MANTAR, BİTKİ, BAKTERİ HÜCRELERİNDE HÜCRE DUVARI

Hücre duvarı, biyomoleküllerden oluşan dinamik bir yapıdır. Hücreyi iç ve dış etkenlerden korur ve hücreye metabolik olaylarda kolaylık sağlar.

Bakterilerde Hücre Duvarı

Bakterilerin tümü tek hücreli canlılar­dır. Bazı türler (örneğin mikroplazma) hariç, hücre zarının dışında bakteriyi çev­releyen bir duvar bulunur. Duvar birçok tabakadan oluşur. İç tabaka peptidoglikan adı verilen peptidlerin (amino asitlerin oluşturduğu kısa zincirler) ve şekerlerin oluşturduğu kompleks bir yapıdadır. Dış tabaka ise bakterinin tipine göre değişiklik gösterir. Duvar yapısını esas alarak bakte­rileri iki büyük gruba ayırabiliriz: Gram pozitif ve gram negatif bakteriler.

Gram pozitif bakterilerde hücre du­varının peptidoglikan tabakası daha ka­lındır ve ek bazı moleküller içerir. Gram negatiflerde ise duvarının peptidoglikan tabakası daha incedir, fakat dış tabakası kompleks biyomoleküller içerir. Gram ne­gatif bakterilerde zar ile duvar arasında bir boşluk vardır. Bazı bakteriler burada özel silahlarını saklar. Duvarlarını yıkmak için gönderilen ilaçlara karşı gerektiğinde bu silahları kullanarak savaşırlar.

Bakterileri hücre duvarı yapısına göre kabaca iki gruba ayırdık: Gram pozitif ve gram negatif. Buradaki “gram” söz­cüğünün kütle birimi olan “gram”la hiç bir ilgisi bulunmamaktadır. Bu sözcük, bakterileri mik­roskopta daha kolay görebilmek için bir boya geliştirmeye çalışan Danimarkalı bilim insanı Christian Gram’ın soyadın­dan gelmektedir. Gram’ın geliştirdiği boya ile mavi boyanan hücreler gram pozitif, kır­mızı boyananlar ise gram negatif olarak sınıflandırılıyor. 1884 yılında geliştirilen gram boyası önemini hiç yitirmedi ve günümüzde de bakteri laboratuarlarında en sık başvurulan boyama yöntemidir. Gram boyasının bu başarısına rağmen tüm bakterileri sadece bu boya ile tanım­lamak mümkün değildir. Biyolojide katı sınıflandırmaların pek işe yaramadığı burada bir kez daha açığa çıkıyor. Örne­ğin verem (tüberküloz basili) hastalığına neden olan bakteriyi bu sınıflandırmaya göre ayırmak mümkün değildir.

Bakterilerde hücre duvarı bulunduğu ortama göre yeniden şekillenebilmektedir. Bu­rada olağanüstü bir düzenleme sistemi mevcut. Duvarın şekli değişeceği zaman belli yerlere ekleme yapılması gerekir ve doğal olarak bu bölgede duvarın bütün­lüğü bozulur. Özellikle gram negatif bakterilerde sadece bir tabaka peptidoglikan yapı bulunduğu için duvarın yeniden şekillenmesi önemli bir sorun oluşturur. Duvarın şekillenmesinde önemli rolü olan turgor basıncı duvarı dışarıya doğ­ru iterek gergin tutar. Farklı bakterilerde turgor basıncı farklı olabilir. Bazı gram pozitif bakterilerde duvar 50 atmosfer basınca bile dayanabilir.

Bakteri hücrelerini koruyan duvarı yıkmak hiç de kolay değildir. Bu sağlam hücre duvarları 20. yy’a kadar çok sayıda insanın canına mal olmuştur. Bakteri duvarını yıkabilecek silah nihayetinde 1928 yılında tesadüfen bulunur. Bu silah; penisilin. Penisilin var olan duvarı yıkmak yerine, yeni duvar oluşumunu engellemektedir. Duvarı olmayan bakterinin ya­şaması ve çoğalması da pek mümkün değildir. İlk geliştirildiği yıllarda son derece etkili olan penisilin daha sonra gücünü ne ya­zık ki yitirmeye başlamıştır. Çünkü aradan geçen sürede bakteriler, penisiline karşı savaşmayı öğrenmişlerdir. Penisilin onların kalesini sonsuza dek yıkmadan bakteri­ler penisilini etkisiz hale getirmeyi başar­dı. Penisilinle başlayan savaşın henüz galibi olmasa da, dirençli bakteriler hala can almaya de­vam etmekte.

