İçerik
- Hücre Temelleri
- Bir Bakteriyel Hücre Astarı
- Bakteriyel Hücre Duvarı
- Flagella, Pili ve Endosporlar
- Bakteriyel Üreme
Hücreler, yaşamın temel birimleridir ve bu nedenle, metabolizma, üreme yeteneği ve kimyasal dengeyi sağlama aracı dahil, canlılarla ilişkili tüm temel özellikleri koruyan, canlıların en küçük unsurlarıdır. Hücreler ya prokaryotik, bakteri ve tek hücreli organizmaların yayılmasını ifade eden bir terim veya ökaryotik, hangi bitkiler, mantarlar ve hayvanlar anlamına gelir.
Bakteriyel ve diğer prokaryotik hücreler, ökaryotik benzerlerinden hemen hemen her şekilde çok daha basittir. Asgari olarak tüm hücreler, bir plazma zarı, sitoplazma ve DNA şeklinde genetik materyal içerir. Ökaryotik hücreler, bu temel unsurların ötesinde çok çeşitli unsurlara sahip olmakla birlikte, bu üç şey, neredeyse tüm bakteri hücrelerinin tümünü oluşturur. Bununla birlikte, bakteriyel hücreler ökaryotik hücrelerin olmayan, özellikle hücre duvarı olmayan birkaç özelliği içerir.
Hücre Temelleri
Maya tek hücreli olmasına rağmen tek bir ökaryotik organizma trilyonlarca hücreye sahip olabilir; bakteri hücreleri ise sadece bir hücreye sahiptir. Ökaryotik hücrelerde çekirdek, mitokondri (hayvanlarda), kloroplast (mitokondriya cevap veren bitkiler), Golgi gövdeleri, endoplazmik retikulum ve lizozomlar gibi bakteri hücrelerine sahip olmayan çeşitli membran bağlı organeller bulunur. Hem ökaryotlar hem de prokaryotlar, protein sentezinden sorumlu küçük yapılar olan ribozomları içerir, ancak bunlar ökaryotlarda tipik olarak daha kolay görselleştirilir, çünkü bunların çoğu doğrusal, kurdele benzeri endoplazmik retikulum boyunca kümelenir.
Bakteriyel hücreleri ve bakterilerin kendilerini hem ilkel olarak hem de daha büyük evrimsel yaşları (prokaryotlar için yaklaşık 3.5 milyar, vs. prokaryotlar için yaklaşık 1.5 milyar) nedeniyle "ilkel" olarak görmek kolaydır. Ancak bu, birkaç nedenden dolayı yanıltıcıdır. Birincisi, türlerin hayatta kalabilmesi açısından, daha karmaşık olanın mutlaka daha sağlam olduğu anlamına gelmiyor; Her ihtimalde, bir grup olarak bakteri dünyadaki koşullar yeterince değiştiğinde insanlara ve diğer "yüksek" organizmalara karşı daha uzun süre dayanacaktır. İkinci sebep, bakteri hücrelerinin basit olsa da, ökaryotların sahip olmadığı çeşitli güçlü hayatta kalma mekanizmalarını geliştirmiş olmalarıdır.
Bir Bakteriyel Hücre Astarı
Bakteriyel hücreler, üç temel şekilde gelir: çubuk benzeri (basili), yuvarlak (koki) ve spiral şeklinde (spirilli). Bu morfolojik bakteriyel hücre özellikleri bilinen bakterilerin neden olduğu bulaşıcı hastalıkların teşhisinde faydalı olabilir. Örneğin, "strep boğaz" türlerin neden olduğu Streptokoklar, adından da anlaşılacağı gibi, yuvarlak Stafilokok. Şarbon büyük bir basilden kaynaklanır ve Lyme hastalığına spiral şeklindeki spiroketler neden olur. Tek tek hücrelerin değişen şekillerine ek olarak, bakteri hücreleri kümelenmelerde bulunma eğilimindedir, yapısı söz konusu türe bağlı olarak değişir. Bazı çubuklar ve kokcular uzun zincirlerde büyürken, bazı diğer kokular ise bireysel hücrelerin şeklini biraz hatırlatan kümelerde bulunur.
Çoğu bakteri hücresi, virüslerin aksine, diğer organizmalardan bağımsız olarak yaşayabilir ve metabolik veya üreme ihtiyaçları için diğer canlılara bağlı değildir. Ancak istisnalar var; bazı türler Rickettsiae ve klamidialar Zorunlu olarak hücre içidir, yani hayatta kalmak için canlıların hücrelerini yaşamaktan başka seçeneği yoktur.
