Bakteriler: Yüzey Yapıları
Hücre Duvarının Dışındaki Katmanlar
Hücre katmanları açısından şimdiye kadar ne öğrendik? Tüm hücrelerin bir hücre zarı vardır. Çoğu bakterinin bir hücre duvarı vardır. Ancak bakterilerin sahip olabileceği ya da olmayabileceği birkaç ek katman vardır. Bunlar, eğer varsa, hem hücre zarının hem de hücre duvarının dışında bulunur.
Kapsül
Bakteriyel kapsül, hücreyi tamamen saran bir polisakkarit tabakadır. İyi organize olmuş ve sıkıca paketlenmiştir, bu da mikroskop altında boyanmaya karşı direncini açıklar. Kapsül; kuruma, hidrofobik toksik maddeler (örn. deterjanlar) ve bakteriyel virüsler gibi hücreye yönelik çeşitli farklı tehditlere karşı koruma sağlar. Kapsül, bakteriyel patojenlerin hastalığa neden olma kabiliyetini artırabilir ve fagositozdan (fagosit olarak bilinen beyaz kan hücreleri tarafından yutulma) koruma sağlayabilir. Son olarak, yüzeylere tutunmaya yardımcı olabilir.
Slime Katman
Bakteriyel slime tabakası, tipik olarak polisakkaritlerden oluşması ve hücreyi tamamen çevrelemesi bakımından kapsüle benzer. Ayrıca kurumaya ve antibiyotikler gibi çeşitli tehditlere karşı koruma sağlar. Ayrıca yüzeylere yapışmayı da sağlayabilir. Peki, kapsülden farkı nedir? Slime tabakası, bakteri hücre duvarının etrafına sıkı bir şekilde entegre olan bir kapsülün aksine, onu oluşturan hücreden kolayca sıyrılan gevşek, organize olmayan bir tabakadır.
S-Katmanı
Bazı bakteriler, hücre duvarının dış kısmında bir matris halinde kendiliğinden bir araya gelen salgılanmış proteinler veya glikoproteinlerden oluşan oldukça organize bir tabakaya sahiptir. Bu düzenli yapılı S-katmanı, bakterilerde resmi olarak hücre duvarının bir parçası olarak kabul edilmese de, hücre duvarına sabitlenmiştir. S-katmanları, özellikle büyüme, hayatta kalma ve hücre bütünlüğü alanlarında, bunlara sahip olan bakteriler için çok önemli rollere sahiptir.
S katmanları, hücre duvarının ve yüzey katmanlarının genel sertliğinin yanı sıra üreme için önemli olan hücre şeklinin korunmasına yardımcı olur. S katmanları hücreyi iyon/pH değişikliklerinden, ozmotik stresten, zararlı enzimlerden, bakteriyel virüslerden ve avcı bakterilerden korur. Onlar, diğer hücrelere veya yüzeylere hücre adezyonu sağlayabilirler. Patojenik bakteriler için fagositozdan koruma sağlayabilirler.
Hücre Duvarının Dışındaki Yapılar
Bakteriler, hücre duvarının dışında, genellikle hücre duvarına ve/veya hücre zarına bağlı yapılara da sahip olabilir. Bu yapıların yapı taşları tipik olarak hücre içinde yapılır ve daha sonra hücre zarını ve hücre duvarını geçerek hücrenin dışına monte edilmek üzere salgılanır.
Fimbria
Fimbriyalar, hücreden uzanan, genellikle onlarca veya yüzlerce olan ince ipliksi uzantılardır. Pilin proteinlerinden oluşurlar ve hücre tarafından yüzeylere tutunmak için kullanılırlar. Özellikle patojenik bakteriler için önemli olabilirler ve bu bakteriler onları konak dokulara tutunmak için kullanırlar.
Pili
Pili, hücreden uzanan ve pilin proteinlerinden yapılmış ince ipliksi uzantılar olmaları bakımından fimbriyaya çok benzer (bazı ders kitapları bu terimleri birbirinin yerine kullanır). Pili, hem yüzeylere hem de konak hücrelere tutunmak için de kullanılabilir; örneğin Neisseria gonorrhea hücreleri, bir sonraki insan konağına geçmek için sperm hücrelerine tutunmak üzere pili kullanırlar. Peki, neden bazı araştırmacılar fimbria ve pili arasında ayrım yapma zahmetine giriyor?
