Bakteriyel Metabolizma—Aerobik ve Anaerobik
Bakteriyel enerji metabolizması, bakterilerin besin maddelerinden enerji elde ettiği ve bu enerjiyi ATP ile proton motive kuvveti olarak depoladığı yollar bütünüdür. Bakteriler metabolik açıdan çeşitlilik göstermektedir: bazıları terminal elektron alıcısı olarak oksijene ihtiyaç duyarken (aerobik solunum), diğerleri alternatif alıcılar kullanmakta veya hiç kullanmamaktadır (anaerobik solunum ve fermantasyon); birçoğu ise oksijenin mevcudiyetine bağlı olarak metabolik modlar arasında geçiş yapabilmektedir.
Tanım
Bakteriyel metabolizma, bakteri hücrelerinin katabolik ve anabolik reaksiyonlarını kapsamaktadır; aerobik metabolizma terminal elektron alıcısı olarak oksijeni kullanırken, anaerobik metabolizma oksijen olmaksızın, ya alternatif alıcılar üzerinde solunum yoluyla ya da fermantasyon yoluyla enerji depolamaktadır.
Kapsam
Bu konu, bakterilerin başlıca enerji sağlama stratejilerini—aerobik solunum, alternatif elektron alıcıları ile anaerobik solunum ve fermantasyon—bakterilerin oksijen ilişkilerine göre sınıflandırılması ve hücrelerin en uygun yolu seçmesini sağlayan düzenleme ile birlikte ele almaktadır. Bu, mikrobiyal fizyolojide bir referans konusudur ve klinik rehberlik sağlamamaktadır.
Temel sorular
- Bakteriler solunum ve fermantasyon yoluyla enerjiyi nasıl korumaktadır?
- Aerobik solunumu anaerobik solunumdan ayıran nedir?
- Bakteriler oksijenle ilişkilerine göre nasıl sınıflandırılmaktadır?
- Hücreler hangi enerji yolunu kullanacaklarını nasıl düzenlemektedir?
Anahtar kavramlar
- Solunum ve fermantasyon
- Terminal elektron alıcıları (oksijen, nitrat, sülfat, fumarat)
- Elektron taşıma zinciri ve proton motive kuvveti
- Obligat aeroblar, obligat anaeroblar, fakültatif anaeroblar ve mikroaerofiller
- Karbon katabolit represyonu (carbon catabolite repression)
- Gen ekspresyonunun redoks kontrolü
Mekanizmalar
Solunumda, bir donörden gelen elektronlar bir elektron taşıma zinciri boyunca terminal bir alıcıya geçerek ATP sentezini sağlayan bir proton motive kuvveti oluşturmaktadır; aerobik solunum oksijeni kullanırken, anaerobik solunum nitrat, sülfat veya fumarat gibi alıcıları kullanmaktadır (Madigan et al., 2018; White et al., 2017). Fermantasyonda ise harici bir elektron alıcısı kullanılmamakta ve ATP, substrat düzeyinde fosforilasyon ile üretilmekte, organik moleküller dahili elektron havuzları olarak işlev görmektedir. Bakteriler oksijeni ve redoks durumunu algılayarak gen ekspresyonunu buna göre ayarlamaktadır (Bauer et al., 1999) ve karbon katabolit represyonu (carbon catabolite repression) aracılığıyla en uygun karbon kaynağını tercihli olarak tüketmektedir (Görke & Stülke, 2008).
Klinik önem
Bir bakterinin oksijen gereksinimi, vücutta nerede büyüdüğünü ve laboratuvarda nasıl izole edildiğini açıklamaya yardımcı olmaktadır; anaerobik metabolizma ise oksijenin az olduğu bölgelerde bulunan organizmaların karakteristik özelliğidir. Fermantasyon ürünleri ayrıca tanısal tanımlamada bakterileri ayırt etmek için de kullanılmaktadır. Bu konu, bu metabolik prensipleri anlama amacıyla tanımlamakta olup, tedavi kararları için bir temel oluşturmamaktadır.
Tarihçe
Bakterilerin oksijenli veya oksijensiz yaşayabildiği bilgisi, Louis Pasteur'ün on dokuzuncu yüzyıldaki fermantasyon çalışmaları ve aerobik ile anaerobik yaşam arasındaki ayrımına dayanmaktadır. Yirminci yüzyıl, enerji korunumunun kemiozmotik temelini ve bakteriler tarafından kullanılan terminal elektron alıcılarının çeşitliliğini açıklığa kavuşturmuş; daha sonraki çalışmalar ise hücrelerin oksijeni ve redoks durumunu algılayarak metabolizmalarını nasıl düzenlediğini (Bauer et al., 1999) ve katabolit represyonu (catabolite repression) aracılığıyla besinleri nasıl önceliklendirdiğini detaylandırmıştır (Görke & Stülke, 2008).
Öne çıkan isimler
- Carl Bauer
- Boris Görke
- Jörg Stülke
İlgili konular
Temel eserler
- bauer-1999
- gorke-stulke-2008
Sıkça sorulan sorular
- Bakterilerde aerobik ve anaerobik solunum arasındaki fark nedir?
- Her ikisi de enerji depolamak için bir elektron taşıma zinciri kullanmaktadır, ancak aerobik solunum son elektron alıcısı olarak oksijeni kullanırken, anaerobik solunum nitrat, sülfat veya fumarat gibi alternatif alıcıları kullanmaktadır.
- Fermantasyon solunumdan nasıl farklıdır?
- Fermantasyon, harici bir elektron alıcısı veya elektron taşıma zinciri olmaksızın, organik molekülleri dahili elektron havuzları olarak kullanarak substrat düzeyinde fosforilasyon ile ATP üretmektedir, bu nedenle solunumdan çok daha az enerji sağlamaktadır.