Ünite 4: Mikroorganizmaların Yapısı ve İşlevi

Prokaryotik Mikroorganizmaların Yapısı ve İşlevi

Prokaryotik hücrelerin yapısında çekirdek ve zarlı organeller bulunmaz. Bu nedenle çekirdek yapıları sitoplazmaya dağılmış bir şekilde bulunur. Bu tip hücrelerin tek zarlı organelleri ribozomlardır. Hücre duvarı, hücrenin ozmotik lizize karşı korunmasını sağlamaktadır. Farklı tip prokaryotik hücrelerde farklı hücre duvarı yapıları mevcuttur. Örneğin bakterilerde hücre duvarı, iki özel disakkarid kısa amino asit zincirleri ile bağlanarak peptidoglukan polimerini oluştururlar. Bakterilerde hücre duvarı gram boyanma özelliklerine göre gram pozitif ve gram negatif olarak ayrılırlar. Gram pozitif bakterilerde hücre duvarları lizozim ile işlem yapıldığında hücre duvarı tamamen parçalanırken, gram negatiflerde lipopolisakkarit, fosfolipid ve lipoprotein yapılar bozulmaz. Böyle yapılara sırasıyla protoplast ve sferoplast denir. Hücre duvarı dışında Prokaryotik hücreler polisakkarit yapıda tabakalara sahiptir. Bu tabakalar sıkı bir şekilde düzenlenmiş ise kapsül, kolay bozuluyor ise mukoza tabaka adını alır ve hücrenin yüzeylere tutunmasını sağlar. Prokaryotik hücreye sahip bazı bakterilerde bir yerden bir yere hareket protein yapıya sahip flagella yapıları sayesinde gerçekleşir. Bazıları ise katı yüzeylerde kayarak hareket edebilirler. Aynı zamanda prokaryot hücreler kemotaksi, fototaksi, aerotaksi (-taksi; bir uyaran etkisi ile uyarana doğru ya da uyaranın zıt yönünde yapılan hareket) gibi çevresel uyaranlara cevap olarak da hareket ederler. Bazı bakterilerin yapısında bulunan kısa saç görüntüsünde ki fimbria-pili bakterinin hücre yüzeyine tutunmasında ve patojenlerin yapışmasını engelleyerek fagosittik hücrelere dirençte rol oynarlar. Hücre duvarının hemen altında sitoplazmayı saran ve koruyan hücre membranı yer almaktadır. Seçici geçirgenliğe sahiptir ve hücrenin madde alış verişini yapar. Sitoplazma ise, jel benzeri bir maddedir. Enzim, protein, vitamin, iyonlar, nükleik asit, amino asit, şeker ve karbonhidrat gibi hücrenin yaşamını devam ettirmede önemli maddeleri içerir. Aynı zamanda hücresel yapıları iç inde tutar. Ribozomlar ise, protein sentezinde rol oynar. Hücrenin enerji rezervini ise depo granülleri oluşturur. Bazı bakteri türleri hücreleri içinde endospor adı verilen kuruma, radyasyon gibi zarar verici çevresel koşulara dirençli olan ve metabolizmayı neredeyse durmuş ya da en aza indirmiş olan yapılar içerirler. Bu yapılar çok uzun süre canlı kalabilir ve uygun ortamda yeniden canlanabilirler. Prokaryot hücrelerde çekirdek zarı ve çekirdekçik bulunmaz. Bunun yerine uzun tek bir kromozondan oluşan DNA’ya sahiptirler. Prokaryot hücrelerde beslenme çeşitlilik gösterir. Bazıları ototrof bazıları ise, heterotroftur.

Bakteriler; Bacteria domaini prokaryotların büyük bir kısmını içerir. Patojenik olmayan binlerce türü olduğu gibi bilinen patojenik prokaryotlar bakteri içinde yer alır. Bakterilerin büyüklükleri morfolojilerine ve cinslerine göre değişmektedir. Genellikle mikrometre ile belirtilir.

Arkea; farklı şekillerde bulunurlar ve ikiye bölünerek çoğalırlar. Çoğu hareketsiz olmasının yanı sıra bazıları kamçılıdır. Metabolizmaları çok çeşitlidir. Çoğu anaerobiktir.

Prokaryotların işlevleri; bakteriler doğada her türlü ortamda bulunurlar ve gelişirler. Çeşitli maddelerin üretilmesi ve doğada madde çevriminde önemli rol oynarlar.

Ökaryotik Mikroorganizmaların Yapısı ve İşlevleri

Prokaryotik hücrelere göre daha büyük ve karmaşık bir yapıya sahiptirler. Prokaryot hücrelere göre en önemli farklılıkları;

• Belirgin hücre yapıları ve zarlı organelleri,
• Gerçek çekirdeğe sahip olmalarıdır.
• Bunun yanı sıra organel olarak isimlendirilen ve hücrede farklı işlevleri olan ayırt edici yapılar içerirler.