Pili tipik olarak fimbriyadan daha uzundur ve her hücrede sadece 1-2 tane bulunur, ancak bu iki yapıyı birbirinden ayırmak için yeterli görünmemektedir. Bu durum, birkaç spesifik pili'nin bağlanmanın ötesinde işlevlere katıldığı gerçeğine dayanmaktadır. Konjugatif pili, konjugasyon olarak bilinen ve küçük bir DNA parçasının bir donör hücreden bir alıcı hücreye aktarılmasını sağlayan sürece katılır. Tip IV pili, bir pilusun katı bir yüzeye bağlandığı ve daha sonra kasılmasıyla bakteriyi birdenbire hareket ettiren twitching motility olarak bilinen olağandışı bir hareketlilik türünde rol oynar.
Flagella
Bakteriyel hareketlilik tipik olarak flagella (kamçı) olarak bilinen yapılar tarafından sağlanır. Bakteri kamçıs;, ATP tarafından desteklenen mikrotübülleri kullanan esnek kamçı benzeri bir kuyruk olarak çalışan ökaryotik kamçıdan bileşim, yapı ve mekanik olarak farklıdır. Bakteriyel kamçı doğası gereği serttir, daha çok bir teknedeki pervane gibi çalışır ve proton hareket gücünden gelen enerjiyle çalışır.
Bakteriyel flagellumun üç ana bileşeni vardır:
- filament - hücre yüzeyinden uzanan uzun ince bir uzantı. Filament, flagellin proteininden oluşur ve içi boştur. Flagellin proteinleri hücre sitoplazmasında kopyalanır ve daha sonra hücre zarı ve hücre duvarı boyunca taşınır. Bakteriyel flagellar filament, ucundan büyür (başınızdaki saçınızın aksine), doğru boyuta ulaşıncaya kadar daha fazla flagellin birimi ekleyerek uzunluğunu artırır. Flagellin birimleri bir protein başlık tarafından yerlerine yönlendirilir.
- kanca - bu, filamenti flagellar motora bağlayan kavisli bir bağlayıcıdır.
- motor - hem hücre zarını hem de hücre duvarını kapsayan döner bir motordur ve gram negatif dış zar için ek bileşenlere sahiptir. Motorun iki bileşeni vardır: dönüşü sağlayan taban gövdesi ve dönüşün gerçekleşmesi için gerekli torku sağlayan stator. Bazal gövde, gram pozitif bakterilerde iki ve gram negatif bakterilerde dört olmak üzere protein halkalarıyla çevrili merkezi bir şafttan oluşur. Stator, hücre zarı içine gömülü halka veya halkaları çevreleyen Mot proteinlerinden oluşur.
Bakteri Hareketleri
Bakteriyel hareket tipik olarak kamçı kullanımını içerir, ancak birkaç başka olasılık da vardır (seğirme hareketliliği için tip IV pili kullanımı gibi). Ancak kesinlikle en yaygın bakteriyel hareket türü, bir kamçı veya flagella kullanılarak gerçekleştirilen yüzmedir.
Yüzme
Flagellar bazal gövdenin dönmesi, proton motor kuvveti sayesinde gerçekleşir. Hücre zarının dışında biriken protonlar, Mot proteinlerindeki gözeneklerden geçerek, zarı geçerken halka proteinlerindeki yüklerle etkileşime girerler. Bu etkileşim bazal gövdenin dönmesine ve hücreden uzanan filamentin dönmesine neden olur. Dönme 200-1000 rpm'de gerçekleşebilir ve 60 hücre uzunluğu/saniye hıza neden olabilir (karşılaştırma için, bir çita maksimum 25 vücut uzunluğu/saniye hızında hareket eder).
Rotasyon saat yönünde (CW) veya saat yönünün tersine (CCW) gerçekleşebilir ve hücre için farklı sonuçlar doğurur. Bir bakteri, CCW dönüşü olduğunda "koşma" olarak adlandırılan ileri doğru hareket edecek ve CW dönüşü olduğunda "takla" olarak adlandırılan rastgele yön değiştirecektir.
