilirler

Bakterilerde 3 tip şekil bulunur:

• Küre (kok) (çoğul koki), tek başına veya bloklar, salkımlar halinde bulunabilirler.

• Çubuk (basil) (çoğul basilli)

• Sarmal (spiral)Basil ve sarmal şekilliler zincir veya kümeler oluşturabilir


Figure 26.2 Bacterial Cell Shapes

Kok Basil

Sarmal/spiral

Arkelerin şekilleriyle ilgili çok fazla bilgi yoktur çünkü

çoğunluğu henüz hiç görülmemiştir. Sadece DNA bilgisi vardır.

Yine de bazılarının bakteri biçimlerine benzediği görülmüştür

Ayrıca kare, şekilsiz, yassı da olabilirler

Sulfolobus – sülfür ve asitli ortamlarda

yaşar

Stafilothermus marinus – Sıcak su

kaynaklarında aşırı yüksek sıcaklıklarda yaşar

Halococcus salifodinae–aşırı tuzlu

ortamlarda yaşar

Neredeyse tüm prokaryotlar tek hücrelidir.

Zincir veya kümeler halinde de bulunsalar, her

hücre birbirinden bağımsızdır.

Bu kümeler ikiye ayrılma sırasında hücrelerin

birbirine tutunmasıyla oluşur.

Zincir görünümünde olan kümelenmeye

filament adı verilir. Bunlar dallanma yapabilir

veya tüpsü bir kılıf içinde olabilir


Prokaryotlar genelde başka türlerle birlikte topluluk (komünite) halinde yaşarlar. Buna mikroskobik ökaryotlar da dahildir.

Mikroskopik organizmalar bazen mikrop olarak da adlandırılır.

Mikrop komüniteleri çoğunlukla çevrelerine yararlı hizmetlerde bulunur Örnek: bağırsaklarımızda besin sindirimi, atıkların ayrıştırılması.


1. Mikrop komünitelerinin çoğu

biyofilmler oluşturur.

Biyofilmler, hücreler katı bir yüzeye

temas ederek jel benzeri bir madde

salgıladıklarında oluşur ve hücreleri

hapseder.

3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?

Biyofilm oluşumu

Serbest yüzen prokaryotlar

Yüzeye tutunma

Geri dönüşsüz bağlanma

Büyüme ve çoğalma,

matriks oluşumu

Sinyal

molekülleri Tek tür içeren biyofilm

Matriks

Sinyal

molekülleri

Diğer organizmaları

çeker

Olgun biyofilm

Bir biyofilmdeki hücreleri öldürmek zordur (Ör:

Film antibiyotikleri geçirmeyebilir).

Biyofilmler pek çok yüzeyde oluşur: kontak

lensler, yapay eklemler, diş plakları, su

boruları gibi


Biyofilmlerdeki bakteriler kimyasal sinyallerle iletişim

kurarlar.

Biyologlar biyofilm oluşumunu engelleyebilmek için

bu sinyalleri engelleyecek yöntemler

araştırmaktadır.

Buna karşın bağırsaktaki biyofilmler besin geçişine

yardımcı olur ve aynı zamanda B12 ve K vitamini

üretir



2. Çoğu prokaryotun kalın bir hücre duvarı vardır. Yapısı bitki, alg ve mantarlardan farklıdır.

Bakteri hücre duvarı peptidoglikandan oluşur – amino-şeker polimeri.

Arkelerin hücre duvarları farklı moleküllerden oluşur. Bir tanesi yalancı-peptidoglikandır.

Bir bakteri boyama tekniği olan Gram

boyaması, hücre duvarlarının karmaşıklığını

ortaya çıkarır.

Biri mor, diğeri kırmızı olan iki boya kullanılır.

Gram-pozitif bakteriler mor boyayı içine alır ve

kırmızıyı geçirmez.

Gram-negatif bakteriler kırmızı boyayı içine alır

ve moru geçirmez.

Bu farklar hücre duvarlarındaki farklılıktan dolayı

oluşur.


