Bakteri Hücresinin Özellikleri

Hücreler, yaşamın temel birimleridir ve bu nedenle, canlıların tüm anahtarlarını koruyan en küçük farklı unsurlarıdır. Metabolizma, üreme yeteneği ve kimyasal maddeyi korumanın bir yolu da dahil olmak üzere canlılarla ilgili özellikler denge. Hücreler ya prokaryotik, bakterilere ve tek hücreli organizmaların dağılmasına atıfta bulunan bir terim veya ökaryotik, bitkiler, mantarlar ve hayvanlar anlamına gelir.

Bakteriyel ve diğer prokaryotik hücreler, ökaryotik benzerlerinden hemen hemen her yönden çok daha basittir. Tüm hücreler minimumda bir plazma zarı, sitoplazma ve DNA formunda genetik materyal içerir. Ökaryotik hücreler, bu temel unsurların ötesinde çok çeşitli elementlere sahipken, bu üç şey bakteri hücrelerinin neredeyse tamamını oluşturur. Bununla birlikte, bakteri hücreleri, ökaryotik hücrelerde olmayan birkaç özellik içerir, en önemlisi bir hücre duvarıdır.

Maya tek hücreli olmasına rağmen, tek bir ökaryotik organizma trilyonlarca hücreye sahip olabilir; bakteri hücreleri ise sadece bir hücreye sahiptir. Ökaryotik hücreler, çekirdek, mitokondri (hayvanlarda) gibi zara bağlı çeşitli organelleri içerirken, kloroplastlar (bitkilerin mitokondriye cevabı), Golgi cisimcikleri, endoplazmik retikulum ve lizozomlar, bakteri hücrelerinin organeller. Hem ökaryotlar hem de prokaryotlar, protein sentezinden sorumlu küçük yapılar olan ribozomları içerir, ancak bunlar Ökaryotlarda tipik olarak daha kolay görselleştirilir, çünkü çoğu lineer, şerit benzeri endoplazmik boyunca kümelenir. retikulum.

Bakteri hücrelerini ve bakterileri, hem daha büyük evrimsel yaşları (yaklaşık 3,5 milyar yıl, hem de 3,5 milyar yıl) nedeniyle "ilkel" olarak kabul etmek kolaydır. prokaryotlar için yaklaşık 1,5 milyar) ve basitlikleri. Ancak bu, birkaç nedenden dolayı yanıltıcıdır. Birincisi, türlerin hayatta kalması açısından bakıldığında, daha karmaşık olması mutlaka daha sağlam anlamına gelmez; Büyük olasılıkla, bir grup olarak bakteriler, Dünya'daki koşullar yeterince değiştiğinde insanlardan ve diğer "yüksek" organizmalardan daha uzun süre dayanacaktır. İkinci bir neden, bakteri hücrelerinin basit olmasına rağmen, ökaryotların sahip olmadığı çeşitli güçlü hayatta kalma mekanizmaları geliştirmiş olmalarıdır.

Bakteri hücreleri üç temel şekle sahiptir: çubuk benzeri (basiller), yuvarlak (koklar) ve spiral şekilli (spirilli). Bu morfolojik bakteri hücre özellikleri, bilinen bakterilerin neden olduğu bulaşıcı hastalıkların teşhisinde kullanışlı olabilir. Örneğin, "strep boğaz", türlerden kaynaklanır. streptokoklaradından da anlaşılacağı gibi yuvarlak olan stafilokoklar. Şarbona büyük bir basil neden olur ve Lyme hastalığına spiral şekilli bir spiroket neden olur. Tek tek hücrelerin değişen şekillerine ek olarak, bakteri hücreleri, yapıları söz konusu türe bağlı olarak değişen kümeler halinde bulunma eğilimindedir. Bazı çubuklar ve koklar uzun zincirler halinde büyürken, bazı diğer koklar tek tek hücrelerin şeklini andıran kümeler halinde bulunur.

Çoğu bakteri hücresi, virüslerin aksine, diğer organizmalardan bağımsız olarak yaşayabilir ve metabolik veya üreme ihtiyaçları için diğer canlılara bağımlı değildir. Ancak istisnalar mevcuttur; bazı türler Rickettsiae ve klamidya zorunlu olarak hücre içidirler, yani hayatta kalmak için canlıların hücrelerinde yaşamaktan başka seçenekleri yoktur.

