Bakterilerin Üremesi ve Metabolizması

Doç.Dr. Abbas TANER

• Canlılarda meydana gelen bütün biyokimyasal olaylar, onların metabolizmaları ile ilişkilidir.

• Viruslar dışındaki tüm mikroorganizmalar, yüksek canlılarda olduğu gibi, metabolizmalarını enzimleri ile gerçekleştirirler.

• Canlıların metabolizmaları, Anabolizma ve Katabolizma

olaylarını kapsar.

Metabolizm Anabolizma + Katabolizma

(Yapım) (Yıkım)

• Katabolizma; besin maddeleri gibi büyük kompleks moleküllerin,

enzimler yardımıyla parçalanarak, hücre zarından geçebilecek kadar küçük

moleküllere dönüştürülüp sitpolazmaya alınması ve sitoplazmada

yapıtaşlarına ayrıştırılması olaylarının tümüdür.

Karbon hidratlar

Yağlar

Proteinler

Nüklei asitlar

Basit yapıtaşlarına

dönüştürülür

enzimler

Katabolizma;

Anabolizma ise; yapıtaşlarından, canlı hücrelerdeki kompleks molekül

ve yapıların biyosentezidir.

Özümleme, asimilasyon veya anabolizma, basit yapıdaki moleküllerin,

daha karmaşık yapıdaki moleküllerin sentezinde kullanılması ve bunlara

ilişkin kimyasal değişimlerdir

Karbon hidratlar

Yağlar

Proteinler

Nüklei asitlar

Basit yapıtaşları

Anabolizma

enzimler

• Protozoonlar (Bir hücreliler, genellikle mikroskobik, bir hücreli ve ökaryotik canlıları içeren bir protista alt alemidir). ve Viruslar

dışındaki mikroorganizmaların metabolizmaları ile ilgili

olaylar, dış enzimatik sindirim ile başlar.

• Metabolizma ile ilgili tepkimeler, enzimler aracılığı ile

gerçekleşir.

• Bakteri ve mantarların gerek hücre dışına saldıkları, gerekse

hücre içinde görev yapan çok güçlü enzimleri vardır.

• Rickettsia ve Chlamydia`ların hücre dışı enzimleri sınırlı

olmakla birlikte, metabolizmalarını kendi enzimleri ile sağlarlar.

• Bakterilerin metabolik aktiviteleri,

yüksek organizmalarınkinden çok daha

fazladır, çünkü bakterilerin yüzeyi, hacmine

göre oldukça geniş olup, bu geniş yüzeyden

besinlerin alınması ve artıkların atılması,

yüksek bir metabolizma hızı gerektirir.

o Canlılar ATP dışında başka bir molekülü enerji amacıyla doğrudan kullanamaz.

o ATP hücrelerde depolanamaz.

o ATP hücre zarından geçemez. Bu nedenle her hücrede sentezlenir. Yani her hücre

aralıksız solunum yaparak kendi ATP’sini sentezlemek zorundadır. Sadece virüsler

ATP sentezleyemez.

o ATP’nin sentezi, dehidrasyondur. Su açığa çıkar. Yıkımı, hidrolizdir. Su ile

parçalanır.

o ATP, kimyasal reaksiyonların başlaması gerekli olan, aktivasyon enerjisini sağlar.

Metabolik Reaksiyonlarda ATP nin Önemi

Besinlerin oksidasyonu

sonucunda açığa çıkan

enerji,yüksek enerjili

bağlarda depolanır

Yüksek enerji bağlarda

depolanan enerji serbest

bırakılır.

Yüksek enerji bağ

Fosfo diester bağ

ADP+ Pi

Fosforilasyon DeFosforilasyon

1-Oksijenli Solunum

Substrat Düzeyinde Fosforilasyon

( 38ATP)

2-Oksijensiz solunum

(2ATP)

3-Fotosentez AYDINLIK EVRE

(fotofosforilasyon)

4-Kemofosforilasyon

Kemosentetik Fosforilasyon

* Aktivasyon Enerjisi

* Aktif Taşıma

* Biyosentez R.

( protein, yağ,

karbonhidrat, DNA

sentezi)

*Kas kasılması

* Sinirsel iletim

Fotosentez (karanlık

evre)

ATP

ATP-ADP Döngüsü

Canlı sistemlerde enerjinin ATP nin

yapısına aktarılması dört farklı yolla

sağlanabilir:

ADP ye bir fosfat bağlanarak ATP sentezlenmesine

Fosforilasyon denir. ATP sentezi için enerji gereklidir.

