prokaryotlar ve arkealar - gtu.edu.trabl.gtu.edu.tr/.../mbg-112-5-prokaryotlar-ve-arkealar.pdf ·...

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.

Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER

•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).

•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

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.

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