Bakteri hücrelerinin çekirdeğinin olmaması, prokaryotik hücrelerin orijinal olarak diğerlerinden ayırt edilmesinin nedenidir. Ökaryotik hücreler, çünkü bu fark, nispeten düşük büyütmeli mikroskoplar altında bile belirgindir. güç. Bakteriyel DNA, ökaryotlarınki gibi bir nükleer zarla çevrili olmasa da, yine de yakın bir şekilde kümelenme eğilimindedir ve sonuçta ortaya çıkan kaba oluşuma nükleoid adı verilir. Genel olarak bakteri hücrelerinde ökaryotik hücrelere göre önemli ölçüde daha az DNA vardır; uçtan uca gerilirse, tipik ökaryotun genetik materyalinin veya kromatinin tek bir kopyası, yaklaşık 1 milimetre, oysa bir bakterininki yaklaşık 1 ila 2 mikrometre - 500 ila 1000 kat fark. Ökaryotların genetik materyali hem DNA'nın kendisini hem de histon adı verilen proteinleri içerirken prokaryotik DNA'da birkaç poliamin (azot bileşikleri) ve onunla ilişkili magnezyum iyonları bulunur.

Bakteri hücreleri ile diğer hücreler arasındaki belki de en belirgin yapısal fark, bakterilerin hücre duvarlarına sahip olmasıdır. Bu duvarlardan yapılmış peptidoglikan moleküller, her tür hücrenin sahip olduğu hücre zarının hemen dışında bulunur. Peptidoglikanlar, polisakkarit şekerler ve protein bileşenlerinin bir kombinasyonundan oluşur; asıl işleri, bakterilere koruma ve sertlik kazandırmak ve aşağıdaki gibi yapılar için bir bağlantı noktası sunmaktır. hücre zarından köken alan ve hücre duvarından dış ortama uzanan pili ve flagella.

Geçmiş bir yüzyılda faaliyet gösteren bir mikrobiyolog olsaydınız ve bakteri hücreleri için tehlikeli, insan hücrelerine ise çoğunlukla zararsız olacak bir ilaç yaratmak isteseydiniz ve bunun hakkında bilgi sahibi olsaydınız. Bu organizmaların hücresel bileşiminin ilgili yapıları, diğer hücreleri korurken hücre duvarları için toksik olan maddeler tasarlayarak veya bularak bunu yapabilirsiniz. bileşenler. Aslında, birçok antibiyotik tam olarak böyle çalışır: Bakteri hücre duvarlarını hedef alır ve yok eder, sonuç olarak bakterileri öldürür. penisilinler1940'ların başında birinci sınıf antibiyotik olarak ortaya çıkan, bakterilerin tümünün olmasa da bazılarının hücre duvarlarını oluşturan peptidoglikanların sentezini inhibe ederek etki eder. Bunu, duyarlı bakterilerde çapraz bağlama adı verilen bir süreci katalize eden bir enzimi inaktive ederek yaparlar. Yıllar geçtikçe, antibiyotik uygulaması, "istilacı" penisilinleri hedef alan beta-laktamaz adı verilen maddeler üreten bakteriler için seçilmiştir. Böylece, antibiyotikler ve onların hastalığa neden olan küçük hedefleri arasında uzun süredir devam eden ve hiç bitmeyen bir "silahlanma yarışı" devam ediyor.

Bazı bakteriler, fiziksel dünyada gezinmelerinde bakterilere yardımcı olan dış yapılara sahiptir. Örneğin, kamçı (tekil: flagellum), iribaşlarınkine benzer şekilde, kendilerine sahip olan bakteriler için bir hareket aracı sağlayan kırbaç benzeri uzantılardır. Bazen bir bakteri hücresinin bir ucunda bulunurlar; bazı bakterilerin her iki ucunda da vardır. Flagella, bir pervane gibi "döver", bakterilerin besinleri "kovalamasına", toksik kimyasallardan "kaçmasına" veya ışığa doğru hareket etmesine izin verir (bazı bakteriler, siyanobakteriler, bitkiler gibi enerji için fotosenteze dayanır ve bu nedenle düzenli olarak ışığa maruz kalmayı gerektirir).

pilili (tekil: pilus), bakteri hücre yüzeyinden dışarı doğru uzanan saç benzeri çıkıntılar olduklarından yapısal olarak flagellaya benzerler. Ancak işlevleri farklıdır. Pili, harekete yardımcı olmak yerine, bakterilerin kendilerini diğer hücrelere ve kayalar, bağırsaklarınız ve hatta dişlerinizin minesi dahil olmak üzere çeşitli bileşimlerin yüzeylerine tutturmalarına yardımcı olur. Başka bir deyişle, midyelerin karakteristik kabuklarının bu organizmaların kayalara yapışmasına izin vermesi gibi, bakterilere "yapışkanlık" sağlarlar. Pili olmadan, birçok patojenik (yani hastalığa neden olan) bakteri bulaşıcı değildir çünkü konakçı dokulara yapışamazlar. adı verilen bir işlem için özel bir pili türü kullanılır. birleşme, burada iki bakteri DNA'nın bölümlerini değiştirir.