ADP+ Pi + Enerji ATP + Su

ATP + Su ADP + Pi + Enerji (7.3kcal)

AP P + P A P P Pi + Enerji (7.3kcal)

Fosforilasyon

•ATP deki P bağının koparılması ve ADP

üretilmesidir. Hücrede tüm anabolik reaksiyonlarda

gerçekleşir.

DeFosforilasyon

http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lectures/respiration.htm

Fosforilasyon; Bir fosfat grubunun organik molekülle birleşmesine denir.

ATP’nin çeşitli tepkimelerle birleşmesi buna örnektir. Fosforilasyon 4 şekilde

gerçekleşir. Bunlar:

1-Oksijenli Solunum

Substrat Düzeyinde Fosforilasyon

2-Oksijensiz solunum

3-Fotosentez

4-Kemofosforilasyon

Bakterilerin Metabolizma Aktivitelerin Sonucunda Ne Olur?

Mikrobiyal Üreme Olur.

Hücrelerin Sayısında Artış Olur

Hücrelerin sayısında artmaya üreme denir

The growth of bacteria

Bütün bakteri türlerinde esas üreme şekli bölünmedir. bölünme eşeysiz üreme biçimidir.

Bakteriler konak hücrenin dışında çoğalabilirler.

Riketsiyalar ve Klamidiyalar dışında

Bakterilerin üreme hızı;

Su,

besin maddesi

sıcaklığın uygun olduğu ortamlarda çok hızlı bölünürler.

Bakterilerin çoğalmaları geometrik olarak artmaya başlarlar. Ancak bu artış sürekli değildir.

Çünkü zamanla ortam sıcaklığı artar, asitler ve CO2 birikir, besin maddeleri tükenir. Bunlar

bakteriler için öldürücü doza ulaşınca geometrik artış bozulur. Bakteri populasyonları da

dengelenmiş olur.

Bakterilerin bölünmeleri mitoza benzer. ancak çekirdek zarı ve belli bir kromozom sayısı

olmadığı için tam bir mitoz değildir. Buna Amitoz Bölünme denir.

Bir bakteri hücresinden iki yavru hücre meydana gelinceye kadar

gereken ortalama süreye yeni nesil oluşturms süresi ya da iki katına

çıkma süresi (doubling time) denir

Hücre

sayısı

Jenerasyon

sayısı

Üstel

değer

1 2 4 8 16 32

1 2 3 4 5

21 22 23 24 25

2x1 2x2 2x2x2 2x2x2x2 2x2x2x2x2

doubling timeHücre duvarı Plzma membranı

DNA

Hücre uzanır ve DNA

çoğaltılır.

Hücre duvarı ve plazma

zarı boğumlar başlar.

Her iki hücrenin duvarları ve iki

DNA kopyalamaları tamamenır.

Hücreler ayrılır

Hücrenin ikiye bölünerek üremesiBinary Fission

Üreme:

Bakteriyel çoğalma, iki tane birbirinin aynı iki hücrenin oluştuğu koordine bir

prosesdir.

Çoğalmanın oluşabilmesi için, DNA sentezi ve bakteri komponentlerinin sentezi

için gerekli maddelerin ortamda bulunması gerekmektedir.

Kromozom replikasyonu sitoplazmik membrandan başlar

Bakteri membranı, peptidoglikan sentezi ve hücre bölünmesi birbirine bağlı ve

ilişkilidir. Peptidoglikan sentezinin inhibisyonu, hücre bölünmesini de inhibe

edecektir.

Bakterilen Üreme Dönemleria) Lag Faz; Gizli dönem

Besiyerine ekildiğinde yeni çevre şartlarına

adapte olmak için geçirilen zaman

a) Üremenin hızlandığı dönem

b) Log Fazı/ Eksponansiyal; Logaritmik

üreme dönemi

c) Üreme hızının azalma dönemi

d) Stasyoner Faz: Çoğalmanın durma

dönemi. Durağan fazı. Besiyerindeki

maddeler azalmaya başlar. Çoğalan bakteri

sayısı ile ölen bakteri sayısı hemen hemen

birbirine eşittir.

e) Bakterilerin azalma dönemi

f) Ölüm Faz;Bakterilerin sayısal olarak

logaritmek azalma dönemi

g) Yeniden düzenleme dönemi

a

e

iLo

ga

ritm

ik B

ak

teri

Sa

yıs

ı

Pseudomonas

10/dk. bölünür

Zaman

Antibiyotiklerin

etkili oldukları

dönem

Bakteri Üremesi için Gerekli MaddelerMikroorganizmaların beslenme ve üremesi için gerekli maddeler;

* Hidrojen alıcı ve verici maddeler:

Tüm mikroorganizmalar H verici niteliğindeki enerji kaynağı maddeleri gereksinirler. Bunlar okside olabilen maddeler

olup oksidasyon esnasında hidrojen ve dolayısıyla enerji verirler.

