Hazırlayan: Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER

Konu 2. HÜCRE
I.Hücre ve Hücre Biyolojisi
II.Hücrelerin Sınıflandırılması
MBG 113 BİYOLOJİ LABORATUVARI-I
(Ders-2)
Hazırlayan: Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Sistematikçiler Moleküler Verilerden Filogeniyi Anlayabilir
•
Homoloji ortak atayı ifade ediyorsa canlı yapısında bulunan proteinler
(gen ürünleri) benzer olmalıdır. Bu da benzer gen dizilerine sahip
olmaları mantığını getirir.
•
İşte bu mantıktan yola çıkarak araştırıcılar evrimsel ilişkileri anlaşılabilir
kılmak için gen ve gen ürünlerini tanımlayan DNA’yı okumayı
düşünmüşlerdir.
• Günümüzde Filogenetik çalışmaların çoğunda DNA ve RNA nükleotit
dizilerinin karşılaştırılması esas alınmıştır. DNA’daki nükleotit değişim
oranları, ribozomal RNA’ya (r-RNA) göre daha fazladır.
• Dolayısıyla son yıllarda filogenetikçiler r-RNA üzerine daha fazla
eğilmişlerdir.
• Mitokondri DNA’sı (mt-DNA) ise en hızlı evrim geçiren DNA’dır. Yakın
akrabalık ilişkilerinde mt-DNA’sı çalışmaları tercih edilmektedir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Sistematikçiler bu mantığı en küçük filogeni
haritalarını yapmakta; Ör: Aynı populasyondaki
akrabalık ilişkilerinde kullanırlar. Bu günümüzde
bilgisayar teknolojisinde bireyler arasındaki küçük
karakter
farklılıklarının,
bilgisayarda
değerlendirilmesinde göz ardı edilmesi ile işleyen bir
süreçtir.
Günümüzde Sistematik ve /veya Filogenetik fosil
verilere dayanan, moleküler biyolojik testlerlede
doğrulanmaya çalışılan hipotezlerden oluşur.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Özetle canlılar
Prokaryotlar
1.Cyanobacteria (Mavi-Yeşil Algler)
2.Bacteria
3.Archaea
Ökaryotlar
1.Protista (Protistler)
2.Fungi (Mantarlar)
3.Plantae (Bitkiler)
4.Animale (Hayvanlar)
Olarak ortaya çıkmıştır diye düşünülmektedir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
ANA CANLI SOYLARI
Canlıları temel sınıflandırma iki alemli
sınıflandırma ile başlamıştır. Buna
göre hücre tipine gore canlılar 2
büyük aleme ayrılır;
1.Prokaryotlar
2.Ökaryotlar
Bu uzun yıllar korunan ve hala
hazırda
esas
alınan
bir
sınıflandırmadır. Bu takiben 1969’da
Robert H.Whittaker 5 Alem fikrini
ortaya
atmış
ve
hararetle
savunmuştur. Buna göre alemler;
1.Monera
2.Protista
3.Fungi (Mantarlar)
4.Plantae (Bitkiler)
5.Animale (Hayvanlar)
olarak ayrılmıştır. Hala hazırda bu
alemlerin taksonomik düzenlenmesi
ve düzeltilmesi devam etmektedir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
PROKARYOTLAR VE METABOLİK ÇEŞİTLİLİĞİN KÖKENLERİ
Prokaryotlara yaşam olan her yerde rastlanır. Günümüzde hala biosfere hakimdirler.
Toplam biyolojik kütleleri (biyokütle) ökaryotların toplamının en az on katıdır. Her
ortamda hatta yerin 2 Mil altında bile rastlamak mümkündür.
Bireysel olarak küçük organizmalar olmasına karşın dünya ve yaşam üzerine etkileri
açısından çok büyük bir öneme sahiptirler.
14.yy’da Avrupa’da veba tüm Avrupa nüfusunun %25’ni öldürmüştür. Zararlı olduğu
kadar yararlı üyeleride olan prokaryotlar, bazı durumlarda ökaryotlarla da ortak
yaşayabilirler.
