Gıda Mühendisliği Bölümü GDM203 Genel Mikrobiyoloji Prof. Dr. Kadir HALKMAN Ankara Üniversitesi, Gıda Mühendisliği Bölümü 2014/ 15 Güz Dönemi Ders notu 07 http://food.eng.ankara.edu.tr/index.php?p=622&l=1

Hücre Yapıları Bütün canlı organizmalar hücrelerden oluşmuştur ve hücreler canlı en küçük birimlerdir. Yapısal olarak prokaryot ve ökaryot olarak sınıflandırılır.

Prokaryot Hücre 01 En dışta murein ile kuvvetlendirilmiş hücre duvarı, altında hücre membranı (hücre zarı) ve bunun içinde çeşitli hücre yapıları vardır. Hücre duvarı Mureinden oluşmaktadır. Glikoprotein (Peptidoglikan adı da verilen protein-karbohidrat kompleksidir) yapısındadır. Gram boyama sonucunda ayırt edilebilen 2 çeşit hücre duvarı vardır. Hücre Membranı; Fosfolipit ve proteinlerden oluşmuştur ve ökaryot hücrelerdekine benzerlik gösterir.

Prokaryot Hücre 02 Gram pozitif bakteriler kalın hücre duvarına sahiptir, Gram boyama sonucunda mor renklidir, sporlara sahip olabilir, penisilin ve lizozim enzimine karşı hassastır. Gram negatif bakteriler; dışta lipit tabakası bulunan ince bir hücre duvarıdır ve Gram boyama sonucunda hücreler pembe renk alır. Gram negatif bakteriler içinde spor oluşturan nadir türler vardır.

Prokaryot Hücre 03 Membranın içi genel olarak sitoplazma olarak adlandırılır. Metabolik yollar için gerekli bütün enzimleri içerir. Sitoplazma içinde genetik materyal, ribozom ve mezozom vardır. Bazı bakteri hücrelerinde içeride depo granülleri, dışarıda kapsül ve flagellum ( çoğulu flagella) ve pili (fimbria) bulunur.

Prokaryot Hücre 04 Prokaryot hücrede 2 farklı genetik materyal bulunur: DNA ve plazmit. DNA, ökaryot hücreden farklı olarak çekirdek zarı ile çevrelenmiş değildir. Buna bakteri genomu da denilir. Plazmitler genomik DNA’dan bağımsız dairesel DNA parçacıklarıdır. Genelde antibiyotik dirençlilik genlerini içerir. Hücre bölünmesinde bunlar da ikiye bölünerek yeni iki hücreye giderler.

Prokaryot Hücre 05 Ribozomlar, protein sentezinden sorumludur. 70S tipindedirler. S (Swedberg ünitesi): santrifüjlemede, bir molekülün büyüklüğüne ve biçimine bağlı olan çökme sabitidir. 1S birimi 10-13 saniyedir. Mezozom; fotosentez ve solunum için gerekli olan, membrana bağlı bütün proteinleri içeren ve membranın sıkıca katlanmış bölgesidir.

Prokaryot Hücre 06 Kapsül; Hücre duvarının dışındaki kalın polisakkarit tabakasıdır. Hücrelerin yapışarak bir arada tutulmasını sağlar. Gıda rezervi olarak görev yapar, hücreyi kimyasal ve kurumaya karşı korur, ayrıca fagositoza karşı da koruyucudur. Gram pozitif bakterilerde bulunur. Kapsül varsa flagella yoktur.

Prokaryot Hücre 07 Flagella; Hareket organelidir. Pilus ise flagellaya benzer yapıda, bakteri hücrelerine bağlı olan kıl benzeri, oldukça kısa ve flagelladan ince flamenttir. Hareketli ve hareketsiz bakterilerde rastlanabilmektedir. Bu yapılara saçak, püskül anlamında “fimbriae” adı verilir. Her bir fimbria protein yapısındadır. Genellikle Gram negatif bakterilerin çoğunun yüzeyinde bulunurken, Gram pozitif bakterilerde nadiren görülür. Gram negatif bakterilerde fimbria hücre-hücre ya da hücre-yüzey yapışmasında rol alır.

Ökaryot Hücre Maya ve küfler ökaryotik hücre formu gösterirler. Mitoz ve mayoz bölünme gösterirler, gerçek çekirdeğe ve birden fazla kromozoma sahiptirler, genel metabolik yolları kullanırlar. Mebran ile çevrili gerçek organellere sahiptirler (örneğin lizozomlar, Golgi cisimciği, endoplazmik retikülüm, mitokondri ve kloroplastlar.

Metabolizma 01 Mikroorganizmalar çeşitli besin ortamlarında kendi enerji ve hücresel materyallerini oluşturmak çoğalabilmek için ortamda bulunan bu bileşenleri metabolize ederler. Metabolizma; Katabolizma ve Anabolizma olarak incelenir. Katabolizmada (dissimilasyon)büyük moleküller daha küçük moleküllere dönüştürülür, enerji açığa çıkar. Anabolizmada (assimilasyon) ise bu küçük moleküller, ortaya çıkan enerjinin kullanılması ile hücresel yapı taşlarına dönüştürülür.