H alıcı maddeler enerji oluşturan oksidoredüksiyon reaksiyonları için gereklidir. Bu enerji oluşturan reaksiyonlar

esnasında okside redüksiyonla H verici maddelerden H alıcı maddelere aktarılan hidrojen, en son olarak bir H alıcı

maddeye bağlanarak atılır. Bu hidrojen alıcı madde aeroplar için O2 anaeroplar için çeşitli inorganik yada organik

bileşiklerdir.

* Karbon kaynağı:

Sitoplazmanın esas maddeleri olan polisakkarit, lipid ve proteinlerin yapısındaki karbonun sağlanması için bütün

mikroorganizmaların bir veya çeşitli karbon kaynaklarına gereksinimi vardır. Ototrof mikroorganizmalar karbon

gereksinimlerini CO2 veya karbonatlardan, hetotroflar ise çeşitli organik kaynaklardan sağlarlar. Bununla beraber bu

mikroplar çok az miktarlarda CO2'yi de gereksinirler.

* Azot kaynağı:

Özellikle ototrof ve bir kısım hetetrotrof mikroorganizmalar tek azot kaynağı olarak amonyum tuzlarından

yararlanabilmek yeteneğindedirler. Buna karşın birçok heterotrof mikroplar yalnızca amonyum tuları ile yetinmeyin Nitrit,

nitrat hatta Aminoasit bileşiğindeki azotu gereksinirler. Pek az bakteri doğrudan doğruya atmosfer azotunu kullanabilirler

ki bunların madde değişimindeki önemleri büyüktür. Azot, mikroorganizmaların proteinlerinin yapısına girdiği gibi

özellikle nükleik asitlerin buna bağlı pürin ve primidinlerin, çeşitli enzimlerin yapısına girer.

* Mineraller:Miroorganizmalar çeşitli yapı maddeleri ve enzimlerinin yapılarına göre çeşitli mineralleri gereksinirler. Bunlardan kükürt

birçok organik madde ve enzimlerin yapısına girer. Organik kükürt ve sülfat şeklinde alınır. Fosfor, nükleik asitlerin,

ATP'nin ve bazı koenzimlerle flavinlerin yapısına girer. Hücre içerisine çoğu kez inorganik fosfat şeklinde alır.

Bunlardan başka çeşitli enzimlerin ativasyonunda rol oynayan Mg++, Ca++, Fe++, K+, Mn++, Co++, Al++, Ba++, Cd++,

Cl-İ-, Zn++, Ni++, Cu++ gibi iyonlar ve daha başka eser miktarda mineraller mikroorganizların beslenmesinde yer

almaktadır.

* Gelişme faktörleri ve vitaminler:Gelişme için küçük miktarlarda mutlak gerekli, ancak mikroplar tarafından sentez edilemeyen ve hazır alınması gereken

organik maddelerdir. Örnek olarak , Biotin, riboflavin, nikotinik asit, pantoeik asit, B12, Yağ asidi….

*H2O:Bakterilerinhücre yapısında %70-90 oranında su bulunur.

Hücre dışında bulunan su, suda erimiş olan maddelerin hücreye taşınmasında rol oynamaktadır.

* O2:Bakterilerin bir grubu üremeleri için mutlak oksijen varlığına ihtiyaç duyarken, bir kısmı için ortamda hiç oksijen

bulunmaması gereklidir. Bazı bakteriler ise ortamda oksijen bulunsun veya bulunmasın rahatlıkla üreyebilirler. Bir grup

bakteri ise düşük miktardaki oksijen varlığında üreyebilir.

* CO2:Ototrof ve heterotrof bakteriler için karbondioksit hayati önem taşır. Bazı tıbbi önemi olan bakterilerin % 5-10 CO2'li

ortamda üremeleri daha kolay olur.

