View
225
Download
4
Category
Preview:
Citation preview
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.
1 Canlılar nasıl çeşitlendi?
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.
1 Canlılar nasıl çeşitlendi?
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
2 Prokaryotlar nerede bulunur?
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
2 Prokaryotlar nerede bulunur?
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.
2 Prokaryotlar nerede bulunur?
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
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
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
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
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.
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
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. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
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.
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
Vibrio anguillarum
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
https://d2434a0nr1d7t1.cloudfront.
net/p/D30_11_197/D30_11_197_de
tail.mp4
siyanobakter, Spirulina
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.
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
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.
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
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.
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
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
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
A) Oksijen kullanma:
i. Anaeroblar: - Zorunlu anaerob
- Geçici anaerob
- oksijene tahammüllü anaerob
ii. Aeroblar: Zorunlu aerob
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
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
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
B) Beslenme biçimleri:
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
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
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
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.
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
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.
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
Kemoheterotroflar: Hem enerji hem de
karbonu organik bileşiklerden elde
ederler — Bilinen çoğu bakteri ve arke,
tüm hayvanlar, rüm mantarlar, ve çoğu
protist.
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
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.
3. Prokaryotların başarılarının temeli nedir?
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
5. Prokaryotların sınıflandırması
• 2. Klamidyalar:
▪Gram negatif kok
▪Çok küçük boyutlu
▪Tamamı parazit olarak yaşar
İnsanlarda göz enfeksiyonları – trahom
Cinsel yolla bulaşan hastalıklar
Bazı zatürre türleri
5. Prokaryotların sınıflandırması
• 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.
5. Prokaryotların sınıflandırması
• 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. Prokaryotların sınıflandırması
• 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
5. Prokaryotların sınıflandırması
• 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
5. Prokaryotların sınıflandırması
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.
5. Prokaryotların sınıflandırması
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
5. Prokaryotların sınıflandırması
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.
5. Prokaryotların sınıflandırması
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.
5. Prokaryotların sınıflandırması
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.
6. Prokaryotlar çevrelerini nasıl etkiler?
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.
6. Prokaryotlar çevrelerini nasıl etkiler?
Patojen olan prokaryotların hastalık yaptığığı
19. yy’da kanıtlanmıştır.
Robert Koch Belirli bir organizmanın nasıl
hastalık yaptığına kuralları öne sürmüştür—
Koch’un varsayımları.
6. Prokaryotlar çevrelerini nasıl etkiler?
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.
6. Prokaryotlar çevrelerini nasıl etkiler?
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
6. Prokaryotlar çevrelerini nasıl etkiler?
Bakteri enfeksiyonu:
Patojenin yayılma kapasitesine: Konak
içinde çoğalma kapasitesi.
Toksik madde üretme kapasitesine
bağlıdır.
6. Prokaryotlar çevrelerini nasıl etkiler?
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
Recommended