Bazı bakterilerin oldukça şeytani bir yapısı endosporlardır. basil ve Clostridium türler, hücrelerin içinde oluşturulan normal bakteri hücrelerinin ısıya oldukça dayanıklı, susuz ve inaktif versiyonları olan bu sporları üretebilir. Kendi tam genomlarını ve tüm metabolik enzimleri içerirler. Endosporun temel özelliği, karmaşık koruyucu spor kaplamasıdır. Botulizm hastalığına neden olan bir Clostridium botulinum endotoksin adı verilen ölümcül bir madde salgılayan endospor.

Bakteriler, ikiye bölünmek ve her biri genetik olarak ana hücreyle aynı olan bir çift hücre oluşturmak anlamına gelen ikili fisyon adı verilen bir süreçle üretilir. Bu eşeysiz üreme biçimi, cinsel olan ökaryotların üremesiyle keskin bir tezat oluşturur. oluşturmak için eşit miktarda genetik materyale katkıda bulunan iki ebeveyn organizmayı içerdiğini yavru. Yüzeyde cinsel üreme hantal görünse de - sonuçta, hücreler bunun yerine ikiye bölünebiliyorsa, enerji açısından maliyetli bu adımı neden uygulamaya koyalım? – bu, genetik çeşitliliğin mutlak bir güvencesidir ve bu tür bir çeşitlilik, türlerin hayatta kalması için esastır.

Bir düşünün: Eğer her insan genetik olarak birbirinin aynısı ve hatta birbirine yakın olsaydı, özellikle enzimler ve proteinler düzeyinde göremezsiniz. ancak hayati metabolik fonksiyonlara hizmet eden, o zaman tek bir biyolojik düşman türü, potansiyel olarak hepsini yok etmek için yeterli olacaktır insanlık. İnsanların belirli şeylere karşı genetik yatkınlıklarının majörden farklı olduğunu zaten biliyorsunuz (bazı insanlar yer fıstığı da dahil olmak üzere küçük alerjenlere maruz kalmaktan ölebilir). ve arı zehiri) nispeten önemsiz (bazı insanlar şeker laktazını sindiremezler, bu da onları gastrointestinal sistemlerinde ciddi bozulmalar olmadan süt ürünlerini tüketemez hale getirir) sistemler). Büyük bir genetik çeşitliliğe sahip olan bir tür, büyük ölçüde yok olmaktan korunur, çünkü bu çeşitlilik, uygun doğal seçilim baskılarının etki edebileceği hammaddeyi sunar. Belirli bir türün popülasyonunun yüzde 10'u, türün henüz deneyimlemediği belirli bir virüse karşı bağışıklığa sahipse, bu sadece bir tuhaflıktır. Öte yandan, virüs bu popülasyonda kendini gösterirse, bu olaydan çok önce olmayabilir, yüzde 10, bu türde hayatta kalan organizmaların yüzde 100'ünü temsil eder.

Sonuç olarak, bakteriler genetik çeşitliliği sağlamak için bir dizi yöntem geliştirmiştir. Bunlar şunları içerir: dönüşüm, konjugasyon ve transdüksiyon. Tüm bakteri hücreleri bu süreçlerin hepsinden yararlanamaz, ancak aralarında, tüm bakteri türlerinin, aksi takdirde olabileceklerinden çok daha fazla hayatta kalmasına izin verirler.

Dönüşüm, DNA'yı çevreden alma işlemidir ve doğal ve yapay formlara ayrılır. Doğal dönüşümde, ölü bakterilerden gelen DNA, hücre zarı, çöpçü tarzı yoluyla içselleştirilir ve hayatta kalan bakterilerin DNA'sına dahil edilir. Yapay dönüşümde, bilim adamları kasıtlı olarak DNA'yı bir konakçı bakteriye sokarlar. E. koli (çünkü bu türün kolayca manipüle edilebilen küçük, basit bir genomu vardır) bu organizmaları incelemek veya istenen bir bakteri ürünü yaratmak için. Genellikle, tanıtılan DNA bir plazmit, 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 süreçtir. Aktarılan DNA, yapay transformasyonda olduğu gibi bir plazmit olabilir veya farklı bir parça 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, çoğalmak için canlı hücrelere ihtiyaç duyarlar çünkü genetik materyale sahip olmalarına rağmen, onu kopyalayacak mekanizmadan yoksundurlar. Bu bakteriyofajlar, istila ettikleri bakterilerin DNA'sına kendi genetik materyallerini yerleştirir ve Daha fazla faj yapmak için bakteriler, genomları daha sonra orijinal bakteri DNA'sının bir karışımını ve bakteriyofaj DNA'sı. Bu yeni bakteriyofaj hücreyi terk ettiğinde, diğer bakterileri istila edebilir ve önceki konakçıdan alınan DNA'yı yeni bakteri hücresine aktarabilir.