Bakterilerin Metabolizmas ve remesi Dr Cengiz AVUOLU Bakteri

Bakterilerin Metabolizması ve Üremesi Dr. Cengiz ÇAVUŞOĞLU

Bakteri metabolizmasının (insanlık için) önemi nedir? • Endüstriyel – Gıda üretimi – Organik kimyasalların üretimi – İlaç üretimi – Petrol atıklarının temizlenmesi

Farklı Fermantasyon Tiplerinin Endüstriyel Kullanımları Fermantasyon Endüstriyel veya Ticari Başlangıç Maddesi Mikroorganizma son ürünleri Kullanım Etanol Şarap Üzüm veya diğer meyve suları Saccharomyces cerevisiae (maya) Asetik Asit Sirke Etanol Acetobacter Laktik Asit Peynir, yoğurt Süt Lactobacillus, Streptococcus Turşu Salatalık, lahana v. s. Lactobacillus plantarum Sitrik Asit Tatlandırıcı Melas Aspergillus (mantar) Aseton ve Eczacılık ve endüstriyel Melas Clostridium acetobutylicum Butanol kullanım Sorbose Vitamin C (askorbik asit) Sorbitol Gluconobacter

Bakteri metabolizmasının (insan sağlığı için) önemi nedir? • Probiyotik metabolizması ve gastrointestinal mikrobiyota • Probiyotik mikroplar ; – Lactobacillus spp. , Bifidobacterium spp. , Saccharomyces boulardii – Sağlıklı bağırsak florasının oluşmasına yardımcı olur. – İmmün sistemin hücrelerini etkiler. – Fermantasyonla kompleks karbonhidratları metabolize ederek yan ürün olarak insan sağlığı için yararlı bileşikler oluştururlar.

Bakteri metabolizmasının (Tıbbi Mikrobiyoloji) önemi nedir? –İnsanlarda hastalık etkeni olan mikroorganizmaların tanımlanması (identifikasyonu)

Metabolizma • Katabolik reaks. lar + Anabolik reaks. lar = İntermediyer (Ara) metabolizma , gliserol

Metabolizma Aminoasitler Monosakkaritler (Glikoz) Aminoasitler Gliserol Yağ asitleri Monosakkaritler Aktif transport Pasif(Glikoz) transport Gliserol Yağ asitleri Proteaz Peptidaz α-amilaz Laktaz Lipitler Proteinler Polisakkaritler (Nişasta) Disakkaritler (Laktoz)

Mikroorganizmalar ayrıca çeşitli lipid ve proteinlerden de enerji üretebilirler

Glikoliz (Glikoz) Pirüvik asit Fermantasyon (Hücresel) Solunum Aerobik Solunum Anaerobik Solunum Pirüvik asit (veya türevi) Fermantasyon son ürünleri oluşması Alkol, laktik asit v. s. N 2 O Glikozdan enerji üretmek için mikroorganizmalar solunum ve fermantasyon olarak adlandırılan iki ayrı yolu kullanırlar. Her iki yol da genellikle glikoliz ile başlar ancak daha sonra farklı yolakları izler

Bakterilerde (Hücresel) Solunum • Moleküllerin oksitlendiği ve son elektron alıcısının (hemen her zaman) inorganik bir molekül olduğu bir ATP-üretim işlemidir • Son elektron alıcısı O 2, son ürün H 20’dur • En fazla ATP üretilir • Son elektron alıcısı olarak O 2 dışında bir inorganik madde (nitrat, sülfat v. s. ) kullanılır • Fermantasyondan daha fazla, aerobik solunumdan daha az ATP üretilir

Glikoz Fermantasyonu Pirüvat Karışık asit fermantasyonu Laktik asit fermantasyonu Alkol fermantasyonu Etanol Asetik asit Formik asit Laktik asit Süksinik asit Bütilen glikol CO 2, H 2 Laktik asit Etanol +CO 2 Homolaktikler Streptococcus Lactobacillus Saccharomyces (maya) Enterik bakteriler Laktik asit Diğer asitler Etanol, CO 2 Propionik asit ve Asetik asit fermantasyonu Bütirik asit ve solvent fermantasyonu Propionik asit Asetik asit CO 2, H 2 Bütirik asit Bütanol İsopropanol Aseton CO 2, H 2 Propionibacterium Acetobacter Heterolaktikler Leuconostoc • Glikozun anaerobik koşullarda yıkılmasıdır. Moleküler oksijen kullanılmaz. • Elektron transport sistemi kullanılmaz. • Son elektron alıcısı olarak organik bir molekül (alkol veya asit) kullanılır • 2 -3 karbonlu farklı organik son ürünler oluşur • Pseudomonas ve Acinetobacter gibi mikroorganizmalar fermantasyon yapamazlar Clostridium

Aerobik Solunum, Anaerobik Solunum ve Fermantasyonun Karşılaştırılması Enerji üretim süreci Üreme koşulları Son elektron alıcısı Bir glikoz molekülü başına üretilen net ATP molekülü Aerobik solunum Aerobik Moleküler oksijen (O 2) 38 Anaerobik solunum Anaerobik Moleküler oksijen dışında Değişken ( 38’den az 2’den fazla) genellikle inorganik bir madde (NO 3 -, SO 4 - veya CO 3 - gibi) Fermantasyon Aerobik veya anaerobik Organik bir molekül 2

