Bakteriyel Besin Alımı ve Taşınımı
Bakteriyel besin alımı, hücrelerin iyonları, şekerleri, amino asitleri ve diğer çözünen maddeleri, zar bariyerine karşı hücre zarı boyunca hareket ettirdiği bir süreçtir. Sitoplazmik zarın polar ve yüklü moleküllere büyük ölçüde geçirimsiz olması nedeniyle, bakteriler ihtiyaç duydukları besinleri konsantre etmek için kanallar, ikincil taşıyıcılar, ATP ile çalışan pompalar ve grup translokasyon sistemleri gibi spesifik taşıma sistemlerine bağımlıdır.
Tanım
Bakterilerde biyolojik taşıma, zar proteinleri aracılığıyla çözünen maddelerin hücre zarı boyunca hareketidir; bu, pasif difüzyon, kolaylaştırılmış difüzyon, ATP veya iyon gradyanları ile enerji sağlanan aktif taşıma ve alım sırasında substratı kimyasal olarak modifiye eden grup translokasyonunu içermektedir.
Kapsam
Bu konu, bakteriyel taşımanın ana sınıflarını kapsamaktadır: pasif ve kolaylaştırılmış difüzyon, birincil aktif taşıma (ABC taşıyıcıları gibi), iyon gradyanları tarafından yönlendirilen ikincil aktif taşıma ve fosfotransferaz sistemi (phosphotransferase system) aracılığıyla grup translokasyonu. Ayrıca, Gram-negatif bakterilerde dış zar geçirgenliğinin rolü de ele alınmaktadır. Bu, mikrobiyal fizyolojide bir referans konusudur ve klinik bir talimat sunmamaktadır.
Temel sorular
- Bakteriler besinleri geçirimsiz bir zar boyunca nasıl hareket ettirir?
- Aktif taşımayı pasif ve kolaylaştırılmış difüzyondan ayıran nedir?
- Fosfotransferaz sistemi alımı fosforilasyona nasıl bağlar?
- Gram-negatif dış zar, hücreye girenleri nasıl sınırlar ve seçer?
Anahtar kavramlar
- Pasif ve kolaylaştırılmış difüzyon
- Birincil aktif taşıma ve ABC taşıyıcıları
- İkincil aktif taşıma (simport ve antiport)
- İtici güç olarak proton itici kuvveti (proton motive force)
- Grup translokasyonu ve fosfotransferaz sistemi (PTS)
- Dış zar porinleri ve seçici geçirgenlik
- Siderofor aracılı demir alımı
Mekanizmalar
Küçük yüksüz moleküller zar boyunca difüzyonla geçebilmektedir, ancak çoğu besin maddesi özel taşıyıcılara ihtiyaç duymaktadır. ABC sistemleri gibi birincil aktif taşıyıcılar, çözünen maddeleri bir gradyana karşı pompalamak için ATP'yi hidrolize ederken, ikincil taşıyıcılar çözünen madde hareketini proton itici kuvvetine (proton motive force) veya diğer iyon gradyanlarına bağlamaktadır (Madigan ve diğerleri, 2018; White ve diğerleri, 2017). Grup translokasyonunda, fosfotransferaz sistemi şekerleri içeri girerken fosforile ederek aynı anda onları hapseder ve aktive eder; aynı sistem metabolik düzenlemede de rol almaktadır (Deutscher ve diğerleri, 2006). Gram-negatif bakterilerde dış zar, porinleri ve geçirgenlik özellikleri iç zara hangi moleküllerin ulaşacağını belirleyen ek bir bariyer oluşturmaktadır (Nikaido & Vaara, 1985).
Klinik önem
Taşıma sistemleri, bazı antibakteriyel ajanlar da dahil olmak üzere moleküllerin bakteriyel hücreye nasıl girdiğini veya hücreden nasıl dışlandığını belirlemektedir ve dış zar geçirgenliği, Gram-negatif bakterilerin doğal direncinde bir faktördür. Demir alım taşıması, bakterilerin konakçıdan kıt besinleri nasıl elde ettiğiyle de ilişkilidir. Bu konu, anlamaya yönelik taşıma prensiplerini açıklamaktadır ve tedavi kararları için bir temel oluşturmamaktadır.
Tarihçe
Bakteriyel taşıma anlayışı, hücrelerin besinleri nasıl konsantre ettiğine dair yirminci yüzyıl çalışmalarıyla ilerlemiştir; bu çalışmalar, şeker alımını fosforilasyona bağlayan bir yol olarak fosfotransferaz sisteminin keşfini içermekteydi ve bu sistemin daha sonra metabolik düzenlemede merkezi bir rol oynadığı gösterilmiştir (Deutscher ve diğerleri, 2006). Gram-negatif zarf üzerindeki çalışmalar, dış zarın ve porinlerinin geçirgenliği ve seçiciliği nasıl yönettiğini açıklığa kavuşturmuş (Nikaido & Vaara, 1985), böylece taşımanın bakterilerin neyi kullanabileceği ve hücreye neyin ulaşabileceği konusunda temel bir belirleyici olduğunu ortaya koymuştur.
Öne çıkan isimler
- Hiroshi Nikaido
- Josef Deutscher
- Pieter Postma
İlgili konular
Temel eserler
- deutscher-2006
- nikaido-1985
Sıkça sorulan sorular
- Bakteriler neden basit difüzyon yerine taşıma sistemlerine ihtiyaç duyar?
- Sitoplazmik zar çoğu polar ve yüklü çözünen maddeye karşı geçirimsizdir ve besin maddeleri genellikle düşük konsantrasyonlarda bulunmaktadır, bu nedenle bakteriler ihtiyaç duydukları molekülleri seçici olarak içeri almak ve konsantre etmek için spesifik taşıyıcılardan yararlanmaktadır.
- Fosfotransferaz sistemi nedir?
- Fosfotransferaz sistemi, belirli şekerleri fosforile ederek içeri alan bir grup translokasyon yoludur, böylece şeker içeri girerken kimyasal olarak modifiye edilmektedir; aynı zamanda bakteriyel karbonhidrat metabolizmasının düzenlenmesinde geniş kapsamlı rollere de sahiptir.