GDM 203 07 - Ankara Üniversitesi Gıda Mühendisliği

GDM203
Genel Mikrobiyoloji
Prof. Dr. Kadir HALKMAN
Ankara Üniversitesi,
Gıda Mühendisliği Bölümü
2014/ 15 Güz Dönemi Ders notu 07
http://food.eng.ankara.edu.tr/index.php?p=622&l=1
Hücre Yapıları
Bütün canlı organizmalar hücrelerden
oluşmuştur ve hücreler canlı en küçük
birimlerdir.
Yapısal olarak prokaryot
olarak sınıflandırılır.
ve
ökaryot
Prokaryot Hücre 01
En dışta murein ile kuvvetlendirilmiş hücre
duvarı, altında hücre membranı (hücre zarı) ve
bunun içinde çeşitli hücre yapıları vardır.
Hücre
duvarı
Mureinden
oluşmaktadır.
Glikoprotein (Peptidoglikan adı da verilen
protein-karbohidrat kompleksidir) yapısındadır.
Gram boyama sonucunda ayırt edilebilen 2
çeşit hücre duvarı vardır.
Hücre Membranı; Fosfolipit ve proteinlerden
oluşmuştur
ve
ökaryot
hücrelerdekine
benzerlik gösterir.
Prokaryot Hücre 02
Gram pozitif bakteriler kalın hücre duvarına
sahiptir, Gram boyama sonucunda mor renklidir,
sporlara sahip olabilir, penisilin ve lizozim
enzimine karşı hassastır.
Gram negatif bakteriler; dışta lipit tabakası
bulunan ince bir hücre duvarıdır ve Gram
boyama sonucunda hücreler pembe renk alır.
Gram negatif bakteriler içinde spor oluşturan
nadir türler vardır.
Prokaryot Hücre 03
Membranın içi genel olarak sitoplazma olarak
adlandırılır. Metabolik yollar için gerekli bütün
enzimleri içerir. Sitoplazma içinde genetik
materyal, ribozom ve mezozom vardır.
Bazı bakteri hücrelerinde içeride depo
granülleri, dışarıda kapsül ve flagellum (
çoğulu flagella) ve pili (fimbria) bulunur.
Prokaryot Hücre 04
Prokaryot hücrede 2 farklı genetik materyal
bulunur: DNA ve plazmit.
DNA, ökaryot hücreden farklı olarak çekirdek zarı
ile çevrelenmiş değildir. Buna bakteri genomu da
denilir.
Plazmitler genomik DNA’dan bağımsız dairesel
DNA parçacıklarıdır. Genelde antibiyotik
dirençlilik genlerini içerir. Hücre bölünmesinde
bunlar da ikiye bölünerek yeni iki hücreye
giderler.
Prokaryot Hücre 05
Ribozomlar, protein sentezinden sorumludur. 70S
tipindedirler. S (Swedberg ünitesi):
santrifüjlemede, bir molekülün büyüklüğüne ve
biçimine bağlı olan çökme sabitidir. 1S birimi 1013 saniyedir.
Mezozom; fotosentez ve solunum için gerekli
olan, membrana bağlı bütün proteinleri içeren ve
membranın sıkıca katlanmış bölgesidir.
Prokaryot Hücre 06
Kapsül; Hücre duvarının dışındaki kalın
polisakkarit tabakasıdır. Hücrelerin yapışarak
bir arada tutulmasını sağlar. Gıda rezervi olarak
görev yapar, hücreyi kimyasal ve kurumaya
karşı korur, ayrıca fagositoza karşı da
koruyucudur. Gram pozitif bakterilerde
bulunur. Kapsül varsa flagella yoktur.
Prokaryot Hücre 07
Flagella; Hareket organelidir. Pilus ise
flagellaya benzer yapıda, bakteri hücrelerine
bağlı olan kıl benzeri, oldukça kısa ve
flagelladan ince flamenttir. Hareketli ve
hareketsiz bakterilerde rastlanabilmektedir.
Bu yapılara saçak, püskül anlamında
“fimbriae” adı verilir. Her bir fimbria protein
yapısındadır. Genellikle Gram negatif
bakterilerin çoğunun yüzeyinde bulunurken,
Gram pozitif bakterilerde nadiren görülür.
Gram negatif bakterilerde fimbria hücre-hücre
ya da hücre-yüzey yapışmasında rol alır.
Ökaryot Hücre
Maya ve küfler ökaryotik hücre formu
gösterirler. Mitoz ve mayoz bölünme
gösterirler, gerçek çekirdeğe ve birden fazla
kromozoma sahiptirler, genel metabolik yolları
kullanırlar. Mebran ile çevrili gerçek
organellere sahiptirler (örneğin lizozomlar,
Golgi cisimciği, endoplazmik retikülüm,
mitokondri ve kloroplastlar.
Metabolizma 01
Mikroorganizmalar çeşitli besin ortamlarında
kendi enerji ve hücresel materyallerini
oluşturmak çoğalabilmek için ortamda bulunan
bu bileşenleri metabolize ederler. Metabolizma;
Katabolizma ve Anabolizma olarak incelenir.
Katabolizmada (dissimilasyon)büyük moleküller
daha küçük moleküllere dönüştürülür, enerji
açığa çıkar.
Anabolizmada (assimilasyon) ise bu küçük
moleküller, ortaya çıkan enerjinin kullanılması ile
hücresel yapı taşlarına dönüştürülür.
Metabolizma 02
Gelişme süresince mikroorganizmalar enerji
üretir ve hücresel materyallerini sentezler.