Bir çekirdeğin bulunmadığı bakteriyel hücrelerin prokaryotik hücrelerin başlangıçta ökaryotik hücrelerden ayırt edilmesinin nedeni budur, çünkü bu fark nispeten düşük büyütme gücünde mikroskoplar altında bile belirgindir. Bakteriyel DNA, ökaryotlarınki gibi nükleer bir zarla çevrili olmasa da, yakından yaklaşma eğilimindedir ve ortaya çıkan kaba formasyona nükleoid denir. Bakteriyel hücrelerde genel olarak ökaryotik hücrelere kıyasla çok daha az DNA vardır; uçtan uca gerilirse, tipik ökaryrotes genetik materyalin veya kromatinin tek bir kopyası yaklaşık 1 milimetreye uzanır, bununla birlikte bir bakterininki yaklaşık 1-2 mikrometreye yayılır - 500 ila 1,000 kat fark. Ökaryotların genetik materyali, hem DNA'nın kendisini hem de histon adı verilen proteinleri içerirken, prokaryotik DNA'da birkaç poliamin (azot bileşiği) ve bununla ilişkili magnezyum iyonları bulunur.
Bakteriyel Hücre Duvarı
Belki bakteri hücreleri ve diğer hücreler arasındaki en belirgin yapısal fark, bakterilerin hücre duvarlarına sahip olmasıdır. Bu duvarlar peptidoglikan moleküller, her türden hücrelerin bulunduğu hücre zarının hemen dışında yer alır. Peptidoglikanlar, polisakarit şekerlerin ve protein bileşenlerinin bir kombinasyonundan oluşur; ana işi bakterilere koruma ve sertlik kazandırmak ve hücre zarından kaynaklanan ve hücre çeperi içinden dış ortama uzanan pili ve flagella gibi yapılar için bir bağlantı noktası sunmaktır.
Geçmiş bir yüzyılda faaliyet gösteren bir mikrobiyolog olsaydınız ve çoğunlukla insan hücrelerine zarar vermeden bakteriyel hücrelere tehlikeli olabilecek ve bu organizmaların ilgili yapılarını bilen hücresel kompozisyon hakkında bilgi sahibi olmak istiyorsanız, bu konuyu tasarlayabilirsiniz. veya diğer hücre bileşenlerini korurken hücre duvarlarına toksik olan maddeleri bulmak. Aslında, bu tam olarak pek çok antibiyotiğin işleyiş şeklidir: Bakterilerin hücre duvarlarını hedefler ve yok eder, bunun sonucu olarak bakterileri öldürürler. Penisilinler1940'ların başında ilk antibiyotik sınıfı olarak ortaya çıkan, bazı bakterilerin hücre duvarlarını oluşturan peptidoglikanların sentezini inhibe ederek etki eder. Bunu, hassas bakterilerde çapraz bağlama adı verilen bir işlemi katalize eden bir enzimi etkisiz hale getirerek yaparlar. Yıllar geçtikçe, antibiyotik uygulaması "istilacı" penisilini hedef alan beta-laktamaz denilen maddeleri üreten bakterileri seçti. Böylece uzun süredir devam eden ve hiç bitmeyen bir "silahlanma yarışı" antibiyotikler ve küçük, hastalığa neden olan hedefleri arasında etkili olmaya devam ediyor.
Flagella, Pili ve Endosporlar
Bazı bakteriler, bakteri fiziksel dünyadaki navigasyonlarında yardımcı olan dış yapılara sahiptir. Örneğin, flagellasını (tekil: flagellum) kurbağa yavrularına benzer şekilde, bunlara sahip olan bakteriler için bir hareket yolu sağlayan kırbaç benzeri eklentilerdir. Bazen bir bakteri hücresinin bir ucunda bulunurlar; bazı bakteriler her iki ucunda da bulunur. Flagella, bir pervanenin yaptığı gibi "vurur", bakterilerin besinleri "kovalamasına", toksik kimyasallardan "kaçmasına" veya ışığa doğru hareket etmesine izin verir (bazı bakteriler, siyanobakteribitkiler gibi enerji için fotosenteze dayanır ve bu nedenle ışığa düzenli maruz kalmayı gerektirir).
Pili (tekil: pilus), bakteri hücre yüzeyinden dışa doğru uzanan saç benzeri çıkıntılar olduğu için yapısal olarak flagellaya benzer. Ancak işlevleri farklıdır. Pili, harekete yardımcı olmak yerine, bakterilerin kendilerini diğer hücrelere ve kayaçlar, bağırsaklarınız ve hatta dişlerinizin emayeleri dahil çeşitli bileşimlerin yüzeylerine eklemelerine yardımcı olur. Başka bir deyişle, barbekülerin karakteristik kabukları bu organizmaların kayalara yapışmasına izin verecek şekilde bakterilere "yapışkanlık" sunarlar. Pili olmadan birçok patojenik (yani hastalığa neden olan) bakteri bulaşıcı değildir, çünkü konak dokulara yapışmazlar. Özel bir tür pili adı verilen bir işlem için kullanılır. birleşmeiki bakteri DNA bölümlerini değiştirir.
Bazı bakterilerin oldukça şeytani bir yapısı endosporlardır. Basil ve Clostridium türler, hücrelerin içinde oluşturulan normal bakteriyel hücrelerin ısıya dayanıklı, susuz ve aktif olmayan versiyonları olan bu sporları üretebilirler. Kendi komple genomlarını ve tüm metabolik enzimlerini içerirler. Endosporun temel özelliği kompleks koruyucu spor kaplamasıdır. Hastalık botulizm bir Clostridium botulinum endotoksin adı verilen ölümcül bir maddeyi salgılayan endospor.