Prokaryot Evriminin İki Ana Dalı
Prokaryotların iki ana dalının adı Cyanobacteria ve Bacteria (Bakteria)’dır. Archea
(Arkea) bakterilerde önemli bir grubu teşkil eder. Archea kelimesi Latincede eski
kelimesinden gelir.bir çok türü sıcak su kaynaklarında, tuz göllerinde ve bataklık gibi
zor çevre koşullarında yaşamlarını sürdürebilirler. Yaşamın çok ilkel zamanında bu iki
grup birbirinden ciddi olarak ayrılmışlardır. Bu nedenle bazı araştırıcılar tarafından 3.
bir alem olarak sınıflandırmaya eklenmesi önerilmiştir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Prokaryotların
Üremeleri
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yapıları,
İşlevleri
ve
Çoğu prokaryotlar bir hücrelidir. Bazı türler
geçici olarak iki yada çok hücreli gruplar
halinde bulunabilirler. Şekilleri kok (küresel),
basil (çomak) ve spirilla (helikal) şekilde
olabilir. Ökaryotlar 10-100 µm çapta olurken
bakteriler 1-5 µm çaptadır. Bilinen en büyük
prokaryot 0,75 mm boyunda dev bir boyuta
sahip Thiomargarita namibiensis adında
Afrika - Namibya kıyılarında denizde yaşayan
bir kükürt bakterisidir.
Cyanobacteria (Mavi-Yeşil Algler)
Diğer alg ve bitkilere benzemesine karşın, zarla
sınırlı bir nukleusları olmaması nedeniyle
prokaryot organizmalardır. Bu özellikleri
Nedeniyle bakterilere çok benzerler.
Fotosentez yaparlar. Fotosentetik aperey,
lamellerden ve bunların üzerine yerleşmiş
pigmentlerden oluşurlar. Bunlara fikobilozom
denir. Hücre çeperleri vardır. Tek hücre halinde
veya koloniler halinde bulunurlar. Bazıları
ipliksidir. Üremeleri, tek hücreli formlarda
doğrudan bölünerek, ipliksi formlarda ise sporla
veya ipliğin parçalanması ile gerçekleşir. En
bilinen temsilcileri arasında Nostoc sp. ve
Oscilatoria sp. yer alır.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Bakteriler tek hücreli mikroorganizma
grubudur.
 Tipik olarak birkaç mikrometre uzunluğunda olan
Bakterilerin, çeşitli şekilleri vardır, kimi küresel, kimi
spiral şekilli, kimi çubuksu olabilir.
 Yeryüzündeki her ortamda bakteriler mevcuttur.
 Toprakta, deniz suyunda, okyanusun derinliklerinde,
yer kabuğunda, deride, hayvanların bağırsaklarında,
asitli , sıcak su kaynaklarında, radyoaktif atıklarda[1]
büyüyebilen tipleri vardır.
 Tipik olarak bir gram toprakta bulunan bakteri
hücrelerinin sayısı 40 milyon, bir mililitre tatlı suda ise bir
Milyondur.
 Toplu olarak dünyada beş nonilyon (5×1030)
bakteri bulunmaktadır,[2] bunlar dünyadan biyokütlenin
çoğunu oluşturur.[3]
 Bakteriler gıdaların geri dönüşümü için hayati bir
öneme sahiptirler ve gıda döngülerindeki çoğu önemli
adım, atmosferden azot fiksasyonu gibi, bakterilere
bağlıdır. Ancak bu bakterilerin çoğu henüz
tanımlanmamıştır ve bakteri şubelerinin sadece yaklaşık
yarısı laboratuvarda türlere sahiptir.[4]
 Bakterilerin araştırıldığı bilim bakteriyolojidir, bu
mikrobiyolojinin bir dalıdır.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 İnsan vücudunda bulunan bakteri sayısı, insan hücresi sayısının on
katı kadardır, özellikle deride ve sindirim yolu içinde çok sayıda bakteri
bulunur.[5]
 Bunların çok büyük bir çoğunluğu bağışıklık sisteminin koruyucu
etkisisiyle zararsız kılınmış durumda olsalar, ayrıca bir kısmı
da yararlı (probiyotik) olsalar da, bazıları patojen bakterilerdir ve
enfeksiyöz hastalıklara neden olurlar.
 Kolera, frengi, şarbon, cüzzam ve veba bu cins hastalıklara dahildir.
 En yaygın ölümcül bakteriyel hastalıklar solunum yolu
Enfeksiyonlarıdır. Bunlardan verem tek başına yılda iki milyon kişinin
ölümüne yol açabilir. Bu hastalıkların çoğu Sahra-altı Afrika'da bulunur
[6].
 Kalkınmış ülkelerde bakteriyel enfeksiyonların tedavisinde ve çeşitli
hayvancılık faaliyetlerinde antibiyotikler kullanılır.
 Bundan dolayı antibiyotik direnci yaygınlaşmaktadır.
 Endüstride bakteriler, atık su arıtması, peynir ve yoğurt üretimi,
biyoteknoloji, antibiyotik ve diğer kimyasalların imalatında önemli rol
oynarlar.[7]
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Bir zamanlar bitkilerin Schizomycetes sınıfına ait
sayılan bakteriler artık prokaryot olarak
sınıflandırılırlar.
