TYT BAKTERİLER VE ARKELER

TYT bakteriler ve arkeler konusu, prokaryot hücrenin ortak planını iki farklı canlı grubunun özellikleriyle birlikte ele alır. Sorularda bir yapının bütün bakterilerde bulunup bulunmadığı, oksijen ve beslenme çeşitleri, endosporun işlevi, yatay gen aktarımı, antibiyotik direnci ve arkelerin bakterilerden ayrılan yönleri aynı veri seti içinde sorgulanabilir. Bu nedenle yapı, metabolizma ve ekolojik rol bilgileri birbirinden koparılmadan değerlendirilmelidir.

PROKARYOT CANLILARIN ORTAK YAPISI

Bakteri Hücresinin Temel Bileşenleri

Bakteriler ve arkeler prokaryot hücre yapısına sahiptir. Zar ile çevrili çekirdekleri ve mitokondri, Golgi aygıtı, endoplazmik retikulum gibi zarlı organelleri bulunmaz. Kalıtsal madde, sitoplazmada nükleoit adı verilen bölgede yer alan halkasal DNA molekülüdür. Protein sentezi ise sitoplazmadaki ribozomlarda gerçekleşir.

Bakteri hücresinin yaşaması için hücre zarı, sitoplazma, ribozom ve genetik materyal temel bileşenlerdir. Hücre zarı seçici geçirgenliği ve madde alışverişini düzenler; ayrıca ökaryotlarda mitokondri ve kloroplast zarlarında yürüyen bazı enerji dönüşümleri bakterilerde hücre zarının ilgili bölgelerinde gerçekleşebilir. Bakterilerin çoğunda hücre zarının dışında, biçimi koruyan ve ozmotik basınca karşı dayanıklılık sağlayan peptidoglikan yapılı hücre duvarı vardır.

Görselde hücreyi içten dışa doğru çevreleyen hücre zarı, hücre duvarı ve kapsül ayrı katmanlar hâlinde gösterilmiştir. Sitoplazmadaki küçük tanecikler ribozomları, büyük kıvrımlı DNA halkasal kromozomu, küçük DNA halkaları ise plazmitleri temsil eder. Kısa ve çok sayıdaki uzantılar pilus, uzun hareket uzantısı kamçı olarak etiketlenmiştir. Bu yapıların tümü her bakteri türünde bir arada bulunmaz.

Her Bakteride Bulunmayan Yapılar

Bazı bakteriler hücre duvarının dışında su kaybını azaltan, yüzeye tutunmayı kolaylaştıran ve bağışıklık sisteminden korunmaya katkı sağlayabilen bir kapsül taşır. Kamçı hareketi; piluslar yüzeye tutunmayı veya bakteriler arasında genetik madde aktarımını kolaylaştırabilir. Plazmitler, kromozomdan bağımsız çoğalabilen küçük halkasal DNA parçalarıdır ve antibiyotik direnci gibi avantaj sağlayan genler taşıyabilir.

Depo karbonhidratı olarak glikojen bulundurulabilir. Hücrede ribozom bulunması protein sentezinin, DNA bulunması kalıtsal bilginin aktarımının göstergesidir; ancak zarlı organel bulunmaması, bakterilerin enerji üretemediği ya da protein sentezleyemediği anlamına gelmez.

BAKTERİLERİN SINIFLANDIRILMASI

Şekillerine ve Hücre Duvarına Göre Bakteriler

Bakteriler hücre biçimlerine göre küresel kok, çubuk biçimli bacillus, virgül biçimli vibrio ve sarmal spirillum gibi gruplarda incelenebilir. Hücrelerin tek tek, çiftler, zincirler ya da kümeler hâlinde bulunması da tanımlamada kullanılır. Ancak yalnız şekil benzerliği, bakterilerin yakın akraba olduğunu kanıtlamaz.

Hücre duvarının yapısı ve boyanma özelliği Gram yöntemiyle ayırt edilebilir. Kalın peptidoglikan tabakalı bakteriler genel olarak Gram pozitif, daha ince peptidoglikan tabakasının dışında ek bir dış zar taşıyanlar Gram negatif olarak değerlendirilir. Bu ayrım, bakterinin tanınması ve uygun tedavinin belirlenmesi açısından önem taşıyabilir.