Mikrobiyal ökaryotlar; protista (algler, funguslar)

Funguslar; tipik olarak filamentli (ipliksi) yapılara sahiptir. Küf, şapkalı mantar ve mayaları da içeren geniş bir grubu temsil ederler. Bazıları patojenik özelliklidir. Nerdeyse tümü hareketsizdir. Parazitik, çürükçül veya simbiyonik olarak yaşayabilirler. Fotosentez yapamazlar, bu nedenle besinlerini diğer canlılardan absorbsiyonla alırlar. Fungus kolonileri hif adı verilen ince,uzun ve saydam mikroskobik yapılardan oluşurlar. Hifler bir araya gelerek ağsı bir yapı oluşturur. Bu yapıya misel adı verilir. Üremeleri eşeyli ya da eşeysiz şekildedir. Ortam ve türe bağlı olarak her iki üreme şeklide gözlenebilir. Filogenetik sınıflandırmaya göre 5 alt gruba ayrılırlar. Bunlar, Chytridiomycetes, Zygomycetes, Glomeromycetes, Ascomycetes ve Basidiomycetes alt gruplarıdır.

Fungusların işlevi; doğada oldukça geniş dağılım gösteren koşullarda gelişebilen koşullarda yaşayabilir ve gelişebilirler. Bu nedenle çeşitli yarar ve zarar etkileri mevcuttur. Toprak gibi ekosistemlerde organik maddelerin tekrar sirküle edilmesini sağlar. Hayvansal ve bitkisel atıkların çürümesini, azot, fosfor, potasyum, sülfür, demir ve kalsiyum gibi elementlerin serbest bırakılmasında rol oynar. Daha birçok yararlı etkisinin yanı sıra, zararlı etkileri de söz konusudur. İnsan ve diğer canlılarda çeşitli hastalıkların, gıdaların bozulmasında rol oynamaktadırlar.

Protozoa; tek hücreli ökaryotik organizmadır. Hücre duvarları yoktur, bunun yerine hücre membranı protoplazmayı çevreler. Genellikle renksiz ve hareketsizdirler. Besinlerini basit difüzyon, osmoz ve kolaylaştırılmış difüzyon, aktif taşıma, fagositoz (katı maddelerin hücre tarafından yalancı ayak çıkarılarak içeri alınması), pinositoz (hücre içerisine sıvı materyallerin alınması) ve hücre ağzı yoluyla alırlar. Üreme eşeyli ve eşeysiz olarak yapılır. Eşeysiz üreme ile daha çok sık karşılaşılır.

Protozoa işlevleri; bakterilerin başlıca tüketicileridir. Su kirliliğinin giderilmesinde önemli rol oynarlar. Toprakta ve suda erimeyen organik maddeleri sindirerek suda eriyebilir hale getirirler. Birçoğu insan ya da hayvan parazitidir, serbest yaşayamazlar.

Hücresel Olmayan Mikroorganizmaların Yapısı ve İşlevi

Virüsler; Latince de zehir anlamına gelmektedir. Hücre yapıları yoktur, çoğalmak amacı ile konak hücreyi enjekte ederler. Virüsü canlı yapan özellik üreyebilmesidir. Konak hücresi olmadığı zaman doğada kristal yapıda serbest halde bulunurlar. Konak hücre aralığı virüsün enfekte edebileceği hücreler anlamına gelmektedir. Pek çok canlıyı enfekte edebilen virüsler vardır. Ancak çoğu virüs tek bir konağın sadece özel hücrelerini enfekte edebilirler. Konak olarak bakteri dahi kullanabilirler. Bakterileri kullanan virüslere bakteriyofaj (bakteri yiyen) denir. Elektron mikroskoplar aracılığı ile belirlenir ve çeşitli büyüklükte olabilirler. Bir virüs konak hücre dışında ise protein kılıf ile kaplı nükleik asit içeren yapıda gözlemlenir. Bu haldeki virüse virion adı verilir. Kimyasal yapıları farklılık gösterebilir. Virion yapıda sarmalayan protein kılıfa kapsid denir ve bu kılıf protein alt üniteleri ya da kapsomer olarak adlandırılan belirli sayıda tekrarlanan tek tek protein yapılardır. Bazı virüsler özellikle bakteri virüsleri daha karmaşık yapıya sahiptir ve karmaşık virüsler (bir virion yapısında her iki simetriyi de gösteren daha karmaşık yapılı virüslerdir.

Virüslerin Çoğalması; konak hücre gerekli sentezlerin yapılması için virüs tarafından uyarılır. Oluşturulan yapılar daha sonra doğru bir şekilde birleştirilir ve virüs partikülleri hücre dışına çıkarak diğer hücreleri enfekte eder. Enfeksiyondan sonra viral nükleik asit ve viral protein kılıf oluşur. Virüs konukçuyı kendini sentezlemek için kullanır. Bazı virüsler enfeksiyon işleminde rol oynayan enzimler içerebilirler. Örneğin bazıları mRNA’yı tahrip edebilen nükleik asit polimeraz enzimlerine sahipken bazıları da hücre içine girmeyi kolaylaştıran ya da enfeksiyonun son basamağında virüsün konukçudan salınımını sağlayan enzimlere sahiptir. Bazı bakterileri enfekte eden virüsler hücre duvarında bir delik oluşturup DNA’nın içeri girmesine izin veren lizozom enzimine sahiptirler. Bu enzim enfeksiyonunun son aşamalarına doğru daha fazla salgılanır ve konukçu hücrenin ölümüne neden olur. Bakteriyofajların üremesinde 5 basamak görülür.