Bakteriyel Üreme
Bakteriler, ikili fisyon adı verilen bir işlemle üretilir; bu, sadece ikiye bölmek ve her biri ana hücreye genetik olarak özdeş olan bir çift hücre oluşturmak anlamına gelir. Bu aseksüel üreme biçimi, bir yavru oluşturmak için eşit miktarda genetik materyale katkıda bulunan iki ebeveyn organizasyonu içerdiği için cinsel olan ökaryotların üremesine keskin bir tezat teşkil eder. Yüzeydeki cinsel üreme zahmetli görünebilir - sonuçta, neden hücreler yarıya bölünebiliyorsa, neden bu enerjisel maliyetli adımı uygulayın? - Genetik çeşitliliğin mutlak bir güvencesidir ve bu çeşitlilik türlerin yaşaması için elzemdir.
Bir düşünün: Her insan genetik olarak özdeşse veya hatta yakınsa, özellikle göremediğiniz ancak hayati metabolik fonksiyonlara hizmet eden enzimler ve proteinler düzeyinde ise, insanlığın potansiyel olarak tümünü yok etmek için tek tip bir biyolojik düşman yeterli olacaktır. . İnsanların genetik duyarlılıklarında bazı şeylere, ana babadan (bazı insanlar maruziyetten küçük maruziyete maruz kalmaktan alerjilere, yer fıstığı ve arı zehiri dahil olmak üzere ölebilir)) bazılarının önemsiz şeylere (bazı insanlar şeker laktazını sindiremezler) kadar farklılık gösterdiğini biliyorsunuz. gastrointestinal sistemlerinde ciddi aksamalar olmadan süt ürünlerini tüketememektedirler). Çok sayıda genetik çeşitliliğe sahip olan bir tür büyük ölçüde neslinin tükenmesine karşı korunur, çünkü bu çeşitlilik elverişli doğal seleksiyon baskılarının etki edebileceği hammaddeyi sunar. Belirli bir türün popülasyonunun yüzde 10'u, türlerin henüz deneyimlemediği belirli bir virüse karşı bağışıklık kazanıyorsa, bu sadece bir tuhaflıktır. Öte yandan, virüs bu popülasyonda kendini gösterirse, bunun gerçekleşmesi uzun sürmeyebilir, yüzde 10'u bu türdeki hayatta kalan organizmaların yüzde 100'ünü temsil etmelidir.
Sonuç olarak, bakteriler genetik çeşitliliği sağlamak için bir takım yöntemler geliştirmiştir. Bunlar arasında dönüşüm, konjugasyon ve transdüksiyon. Bakteriyel hücrelerin hepsi bu işlemlerin hepsini kullanamaz, ancak aralarında tüm bakteri türlerinin, diğerlerinden çok daha fazla hayatta kalmalarını sağlar.
Dönüşüm, DNA'yı çevreden alma sürecidir ve doğal ve yapay formlara ayrılır. Doğal dönüşümde, ölü bakterilerin DNA'sı hücre zarı, temizleyici tarzı ile içselleştirilir ve hayatta kalan bakterilerin DNA'sına dahil edilir. Yapay dönüşümde, bilimadamları kasıtlı olarak DNA'yı bir konakçı bakteri içine sokarlar; E. coli (çünkü bu tür, bu organizmaları incelemek veya arzu edilen bir bakteri ürünü oluşturmak için kolayca manipüle edilebilen küçük, basit bir genoma sahiptir). Çoğu zaman, tanıtılan DNA bir plazmid, doğal olarak oluşan bir bakteri DNA halkası.
Konjugasyon, bir bakterinin DNA'yı doğrudan temas yoluyla ikinci bir bakteriye "enjekte etmek" için bir pilus veya pili kullandığı işlemdir. İletilen DNA, yapay transformasyonda olduğu gibi bir plazmid olabilir veya farklı bir fragman olabilir. Yeni eklenen DNA, antibiyotik direncine izin veren proteinleri kodlayan hayati bir geni içerebilir.
Son olarak, transdüksiyon, bakteriyofaj adı verilen istilacı bir virüsün varlığına dayanır. Virüsler, çoğalmaları için canlı hücrelere güvenir, çünkü genetik materyale sahip olmalarına rağmen, kopyalarını yapacak makinelerden yoksundurlar. Bu bakteriyofajlar kendi genetik materyallerini istila ettikleri bakterilerin DNA'sına yerleştirir ve bakterileri daha fazla faj yapmaya yönlendirir, genomları daha sonra orijinal bakteriyel DNA ve bakteriyofaj DNA'nın bir karışımını içerir. Bu yeni bakteriyofaj hücreyi terk ettiğinde, diğer bakterileri istila edebilir ve önceki konakçıdan elde edilen DNA'yı yeni bakteri hücresine aktarabilir.