 Ökaryotlardan farklı olarak bakteri hücreleri hücre
çekirdeği içermez, membran kaplı organeller de
ender olarak görülür.
 Geleneksel olarak bakteri terimi tüm prokaryotları
içermiştir. Ancak, 1990'lı yıllarda yapılan keşiflerle
prokaryotların iki farklı gruptan oluştuğu kabul
edilmiştir.
 Bunların ortak bir atadan ayrı ayrı evrimleşmiş
oldukları belirlenince bilimsel sınıflandırma
değişmiştir.
 Bu üst alemler Bacteria ve Archaea olarak
adlandırılmıştır.[8]
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Bakteri Morfolojisi
 Bakterilerde hücre morfolojisi ve düzeni büyük bir
Çeşitlilik gösterir.
 Bakteriler, morfoloji olarak adlandırılan, şekil ve boyutları
bakımından büyük bir çeşitlilik gösterir.
 Bakteriyel hücreler ökaryotik bir hücrenin yaklaşık onda
biri boyundadır, tipik olarak 0,5-5,0 mikrometre uzunluktadırlar.
Ancak, bir kaç tür, örneğin Thiomargarita namibiensis
ve Epulopiscium fishelsoni yarı milimetre boyunda olabilir
ve çıplak gözle görülebilir.[31]
 En küçük bakteriler arasında Mikoplazma cinsinin üyeleri
bulunur, 0,3 mikrometre olan bu bakteriler en büyük virüsler
Kadar küçüktür.[32] Bazı bakteriler daha da küçük olabilirler
ama bu ultramikrobakteriler henüz iyi tanımlanmamıştır.[33]
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Çoğu bakteri türleri ya küresel ya da
çubuksu şekilli olur. Küresel olanlar kokus
(veya coccus; Eski Yunanca tohum
anlamında kókkos 'tan), çubuksu olanlar
basil (Latince çubuk anlamlı baculus 'tan)
olarak adlandırılır. Vibrio olarak adlandırılan
bazı çubuksu bakteriler biraz eğri veya
virgül şekillidir; diğerleri spiral şekillidir,
spirillum olarak adlandırılır, veya sıkıca
sarılı olur, spiroket olarak adlandırılırlar. Az
sayıda bazı türler tetrahedron veya küp
benzeri şekilde olabilirler.[34] Yakın
zamanda keşfedilen bazı bakteriler uzun
çubuk şeklinde büyür ve yıldız şekilli bir
kesite sahiptir. Bu morfolojinin sağladığı
yüksek yüzölçümü-hacim oranı bu
bakterilere az besinli ortamlarda bir avantaj
sağladığı öne sürülmüştür[35]. Hücre
şekillerindeki bu büyük çeşitlilik bakterinin
hücre duvarı ve hücre iskeleti tarafından
belirlenir. Hücre şekli, bakterinin gıda
edinmesine, yüzeylere bağlanmasına, sıvı
içinde yüzmesine ve doğal avcılarından
kaçmasına etki eder.[36][37]
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Çoğu bakteriyel tür tek hücre halinde varlığını
sürdürür, diğerleri ise kendilerine özgü biçimlerle
birbirlerine bağlanır: Neisseria diploitler (ikililer)
oluşturur, Streptokok zincir, Stafilokok üzüm
salkımı gibi kümeler oluşturur.
 Bazı bakteriler iplik (filament) oluşturacak şekilde
uzayabilir Actinobacteria 'da olduğu gibi.
 İpliksi bakterilerde çoğu zaman içinde pek çok
hücre bulunan bir kın vardır. Bazı tipleri, örneğin
Nocardia cinsine ait bazı türler, hatta karmaşık,
dallı iplikçikler oluşturur, bunlar küflerdeki
miselyuma benzer.[38]
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Bakteriler yüzeylere bağlanıp biyofilm denen yoğun
kümeler oluştururlar. Bu filmler birkaç mikrometre
kalınlıktan yarım metre derinliğe kadar değişebilir, ve
birden çok bakteri, protista ve arkea türü içerebilir.
Biyofilmlererde yaşayan bakteriler, hücre ve hücre dışı
bileşenler ile karmaşık bir düzen oluştururlar. Meydana
gelen ikincil yapılar arasında mikrokoloniler de sayılabilir,
bunların içinde bulunan kanal şebekleri gıdaların daha
kolay difüzyonunu sağlar.[39][40] Doğal ortamlarda,
örneğin toprak ve bitkilerin yüzeyinde, bakterilerin
çoğunluğu biyofilm aracılığıyla yüzeye bağlanır.[41]
Biyofimler tıpta da önemlidir, çünkü bu yapılar kronik
bakteriyel enfeksiyonlarda ve vücut içine yerleştirilmiş
tıbbi cihazlarda bulunurlar. Biyofilmler içinde kendini
koruyan bakterilerin imhası, tek başına ve izole durumda
olan bakterilerinkinden çok daha zordur.[42]
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Daha karmaşık morfolojik değişiklikler de bazen mümkündür.