Bitki Hücrelerinde Duvar

Bitkiler, bakterilerin aksine çok hücreli canlılardır. Hareket etmedikleri için bulundukları ortamın çev­re koşullarına dayanmak zorundalar. Hücrelerin bir arada, dağılmadan sağlam bir yapı oluşturması için aralarında kuvvetli bağların olması gereklidir. İşte bu nedenle bitkilerde hücre duvarları kaynaşarak sağ­lam ve dış etkenlere dayanıklı bir yapı oluşturur. Bu yapı adeta bir iskelet gibi bitkilere hem şekil verir hem de bitkilerin dayanıklı olmasını sağlar. Böylece bitkiler bütünlüklerini ko­rumayı başarırlar.

Selüloz ve lignin bitkilerde hücre duvarının temel bileşenleridir. Glikozun zincir şeklinde birbirlerine bağlanmasıyla oluşan selüloz aynı zamanda gezege­nimizde en çok bulunan makromoleküldür. Bu iki makromolekülün çok kompleks organizasyonuyla oluşan yapı, bitki hücrelerinde duvarın hem sağlam hem de işlevsel olmasını sağlar.

Bakterilerde olduğu gibi bitkilerde de duvar, hüc­renin gereksinim duyduğu tüm maddelerin geçişine uygun yapıdadır. Bitki hücre duvarında sadece karbohidratlar değil az da olsa proteinler de bulunur. Bunlar daha çok işlevsel proteinlerdir ve özellikle gelişme aşamasında duvarın yapımında ve şekillenmesinde önemli işlevleri vardır. Bitkilerde duvar dış desteğin yanı sıra hücre içinde meydana gelen bazı olaylara karşı hücrenin bütünlüğünü de sağlamaktadır. Bitki hücrelerinde lizozom denilen sindirim organeli bulunmaz, bunun yerine vakuoller vardır. Büyümekte olan bitki hücrelerinde çok sayıda küçük vakuol bulunur. Bunlar hücrenin olgunlaşmasıyla giderek birleşir ve tek bir büyük vakuol meydana gelir. Vakuol büyümeye devam eder ve neredeyse hücrenin % 90’nını kaplayan bir hacim oluşturur. Vakuolde iyonların ve tuzların konsantrasyonu sitoplazmada olduğundan daha yüksektir. Bu durum suyun vakuole geçmesini sağlar. Vakuol zarının ar­tan suyun yaptığı basınca dayanması pek mümkün değildir. Hücre içi basınç 10 atmosfer basınca kadar çıkabilir. İşte bu durumda güçlü bir dış destek ol­mazsa önce vakuolün sonra da hücrenin dağılması mümkün değildir. Beklenen dış destek hücre duvarı ile sağlanır. Artan iç basınca karşı duvar hücrenin bütünlüğünü sağlayarak dağılmasını engeller.

Mantarlarda Hücre Duvarı

Mantarlarda hücre duvarı bakteri ve bitkilerden farklı olarak glukan ve kitinden oluşur. Kitin ayrıca yüz binlerce böcek ve başka canlı türlerinin kabuk­larını oluşturan önemli bir biyomoleküldür. Kitin ve selüloz arasında yapısal yönden büyük benzerlik vardır. Selülozdan sonra doğada en çok bulunan polisakkaritlerden (şeker birimlerinin oluşturduğu zin­cirler) biri de kitindir. Tıpkı bakterilerde olduğu gibi mantar hücrelerinin duvarı da tıbbi yönden önemli bir hedeftir. Bakteri enfeksiyonlarında kullanılan penisilin kadar olmasa da duvarı hedef alan ilaçlar mantarlara karşı da kullanılır. Bitki ve bakterilerde olduğu gibi mantar hücrelerinin duvarı da özellikle basınca karşı hayli dayanıklıdır.

KAYNAK:

 Cabeen, M. T., Jacobs-Wagner, C.,“Skin and bones: the bacterial cytoskeleton, cell wall, and cell morphogenesis” Th Journal of Cell Biology, Cilt 179, Sayı 3, s. 381-387, 5 Kasım 2007.Albert, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P, Molecular Biology of the Cell, (5. Basım), Garland Science, Taylor and Francis Group, 2008. Levinson, W, Review of Medical Microbiology and Immunology, (9. basım), Lange McGraw Hill, 2008.