AEROB VE ANAEROBLAR

Mikroorganizma Tanımlama Örnek

Zorunlu Aeroblar - Sadece aerobik solunum yapabilirler Pseudomonas , M.tuberculosis

Bacillus

Zorunlu Anaeroblar -Yalnızca fermentatif yolları kullanırlar

- Çoğu anaeroblarda katalaz ve superoxid dismutaz enzimleri

yoktur

- Oksijen varlığında ölürler

- Aerotoleron anaeroblar aerobik yol enzimlerine sahip

değildirler ancak oksijeni tolere edebilirler

Aktinomyces , Bakterioides

Fusobacterium

Clostridium tetani

Clostridium perfringes (gazlı

gangren)

Fakültatif anaeroblar

veya

Fakütatif aeroblar

Normalde oksijenli ortamda gelişme ve üremesine

karşın, oksijensiz koşullarda da gelişip üreyebilen

mikroorganizma.

Çoğu patojen bakteriler

(streptokoklar,enterokoklar....vs.)

Mikroaerofilik bakteriler - Düşük seviyede oksijene ihtiyaç duyarlar.(%5 O2) Campylobacter, Helicobacter,

Brucella abortus

Aerotolerans Aslen anaerob olup, solunumunda atmosferde bulunan

konsantrasyonda (%21) oksijen varlığına dayanabilen ve bu

ortamda zayıf da olsa gelişebilen mikroorganizmalar. Bunlar

zorunlu anaeroblardan farklı olarak atmosferik oksijene maruz

kaldıklarında ölmezler.

Bazı Clostridium türleri bu gruba

girer.

Oksijene Duyulan İhtiyaca Göre Gruplandırma

Bakterilerin Üremesi Üzerinde Oksijen Konsantrasyonun Etkisi

Zorunlu

Aeroblar

Zorunlu

Anaeroblar

Aerotolerans

Anaeroblar

Fakültatif

Anaeroblar

O2

Yüksek

O2

Düşük

Mikroaerofiller

Gevşek kapak

Bakterilerin O2’e karşı durumlarını incelemek için Dik jeloz besiyerind çalkalama kültürü kullanılabilir.

Aerobik bakteriler Süperoksid dismutaz , katalaz ve peroksidaz enzimlerini sentezler.

Bu enzimler aerop metabolizma sonucu açığa çıkan ve oksijenin radklallerini (toksik),

süperoksid dismutaz enzimi ile su ve hidrojen perokside donuşturur. Hidrojen pperoksid ,

oksijen radikallerinden daha az toksik fakat hala hücreye zarar verir. Katalaz ve peroksidaz

enzimleri ile hidrojen peroksid su ve oksijen molekülüte dönüştürülür. Bu yüzden bu

enzime sahip canlılar oksijenli atmosferde yaşıya bilitorlar.

Zorunlu anaeroplarda süperoksid dismutaz ve katalaz enzimi olmadığından oksijen toksiktir.

Süperoksid dismutaz

Peroksidaz

Katalaz

Beslenme Şekillerine Göre Gruplandırma

Beslenme şekillerine göre bakteriler ototrof ve heterotrof olmak üzere ikiye ayrılırlar.

1.Ototrof Bakteriler: Bu tip bakteriler kendileri için gerekli organik bileşikleri inorganik bileşiklerden sentezlerler. Kullandıkları enerji kaynağına göre iki grupta incelenirler.

Fotoototrof bakteriler, fotosentez yapan bakterilerdir. Enerji kaynağı olarak güneş ışığını kullanırlar. İçerdekileri klorofil pigmenti yeşil bitkilerden farklı olarak kloroplast içinde değil, sitoplazmada bulunur. Fotoototrof bakterilere örnek olarak siyanobakteriler, bor bakteriler ve yeşil kükürt bakterileri verilebilir.

Kemoototrof bakteriler, klorofil taşımadıkları için besin sentezi sırasında ışık enerjisi yerine kimyasal enerji kullanırlar. Bu kimyasal enerjide bazı inorganik bileşiklerin oksitlenmesiyle elde edilir. Kemoototrof bakterilere örnek olarak demir bakterileri, kükürt bakterileri, nitrit bakterileri ve nitrat bakterileri verilebilir.

2.Heterotrof (Organotrof)Bakteriler: Bu tip bakteriler kendileri için gerekli olan amino asit, glikoz, vitamin gibi organik bileşikleri dışarıdan almak zorundadırlar. Bakterilerin çoğu heterotrof olup parazit veya saprofit beslenirler.

