Mikroorganizmaların Gelişmesini Etkileyen Çevresel Faktörler  Sıcaklık,  pH,  Su aktivitesi,  Oksijen,  Basınç  Radyasyon

(1)

Mikroorganizmaların Gelişmesini Etkileyen Çevresel Faktörler

 Sıcaklık,

 pH,

 Su aktivitesi,

 Oksijen,

 Basınç

 Radyasyon

(2)

IV. G. 1. Sıcaklık

Bir organizmanın en iyi gelişme gösterdiği

sıcaklık optimum sıcaklık olarak adlandırılır.

Mikrobiyel gelişmenin olduğu en yüksek sıcaklık Maksimum sıcaklık olarak adlandırılır.

Mikrobiyel gelişmenin olduğu en düşük sıcaklık minimum sıcaklık olarak adlandırılır.

Maksimum, optimum ve minimum sıcaklıkların hepsine birden kardinal ( asıl, esas) sıcaklık denilir.

(3)

 Mikrobiyel gelişme yaklaşık –20oC ile 110oC aralığında olmaktadır.

 Bu sıcaklık derecelerinde mikrobiyel gelişme oldukça yavaştır.

 Tek bir mikroorganizma türü bu sıcaklık

değerleri arasında gelişmesini sürdüremez.

 Bazı türler düşük sıcaklıklarda, sıcak su kaynaklarında yaşayan bazı türler ise

suyun kaynama noktasından daha yüksek sıcaklıklarda gelişebilirler.

 Bu tip ekstrem koşullarda gelişebilen

mikroorganizmalar extremophile olarak

adlandırılır.

(4)

Genellikle mikroorganizmaların minimum ve maksimum sıcaklık dereceleri arasında 30 derecelik bir fark vardır. Ancak bazı türlerde minimum ve maksimum sıcaklık değerleri arasındaki aralık çok azdır.

Stenotermal olarak adlandırılan bu türlerden biri olan Neisseria gonorrhoeae, minimum 30

^o

C, maksimum 38

^o

C arasındaki sıcaklık değerlerinde gelişmesini sürdürebilir.

Öritermal (Eurythermal) olarak adlandırılan

bazı türler ise, örneğin Enterococcus

faecalis, minimum 0

^o

C, maksimum 44

^o

C

arasında gelişmesini sürdürebilir.

(5)

Kardinal sıcaklıklar pH ve besiyeri bileşimi gibi çeşitli çevresel faktörlerden etkilenir.

Örneğin sivrisinek barsağında yaşayan flagellalı bir protozoa olan Crithidia fasciculata, fakir bir ortamda 22-27oC’de, zengin ortamlarda ise 33-34oC’de gelişmektedir. E. coli ise zengin ortamlarda optimum gelişmesini 39oC’de (maksimum 48oC minimum 8oC) gerçekleştirmektedir. Normal ortamlarda ise E. coli için optimum sıcaklık 37oC’dir.

Optimum geliştikleri sıcaklık derecelerine göre mikroorganizmalar

1. Psikrofil 2. Mezofil 3. Termofil

4. Hipertermofil

(6)

Psikrofil (Psychrophile):

Düşük sıcaklıklarda gelişen bu organizmaların optimum geliştikleri sıcaklık yaklaşık 15^oC’dir.

Bu mikroorganizmaların minimum sıcaklıkları 0^oC, maksimum sıcaklıkları ise 20^oC'dir.

Bu grupta yer alan, 0^oC canlılığını koruyarak 20-40^oC'de optimum gelişebilen organizmalar ise psikrotolerant (fakültatif psikrofil) olarak adlandırılmaktadır.

(7)

Psikrofil mikroorganizmalar düşük sıcaklıklarda aktif olan enzimlere sahiptir.

 Fazla miktarda α heliks ve az miktarda da β yapısı vardır. β tipi katlanmalar proteinde daha sağlam bir yapı oluştururlar.