Gram boyaması ve bakteri hücre duvarı

Hücre duvarı

Hücre

zarı

Peptidoglikan

Hücre dışı

Hücre içi

Periplazmik boşluk

Periplazmik boşluk

Hücre

duvarının

dış zarı

Hücre

zarı

Peptidoglikan

Gram-pozitif bakterilerde çoğunluğu peptidoglikandan

oluşan yoğun bir hücre duvarı vardır

Gram-negatif bakterilerde çok ince bir

peptidoglikan tabaka ve bir de dış zar vardır

Bakteri hücre duvarları genellikle bu

canlılara karşı üretilen ilaçların

hedefidir.

Penisilin gibi antibiyotikler bakteride

hücre duvarı sentezini engelleyerek etki

gösterirler.

Bu sayede ökaryot hücrelerine zarar

vermezler.


3. Bazı prokaryotlar hareket etme özelliğine sahiptir.

i. Sarmal bakteriler, ör; spiroketler, tirbuşon gibi hareket yaparak ilerler.

ii. Bazıları süzülerek ve bazıları da yuvarlanarak ilerler.

iii. Bazı siyanobakterler gaz keselerindeki gaz miktarını değiştirerek suda yukarı aşağı hareket eder.


Vibrio anguillarum


https://d2434a0nr1d7t1.cloudfront.

net/p/D30_11_197/D30_11_197_de

tail.mp4

siyanobakter, Spirulina

https://www.youtube.com/watch?v

=YIUi26dgkX0

https://d2434a0nr1d7t1.cloudfront.net/p/D30_11_197/D30_11_197_detail.mp4

https://www.youtube.com/watch?v=YIUi26dgkX0

Prokaryot hareketiyle ilgili yapılar

Aksiyal filamentler

Hücre

duvarı

Dış

zar

Gaz

kesecikleri

iv. En bilinen prokaryot hareket yapısı kamçı

(flagella) dır.

Kamçı, hücreye tutunduğu noktada dönerek hareket

sağlar.


4. Prokaryotlar kimyasal sinyallerle iletişim kurarlar.

Çoğunluğu algılama (Quarum sensing):

Bakteriler, ortamdaki kimyasal sinyallerin miktarına göre popülasyonun büyüklüğünü algılarlar.

Sayıları yeterli olduğunda biyofilm oluşturma gibi işlemler başlatılır.


Ateş böceklerinde olduğu gibi, bazı bakteriler biyoluminesans ile ışık yayarlar.

Genelde belirli bir çoğunluk algılandığında ışık yayılır.

Örnek: Vibrio kolonileri balıkların onları yemeleri için ışık yayarlar – çünkü en iyi balıkların sindirim sistemlerinde gelişirler.

Hint Denizindeki Vibriolar uzaydan görünebilmektedir.


Figure 26.8 Bioluminescent Bacteria Seen from Space

5. Prokaryotların kullandığı metabolik yolaklar çok çeşitlidir.

Ökaryotların metabolizmaları çok daha sınırlıdır. Enerjilerinin çoğu ya mitokondri ya da kloroplasttan sağlanır. Bunlar da zaten bakterilerden türemiştir.

Prokaryotların uzun evrimsel tarihi çok çeşitli hayat tarzları oluşturmuştur:

• Elektron alıcısı olarak oksijen kullanıp kullanmamaları

• Enerji kaynakları

• Karbon kaynakları

değişkendir


A) Oksijen kullanma:

i. Anaeroblar: - Zorunlu anaerob

- Geçici anaerob

- oksijene tahammüllü anaerob

ii. Aeroblar: Zorunlu aerob


Anaeroblar solunumda elektron alıcısı olarak oksijen

kullanmazlar.

Zorunlu anaeroblar: oksijen bu canlilar için ölümcüldür.

Geçici anaeroblar: Metabolizmalarını oksijenli ve

oksijensiz durumlara göre değiştirebilirler – Ör:

fermentasyon.

Tahammüllü anaeroblar: oksijenli solunum yapmazlar

fakat ortamda oksijen bulunması onlara zarar vermez.