Parazit bakteriler, besinleri sindiren enzim sistemlerine sahip değildirler. Sindirilmiş besinleri üzerinde yaşadıkları canlılardan temin ederler. Bazı parazit bakteriler hastalıklara yol açarlar. Bunlara patojen bakteriler denir.

Saprofit (çürükçül) bakteriler, ayrıştırıcılar olarak da adlandırılırlar. Bu tip bakteriler ölü bitki, hayvan dokularını ve organik artıkları parçalayarak doğadaki madde döngüsüne yardımcı olurlar.

Mikroorganizmaların Beslenme ve Üremelerinine Etki Eden

Çevresel Faktörler

pH:

Sıcaklık

Osmotik basınç

Oksidasyon redüksiyon potansiyeli

Mikroorganizmaların Beslenme ve Üremelerinine Etki Eden

Çevresel Faktörler

pH

pH; enzimlerin çalışması için önemli

Bakterilerin çoğalmasında ideal pH nötral pH 6-8 dır

Bazı bakteriler daha asidik (Maya, Küfler ve Lactobasiller)

bazıları da daha bazik (vibrio cholerae) ortamlarda da üreyebilirler.

Asidofilik Nötrofilik Alkalifilik

pH

Üre

me

ora

nı

Mikroorganizmaların Beslenme ve Üremelerinine Etki Eden

Çevresel Faktörler

Sıcaklık

Hipertermofil bakteriler: 80-113oC

Pyrococcus, Pyrolobus

Termofil bakteriler: 55-80oC,

Methanobacterium, Thermoplasma, Thermus

Mezofil bakteriler: 20-45oC

İnsan vücut ısısı olan 37oC

Psikrotrofil bakteriler: 0-32oC

Yersinia enterocolitica (0-44oC)

Psikrofil bakteriler: -8-20oC

Toprak ve deniz bakterileri düşük ısıda yaşamaktadırlar.

Mikroorganizmalar enzimlerinin çalışması ısıya bağlıdır.

Üredikleri ısı ortamına göre:

Mikroorganizmaların Beslenme ve Üremelerinine Etki Eden

Çevresel Faktörler

Osmotik basınç

Bakteriler peptidoglikan tabaka sayesinde osmotik şok sonucu patlamaktan korunurlar

Bakterilerin bulunduğu ortam yüksek osmotik basınca sahipse su molekülleri bakteri hücresini terkederek hücrenin susuz

kalmasına neden olur.

Bir ortamın osmotik basıncı, içinde eriyen maddelerin konsantrasyonu ile ilişkilidir. Mikroorganizmalar, içinde üredikleri sıvı

besi yerinin osmotik basıncı ile kendi hücre içindeki osmotik basınç arasında bir denge kurmuşlardır. Bu denge yarı geçirici

olan hücre membranları yardımı ile regule edilir ve devam ettirilir.

Bakteri içindeki osmotik basınç, bakteri türlerine göre değişmek üzere, 5-20 atmosfer arasında bulunmaktadır. Bu basınca

mikroplar hücre duvarı ile karşı koymaktadır. Bakteri içindeki bu fazla osmotik basınç, içte bulunan organik maddeler

(protein, amino asit, karbonhidrat, vs.) ve inorganik tuzlar tarafından oluşturulur.

Gram pozitif mikroorganizmaların iç osmotik basıncı genellikle 15-20 atmosfer ve Gram negatiflerin ki ise bundan daha azdır

(5-10).

Yüksek osmotik basınç ortamda üreyen bakteriler:

Halofil Bakteriler: Yoğun Tuzlu ortamda yaşayabilen bakteridir. (deniz bakterileri)

Osmofil Bakteri: Yoğun şekerli ortamda yaşama. Clostridium botilinum

Mikroorganizmaların Beslenme ve Üremelerinine Etki Eden

Çevresel Faktörler

Oksidasyon Redüksiyon Potansiyeli (Eh)

Mikroorganizmaların beslendikleri ortamda bulunan ve elektron aktarımına bağlı olan bir

güçtür.

Eh milivolt cinsinden ölçülür.

Anaerop mikroorganizmalar düşük oksidoredüksiyon ortamında daha kolay ürerler.

Sodium thioglycollate,Sodium formaldehit, Sulfoksilat, Sistein, Klor hidra: besiyerinde

ORP düşürür.

Oksidasyon-redüksiyon (O-R) elektriksel bir olaydır ve elektron transferi üzerine dayanır.

Oksidasyon (elektron kaybı) ve redüksiyon (elektron kazanma) fenomenleri genellikle birlikte

cereyan ederler.