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Genomstruktur in Eu- und Prokaryonten

Die Endosymbionten-Theorie

Die Endosymbionten-Theorie wurde 1970 von Lynn Margulis postuliert. Sie basiert jedoch auf älteren Arbeiten über die Herkunft der Chloroplasten von K. S. Mereschkowsky (1905) und A. F. W. Schimper (1883). Diese Theorie besagt, dass alle eukaryontischen Organismen aus symbiontischen Lebensgemeinschaften von verschiedenen primitiven Eukaryonten mit Prokaryonten (Bakterien und Archaea) entstanden sind.

Heute ist allgemein anerkannt, dass sich die Chloroplasten aus Cyanobakterien und die Mitochondrien aus urtümlichen Purpurbakterien entwickelt haben. Diese kleinen Eubakterien wurden über eine Endocytose von den primitiven Eukaryonten aufgenommen, aber nicht verdaut. Auch heute kann man diesen Vorgang noch bei amöboiden Einzellern beobachten, die Cyanobakterien aufnehmen, ohne sie zu verdauen. Umstritten ist, ob auch der Zellkern oder Cytoskelett, Cilien und Flagellen eukaryontischer Zellen Produkt einer solchen Endosymbiose sind.

Hinweise auf den endosymbiontischen Ursprung von Mitochondrien und Plastiden sind:

  1. Die doppelte Membranhülle der Zellorganellen, wobei die innere Membran der prokaryontischen Membranen ähnelt und kein Cholesterol enthält, während die äußere Membran eukaryontischen Membranen ähnelt. Dieses passt zu der Modellvorstellung einer Endocytose.
  2. Mitochondrien und Chloroplasten haben eigene ringförmige DNA sowie eigene Ribosomen vom prokaryontischen 70S-Typ. Die DNA ist nicht mit Histonen bedeckt wie die DNA der Eukaryonten.
  3. Die Gene, die von dieser DNA codiert werden, ähneln bakteriellen Genen. Die Botenstoff-Ribonucleinsäuren (mRNAs) ähneln ebenfalls eher bakteriellen mRNAs. Sie verfügen nicht über die typische 5'-Kappenstruktur oder den Poly(A)-Schwanz der eukaryontischen mRNAs.
  4. Mitochondrien und Chloroplasten entstehen nicht neu, sondern können ebenso wie prokaryontische Zellen nur durch Teilung entstehen.

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Abb.1
Zusammenfassung der vier wichtigsten Schritte der Seriellen Endosymbionten-Theorie (SET) zur Entstehung der eukaryontischen Zelle

Die vier wichtigsten Schritte zur Entstehung der eukaryontischen Zelle durch serielle Endosymbiose mehrerer Prokaryonten.

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Der Zellkern (Nucleus), als wichtigstes Merkmal eines Eukaryonten, wird als eine erste Endosymbiose vermutet. Hierbei nahm wahrscheinlich ein Gram-negatives Bakterium ein Archaebakterium auf. Nach einer Translokation der DNA beider Zellen kam es zur Bildung der Kernmembran und des endoplasmatischen Retikulums (ER). Bewegen Sie die Maus auf "Nucleus" und klicken Sie auf die Schrift, um zu einer kleinen Animation dieser Endosymbiose zu gelangen. Drücken Sie danach den Schritt zurück, um zur Auswahl der anderen Endosymbiosen zu gelangen, oder den "Zurück-an-den-Anfang"-Knopf.

Eine weiterere, heute kaum bezweifelte Endosymbiose führte zu den Mitochondrien der eukaryontischen Zelle. Von einigen Fachleuten wird auch der Ursprung des Cytoskeletts bzw. der Cilien und Flagellen eukaryontischer Zellen als Endosymbiose eines spirochaeten Bakteriums angesehen. Schließlich gilt heute auch der endosymbiontische Ursprung der Chloroplasten als gesichert.

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