Örneğin amino asitlerden yoksun kalınca Myxobacteria 'lar
civarlarındaki diğer hücreleri algılamak için yeter çoğunluk
algılaması (İng. quorum sensing) denen bir süreç kullanırlar.
 Bu süreçte bakteriler birbirlerine doğru hareket eder ve yaklaşık
100.000 bakteri içeren 500 mikrometre büyüklüğünde tohum yapıları
(İng. fruiting bodies) oluştururlar.[43]
 Tohum yapılarında bulunan bakteriler farklı görevler yerine getirir;
böylesi bir kooperasyon, çok hücreli organizasyonun basit bir tipini
meydana getirir.
 Örneğin, her on hücreden biri bu tohum yapılarının tepesine göç
eder ve miksospor adında özelleşmiş uyuşuk (dormant) bir yapı
oluştururlar.
 Miksosporlar normal hücrelere kıyasla kurumaya ve diğer olumsuz
çevresel şartlara daha dayanıklıdır.[44]
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Bakteri Hücre Duvarı
 Bakteriler gram boyama ile
mikroskobik olarak incelendiğinde gram
pozitif ve gram negatif olarak ikiye
ayrılmıştır.
 Bu ayırım bakteri hücre duvarı
organizasyonu arasındaki farktan ileri
gelir.
 Bu sert hücre duvarı çok sayıda
çapraz bağlı polisakkarit ve peptit
içerdiğinden peptidoglikan adını
alır.
 Peptidoglikanın iskelet yapısı tekrar
eden N-asetil-glukozamin (NAG)– Nasetil-muramik asit (NAM) birimlerinden
oluşur.
 NAM’a bağlı peptitler ile bir sonraki
NAM’a bağlı peptidler arasında çapraz
bağlar oluşmasıyla düzenlenir.
 Peptidoglikan tabakaya murein adı
da verilir
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Gram Pozitif Hücre Duvarı:Gram pozitif hücre duvarı kalın bir peptidoglikan tabakayla çevrilidir. Proteinler ile
sıkıca paketlenmiş olarak görülebilir. Bu tabakaya S tabakası denir.
(Brock Biology of Microorganisms 13th Edition 2012)
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Gram
Negatif
Hücre
Duvarı:Gram
negatif
bakteriler farklı tipte bir
hücre duvarına sahiptirler.
Dış zarla çevrili ince bir
peptidoglikan tabaka içerir.
Dış zar bir lipoprotein
yardımıyla
peptidoglikanı
sabit tutar. Bu lipoproteinin
bir ucu kovelent bağ ile
peptidoglikan
tabakaya
diğeri dış zara bağlanır.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
(Brock Biology of Microorganisms 13th Edition 2012)
Bu zar fosfolipit içermesine rağmen çift tabakalı fosfolipit
tabaka içermez. Bu zar polisakkarit ve lipit moleküllerinden
oluşan lipopolisakkaritten (LPS) yapılmıştır. Bu LPS formun
lipitleri yapraklar şeklinde dış zarın dışında yer alır. LPS
enfeksiyonda tanıma ve tutunma mekanizmasında önemli
rollere sahiptir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
(Brock Biology of Microorganisms 13th Edition 2012)
Kaynakça
•Fredrickson J, Zachara J, Balkwill D, et al (2004). "Geomicrobiology of high-level nuclear waste-contaminated vadose sediments at the Hanford site,
Washington
state".
Appl
Environ
Microbiol
70
(7):
4230–41.
doi:10.1128/AEM.70.7.4230-4241.2004.
PMID
15240306.
http://aem.asm.org/cgi/content/full/70/7/4230?view=long&pmid=15240306.
•Whitman W, Coleman D, Wiebe W (1998). "Prokaryotes: the unseen majority". Proc Natl Acad Sci U S a 95 (12): 6578–83.
doi:10.1073/pnas.95.12.6578. PMID 9618454. http://www.pnas.org/cgi/content/full/95/12/6578.
•Whitman W, Coleman D, Wiebe W (1998). "Prokaryotes: the unseen majority". Proc Natl Acad Sci U S a 95 (12): 6578–83.
doi:10.1073/pnas.95.12.6578. PMID 9618454. http://www.pnas.org/cgi/content/full/95/12/6578.