Zorunlu aeroblar: Oksijen olmazsa yaşayamazlar


B) Beslenme biçimleri:


Prokaryotlar her dört kategoride de bulunur

Organizmalar enerji ve karbon ihtiyaçlarını nasıl karşılar

BESLENME ENERJİ KAYNAĞI KARBON KAYNAĞI

Fotoototroflar Işık Karbon dioksit

(her 3 domainde

bulunur)

Fotoheterotrof Işık Organik bileşikler

(Bazı bakteriler)

Kemolitotroflar İnorganik Karbon dioksit

(bazı bakteriler, maddeler

çoğu arke)

Kemoheterotroflar Organik Organik

(Her 3 domainde bileşikler bileşikler

bulunur)

Fotoototroflar: fotosentez yapar.

ÖR: Siyanobakter (mavi yeşil alg) klorofil a kullanır ve O2 son

üründür

Diğer bakteriler bakterioklorofil kullanır ve O2 açığa çıkarmazlar.

Bazıları H2O yerine elektron verici olarak H2S kullanır ve sülfür açığa çıkarır.

Siyanobakter


Bakterioklorofil daha uzun dalga boylarındaki ışığı soğurabilir.

Dolayısıyla yoğun alg tabakaları altında yaşayabilirler.

Figure 26.9 Bacteriochlorophyll Absorbs Long-Wavelength Light

Algler mavi ve kırmızı dalgaboylarındaki ışığı soğurur. Bu yüzden altlarında yaşayan bakteriler ışık alamaz

Bakterioklorofil kullanan bakteriler uzun dalga boyundaki ışığı kullanır bu yüzden alglerin altında yaşayabilir

Mor sülfür bakterisi Yeşil alg

Fotoheterotroflar: Enerji kaynağı olarak ışığı

kullanır fakat başka canlıların ürettiği organik

karbona ihtiyaçları vardır.

Örnek: Mor sülfür kullanmayan bakteriler.

Işık fotofosforlanma yoluyla ATP sağlar.


Kemolitotroflar (kemoototrof) inorganik bileşikleri

yükseltgeyerek enerji elde ederler:

Amonyak, nitrit, H2, H2S, S, ve benzeri molekülleri

kullanırlar. Bu enerjiyi CO2 bağlamak için kullanırlar

Çoğu arke kemolitotroftur

Derin hidrotermal ekosistemler kemolitotroflara

bağlıdır. Volkanik kayalardan salınan H2S ve diğer

bileşikleri diğer canlıların kullanabileceği organik

bileşiklere dönüştürürler.


Kemoheterotroflar: Hem enerji hem de

karbonu organik bileşiklerden elde

ederler — Bilinen çoğu bakteri ve arke,

tüm hayvanlar, rüm mantarlar, ve çoğu

protist.


Azot ve sülfür metabolizması: Bazı bakteriler elektron

taşıma sisteminde elektron alıcısı olarak nitrat, nitrit veya

sülfat kullanır.

i. Denitrifikasyon bakterileri: Oksijensiz koşullara maruz

kaldıklarında elektron alıcısı olarak NO3– kullanır ve

atmosfere N2 salar - Bacillus ve Pseudomonas.

ii. Nitrojen bağlayıcılar: N2 gazını amonyağa çevirirler.

Bu hayati olay çoğu arke ve bakteri tarafından

gerçekleştirilir.

iii. Nitrifikasyon bakterileri: Amonyağı nitrata

yükseltgeyen kemolitotroflardır. Elde edilen elektronlar

taşıma sisteminde kullanılır.


5. Prokaryotların sınıflandırması

Günümüzde kabul edilen sınıflandırma

sistemine göre 12’den fazla bakteri grubu

bulunmaktadır.

Bunlardan 6 tanesini inceleyeceğiz.

Üç bakteri grubu termofildir – sıcak seven. En

eski gruğlar olduğu düşünülürken son DNA

analizleri daha yakın zamanda ortaya

çıktıklarını göstermiştir.

