Bau der Bakterienzelle und Vergleich mit eukaryotischen Zellen

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Aufbau der Bakterienzelle im Vergleich zu eukaryotischen Zellen

Aufbau einer Bakterienzelle.1

Nukleoid und genetisches Material

Bakterien, als Prokaryoten, haben keinen von einer Kernmembran umgebenen Zellkern. Ihr genetisches Material, die DNA, ist typischerweise zirkulär und befindet sich frei im Cytoplasma in einem Bereich, der Nukleoid genannt wird. Im Gegensatz zu eukaryotischen Zellen, bei denen die DNA in Chromosomen organisiert und von einer Kernhülle geschützt ist, fehlt bei Bakterien diese Komponente. Dies ermöglicht einen schnelleren Zugriff auf genetisches Material, was zur schnellen Reaktion auf Umweltänderungen beiträgt.

Bakterien können zudem Plasmide enthalten, kleine DNA-Moleküle, die unabhängig von der Haupt-DNA repliziert werden. Sie tragen oft Gene, die der Bakterienzelle Vorteile unter bestimmten Umweltbedingungen geben, wie Antibiotikaresistenzen.

Zellwand aus Peptidoglykan

Besondere Struktur der Bakterienzellwand

Die Zellwand von Bakterien besteht aus Peptidoglykan, einem Netzwerk aus N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure, was sie einzigartig macht und ein wichtiges Ziel für Antibiotika darstellt.

Die Zellwand von Bakterien ist fundamental anders aufgebaut als bei Pflanzen und Pilzen. Sie besteht hauptsächlich aus einem stark vernetzten Molekül namens Peptidoglykan, das aus den Zuckerderivaten N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure besteht. Diese sind durch β-1,4-glykosidische Bindungen miteinander verbunden. Von der N-Acetylmuraminsäure gehen kurze, quervernetzte Peptidketten ab, die für die strukturelle Integrität wichtig sind.

Größe, Form und Anordnung der Geißeln

Bakterien können in verschiedenen Formen vorkommen, z.B. Kokken (kugelförmig) oder Stäbchen. Einige Bakterienarten besitzen Geißeln, die für die Bewegung wichtig sind. Die Anordnung der Geißeln ist speziesabhängig und kann monopolar (an einem Ende) oder peritrich (über die gesamte Oberfläche verteilt) sein.

Ribosomen und Proteinsynthese

Ein weiterer wichtiger Unterschied liegt in den Ribosomen. Bakterien besitzen 70S Ribosomen, bestehend aus einer 50S und einer 30S Untereinheit, während eukaryotische Zellen 80S Ribosomen haben, zusammengesetzt aus 60S und 40S Einheiten. Dieser Unterschied ist grundlegend für bestimmte Antibiotika, die spezifisch prokaryotische Ribosomen und damit die Proteinsynthese von Bakterien hemmen.

Zelluläre Prozesse: ATP-Synthese und Elektronentransport

In Bakterienzellen findet die ATP-Synthese und der Elektronentransport entlang der innenliegenden Plasmamembran statt, da ihnen Mitochondrien fehlen. Dies unterscheidet sie stark von Eukaryoten, die diese Prozesse in spezialisierten Organellen wie den Mitochondrien durchführen.

Fehlen von Membran-umschlossenen Organellen

Bakterienzellen enthalten keine vom ER, Golgi-Apparat, Mitochondrien oder Chloroplasten, die in Eukaryoten zentral für viele zelluläre Funktionen sind.

Evolutionärer Kontext und Endosymbiontentheorie

Das Fehlen von Organellen wie Mitochondrien bei Bakterien führt direkt zur Endosymbiontentheorie, die erklärt, wie eukaryotische Zellen entstanden sein könnten – durch die Aufnahme prokaryotischer Zellen.

Bakterien und ihre simplifizierte Zellstruktur bieten durch ihre Genetik und Zellanatomie einzigartige Anpassungsfähigkeiten und sind daher Schlüsselorganismen in der mikrobiellen Ökologie sowie in der biotechnologischen und medizinischen Forschung. Ihre Untersuchung hilft nicht nur, die Funktionen und Anpassungen dieser Organismen zu verstehen, sondern auch, evolutionäre Prozesse besser zu beleuchten.

Zusammenfassung

  • Nukleoid und Plasmide: Bakterien haben kein von einer Membran umgebenes Zellkernäquivalent; ihre DNA ist meistens zirkulär und befindet sich frei im Cytoplasma, im sogenannten Nukleoid. Zusätzlich können sie Plasmide tragen, die wichtige Geninformationen wie Antibiotikaresistenzen enthalten.
  • Zellwand aus Peptidoglykan: Bakterien besitzen eine einzigartige Zellwand, die aus Peptidoglykan besteht. Dieses komplexe Molekül ist ein wichtiges Ziel für Antibiotika, da es sich signifikant von den Zellwänden anderer Organismen unterscheidet.
  • Geißeln für Mobilität: Verschiedene Bakterienspezies besitzen Geißeln, die je nach Art monopolar oder peritrich angeordnet sind, um Bewegung zu ermöglichen. Die Form der Bakterien variiert dabei oft zwischen Kokken und Stäbchen.
  • Ribosomen und Proteinsynthese: Bakterielle 70S Ribosomen bestehen aus einer 50S und einer 30S Untereinheit, im Gegensatz zu den 80S Ribosomen eukaryotischer Zellen. Diese Unterscheidung ist entscheidend für die Wirkungsweise spezifischer Antibiotika.
  • ATP-Synthese ohne Mitochondrien: Anders als eukaryotische Zellen, die Mitochondrien für ATP-Synthese und Elektronentransport nutzen, führen Bakterien diese Prozesse an ihrer Plasmamembran durch, da sie keine membranumhüllten Organellen wie Mitochondrien besitzen.
  • Fehlen von Organellen und Endosymbiontentheorie: Bakterien enthalten keine komplexeren Organellen wie ER oder Golgi-Apparat, und dieses Fehlen trägt zur Unterstützung der Endosymbiontentheorie bei, die die Entstehung eukaryotischer Zellen aus prokaryotischen Zellen erklärt.

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Footnotes

  1. Credits Aufbau einer Bakterienzelle. Grafik: BakteriumSchema.png: Brudersohn. The original uploader was Brudersohn at German Wikipedia. derivative work: Mortalmoth (talk), Bacterium-schema-de, CC BY-SA 3.0 DE↩︎