Metabolizma 02 Gelişme süresince mikroorganizmalar enerji üretir ve hücresel materyallerini sentezler. Üretilen enerjinin büyük bir kısmı hücresel bileşenlerin sentezi için kullanılır. Enerji üreten reaksiyonlar ile hücresel materyallerin sentezlendiği reaksiyonlar birbirleriyle bağlantılıdır. Enerji, enerjice zengin (nükleotit trifosfatlar, inorganik fosfatlar vb) ara ürünler ve karboksilik asitlerin türevleri (asetil KoA) oluşturularak depolanabilmektedir. Bunlardan en önemlisi Adenozin trifosfat (ATP)'dır, ve Adenozin difosfat (ADP)'dan ya oksidatif fosforilasyon veya substrat fosforilasyonu ile oluşur.

Metabolizma 03 Mikroorganizmalar sadece enerji kaynaklarına göre değil, elektron akseptörlerine göre de çeşitlilik gösterirler. Enerji kazanımı sırasında üretilen elektronlar (H2→2H+ + 2e-) daha sonra oksidasyon elemanı olarak görev yapar.

Metabolizma 04 Enerji, temel olarak karbohidratlardan elde edilir. Temel karbohidrat glikozdur. Disakkarit ve polisakkaritler hücre dışında daha küçük moleküllere parçalanıp hücre içine taşınır. Laktoz + β galaktozidaz → Glikoz + galaktoz Glikoz ve galaktozu hücre içine alır, galaktozu glikoza çevirir. Metabolizmada 3 temel yol vardır. Embden Meyerhoff Parnas (Glikoliz) EMP, Pentoz Fosfat (PP), Entner Doudorff (ED). Bu üç yolda glikoz, farklı reaksiyonlarla gliseraldehit-3-fosfat (GAP)'a dönüşür. En yaygın kullanılan EMP yoludur.

Metabolizma 05 GAP her üç yolda da aynı reaksiyonlarla kilit ürün olan pirüvik aside dönüşür ve daha sonra, pirüvik asit fermantasyon, aerobik solunum ve anaerobik solunum ile mikroorganizmalar tarafından metabolize edilir. Embden Meyerhoff Parnas (Glikoliz) EMP Yolu: Katabolizmanın ikinci aşamasında glikozun pirüvata parçalanmasında oksijen varlığında ya da yokluğunda bütün önemli mikroorganizma gruplarının yaygın olarak kullandığı yoldur. Glikoz + 2 ADP3- + 2Pi2- + 2 NAD+→ 2 Pirüvat- + 2 ATP4- + 2 NADH + 2H+ + 2 H2O NAD: Nikotinamit adenin dinükleotit NADP: Nikotinamit adenin dinükleotit fosfat

Metabolizma 06 Aerob (Bacillus spp., Pseudomonas spp., maya ve küfler) ve birçok fakültatif anaeroplar (Enterobacteriaceae, Staphylococcus spp.) aerobik koşullar altında karbohidrat metabolizması sırasında moleküler oksijeni terminal elektron akseptörü olarak kullanırlar. Pirüvat ve diğer karboksilik asitler oksidatif dekarboksilasyon ile tamamıyla okside olur ve CO2, H2O ve fazla miktarda ATP üretilir. TCA (Tri Karboksilik Asit; Krebs) döngüsü aynı zamanda hücresel materyallerin sentezi için kullanılan çok sayıda ara ürünlerin sentezini de gerçekleştirir.

Metabolizma 07 Başlangıçta pirüvat asetil KoA'ya ve CO2'e dekarboksile olur. TCA döngüsü aerobik olarak oluşur ve fazla miktarda enerji üretiminden sorumludur. Fazla miktarda ATP, elektron transport zinciri ile NADH ve FADH2 (Flavin Adenin Dinükleotit)'nin oksidasyonundan açığa çıkar. Sonuçta aerobik mikroorganizmalar toplam enerji kazanımı 38 ATP'dir.

Metabolizma 08 Son elektron akseptörü olarak oksijeni kullanamayan mikroorganizmalar anaerop solunum yaparlar. Fakültatif anaeroplar son elektron akseptörü ya serbest oksijendir veya indirgenebilen inorganik bileşiklerdir ve en yaygın kullanılan elektron akseptörü nitrattır. Nitratı indirgeyen bakteriler (Enterobacteriaceae türleri, bazı Bacillus spp., Staphylococcus spp.) nitrat redüktaz enzimi içerirler. Sülfat indirgeyen bakteriler enerji kaynağı olarak glikozu öncelikle EMP yolu ile metabolize eder ve pürüvat oluşturur daha sonra asetat (veya etanol) ve CO2 oluşturmak için dekarboksile olur. Sülfat elektron akseptörü olarak görev yapar ve son ürün H2S oluşur.

Metabolizma 09 Oksijenin varlığında veya yokluğunda gelişebilen fakültatif anaeroplar oksijen yokluğunda enerji kaynağı olarak fermantasyonu kullanırlar. Fermantasyonda enerji üretimi çok düşüktür Heterofermantatif Laktik asit bakterileri; Laktik asit, Etanol, CO2 1 ATP (ED) Homofermantatif Laktik asit bakterileri; Laktik asit, 2 ATP (EMP yolu) Saccharomyces'ler alkol fermantasyonunda; etanol, CO2 ve 2 ATP

Metabolizma 10