Figure 26.11 Two Domains: A Brief Overview

Spiroketler

Klamidyalar

Yüksek GC Gram pozitif

Düşük GC Gram pozitif

Siyanobakterler

Proteobakterler

Krenarkeota

Öryarkeota

Ökaryotlar

Tüm

canlıların

ortak atası

• 1. Spiroketler:

▪Gram negatif

▪Hareketli

▪Kemoheterotrof

▪Çoğu insan paraziti olarak yaşar

▪Azı zararlıdır

Sifilis, Lyme hastalığı

▪Diğerleri çamur veya suda serbest oloarak

yaşar


• 2. Klamidyalar:

▪Gram negatif kok

▪Çok küçük boyutlu

▪Tamamı parazit olarak yaşar

İnsanlarda göz enfeksiyonları – trahom

Cinsel yolla bulaşan hastalıklar

Bazı zatürre türleri


• 3. Yüksek GC Gram pozitifler:

▪ Aktinobakterler olarak bilinir

▪ Yüksek GC: DNA yapılarında G-C baz çifti

miktarı A-T baz çiftlerinden daha fazladır

▪ Üretilen antibiyotiklerin çoğu bu bakterilerden

sağlanır

Ör: Streptomisin

▪ Tüberküloza yol açan Mycobacterium

tuberculosis 3 milyon yıl önce

Doğu Afrika’da ortaya çıkmıştır.


• 4. Siyanobakterler:

▪ Mavi yeşil alg de denir.

▪ Yaşamak için sadece su, azot gazı, karbon

dioksit, ışık ve birkaç element yeterlidir.

▪ Fotosentez yapar ve oksijen üretirler

Bu sayede dünyanın atmosferinde O2 oluşmuştur

▪ Çoğu tür azot bağlayıcıdır.


• 5. Düşük GC Gram pozitifler:

▪ G-C oranları A-T oranına göre düşüktür

▪ Aslında bazıları Gram negatiftir ve bazılarının hücre duvarı

bile yoktur fakat DNA analizlerine göre bu şekilde

sınıflandırma uygun görülmüştür

▪ Bazı türleri uygun olmayan çevre koşullarında endospor

oluşturur

Yarı cansız durum

Çok zor koşullara dayanıklıdır, 1000 yıl sonra bile tekrar canlı

hale gelebilir

Bu özellikleri biyolojik silahlarda kullanılır:

➢ Bacillus anthracis – Antraks hastalığı: Endosporlar bağışıklık

sistemi hücreleriyle karşılaşınca tekrar canlı hale gelir

▪ Diğer örnekler: Stafilokoklar – solunum, sindirim

enfeksiyonları


• 6. Proteobakterler:

▪ Bilinen en büyük grup

▪ Gram-negatif, sülfür kullanan fotoototroflar.

▪ Fakat bunlara benzerliği olmayan bazı türler de bu grup

içerisindedir.

▪ Ökaryotlardaki mitokondrinin

bu gruptan türediği

düşünülmektedir.

Örnekler: Rhizobium – en önemli

azot bağlayıcı

E. Coli – koli basili

Salmonella – bağırsak enfeksiyonu


Arkeler aşırı koşullarda yaşamalarıyla ünlüdür: yüksek

tuz, sıcaklık, yüksek/düşük pH, az oksijen.

Fakat diğer arkeler normal çevrelerde yaşar.

İki temel gruba ayrılır: Öryarkeota ve Krenarkeota.

Yeni keşfedilen iki grup daha: Korarkeota ve

Nanoarkeota.

Arkeler hakkında çok az bilgi vardır.

Hiçbirinde peptidoglikan hücre duvarı bulunmaz ve

hücre zarlarında prokaryot ve ökaryotlardan farklı

lipidler bulunur.


Çoğu bakteri ve ökaryot hücre zarında gliserole

ester bağıyla yağ asitleri bağlanmasıyla

oluşan lipidler bulunur.

Arke hücre zarı lipidleri gliserole eter bağı ile

bağlanan yağ asitlerinden oluşur


The long-chain hydrocarbons in Archaea

are unbranched.