Oksijen Kullanımına Göre Bakteriler

Oksijene gereksinim, bakterilerin bulunduğu ortamda nasıl dağıldığını belirler. Zorunlu aeroblar oksijenli solunum için yüzeye yakın; zorunlu anaeroblar oksijenin zarar verici olduğu dip bölgelerde yoğunlaşır. Fakültatif anaeroblar oksijen varken oksijenli solunumdan yararlanır, oksijen olmadığında farklı yollarla yaşamını sürdürebilir; bu nedenle tüpün her yerinde, daha yoğun olarak üst bölümde bulunur. Aerotolerant anaeroblar oksijeni enerji üretiminde kullanmaz fakat varlığına dayanır ve ortama daha dengeli yayılır. Az oksijen isteyen mikroaerofiller ise yüzeyin hemen altında bir bant oluşturabilir.

Örnek - 5

Dört bakteri türü, üst bölümünde oksijen miktarı yüksek ve dibe doğru azalan özdeş besiyeri tüplerinde üretiliyor. K yalnız üstte; L yalnız dipte; M tüpün her yerinde fakat üstte daha yoğun; N ise tüp boyunca yaklaşık eşit yoğunlukta bulunuyor.

Buna göre K, L, M ve N için aşağıdaki eşleştirmelerden hangisi doğrudur?

A) K zorunlu aerob – L zorunlu anaerob – M fakültatif anaerob – N aerotolerant anaerob

B) K zorunlu anaerob – L zorunlu aerob – M aerotolerant anaerob – N fakültatif anaerob

C) K fakültatif anaerob – L aerotolerant anaerob – M zorunlu aerob – N zorunlu anaerob

D) K mikroaerofil – L fakültatif anaerob – M zorunlu anaerob – N zorunlu aerob

E) K aerotolerant anaerob – L mikroaerofil – M zorunlu aerob – N fakültatif anaerob

Cevabı Göster

Yalnız yüzeyde gelişen K oksijene zorunlu gereksinim duyar. Dipteki L oksijenden zarar görür. Her yerde olup üstte yoğunlaşan M oksijeni tercih eder fakat onsuz da yaşayabilir. Eşit dağılan N oksijeni kullanmaz ancak ona dayanır.

Cevap: A

BAKTERİLERDE BESLENME VE ENERJİ

Ototrof Bakteriler

Ototrof bakteriler, inorganik maddelerden organik besin sentezler. Fotoototrof bakteriler ışık enerjisinden, kemoototrof bakteriler ise amonyak, nitrit, hidrojen sülfür veya demirli bileşikler gibi inorganik maddelerin oksidasyonundan elde edilen kimyasal enerjiden yararlanır.

Siyanobakteriler fotosentez sırasında suyu hidrojen kaynağı olarak kullanıp oksijen açığa çıkarabilir. Bazı kükürt bakterileri ise hidrojen sülfürden yararlandığı için fotosentez sırasında oksijen oluşturmaz. Kemoototrof bakteriler ışığa gereksinim duymaz; karbon kaynağı olarak karbondioksiti kullanabilir.

Heterotrof Bakteriler

Heterotrof bakteriler organik besini dışarıdan alır. Saprofit bakteriler ölü organizmaları ve organik atıkları hücre dışına salgıladıkları enzimlerle parçalar, oluşan küçük molekülleri emer. Bu faaliyet madde döngülerinin sürmesini sağlar. Parazit bakteriler canlı bir konaktan beslenir ve bazıları hastalığa yol açabilir. Her heterotrof bakteri hastalık yapıcı değildir; insan bağırsağındaki birçok bakteri karşılıklı yarar sağlayan ilişkiler kurar.

BAKTERİLERDE ÜREME VE GENETİK ÇEŞİTLİLİK

İkiye Bölünme

Bakteriler uygun koşullarda ikiye bölünerek eşeysiz ürer. Halkasal kromozom eşlenir, kopyalar hücrenin farklı bölgelerine ilerler, hücre zarı ve duvarı içeri doğru büyür; ardından iki yavru hücre oluşur. Çekirdek ve iğ iplikleri bulunmadığı için bu olay mitoz değildir. Besin, sıcaklık, pH ve su miktarı uygun olduğunda bölünmeler kısa aralıklarla yinelenebilir ve popülasyon üstel artış gösterebilir.