Bakteri Üremesi

Bakterilerin üreme için gereksinimleri • Besin – enerji – Karbon ve enerji gereksinimi – Azot gereksinimi – Oksijen gereksinimi – Diğerleri • Fiziksel koşullar – Ortam ısısı – Uygun p. H

Enerji gereksinimi Karbon gereksinimi • Patojen bakteriler kemoheterotroftur Fotolitotrof bakteriler Fotoheterotrof bakteriler Kemolitotrof bakteriler Kemoheterotrof bakteriler Litotrof (ototrof) Fototrof Karbon kaynağı olarak CO 2 kullanabilir Enerji kaynağı ışık • Üremeleri için su, CO 2 ve inorganik tuzlar yeterlidir Kemotrof Organotrof (heterotrof) Enerji kaynağı inorganik bileşiklerin oksidasyonu Glikoz gibi organik karbon kaynağına gereksinim duyarlar

• Azot gereksinimi – Aminoasitler, pürin ve primidinlerin sentezinde görev yaparlar – Bazı mikroorganizmalar atmosferik azotu tutabilirler – İnsan patojeni bakterilerin çoğu azot kaynağı olarak amonyomu kullanırlar • Diğerleri – Su – Çeşitli mineraller (Fe, Zn v. s. ; enzimlerin yapısına katılır) • Demir (Fe) çok önemlidir. Birçok bakteri seyreltik eriyik demiri konsantre eden siderofor adlı protein salgılar – İyonlar (K, Na, Mg, Ca, Cl) – B kompleks vitaminleri – Bazı aminoasitler, pürinler, pirimidinler

Bakterilerin oksijen gereksinimleri 1. Zorunlu aeroplar – Son elektron alıcısı olarak moleküler oksijene gereksinim duyarlar ve oksijensiz ortamlarda üreyemezler – Örnek: Mycobacterium tuberculosis

Bakterilerin oksijen gereksinimleri 2. Mikroaerofiller (Örnek; Campylobacter jejuni) – Son elektron alıcısı olarak oksijene gereksinim duymalarına karşın, atmosfer havasında inkübe edildiklerinde üreyemeyen mikroorganizmalardır – Bu mikroorganizmalar düşük oksijen (%5) koşullarında daha iyi ürerler

Bakterilerin oksijen gereksinimleri 3. Fakültatif anaeroplar – Hem oksijeni son elektron alıcısı olarak kullanabilirler, hem de oksijenin olmadığı durumlarda fermentasyon ile enerji kazanabilirler ve sonuçta hem oksijenli hem de oksijensiz ortamda üreyebilirler – Örnek: Enterik bakteriler; Escherichia coli

Bakterilerin oksijen gereksinimleri 4. Aerotolerant anaeroplar – Atmosfer havası veya %5 -10 CO 2’li ortamlarda yaşayabilen, ancak anaerop ortamlarda üremesi belirgin olarak artan bakterilerdir

Bakterilerin oksijen gereksinimleri 5. Zorunlu anaeroplar (Örnek; Clostridium tetani) – Zorunlu anaeroplar için oksijen toksik etki gösterir – Kesin-zorunlu anaeroplar besiyeri yüzeyindeki oksijen düzeyleri %0. 5’in üzerindeyse yaşayamazlar – Ilımlı-zorunlu anaeroplar ise oksijen düzeyleri ortalama %3 ise yaşayabilen gruptur

Bakterilerin üreme için gereksinimleri • Fiziksel koşullar • Ortam ısısı • Psikrofil bakteriler soğukta (8 -150 C) • Mezofil bakteriler ortalama vücut ısısı derecelerinde (20 -450 C) • Termofil bakteriler yüksek ısılarda (50 -700 C) yaşarlar • Uygun p. H • İnsanlarda hastalık yapan bakterilerin çoğu 7. 0 civarında (7. 2 -7. 6) p. H’ı tercih eder • Buna karşın Vibrio cholerae gibi bakteriler alkali p. H tercih eder

Bakterilerin üreme dönemleri • Bir bakteri topluluğu besin maddeleri sabit bir ortama konulduğunda dört dönem halinde üreme ve çoğalma gösterir • Başlangıç [lag] dönemi bakterinin çoğalmaya başlamadan önce yeni ortama uyum sağladığı dönemdir

Bakterilerin üreme dönemleri • Bakterilerin dış ortama en duyarlı oldukları zaman logaritmik üreme dönemidir • Bu dönem bakterilerin üreme süresinin en hızlı, bakterilerin boyutlarının en küçük ve antibiyotiklere en duyarlı oldukları dönemdir

Bakterilerin üreme dönemleri • Bir süre sonra ortamdaki metabolit ve toksik ürünler artar, besin maddeleri azalır, üretilen organizma ile ölen organizma sayısı birbirine eşitlenir ve sonuç olarak bakterinin üremesi durur, bakteri stasyoner faza girer

Bakterilerin üreme dönemleri • Stasyoner fazdan sonra bakteriler yeni bir ortama alınmazlarsa besinlerin tükenmesi ve oluşan toksik metabolik ürünler nedeniyle hızla ölmeye başlarlar