Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

Oksijen ihtiyaçlarına göre mikroorganizmaların sınıflandırılması

---

Oksijen ihtiyaçlarına göre mikroorganizmalar; aerob ve anaerob olmak üzere iki gruba ayrılır.

Aerob mikroorganizmalar: Aeroblar havanın oksijen oranı olan % 21 oksijen varlığında yaşama yeteneğinde olan türlerdir. Aerobik solunum yaparlar. Aerobik solunum yapan organizmalar,  enerjilerini  organik ya da inorganik bileşiklerin oksitlenmesinden sağlarlar ve oksitlenen bileşikten gelen elektronlar son basamakta   O2’ne aktarılır. Oksijen  son elektron alıcısıdır. Mikroorganizmaların çoğu, özellikle küfler bu gruba girer.  Pek çok aerob fakültatif’dir, bunlar uygun besin ya da kültür ortamlarında oksijen olsun veya olmasın  yaşayabilirler. Fakültatif aeroblar için  oksijen gerekli değildir, ancak oksijen varlığında daha iyi ürerler.  Memeli kalın bağırsağında yaşayan E. coli de fakültatif aerobtur.

Anaerob mikroorganizmalar:  Moleküler oksijenin olmadığı ortamlarda gelişirler.  Bu organizmalar anaerobik solunum yaparlar. Anaerobik solunum yapan organizmalar, enerjilerini organik veya inorganik bileşiklerin oksitlenmesinden sağlarlar, bu sırada açığa çıkan elektronlar en son basamakta oksijen dışındaki bir elektron alıcısına, genelde inorganik bir bileşiğe (nitrat, sülfat, kobondioksit gibi) verilir. İki tip anaerob organizma vardır:1- oksijeni tolere edebilen, oksijen varlığında yaşayabilenler  ancak oksijen varlığında daha iyi gelişmezler. 2-  Bunların  zorunlu  yada kesin (obligat) anaerob olanları ise oksijen varlığında ölürler ve zorunlu anaerob mikroorganizmalar olarak adlandırılırlar.  Metan bakterileri zorunlu anaerobtur. Metan bakterileri en son basamakta basamakta elektronları CO2 ‘e aktarırlar ve son ürün olarak metan oluşur.
Zorunlu anaerob  mikroorganizmalar: oksijen bunlara zehir etkisi yapar. Moleküler oksijenin olmadığı ortamlarda gelişirler. Clostridium cinsindeki bakteriler zorunlu anaerobdur.  Zorunlu anaeroblarda anaerob koşullar mikroorganizma üretimi sırasında sağlanmalıdır.

Besiyerlerinin O2 durumu üretilecek mikroorganizmaya göre ayarlanmalıdır. Aerobik kültürlerde O2 havadan sağlanır. Bunun için çalkamalı inkübatörler kullanılır. Bazen oksijen ortama oksijen tüpleri ya da akvaryum pompasından hava basarak verilebilir. O2 istemeyen yani anaerob olan mikroorganizmaların üretiminde ise besiyerinin atmosferik O2 ile ilişkisi kesilmelidir. Bunun için besiyerine Na-tiyoglikolat gibi  indirgen maddeler katılabilir, bu maddeler ortamdaki oksijeni suya indirgerler.  Agarların üzeri parafin gibi O2 girişini engelleyecek maddelerle örtülebilir. H2 veya azot gazı verilebilir.
Fakültatif aerob durumunda ise; hem  havalı hemde havasız şartlarda gelişirler dolayısıyla ortama özel olarak hava vermeye ya da çalkalamaya gerek yoktur. Besi ortamında çözünmüş olan O2 bunlar için yeterli olacaktır.
Organizmaların hücrelerinde, oksijenli ortamda  ATP sentezinde rol oynayan başlıca biyolojik yolları ve elektron taşıma zinciri olarak adlandırılan molekülleri  Biyokimya derslerinde göreceksiniz. Şimdi biz mayalanma (fermentasyon) olayına yoğunlaşacağız.