 Bu enzimler soğukta inaktif enzimlerden daha fazla polardır

 Daha az hidrofobik amino asit içermektedir.

Bu organizmaların sitoplazma

membranlarında doymamış yağ asitleri

fazla miktarda bulunur. Bu da düşük

sıcaklıklarda membran akışkanlığının

korunmasını sağlamaktadır.

(8)

2. Mezofil (Mesophile): Optimum gelişme sıcaklıkları 37-40

^o

C olan ve yaşadığımız çevrelerde ve vücutlarımızda yaygın olarak bulunan bu organizmaların minimum sıcaklıkları 15

^o

C, maksimum sıcaklıkları ise 45

^o

C'dir.

3. Termofil (Thermophile): Optimum gelişme sıcaklıkları 45-80

^o

C arasında olan mikroorganizmalar bu grupta yer almaktadır.

4. Hipertermofil (Hyperthermophile):

Optimum gelişme sıcaklıkları 80

^o

C'nin

üstünde olan mikroorganizmalar bu

grupta yer alır.

(9)

1. Prokaryotlar ökaryotlardan daha yüksek sıcaklıklarda gelişebilirler. 65

^o

C’ni üstünde sadece prokaryotlar gelişebilmektedir. Yapısal olarak daha kompleks olan ökaryotlar yüksek sıcaklığa daha hassastır.

2. Tüm prokaryotlar içinde sadece Arkeler en termofil organizmalardır.

3. Fotosentez yapmayan organizmalar

fotosentez yapanlardan daha yüksek

sıcaklıklarda gelişebilirler.

(10)

Yüksek sıcaklığa termofil mikroorganizmaların moleküler adaptasyonu:

Bunların enzimlerindeki amino asit dizileri mezofillerden çok az farklılık göstermektedir. farklı katlanmalar yaparlar.

Hipertermofillerin proteinlerinde fazla sayıda tuz köprüleri bulunur.

Bu proteinlerdeki hidrofobik uçlar onların daha sıkı katlanmalar yapmasını sağlar.

Termofillerdeki membran lipitleri doymuş yağ asitlerince zengindir.

Hipertermofil arkelerde hidrokarbonlar

bulunur, membranları tek tabakalıdır

(monolayer)

(11)

Termofiller ve Biyoteknoloji

 Termofil organizmaların yüksek sıcaklıklarda biyokimyasal reaksiyonları katalize eden

enzimleri, moleküler biyolojide özel DNA

parçalarının çoğaltılmasında kullanılmaktadır.

Polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) olarak bilinen bu olayda DNA polimeraz enzimleri DNA'nın

kopyalanmasında kullanılmaktadır.

 Önce DNA ısıtılarak tek iplikcik haline getirilir.

Bu sıcaklıkta çalışabilen termofil bakterilerden elde edilen polimerazlar, bu DNA parçalarının kopyasını çıkartarak çoğaltırlar.

 Termus aquaticus'dan izole edilen Tag

polimeraz 95oC'de stabildir. Ancak bundan daha yüksek sıcaklıkta 100oC’de çalışabilen, Pyrococcus furiosus'dan izole edilen Pfu

polimeraz, bu çalışmalarda hata oranı daha az olmasından ve daha yüksek sıcaklıkta stabil kalmasından dolayı tercih edilmektedir.

(12)

pH

pH, ortamdaki H iyonu

konsantrasyonunun negatif logaritmasıdır.

1. Asidofil mikroorganizmalar

2. Nötrofil mikroorganizmalar

3. Alkalofil mikroorganizmalar

(13)

Su Aktivitesi

su aktivitesi (a

_w

), herhangi bir

maddenin bulunduğu

süspansiyonun buhar

basıncının, aynı sıcaklıktaki saf

suyun buhar basıncına oranıdır.

(14)

Bazı mikroorganizmalar düşük su aktiviteli ortamlarda gelişebilirler.

 halofiller (yüksek tuz),

 kserofiller (kurak)

 ozmofiller (şekerli)

(15)