Yatay Gen Aktarımı

Konjugasyonda iki bakteri geçici olarak pilus aracılığıyla bağlantı kurabilir ve genellikle bir plazmidin kopyası vericiden alıcıya aktarılır. Birey sayısı değişmediği için konjugasyon üreme değildir; yeni gen kombinasyonları oluşturarak çeşitliliği artırır. Bakterilerin çevreden serbest DNA almasına transformasyon, bakteriyofajlar aracılığıyla DNA taşınmasına transdüksiyon denir. Mutasyonlar da yeni kalıtsal farklılıkların temel kaynağıdır.

Görselin solundaki İkiye bölünme dizisinde tek hücreden iki hücreye geçiş ve “Birey sayısı artar” sonucu gösterilir. Sağdaki Konjugasyon dizisinde iki hücre arasında kurulan bağlantı boyunca plazmit aktarımı vardır; başlangıçta da sonuçta da iki hücre bulunduğu için “Birey sayısı değişmez” ifadesi yer alır. Oklar olayların ilerleme yönünü gösterir.

ENDOSPOR VE OLUMSUZ KOŞULLARA DAYANIKLILIK

Endospor Oluşumu ve Yeniden Aktifleşme

Bazı bakteriler besin yetersizliği, kuraklık ya da aşırı sıcaklık gibi olumsuz koşullarda DNA’larını ve az miktarda sitoplazmayı dayanıklı katmanlarla çevreleyerek endospor oluşturur. Metabolik etkinlik çok azalır; su kaybı ve çevresel etkilere dayanıklılık artar. Uygun koşullar geri geldiğinde endospor çimlenir ve yeniden aktif bakteri hücresine dönüşür.

Görselde soldaki aktif bakteri, “Olumsuz koşullar” oku yönünde ilerleyerek dayanıklı endospor hâline geçer. “Uygun koşullar” oku endosporun yeniden sağdaki aktif bakteriye dönüşmesini gösterir. Başlangıç ve sonuçta tek canlı birim bulunduğu için alttaki “Birey sayısı artmaz” ifadesi bu sürecin üreme olmadığını vurgular.

BAKTERİLERİN DOĞADAKİ VE İNSAN YAŞAMINDAKİ ROLÜ

Yararlı ve Zararlı Bakteriler

Bakteriler ekosistemlerde üretici, tüketici ve ayrıştırıcı roller üstlenebilir. Saprofitler organik kalıntıları parçalar; azot bağlayan ve nitrifikasyon gerçekleştiren türler azot döngüsüne katkı sağlar. Bazı bağırsak bakterileri sindirime ve vitamin üretimine destek olur. Yoğurt, peynir, sirke ve turşu üretiminde; enzim, hormon, antibiyotik ve aşı çalışmalarında bakterilerden yararlanılabilir. Petrol ve başka kirleticilerin parçalanmasında kullanılan türler biyolojik arıtmaya katkı sağlar.

Bazı bakteriler toksin üretir, dokulara zarar verir veya besinleri bozar. Hastalık oluşturabilme özelliği yalnız “bakteri olma” durumundan değil; türün virülans özelliklerinden, giriş yolundan, dozdan ve konağın savunmasından etkilenir. Dolayısıyla bütün bakteriler zararlı değildir.

Antibiyotikler ve Direnç

Antibiyotikler bakterilerin hücre duvarı sentezi, protein sentezi veya DNA çoğaltma mekanizmaları gibi hedeflere etki eder. Virüslerde bu hücresel hedefler bulunmadığı için antibiyotikler viral enfeksiyonları tedavi etmez. Bir bakteri topluluğunda direnç sağlayan mutasyon veya plazmit önceden bulunabilir. Antibiyotik duyarlı bireyleri elerken dirençlilerin yaşayıp çoğalmasına yol açar; yani dirençli varyantları seçer. Gereksiz ve hatalı kullanım bu seçilim baskısını artırır.

Örnek - 15

Aynı bakteri türünün eşit yoğunlukta yayıldığı bir petri kabına eşit miktarda K, L, M ve N antibiyotikleri emdirilmiş diskler yerleştiriliyor. Disk çevresindeki saydam bölge, bakterinin çoğalamadığı alanı gösteriyor.

Görselde K çevresindeki saydam alan en büyük, L çevresindeki orta, M çevresindeki küçük; N çevresinde ise saydam alan yoktur. Buna göre hangi yorum doğrudur?

