Prokaryotik Hücre Yapısı ve Fonksiyonları ( Dr. Halil TOSUN )

Mutlu

10 yıl önce

Prokaryotik hücre yapısı

• Prokaryotik ve ökaryotik hücreler kimyasal kompozisyon ve kimyasal reaksiyonları açısından birbirine benzer

• Prokaryotik hücre duvarının ana elemanı olan peptidoglikan yapı ökaryotik hücrelerde bulunmaz

• Prokaryotik hücrelerde zarla çevrili bir çekirdek bulunmaz

• Prokaryotik hücreler binari fizyon ile çoğalır

• Ökaryotik hücreler mitoz ile çoğalır

Prokaryotik ve Ökaryotik Hücrelerin Karşılaştırılması

Boyut, Şekil ve Diziliş kok – küresel diplokok streptokok Stafilokok tetrat sarsinya

Boyut, Şekil ve Diziliş

• Spiral bakteriler spiroketler – esnek heliks • pleomorfik– farklı şekillerde olabilen bakteriler

• En büyük boyut – $50 μm çap • En küçük boyut– 0.3 μm çap Figure 3.3

Prokaryotik Hücre Yapısı

Fonksiyon Kimyasal bileşimi Yapı Hareket organeli Protein Flagella Pili Seks pilusları Konjugasyon sırasında DNA transferine aracılık eder Protein Pili Yüzeye yapışma, fagositozdan koruma Protein Kapsül (includes “slime Yüzeye yapışma; fagositozdan koruma ; besinlerin depolanması, nem Genellikle polisakkarit; bazen polipeptit layers” and glycocalyx) kaybının engellenmesi Hücre duvarı Gram-positif bakteri Hücreyi ozmotik liziz den korur , hücreye belirgin bir şekil verir Peptidoglikan (murein) teikoik asitten oluşur Peptidoglycan Hücreyi ozmotik liziz den korur , hücreye belirgin bir Gram-negatif bakteri Peptidoglikan (murein) fosfolipit tabakası ile sarılı şekil verir ; LPS ve proteinin farklı fonksiyonları vardır Seçici geçirgen; çözeltilerin transportu enerji üretimi ; enzim Plazma zarı Fosfolipit ve protein sistemlerinin yerleştiği yer Ribozomlar protein sentezi RNA ve protein Koful Besin deposu ve bazı ek fonksiyonlar Çok çeşitli; karbonhidrat, lipit, protein veya inorganik Kromozom Hücrenin genetik materyali DNA Plazmit Ekstra genetik materyal DNA

Stoplazma Zarı (Plazma Membranı) • Lipit ve proteinlerden meydana gelir – Lipidler iki tabaka halindedir – Proteinler lipit tabakası içine gömülmüştür • Çok fonksiyonlu, asimetrik, esnek, yapıdadır

Figure 3.7 Stoplazma zarının yapısı

Membran lipitleri • polar uçlar – Su ile etkileşir – hidrofilik • Polar olmayan uçlar – Suda çözünmez – hidrofobik Figure 3.5

Membran proteinleri • perifer proteinler – Membran ile ilişkisi olan serbest proteinlerdir ve kolaylıkla taşınabilir • integral proteinler – Membrana gömülü vaziyettedirler ve kolay kolay hareket etmezler

Stoplazma Zarının Fonksiyonları

• Hücreyi çevresinden ayırır

• Seçici geçirgendir – Bazı moleküllerin hücreden giriş ve çıkışına izin verir – transport sistemi moleküllerin hareketine olanak sağlar

Diğer fonksiyonları …

• Önemli metabolik prosesler burada meydana gelir

• Membran üzerinde bulunan özel reseptör molekülleri çevresindeki kimyasalları saptar ve cevap oluşturur

Membrana bağlı sistemler

• mezozom – Plazma membranının içeriye doğru kıvrılmasıyla oluşan yapılardır

• Görevleri: – Hücre bölünmesi sırasında hücre duvarının yapılması – Kromozom replikasyonu ve dağıtımı – Salgı oluşturma

Stoplazma

• Çekirdek ve membran arasında kalan kısımdır • Ribozom ve kofulları bulundurur

• Bir çok protein formu bulundurur

Depo maddeleri

• Hücrede organik ve inorganik maddelerin depolandığı yerlerdir

• Bazıları tek tabakalı bir membranla çevrilmiştir

– Bu membranlar bileşim olarak farklılık gösterir

– Bazıları proteinlerden bazıları da lipitlerden meydana gelmiştir

Organik depo maddeleri

• glikojen – Glikoz birimlerinden oluşmuş polimerlerdir. Karbonhidrat depo maddeleridir.

• poly-β-hydroxybutyrate (PHB) – β-hydroxybutyrate polimerleri. Aerobik solunum yapan bazı bakterilerde yetersiz oksijen de depolanır. Yağ benzeri maddelerdir.

Organik kofullar

• siyanofisin granulleri

– Eşit miktarda arjinin ve aspartik asit içeren büyük polipeptitlerdir. Siyanobakteriler biriktirir. N kaynağıdır.