MAYALANMA (FERMENTASYON)
Oksijensiz şartlarda  (anaerobik şartlarda) organik besinlerdeki kimyasal bağ enerjisinin ATP ye çevrilmesi demektir. Genellikle enerji ihtiyacı az olan basit canlılarda görülür.  Başka fermentasyon yolları bilinmekle beraber en yaygın olanı glukoz fermentasyonudur. Glukozun fermentasyonun için yaygın olan biyokimyasal yol, aynı zamanda keşfedicisinin adı olan Embden-Meyerhof yolu alarak da isimlendirilen GLİKOLİZ yoludur.  Mikroorganizmalarda bulunan enzim farklılıklarına göre glikolizden sonra farklı alkol veya asit çeşitleri oluşabilir. Canlının fermantasyon yapmaktaki amacı ATP sentez etmektir. Burada şu konu önemlidir: Yukarıda anlatılan fermentasyon, biyolojik olarak fermentasyonun ya da diğer adıyla mayalanmanın tanımıdır.  Endüstriyel olarak gerçekleştirilen  biyoteknolojik sentezlerde fermentasyon tanımı daha genel olarak ‘mikroorganizma kullanılarak yapılan  işlemi’ ifade eder ve pek çok endüstriyel işlem de aerobik koşullarda olur.  Endüstriyel fermentasyonu ilerdeki derslerimizde işleyeceğiz.
Glikoliz: Glikoliz oksijenin olmadığı bir süreç olup, üç temel evre içerir. Bu evrelerin her biri ayrı enzimler tarafından katalizlenen tepkime serileridir. EVRE I:  Yükseltgenme-indirgenme tepkimelerinin olmadığı, enerjinin  açığa çıkmadığı tam tersine ATP harcandığı , glukozdan 2 molekül Gliseraldehit-3-fosfatın sentezlendiği hazırlık tepkimeleridir. EVRE II:  İki molekül ATP ve 2 molekül pirüvatın oluştuğu enzim katalizli tepkimeler serisidir.  Bu basamakta ATP, substrattan ADP’ye inorganik fosfat (Pi) transfer edilmesi sonucu sentezlenir, buna substrat düzeyinde fosforilasyon denir. EVRE III: Fermentasyon ürünlerinin eldesi.  Fermantasyonun asıl enerji kazancı glikoliz evresinde sağlanan net 2 ATP dir. Pirüvattan sonraki evrede ATP kazancı olmamasına rağmen tepkime devam eder. Çünkü ortamdaki sınırlı sayıda NAD+ olduğundan pirüvat herhangi bir fermentasyon ürününe indirgenmelidir ki,    NADH da  NAD+  haline yükseltgensin.  Tüm fermentasyon ürünleri pirüvattan oluşur. Bu tepkimeler maya hücresinin sitozolünde geçiyorsa pirüvat etanole indirgenir. Bu tepkimeler laktik asit bakterileri hücresinin sitozolünde geçiyorsa pirüvat laktik aside  indirgenir. Denklemler hem atom sayıları hem de yük bakımından denktirler.

C6H12O6 + 2 ATP+2 NAD+                  4 ATP + 2 CH3COCOOH + 2 NADH + 2H+
Fermentasyon ürünleri
2 C2H5OH + 2 CO2
Laktik Asit

Fermantasyon oksijen yokluğunda (anaerobik koşullarda) ceryan eder ve  enerji kazancı azdır. Çünkü glukozun yapısındaki C atomları kısmen yükseltgenmişlerdir ve oluşan  ürünler de (alkol, asit gibi ) hala bol miktarda kimyasal bağ enerjisi mevcuttur.  Buna karşın ortamda O2 varsa glukoz molekülü tamamen CO2 ‘e oksitlenir ve ATP verimi çok daha yüksek olur Son elektron alıcısının Oksijen olması halinde  glukozun  tamamen CO2 ‘e yıkılması aerobik   koşullarda olur. (Aerobik solunum denilen bu olay prokaryot hücrelerde sitoplazma zarında ökaryot hücrelerde ise mitokondri zarında geçer) .

---