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Tutorial MenueVom Gen zum Protein - eine EinführungLerneinheit 1 von 3

Genomstruktur in Eu- und Prokaryonten

Zellen ohne Zellkern - Die prokaryontische Zelle

Die einfachsten Lebewesen sind die Prokaryonten, zu denen die Eubakterien und die Archaea gehören. Das wichtigste Unterscheidungskriterium ist dabei der Zellkern. Im Gegensatz zu den Eukaryonten haben Prokaryonten keinen Zellkern und keine membranumgrenzten Zellorganellen. Das Erbgut und die Ribosomen, an denen die Proteine synthetisiert werden, liegen bei Prokaryonten frei im Zellplasma.

Das Erbgut besteht aus einer ringförmigen DNA und oft kleinen weiteren DNA-Ringen (Plasmide), die auch zwischen verschiedenen Zellen ausgetauscht werden können und oft die Information für z.B. Antibiotikaresistenzen tragen. Einstülpungen der Außenmembran übernehmen die Funktion einiger Zellorganellen, so z.B. bei den Photosynthese betreibenden Cyanobakterien, bei denen die Membran die Aufgabe der Pflanzen-Chloroplasten übernimmt.

Zur Fortbewegung der Zellen dienen kleinere Pili oder größere Flagellen, die beide aus Proteinen aufgebaut sind. Bakterien vermehren sich durch eine einfache Teilung der Mutterzelle in zwei Tochterzellen.

Die Bakterien

Die meisten Prokaryonten sind Bakterien, so dass viele Menschen diese beiden Begriffe fälschlicher Weise gleich verwenden. Archaea verfügen zwar über keinen Zellkern, haben aber im Gegensatz zu Bakterien z.B einen ganz anderen Zellmembran- und Zellwandaufbau und unterscheiden sich auch im Hinblick auf ihre Stoffwechseleigenschaften (mehr dazu finden Sie später im Text).

Abb.1
Die bakterielle Zelle
Mariana Ruiz Villarreal , deutscher Text von NEUROtiker (Bild ist gemeinfrei)

Eine Zellmembran und eine aufgelagerte Zellwand trennt die Bakterienzelle von der Umgebung. Das Erbgut besteht aus einem Chromosom und oft auch noch weiteren kleinen DNA-Ringen, den Plasmiden. Das Flagellum ist eine Art Schwanz, mit dem sich ein Bakterium fortbewegen kann. Pili wiederum sind haarförmige Fortsätze, die auch bei der Vermehrung der Bakterien eine Rolle spielen können. An den Ribosomen wird die Information des Erbguts in Proteine übersetzt.

Bakterien kommen überall in unserer Umwelt vor. Im Mikroskop (teils im Lichtmikroskop, immer im Elektronenmikroskop) kann man die unterschiedlichen Formen von Bakterien erkennen:

Abb.2
Kokken
Abb.3
Stäbchen (teilweise mit Geißeln)
Abb.4
Bakterium mit Kapsel
Abb.5
Bakteriensporen
Abb.6
Vibrio 1 mit polarer Geißel
Abb.7
Spirochäte

Zur systematischen Einteilung der Bakterien werden neben der äußeren Form auch den Stoffwechsel betreffende oder biochemische Eigenschaften herangezogen. So unterscheidet man z.B. Bakterien, die zum Wachstum Sauerstoff benötigen (Aerobier) und solche, die keinen Sauerstoff benötigen (Anaerobier). Manche Bakterien können, ähnlich wie Pflanzen, Photosynthese betreiben. Andere Bakterien müssen organisches Material aufnehmen (also quasi fressen). Auch der Aufbau der Zellwand ist ein wichtiges Kriterium für die Bakteriensystematik.

Die bakterielle Zellwand

Die bakterielle Zelle ist durch eine Zellmembran und eine darüber liegende Zellwand aus Peptidoglycan (auch Murein genannt) von der Umgebung getrennt. Diese Zellwand ist ebenfalls ein wichtiges Merkmal zur Unterscheidung der Bakterien. Je nachdem, ob das Bakterium mit einem bestimmten Farbstoff anfärbbar ist oder nicht, werden Bakterien mit nur einer Membran und sehr dicker Zellwand (Gram-positive Bakterien) von den Gram-negativen Bakterien mit innerer und äußerer Membran, aber erheblich dünnerer Zellwand unterschieden.

Manche Bakterien haben zusätzlich zur Zellwand noch Kapseln aus Schleim.

Sporenbildende Bakterien

Einige Bakterien sind in der Lage, bei ungünstigen Vermehrungsbedingungen Sporen auszubilden. Das Bakterium produziert dabei eine feste Hülle und kann in dieser Form lange Zeiten ohne Nahrung oder Wasser überdauern. Die Sporenwand kann so widerstandsfähig sein, dass die Bakterien auch durch hohe Temperaturen oder giftige Chemikalien nicht getötet werden. Wenn sich die Lebensbedingungen verbessern, wird die harte Sporenrinde abgebaut, die Spore nimmt Wasser auf und wird wieder zu einer teilungsfähigen Zelle.

Ein bekanntes Beispiel für sporenbildende Bakterien sind die Tetanus verursachenden Clostridien und der Milzbrand-Erreger, Bacillus anthracis, der aufgrund seiner Eigenschaften auch für die biologische Kriegsführung interessant ist. Die Sporen dieses Bakteriums können jahrelang im Boden oder an Tierhaaren überleben. Bacillus anthracis löst beim Menschen neben Hautmilzbrand schwere und oft tödliche Erkankungen aus, wenn z.B. Sporen eingeatmet (Lungenmilzbrand) oder infizierte Fleisch- bzw. Milchprodukte gegessen werden (Darmmilzbrand). In den USA verschickte 2001 ein offensichtlich wissenschaftlich versierter Einzeltäter Briefe mit Bacillus anthracis-Sporen und infizierte etliche Postbeamte, die als Folge schwer erkrankten. Einige der Infizierten starben an den Folgen der Milzbrand-Infektion.

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