• karboksizom

– ribulose-1,5,-bisphosphate carboxylase enzimi ihtiva eder. Ototroflarda görülür.

• Gaz vokülleri

– siyanobakterler ve bazı su kökenli prokaryotlarda bulunur

– Hücreye batmama özelliği verir

– İçi boş silindirik yapılardan oluşmuştur

İnorganik depo maddeleri

• polifosfat granülleri

– volutin granulleri ve metakromatik granüller olarak da adlandırılırlar

– lineer fosfat polimerleridirler

• sülfür granülleri

• magnetozomlar

– Magnetit formunda demir içerir

– Manyetik alanda hücrenin yönlendirilmesinde kullanılır

Ribozomlar

• protein ve RNA içeren kompleks yapılardır • Protein sentezinde görev alırlar

• Ökaryotik ribozomlardan küçüktürler – prokaryotik ribozomlar ⇒70S – ökaryotik ribozomlar ⇒80S

• S = Svedburg unit

Nükleotit

• Düzensiz şekle sahiptir

• Kromozomların yerleştiği alandır – genellikle 1/hücre

• Membranla çevrili değildir

Aktif çoğalan hücrelerde, nükleotitler görülmektedir; Burada aktif olarak kopyalanan DNA’lar bulunmaktadır Figure 3.14

Plazmidler

• Genellikle küçük, kapalı dairesel yapıda DNA molekülleridir

• Kromozomlardan bağımsız olarak bulunur ve çoğalırlar •

Çoğalma için gerekli değildirler

• Özel avantajlar sağlayan genler taşırlar (ör., ilaç dirençliliği)

Prokaryotik hücre duvarı

• Plazma membranının dışını saran sağlam bir yapıdır

Hücre Duvarının Fonksiyonları

• Hücreye karakteristik şeklini verir

• Hücreyi ozmotik lizizden korur

• Hücreye patojenite kazandırır

• Hücreyi zehirli maddelerden korur

Bakteri hücre duvarı

• Gram boyama uygulamasına göre bakteriler iki büyük gruba bölünürler.

– gram-pozitif bakteriler mor renge boyanırlar

– gram-negatif bakteriler pembe renge boyanırlar

• Boyamada oluşan reaksiyonlar hücre duvarının yapısıyla ilgilidir

Periplazmik boşluk

• Plazma membranı ile hücre duvarı(gram pozitif bakterilerde) veya plazma membranı ile lipopolisakkarit tabaka (gram negatif bakterilerde) arasında bulunan boşluktur

• Hücre metabolizmasında aktiftir

• Sindirim enzimleri ve transport proteinleri içerir

Periplazmik enzimler

• Gram negatif bakterilerde periplazmda bulunurlar

• Bazı fonksiyonları

– Besin eldesinde

– Elektron taşınmasında

– Peptidoglikan sentezinde

– Toksik bileşiklerin modifikasyonunda

Ekzoenzimler

• Gram pozitif bakterilerde salgılanır

• Gram negatif bakterilerde bulunan periplazmik enzimlerle benzer özelliklere sahiptir

Peptidoglikan yapı

• Hem gram pozitif hem de gram negatif bakterilerin önemli bir bileşenidir

• Peptidoglikan alt birimlerinden oluşmuş bir polisakkarittir • İki şeker ihtiva eder

– N-acetylglucosamine

– N-acetylmuramic acid

Proteinlerde gözlemlenmeyen bazı aminoasitler

Gram-Pozitif hücre duvarı

• Birincil yapısı peptidogliklandır • Aynı zamanda bol miktarda teikoik asit içerir Figure 3.20

teikoik asit

• gliserol polimerleri veya Fosfat grupları ile birleşik Ribitolden oluşur

Gram-Negatif hücre duvarı

• Dış membran ile sarılmış ince bir peptidoglikan tabakası içerir

• Dış membran lipitler, lipoproteinler ve lipopolisakkarit’ten (LPS) oluşur

• teikoik asit içermez

Önemli Bağlantılar

• Braun lipoproteinleri dış zarı peptidoglikana bağlar

• Yapışma yüzeyleri (adhesion)

– Plazma membran ile dış zar arasında direk temas sağlayan yerlerdir

Lipopolisakkaritler (LPSs)

• Üç kısımdan meydana gelir

– lipit A

– Polisakkarit gövde

– O antijen

LPS’lerin Önemi

• Konakçının savunma sisteminden korunmasını sağlar (O antij en)

• Hücre yüzeyinde negatif yükün oluşmasını sağlar (polisakkarit gövde)

• Dış zarın stabilitesine yardımcı olur (lipit A)

• ekzotosin (lipit A) olarak etki eder

Dış zarın diğer fonksiyonları

• Porin proteinleri ve transport proteinleri sayesinde plazma membranından daha geçirgendir

– Porin proteinleri küçük moleküllerin geçmesi için (600-700 dalton) kanal görevi görür

Hücre duvarı ve ozmotik muhafaza

• ozmoz

– suyun seçici geçirgen zardan seyreltik solüsyonlardan daha konsantre solüsyonlara doğru hareket etmesidir