A) Bakteri K’ye en dirençli, N’ye en duyarlıdır.

B) K bakterinin çoğalmasını en güçlü biçimde engellemiştir.

C) N’nin dozu diğerlerinden kesinlikle fazladır.

D) L ve M bakteriyi aynı ölçüde etkilemiştir.

E) Saydam alan büyüklüğü antibiyotik etkisiyle ilişkisizdir.

Cevabı Göster

Koşullar eşitken geniş saydam alan bakterinin ilgili antibiyotiğe daha duyarlı olduğunu gösterir. En büyük inhibisyon alanı K çevresinde olduğundan K en güçlü etkiyi göstermiştir.

Cevap: B

ARKELER

Arkelerin Ayırt Edici Özellikleri

Arkeler de bakteriler gibi çekirdeksiz, tek hücreli prokaryotlardır; ancak hücre duvarlarında peptidoglikan bulunmaz. Hücre zarlarındaki lipitlerin kimyasal bağları bakterilerden ve ökaryotlardan farklıdır. Genetik bilginin işlenmesinde görevli bazı proteinler ve RNA polimeraz özellikleri ökaryotlara daha çok benzer. Bu farklar, bakteriler ile arkelerin ayrı domainlerde değerlendirilmesinin temel nedenlerindendir.

Arkelerde halkasal DNA ve ribozom bulunur, ikiye bölünerek çoğalabilirler. Bazı türleri plazmit taşıyabilir. Güncel TYT düzeyinde insanlarda hastalık yaptığı kesinleşmiş arke örneği kabul edilmez. Bununla birlikte arkelerin tümü aşırı koşullarda yaşamaz; denizlerde, toprakta ve canlıların sindirim sisteminde yaşayan çok sayıda tür vardır.

Arke Grupları ve Yaşam Ortamları

Metanojenler oksijensiz ortamlarda karbondioksit gibi maddeleri kullanarak metan oluşturabilir; bataklıklarda, atık arıtma sistemlerinde ve bazı otçulların sindirim kanalında yaşayabilir. Halofiller çok tuzlu, termofiller yüksek sıcaklıklı, bazı asidofiller düşük pH’lı ortamlara uyum sağlar. Soğuk ortamları seven psikrofil arkeler de bulunur. Bu grupların enzimleri zorlu endüstriyel koşullarda çalışabildiği için biyoteknolojik açıdan değerlidir.

Arkelerin Ekolojik ve Teknolojik Önemi

Arkeler karbon ve azot döngülerine katılır. Metanojenlerden biyogaz üretiminde, yüksek sıcaklık veya tuzlulukta kararlı kalan arke enzimlerinden endüstriyel süreçlerde yararlanılabilir. Ekstrem koşullara uyumları, yaşamın sınırlarının ve başka gezegenlerde yaşam olasılığının araştırılmasına da model sağlar.

BAKTERİLER VE ARKELERİN KARŞILAŞTIRILMASI

Temel Benzerlikler ve Farklılıklar

Bakteriler ve arkeler prokaryot hücre planını paylaşır; çekirdekleri ve zarlı organelleri yoktur. İkisinde de hücre zarı, sitoplazma, ribozom ve halkasal kromozom bulunur. Buna karşılık hücre duvarı bileşimi, zar lipitlerinin kimyasal yapısı ve genetik bilginin işlenmesindeki bazı ayrıntılar farklıdır.

KONU BAĞLANTILARI VE SINAV STRATEJİSİ

Prokaryot hücre sorularında önce ortak ve değişken yapılar ayrılır. Hücre zarı, sitoplazma, ribozom ve DNA ortak çekirdeği oluştururken kapsül, kamçı, pilus ve plazmit bütün bakterilere genellenmez. İkiye bölünme hücre sayısını artırır; konjugasyon ve diğer yatay aktarım yolları genetik çeşitliliği etkiler; endospor ise dayanıklılık sağlar.

Beslenme sorularında enerji kaynağı ile karbon kaynağı ayrı düşünülür. Oksijen tüplerinde bakterilerin yalnız bulunduğu yer değil, yoğunluk dağılımı yorumlanır. Bakteri–arke karşılaştırmasında ortak prokaryot planı korunurken peptidoglikan, zar kimyası ve genetik mekanizmalardaki farklar belirleyici olur.