Burgu Hareketliliği
Spiroketler olarak bilinen bazı spiral şekilli bakteriler, alışılmadık morfolojileri ve flagellar konformasyonları nedeniyle burgu hareketliliği kullanırlar. Bu gram negatif bakteriler, hücrenin bir ucuna yapışan, periplazma boyunca geriye uzanan ve daha sonra hücrenin diğer ucuna yapışan özel kamçılara sahiptir. Bu endoflagellalar döndüğünde, tüm hücreye tork uygularlar ve özellikle viskoz sıvılar içinde tüneller açmak için oldukça etkili olan bir bükülme hareketi meydana gelir.
Kayma Hareketliliği
Kayma hareketi tıpkı kulağa geldiği gibi, şimdiye kadar ele alınan diğer formlardan daha yavaş ve daha zarif bir harekettir. Kayma hareketliliği bazı filamentli veya basilli bakteriler tarafından sergilenir ve kamçı kullanımını gerektirmez. Birden fazla mekanizma tanımlanmış olmasına rağmen, kayma için hücrelerin katı bir yüzeyle temas halinde olmasını gerektirir. Bazı hücreler salgılanan kaygan maddeyle hareket ederler, diğer hücreler ise yüzey tabakası proteinlerine dayanarak hücrelerini ileri çekerler.
Kemotaksi
Bakteriyel flagellar motorun temellerini ve bakteriyel yüzme mekaniğini ele aldığımıza göre, bu iki konuyu birleştirerek kemotaksi veya diğer herhangi bir taksonomi türü hakkında konuşabiliriz. Kemotaksis, bir organizmanın bir kimyasala doğru hareketini veya ondan uzaklaşma hareketi ifade eder. Ayrıca bir organizmanın ışığa tepki verdiği fototaksis de olabilir. Kemotakside, uygun bir madde (besin maddesi gibi) çekici olarak adlandırılırken, hücre üzerinde olumsuz etkisi olan bir madde (toksin gibi) itici olarak adlandırılır. Çekici veya itici bir etmen olmadığında hücre, sallanmalar ve koşular arasında gidip gelerek "rasgele yürüyüş" yapar ve sonunda belirli bir yere ulaşmaz. Bir tür gradyanın varlığında, hücrenin hareketleri sapmalı hale gelecek ve zamanla bakterinin bir çekiciye doğru ve herhangi bir iticiden uzağa doğru hareket etmesiyle sonuçlanacaktır. Bu nasıl gerçekleşir?
İlk olarak, bir bakterinin hangi yöne gideceğini nasıl bildiğini ele alalım. Bakteriler, kemoreseptör adı verilen ve belirli molekülleri bağlayan, membranlarına gömülü protein reseptörlerine bel bağlarlar. Bağlanma tipik olarak kemoreseptörün metilasyonu veya fosforilasyonu ile sonuçlanır, bu da sonunda flagellar motorun dönüşünü etkileyen ayrıntılı bir protein yolağını tetikler. Bakteriler, bir maddenin konsantrasyonunu sadece birkaç saniye (veya mikrosaniye) önce elde edilen konsantrasyonla karşılaştırdıkları zamansal algılama işlemini gerçekleştirirler. Bu şekilde maddenin konsantrasyon gradyanının yönü hakkında bilgi toplarlar. Bir bakteri cezbedici maddeye daha da yaklaştıkça, (CW flagellar rotasyonu tarafından belirlenen) yuvarlanma azalırken, (CCW flagellar rotasyonu tarafından belirlenen) koşular daha uzun hale gelir. Yuvarlanma hücrenin rastgele yeniden yönlenmesine neden olduğundan, bakterinin bir cezbediciden yanlış yöne gittiği zamanlar olacaktır, ancak çok uzun süre yanlış yöne gitmeyecektir. Ortaya çıkan "eğilimli rastgele yürüyüş", hücrenin bir çekicinin eğimini hızla yükseltmesine (veya bir iticinin eğimini hızla düşürmesine) olanak tanır.
Yorumlar
Yorum Gönder