– Hücreler genellikle hipotonik çözeltiler içinde bulunur [solute]hücre dışı < [solute]hücre içi Hücre Duvarı ve Ozmotik Muhafaza

• Ozmotik liziz

– Hücre hipotonik bir solüsyon içindeyken meydana gelir

– Suyun hücre içine hareketi ozmotik basınçtan dolayı hücrenin şişmesine ve patlamasına neden olur • Hücre duvarı hücreyi ozmotik lizize karşı korur Plazmoliziz’e hücre duvarı karşı koyamaz

• plazmoliziz

– Hücre hipertonik bir solüsyon içindeyken meydana gelir [solute]outside cell > [solute]inside cell

– Suyun hücre dışına hareketi stoplazmanın hücre dışına akmasına neden olur

Plazmoliziz ve ozmotik liziz’in önemi

• Plazmoliziz

– Gıda muhafaza da yararlıdır

– Kurutulmuş ve şekerli gıdalar gibi

• Ozmotik liziz

– lizozim ve penisilin hücreyi bu şekilde etkiler

Figure 3.26 •protoplast

– hücre duvarı tamamen ortadan kalkar •sferoplast

– hücre duvarının bir kısmı kalır

Arke hücre duvarı

• Peptidoglikan yoktur

• proteinler, glikoproteinler, veya polisakkaritlerden oluşur

Hücre duvarı üzerindeki bileşenler

Kapsüller, Kaygan tabaka ve S- Tabakaları

• Hücre duvarının üzerini kaplayan maddelerdir

– kapsül

• Genellikle polisakkaritlerden meydana gelir

• Hücreden uzaklaştırılması çok zordur

– Kaygan tabaka

• Kapsüle benzer ancak kapsüle göre rahatlıkla hücreden uzaklaştırılabilir

Kapsüller, Kaygan tabaka ve S- Tabakaları

• S-tabakaları

– Protein veya glikoprotein tabakalarından oluşmuş düzenli bir yapısı vardır

– Arke’larda plazma membranı dışında bulunan tek yapıdır

Kapsüller, Kaygan tabaka ve S- Tabakalarının Fonksiyonları

• Konakçının savunma sistemine karşı koruma sağlar (ör., fagositoz)

• Olumsuz çevre koşullarına karşı direnç sağlar (ör., kuruluk)

• Yüzeye yapışmasını sağlar

• Viral enfeksiyonlara karşı korur

• Çevrede bulunan kimyasallara karşı hücreyi korur (ör., deterjanlar )

• Kayan bakterilerde hareketi sağlar

• Osmotik strese karşı korur

Pili ve Fimbria • fimbriae (s., fimbria) – kısa, ince,

• 1,000adet/hücre ‘ye kadar sayıda olabilir

– Hücrenin bulunduğu yüzeye yapışmasını sağlar

• seks pili ( pilus)

– Fimbriya’ya benzer ondan daha uzundur daha kalındır vedaha az sayıdadır. (1-10/hücre)

– Konjugasyonda genetik materyalin aktarılmasını sağlar

Flagella ve Hareket

Flagellanın Yerleşimi

• monotrik – tek flagellum

• polar flagellum

– hücre ucunda flagellum

• amfitrik

– her bir hücre ucunda bir flagellum

• lofotrik

– bir veya iki uçta çok sayıda flagella

• peritrik

– hücrenin tüm yüzeyine yayılmış şekilde

Flagelle Hareketinin Mekanizması

• Flagella bir pervane gibi hareket eder

– genellikle, saat yönünün tersine dairesel hareket ile ileriye doğru hareket meydana gelir

– genellikle, saat yönündeki dairesel hareket ile takla hareketi oluşur

Diğer Hareket Çeşitleri

• spiroketler

• Kayarak hareket

– Hücre katı yüzeyde hareket eder

– Bir hareket organeli yoktur

Kemotaksis

• Yararlı şeylere doğru hareket etme veya zararlı şeylerden uzaklaşmadır

• yararlı ve zararlı nesnelerin konsantrasyonu hücrenin yüzeyinde bulunan kemoreseptörler tarafından saptanır

Kemotaksis’in Mekanizması

• Karışık fakat hızlı

– cevap 20 milisaniyeden daha az sürede verilir

• Proteinlerde konformasyonel değişiklikler meydana gelir

• proteinlerin fosforilasyonu ve metilasyonu gerçekleşir

Bakteriyal Endosporlar

• Bazı bakterilerde oluşur

• Uyku formu

• Birçok çevresel etmene karşı dirençli

– Sıcaklık

– Radyasyon

– Kimyasallar

– Kuruma

endospore sporangium

Endosporu dirençli kılan özellik nedir

• Kalsiyum (dipikolinik asit ile kompleks oluşturmuş)

• Asitte çözünebilen , DNA-binding proteins

• dehydrated core

• Spor kılıfı

• DNA Tamirini Sağlayan Enzimler

Spor oluşumu

• besinin yetersizliği ve çevresel faktörlerde gelişimi olumsuz etkileyen değişiklikler ile spor oluşumu başlar