•Rappé
MS,
Giovannoni
SJ
(2003).
"The
uncultured
microbial
majority".
Annu.
Rev.
Microbiol.
57:
369–94.
doi:10.1146/annurev.micro.57.030502.090759. PMID 14527284.
•Sears CL (2005). "A dynamic partnership: celebrating our gut flora". Anaerobe 11 (5): 247–51. doi:10.1016/j.anaerobe.2005.05.001. PMID 16701579.
•"2002 WHO mortality data". 2007-01-20 tarihinde erişilmiştir.
•Ishige T, Honda K, Shimizu S (2005). "Whole organism biocatalysis". Curr Opin Chem Biol ^ Schulz H, Jorgensen B (2001). "Big bacteria". Annu Rev
Microbiol 55: 105–37. doi:10.1146/annurev.micro.55.1.105. PMID 11544351.
•Robertson J, Gomersall M, Gill P. (1975). "Mycoplasma hominis: growth, reproduction, and isolation of small viable cells". J Bacteriol. 124 (2): 1007–
18. PMID 1102522.
•Velimirov, B. (2001). "Nanobacteria, Ultramicrobacteria and Starvation Forms: A Search for the Smallest Metabolizing Bacterium". Microbes and
Environments 16 (2): 67–77. doi:10.1264/jsme2.2001.67. http://www.jstage.jst.go.jp/article/jsme2/16/2/67/_pdf.
•Fritz I, Strömpl C, Abraham W (2004). "Phylogenetic relationships of the genera Stella, Labrys and Angulomicrobium within the 'Alphaproteobacteria'
and description of Angulomicrobium amanitiforme sp. nov". Int J Syst Evol Microbiol 54 (Pt 3): 651–7. doi:10.1099/ijs.0.02746-0. PMID 15143003.
http://ijs.sgmjournals.org/cgi/content/full/54/3/651.
•Wanger Onstott Southam (2008). "Stars of the terrestrial deep subsurface: A novel `star-shaped' bacterial morphotype from a South African platinum
mine". Geobiology 6 (3): 325–330. doi:10.1111/j.1472-4669.2008.00163.x.
•Cabeen M, Jacobs-Wagner C (2005). "Bacterial cell shape". Nat Rev Microbiol 3 (8): 601–10. doi:10.1038/nrmicro1205. PMID 16012516.
•Young K (2006). "The selective value of bacterial shape". Microbiol Mol Biol Rev 70 (3): 660–703. doi:10.1128/MMBR.00001-06. PMID 16959965.
•Douwes K, Schmalzbauer E, Linde H, Reisberger E, Fleischer K, Lehn N, Landthaler M, Vogt T (2003). "Branched filaments no fungus, ovoid bodies
no bacteria: Two unusual cases of mycetoma". J Am Acad Dermatol 49 (2 Suppl Case Reports): S170–3. doi:10.1067/mjd.2003.302. PMID 12894113.
•Donlan R (2002). "Biofilms: microbial life on surfaces". Emerg Infect Dis 8 (9): 881–90. PMID 12194761.
•Branda S, Vik S, Friedman L, Kolter R (2005). "Biofilms: the matrix revisited". Trends Microbiol 13 (1): 20–26. doi:10.1016/j.tim.2004.11.006. PMID
15639628.
•Davey M, O'toole G (2000). "Microbial biofilms: from ecology to molecular genetics". Microbiol Mol Biol Rev 64 (4): 847–67.
doi:10.1128/MMBR.64.4.847-867.2000. PMID 11104821.
•Donlan RM, Costerton JW (2002). "Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms". Clin Microbiol Rev 15 (2): 167–93.
doi:10.1128/CMR.15.2.167-193.2002. PMID 11932229.
•Shimkets L (1999). "Intercellular signaling during fruiting-body development of Myxococcus xanthus". Annu Rev Microbiol 53: 525–49.
doi:10.1146/annurev.micro.53.1.525. PMID 10547700.
•Kaiser D (2004). "Signaling in myxobacteria". Annu Rev Microbiol 58: 75–98. doi:10.1146/annurev.micro.58.030603.123620. PMID 15487930.
•9 (2): 174–80. doi:10.1016/j.cbpa.2005.02.001. PMID 15811802.
*Biyoloji (6.Baskıdan Çeviri) Campbell N.A., Reece J.B. Çvr.Ed. Gündüz E. Demirsoy A., Türkan İ., Palme Yayıncılık Ltd. Şti. Sıhhıye-ANKARA (2006)
*www.vikipedia.org
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER