Eğer bu mesajı görüyorsanız, web sitemizde dış kaynakları yükleme sorunu yaşıyoruz demektir.

If you're behind a web filter, please make sure that the domains *.kastatic.org and *.kasandbox.org are unblocked.

Ana içerik

Prokaryot Metabolizması

Prokaryotlar enerji ve besini nasıl elde ederler? Kemotrof ve fototroflar. Heterotrof ve ototroflar.

Önemli noktalar:

  • Bazı prokaryotlar fototroftur yani enerjilerini güneşten alırar. Diğerleri ise kemotroftur yani enerjilerini kimyasal bileşiklerden alırlar.
  • Bazı prokaryotlar, karbonu CO2'den sabitleyen ototroflardır. Bazıları da karbonu diğer organizmaların organik bileşiklerinden alan heterotroflardır.
  • Prokaryotların aerobik (oksijene ihtiyaç duyan) veya anaerobik (oksijene dayalı olmayan) metabolizmaları olabilir ve bazıları bu ikisi arasında geçiş yapabilir.
  • Bazı prokaryotlar, azot ya da sülfür içeren karışımları metabolize etmelerini sağlayan özel enzimlere ve yollara sahiptirler.
  • Prokaryotlar, ekosistemler içindeki besin zincirlerinde önemli roller oynarlar.

Giriş

Genel anlamda, senin ve benim kendimizi beslemek için oldukça sınırlı sayıda yolumuz olduğunu söyleyebiliriz. Sebzeler ve dondurma arasında karar verme şansımız olabilir (ikisinin de sağlıklı miktarlarda zevkini çıkarabilmenin umuduyla!). Ancak, fotosentez yapmamız çok olası değil. Ya da kahvaltı için "çürük yumurta kokusundan" sorumlu hidrojen sülfür bileşiğini yememiz de pek olası değil.
Prokaryotlar (bakteri ve arkelar) beslenme stratejileri bakımından insanlardan çok daha çeşitli yollara sahiplerdir; bu, aynı zamanda onların sabit karbon (yakıt molekülleri) ve enerji elde etme yollarıdır. Bazı türler ölü bitkiler ve hayvanlar gibi organik maddeler tüketirler. Diğerleri kayalardaki inorganik bileşikler sayesinde hayatlarını sürdürürler. Thiobacillus concretivorans isimli bir bakteri, metalleri eritebilen sülfürik asit tüketir!1
Bu makalede, prokaryotların yemeklerini elde etme ve metabolize etmelerinin ve besin zincirini nasıl etkileyebildiklerinin birçok yolunu daha yakından inceleyeceğiz.

Beslenme modları

Dünyadaki tüm yaşam formları, hücrelerini oluşturan makromolekülleri oluşturmak için enerjiye ve sabit karbona (organik moleküllere dahil edilen karbon) ihtiyaç duyarlar. Bu insanlar, bitkiler, mantarlar ve elbette prokaryotlar için de geçerlidir. Yaşayan organizmalar, enerji ve karbonu nasıl sağladıklarına göre sınıflandırılabilirler.
Organizmaları ilk olarak sabit (kullanılabilir) karbonu nereden aldıklarına göre sınıflandırabiliriz:
  • Karbonu, karbondioksitten (CO2) ya da başka inorganik bileşiklerden sabitleyen organizmalar ototroflar olarak adlandırılırlar.
  • Diğer organizmalar tarafından yapılan organik bileşiklerden (organizmaları veya yan ürünlerini yiyerek) sabit karbon alan organizmalara heterotrof adı verilir.
Organizmaları ayrıca enerjiyi nereden aldıklarına göre de sınıflandırabiliriz:
  • Enerji kaynağı olarak ışık (genellikle güneş) kullanan organizmalar fototroflar olarak adlandırılırlar.
  • Enerji kaynağı olarak kimyasalları kullanan organizmalar kemotroflar olarak adlandırılırlar.
Prokaryotları (ve diğer organizmaları) enerji ve karbon kaynaklarına göre dört farklı gruba ayırabiliriz:
Beslenme moduEnerji kaynağıKarbon kaynağı
FotoototrofIşıkKarbondioksit (veya ilgili bileşikler)
FotoheterotrofIşıkOrganik bileşikler
KemoototrofKimyasal BileşiklerKarbondioksit (veya ilgili bileşikler)
KemoheterotrofKimyasal BileşiklerOrganik Bileşikler
Bitkiler gibi fotoototrofları ve insanlar ya da diğer hayvanlar gibi kemoheterotrofları yakından tanıyoruz. Prokaryot türleri, hem bu kategorilere hem de bitkilerin veya hayvanların bulunmadığı, diğer kateogorilere göre daha az bilinen iki kategoriye aittirler (fotoheterotroflar ve kemoototroflar).2,3

Aerobik ve anaerobik solunum

Prokaryotların insanlara göre farklı olduğu (ki bizden çok daha çeşitliler!) bir metabolik alan da oksijen ihtiyaçlarıdır. Bazılarının oksijene ihtiyacı vardır, oksijen bazılarını zehirler ve bazıları da bulabilmelerine bağlı olarak oksijeni kullanabilir ya da kullanmayabilirler.
  • Metabolizmalaştırmak için O2'ye ihtiyaç duyan prokaryotlara zorunlu oksijencil adı verilir. İnsanlar da zorunlu oksijencildir (nefesinizi çok uzun süre tutmaya çalıştığınızda anlamış olabileceğiniz üzere).
  • O2'yi tolere edemeyen ve sadece anaerobik metabolizma gerçekleştiren prokaryotlara zorunlu oksijensizler adı verilir. C. botulinum (konserve gıdada çoğaldığında botulizme (bir tür gıda zehirlenmesi) neden olan bakteri) zorunlu oksijensizdir: dış ortamla ilişkisi olmayan konservelerin içinde hızlı bir şekilde çoğalmalarının sebebi de budur.4
  • Fakültatif anaeroblar O2 mevcut olduğunda aerobik metabolizmayı, oksijen olmayan ortamda anaerobik metabolizmayı kullanırlar. Stafilokok ve streptokok enfeksiyonlarına neden olan bakteriler, fakültatif anaeroblara örnektir.
Görsel hakları: "Clostridium botulinum," U. S. Centers for Disease Control and Prevention (Public Health Image Library), genel kullanıma açık.

Sülfür ve azot metabolizması

Bazı bakterilerin ve arkelerin, ökaryotların yapamayacağı yollarla azotu ve sülfürü metabolizmalaştırmalarını sağlayan metabolik yolakları vardır. Bazı durumlarda, enerji elde etmek için azot ya da sülfür içeren moleküller kullanırlar ancak bazı durumlarda da bu molekülleri bir formdan diğerine dönüştürmek için enerji harcarlar.

Sülfür metabolizması

Sülfür metabolize eden prokaryotların bazı etkileyici örnekleri derin deniz ekosistemlerinde bulunur. Örneğin, belli prokaryotik türler sıcak hidrotermal menfezlerin borularından hidrojen sülfürü (H2S) oksitleyebilirler. İnorganik karbonu sudan şekere ve diğer organik moleküllere sabitlemek için kemosentez adı verilen bir işlemde açığa çıkan enerjiyi kullanırlar. 6
_Görsel hakları: "Champagne vent white smokers.jpg," NOAA (genel kullanıma açık)._
Sülfür metabolizması yapan prokaryotlar, derin deniz habitatlarındaki (en küçük ışık ışınının bile fotosentezi desteklemek için ulaşamadığı yerlerde) besin zincirlerinin temelini oluştururlar. Sülfür metabolizörleri, okyanus yüzeyinin binlerce metre altındaki solucanlar, yengeçler ve karidesler de dahil olmak üzere birçok organizma topluluklarını destekler.

Azot metabolizması

Azot metabolizmalaştıran prokaryotlar arasında azot sabitleyiciler, azotlayıcılar ve azot gidericiler bulunur. Bu prokaryotlar, azot bileşiklerini bir kimyasal formdan diğerine dönüştürerek azot döngüsünde önemli roller oynarlar.
_Görselin uyarlandığı kaynak: "Nitrogen-fixing nodules in the roots of legumes..JPG," Terraprima (CC BY-SA 3,0)._
Azot sabitleyici prokaryotlar, atmosferik azotu (N2), bitkilerin ve diğer organizmaların organik moleküllere dahil edebileceği amonyağa ( textNH3) dönüştürürler (“sabitlerler”). Baklagil ailesindeki bezelye gibi bazı bitki türleri, azot sabitleyici bakterilerle karşılıklı yararlı ilişkiler (mutualizm) kurarlar. Bitkiler bakterileri kök nodülleri denilen yapılarda barındırıp beslerken, bakteriler de bitkinin köklerine sabit azot sağlarlar.
Azotlayıcı bakteriler olarak adlandırılan, topraktaki diğer prokaryotlar, amonyağı, bitkiler tarafından da emilebilen diğer bileşik türlerine (nitratlar ve nitritler) dönüştürür. Azot giderici prokaryotlar, nitratı N2 gazına dönüştürerek işlemin aşağı yukarı tersini yaparlar.

Biyojeokimyasal döngüler

Kimyasal elementlerin geri dönüşümünün sürekliliği, ekosistemlerin işleyişi için hayati öneme sahiptir. Dünyadaki biyojeokimyasal döngülerde, kimyasal elementler tekrarlanan bir döngüde çeşitli farklı formlara dönüştürülür.
Prokaryotlar çeşitli metabolizmaları sayesinde birçok küresel döngüde önemli roller oynarlarlar. Bu bölümde azor ve karbon döngülerindeki işlevlerini daha yakından inceleyeceğiz.

Azot döngüsü

Son bölümde gördüğümüz gibi, azot sabitleyici prokaryotlar atmosferik azotu ( textN2) amonyağa (NH3) dönüştürürler (“sabitlerler”). Bitkiler ve diğer organizmalar daha sonra bu amonyağı amino asitler ve nükleotitler gibi moleküller oluşturmak için kullanabilirler.
Toprakta yaşayan diğer prokaryotlardan olan azotlayıcı bakteriler, amonyağı, bitkiler tarafından da emilebilen diğer bileşik türlerine (nitratlar ve nitritler) dönüştürürler. Nitratları N2'ye dönüştüren azot giderici prokaryotlar, azot atomlarını topraktan atmosfere geri taşırlar.
Aşağıdaki görsel, prokaryotların rollerine vurgu yaparak azot döngüsünün basitleştirilmiş bir versiyonunu gösteriyor.
_Görselin uyarlandığı kaynak: "Nitrogen cycle" by Johann Dréo (CC BY-SA 3,0). Uyarlanmış görsel CC BY-SA 3,0 lisanslıdır._

Karbon döngüsü

Prokaryotlar karbon döngüsü için de önemlidirler. Fotosentetik prokaryotlar, örneğin siyanobakteriler, CO2'yi atmosferden almak ve organik moleküllere sabitlemek için ışık enerjisi kullanırlar. Bu fotosentetik bitkiler tarafından gerçekleştirilen temel işlemin aynısıdır.
Prokaryotik ayrıştırıcılar ise karbonu tam tersi yönde hareket ettirirler. Ölü organik maddeleri (daha önce yaşayan bitki ve hayvanlardan) parçaladıklarında, CO2'yi hücresel solunum yolu ile atmosfere geri döndürürler. Ayrıştırma, çeşitli başka element ve inorganik molekülleri de yeniden kullanılabilmeleri için serbest bırakır.
Aşağıdaki görsel, prokaryotların rollerine vurgu yaparak karbon döngüsünün basitleştirilmiş bir versiyonunu gösteriyor.
_Görselin uyarlandığı kaynak: "Nitrogen cycle" by Johann Dréo (CC BY-SA 3,0). Uyarlanmış görsel CC BY-SA 3,0 lisanslıdır._

Konuyu anlayıp anlamadığınızı kontrol edin!

  1. Bakterilerin metabolitik stratejileri ile ilgili olan aşağıdaki ifadeleriden hangileri doğrudur?
    Doğru
    Yanlış
    Bazı bakteriler aynen bitkiler gibi, fotosentez yapar ve oksijen üretirler.
    Bakteriler her zaman ototrofiktir yani ancak ışık veya kimyasal kaynaklardan enerji alabilirler.
    Bazı kemosentetik bakteriler, fotosentezin mümkün olmadığı topluluklara enerji ve sabit karbon sağlamaktadırlar (örnek: derin deniz menfezleri).
    Bazı bakteriler konak organizmaların içinde simbiyotik olarak yaşar ve konağına besin sağlarlar.

Tartışmaya katılmak ister misiniz?

Henüz gönderi yok.
İngilizce biliyor musunuz? Khan Academy'nin İngilizce sitesinde neler olduğunu görmek için buraya tıklayın.