• Adsorbsiyon: virüsün özel reseptör bölgeler ile konak hücreye yapışması,
• Penetrasyon: Virüs nükleik asidinin konak içine girmesi (kapsid dışarıda kalır)
• Biyosentez: Bakteri DNA’sının parçalanması, virüs nükleik asiti ve protein kılıfın sentezlenmesi,
• Olgunlaşma: Sentezlenen virüs kısımlarının bir araya getirilerek olgun partikül haline gelmesi,
• Salınım: virüsün hücreyi parçalayarak dışarı salınması

Son basamak ile birlikte konak hücre virüsü taşıyamaz hale gelir ve lizis adı verilen olay ile parçalanır. Bu döngüye litik döngü (virüsün konak hücre içine girip çoğalması ve olgun virüs partikülleri halinde etrafa dağılması ile konak hücrenin parçalanma süreci), bu döngüye sahip virüslere ise virulant adı verilir. Hayvan virüslerinin çoğalması bazı istisnalar dışında bakteriyofaj ile benzerdir. Hayvan virüslerinde yapışmaya yarayan reseptör bölgeler hücre zarında yer alır. Pek çok hayvan, bitki virüsü adsorbsiyon bölgesi içermez. Penetrasyon basamağında hücre sitoplazmasına çekilir, protein kılıf hücre içine girdikten sonra ayrılır. Enfeksiyon sonucu konak hücre hayvan hücrelerinde illa liziz sonucu parçalanmaya bilir. Bazı virüsler konak hücre kromozomuna bağlanrak uzun süre orada kalabilirler. Konak hücre bölündükte çoğalmaya devam ederler. Buna lizogenik döngü ( virüs genomunun konak hücre genomuna bağlanarak çoğaldığı, konak hücrenin parçalanmadığı, uyaranlar varlığında virüsün litik döngüyü izlediği süreç). Bu nedenle bazı virüsler enfeksiyon oluşturmayan virüsler temperent olarak tanımlanırlar. Eğer lizogenik döngü bakteriyofajda görülüyorsa bu durumdaki bakteriyofaj DNA’na profaj adı verilir. Retrovirüs gibi hayvan virüsünde bu durum gözlemleniyor ise provirüs olarak adlandırılır. Lizogenik durum oldukça önemlidir. Çünkü antikorlar onlara erişemez ve kromozom her çoğaldığında virüste çoğalır. Profaj ya da provirüs konukçu da yenilikler oluşturabilirler. Lizogeniyi içeren bir başka olayda transdüksiyondur. Transdüksiyonda bir hücreye ait DNA parçası bir başka hücreye bakteriyofaj aracılığı ile taşınır. Bazende virüsler konukçu hücreyi kanser şekline dönüştürerek sınırsız çoğalma ile tümör ya da kanser oluşumuna sebep olabilirler.

Virüslerin işlevleri; zorunlu hücre içi parazitleridir hücrenin ölümüne yol açar. Konak hücrelerin ait olduğu organizmalarda çeşitli derecelerde hastalıklara neden olurlar. Kanserli hücre oluşumunda rol oynadıklarına inanılmaktadır. Moleküler biyoloji çalışmalarında model oluşturulmasına yardımcı olurlar. Virüsler çok çeşitli hücre tiplerini enfekte edebildikleri için, genetiği değiştirilmiş virüsler ile istenilen DNA kısımları hücre içine taşınabilir yani virüsler vektör görevi görürler. Bu çalışmalar gen terapisinde kullanılmaktadır. Bakteri kökenli iltihap hastalıkların tedavisinde kullanılırlar.

Viroidler ve İşlevi; viroidler protein kılıf içermeyen çıplak, kısa, RNA parçalarıdır. Üç boyutlu yapıdadırlar. Bitki hastalıklarına neden olurlar. Patates iğ yumru hastalığı tanımlanan ilk viroid hastalıktır.

Prionlar ve İşlevi; Ne virüs ne de bakteri olmayan ve hücresel yapıya sahip olmayan prionlar, kendi kendini eşleyebilen ve enfekte proteinlerin yapımını sağlayan proteinlerdir. Nükleik asit içermezler. Sinir sistemi hücrelerinde doğal olarak üretilen normal proteinlerin katlanma şeklinin değişerek patojen ve enfeksiyon yapma özelliğindeki prionların oluştuğu düşünülmektedir. Yapılan çalışmalar prionların sıcak, radyasyon ve kimyasal muameleye rağmen yaşadıklarını gösterilmiştir. Patojendirler, insan ve hayvanlarda merkezi sinir sistemi hastalıklarına neden olmaktadırlar.