Üretilen enerjinin büyük bir kısmı hücresel
bileşenlerin sentezi için kullanılır. Enerji üreten
reaksiyonlar ile hücresel materyallerin
sentezlendiği reaksiyonlar birbirleriyle
bağlantılıdır.
Enerji, enerjice zengin (nükleotit trifosfatlar,
inorganik fosfatlar vb) ara ürünler ve
karboksilik asitlerin türevleri (asetil KoA)
oluşturularak depolanabilmektedir. Bunlardan
en önemlisi Adenozin trifosfat (ATP)'dır, ve
Adenozin difosfat (ADP)'dan ya oksidatif
fosforilasyon veya substrat fosforilasyonu ile
oluşur.
Metabolizma 03
Mikroorganizmalar sadece enerji kaynaklarına
göre değil, elektron akseptörlerine göre de
çeşitlilik gösterirler. Enerji kazanımı sırasında
üretilen elektronlar (H2→2H+ + 2e-) daha sonra
oksidasyon elemanı olarak görev yapar.
Organik Elektron
Donörü
Fermantasyon
endojen organik
elektron akseptörü
Aerobik solunum
Oksijen
Anaerobik solunum
NO3, SO4, CO2,
Fumarat
Metabolizma 04
Enerji, temel olarak karbohidratlardan elde edilir.
Temel karbohidrat glikozdur. Disakkarit ve
polisakkaritler hücre dışında daha küçük
moleküllere parçalanıp hücre içine taşınır.
Laktoz + β galaktozidaz → Glikoz + galaktoz
Glikoz ve galaktozu hücre içine alır, galaktozu
glikoza çevirir.
Metabolizmada 3 temel yol vardır.
Embden Meyerhoff Parnas (Glikoliz) EMP,
Pentoz Fosfat (PP), Entner Doudorff (ED).
Bu üç yolda glikoz, farklı reaksiyonlarla
gliseraldehit-3-fosfat (GAP)'a dönüşür. En yaygın
kullanılan EMP yoludur.
Metabolizma 05
GAP her üç yolda da aynı reaksiyonlarla kilit
ürün olan pirüvik aside dönüşür ve daha sonra,
pirüvik asit fermantasyon, aerobik solunum ve
anaerobik solunum ile mikroorganizmalar
tarafından metabolize edilir.
Embden Meyerhoff Parnas (Glikoliz) EMP Yolu:
Katabolizmanın ikinci aşamasında glikozun
pirüvata parçalanmasında oksijen varlığında ya
da yokluğunda bütün önemli mikroorganizma
gruplarının yaygın olarak kullandığı yoldur.
Glikoz + 2 ADP3- + 2Pi2- + 2 NAD+→
2
Pirüvat- + 2 ATP4- + 2 NADH + 2H+ + 2 H2O
NAD: Nikotinamit adenin dinükleotit
NADP: Nikotinamit adenin dinükleotit fosfat
Metabolizma 06
Aerob (Bacillus spp., Pseudomonas spp., maya
ve küfler) ve birçok fakültatif anaeroplar
(Enterobacteriaceae, Staphylococcus spp.)
aerobik koşullar altında karbohidrat
metabolizması sırasında moleküler oksijeni
terminal elektron akseptörü olarak kullanırlar.
Pirüvat ve diğer karboksilik asitler oksidatif
dekarboksilasyon ile tamamıyla okside olur ve
CO2, H2O ve fazla miktarda ATP üretilir. TCA (Tri
Karboksilik Asit; Krebs) döngüsü aynı zamanda
hücresel materyallerin sentezi için kullanılan çok
sayıda ara ürünlerin sentezini de gerçekleştirir.
Metabolizma 07
Başlangıçta pirüvat asetil KoA'ya ve CO2'e
dekarboksile olur. TCA döngüsü aerobik
olarak oluşur ve fazla miktarda enerji
üretiminden sorumludur. Fazla miktarda ATP,
elektron transport zinciri ile NADH ve FADH2
(Flavin Adenin Dinükleotit)'nin
oksidasyonundan açığa çıkar.
Sonuçta aerobik mikroorganizmalar toplam
enerji kazanımı 38 ATP'dir.
Metabolizma 08
Son
elektron
akseptörü
olarak
oksijeni
kullanamayan
mikroorganizmalar
anaerop
solunum yaparlar. Fakültatif anaeroplar son
elektron akseptörü ya serbest oksijendir veya
indirgenebilen inorganik bileşiklerdir ve en yaygın
kullanılan elektron akseptörü nitrattır. Nitratı
indirgeyen bakteriler (Enterobacteriaceae türleri,
bazı Bacillus spp., Staphylococcus spp.) nitrat
redüktaz enzimi içerirler. Sülfat indirgeyen
bakteriler enerji kaynağı olarak glikozu öncelikle
EMP yolu ile metabolize eder ve pürüvat oluşturur
daha sonra asetat (veya etanol) ve CO2 oluşturmak
için dekarboksile olur. Sülfat elektron akseptörü
olarak görev yapar ve son ürün H2S oluşur.
Metabolizma 09
Oksijenin varlığında veya yokluğunda gelişebilen
fakültatif anaeroplar oksijen yokluğunda enerji
kaynağı
olarak
fermantasyonu
kullanırlar.
Fermantasyonda enerji üretimi çok düşüktür
Heterofermantatif Laktik asit bakterileri; Laktik
asit, Etanol, CO2 1 ATP (ED)
Homofermantatif Laktik asit bakterileri; Laktik
asit, 2 ATP (EMP yolu)
Saccharomyces'ler alkol fermantasyonunda;
etanol, CO2 ve 2 ATP
Metabolizma 10
Glikoz
EMP (Glikoliz)
ED
PP
Pirüvat
Kreps (Aerop)
Anaerop
Fermantasyon