One class of these lipids has glycerol at

both ends, and forms a lipid monolayer.

Lipid bilayers and lipid monolayers are

both found in the Archaea.


Figure 26.22 Membrane Architecture in Archaea

Bazı arkelerde tek katmanlı zar da

bulunur. Uzun yağasitlerinin iki ucuna

da gliserol bağlıdır

Bazı arkelerde ökaryot ve

prokaryotlara benzer dizilim

gözlenir

Bilinen çoğu Krenarkeota termofilik ve asidofiliktir (asit seven)

Sulfolobus sıcak sülfür kaplıcalarında yaşar(70–75°C, pH 2 - 3).

Ferroplasma pH 0’a yakın yerlerde yaşar.

Buna rağmen iç pH’larını 7’ye yakın tutarlar.


6. Prokaryotlar çevrelerini nasıl etkiler?

Prokaryotların çok az bir bölümü insan patojenidir

(hastalık yapan organizma)

Çoğu türden aslında pek çok farklı uygulamada

yararlanılır – peynir yapımı, atık su temizliği,

antibiyotik, vitamin, kimyasal üretimi.

Prokaryotların çoğu ayrıştırıcıdır – ölü canlılardaki

organik maddeleri ayrıştırırlar.

Bu sayede karbondioksit gibi ürünler tekrar çevreye

verilir ve ekolojik döngüler tamamlanır.

Bitkiler besinleri için projaryotlara muhtaçtır:

azot bağlanması ve döngüsüne ihtiyaçları

vardır.

Geçmişte siyanobakterlerin dünya

atmosferinde oksijen oluşumunu sağladığını

biliyoruz.


Pek çok prokaryot diğer canlıların içinde veya üzernde

yaşar.

Hayvanlar sindirim sistemlerinde pek çok prokaryot

barındırır. Büyükbaş hayvanlardaki bakteriler, selüloz

sindirimini sağlayan selülaz enzimi üretir.

İnsan bağırsaklarındaki bakteriler B12 ve K vitaminleri

üretir.

Oluşturdukları biyofilm, besin emilimini kolaylaştırır.


Patojen olan prokaryotların hastalık yaptığığı

19. yy’da kanıtlanmıştır.

Robert Koch Belirli bir organizmanın nasıl

hastalık yaptığına kuralları öne sürmüştür—

Koch’un varsayımları.


Koch’un varsayımları:

• Mikroorganizma her zaman hasta kişilerde bulunur.

• Konak kişiden alınarak kültür ortamında büyütülebilir.

• Kültürden alınan bir örnek yeni bir kişide hastalık oluşturabilir.

• Yeni konak kişiden örnek alınırsa yine kültürde büyütülerek aynı organizma elde edilir.


Bir organizmanın patojen olması için:

• Konak canlının vücut yüzeyine ulaşması

• Konağın vücuduna girmesi

• Konağın bağışıklık sisteminden kaçması

• Konak içinde üremesi

• Yeni bir konağı enfekte etmesi

gerekir


Bakteri enfeksiyonu:

Patojenin yayılma kapasitesine: Konak

içinde çoğalma kapasitesi.

Toksik madde üretme kapasitesine

bağlıdır.


26.6 How Do Prokaryotes Affect Their Environments?

Corynebacterium diphtheriae (difteri)

düşük yayılma fakat ürettiği toksinler

tüm vücudu etkiler.

Bacillus anthracis (antraks) düşük

toksisite fakat yüksek yayılma. Tüm kan

dolaşımına yayılır.

26.6 How Do Prokaryotes Affect Their Environments?

Salmonella enteritidis bölünmesihttp://www.sciencephoto.com/media/448859/view

http://www.sciencephoto.com/media/448859/view

Documents

Bakteri ve Arkeler: Prokaryotlarkisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/Genel Biyoloji I/10...Bakterioklorofil kullanan bakteriler uzun dalga boyundaki ışığı kullanır bu yüzden alglerin