Aufbau und Funktion prokaryontischer Zellen
Prokaryontische Zellen fallen in einen Größenbereich von ca. 1-5µm und können daher mit Mikroskopen gut beobachtet werden. Einige prokaryotische Zellen können jedoch auch größer sein.
Eine prokaryotische Zelle enthält äußere und innere Strukturen. Kapsel, Geißeln, axiale Filamente, Fimbrien und Pili sind außen an der Zellwand vorhanden, während das Innere der Bakterienzelle Zytoplasma enthält.
Geißeln – Geißeln sind peitschenartige Strukturen aus Protein und verleihen der Zelle Motilität. Prokaryotische Zellen können
- Monotrichus – Zellen, die nur ein Flagellum haben.
- Lophotrichus – Zellen, die ein Büschel von Flagellen, ein sogenanntes Büschel, an einem Ende der Zelle haben.
- Amphitrichus – Zellen, die Geißeln an zwei Enden der Zelle haben.
- Peritrichus – Zellen, die Geißeln haben, die die gesamte Zelle an der Oberfläche bedecken.
Fimbrien und Pili – Fimbrien sind proteinartige, klebrige, projizierte Strukturen, die von Zellen verwendet werden, um sich aneinander und an Objekten um sie herum zu befestigen, während Pili Röhren sind, die verwendet werden, um DNA von einer Zelle zu einer anderen Zelle zu übertragen.
Kapsel Abhängig von der Art des Bakteriums kann es eine äußere, umgebende Schicht geben, wie eine Kapsel oder Schleimschicht, die aus Glyokalyx besteht
Zellwand – Die Zellwand der prokaryotischen Zelle befindet sich außerhalb der Plasmamembran. Sie verleiht der Zellform und -struktur Steifigkeit und schützt die Zelle vor ihrer Umgebung. Die bakterielle Zellwand besteht hauptsächlich aus Peptidoglykan und auf der Grundlage der Zellwandzusammensetzung werden die Bakterien in gram-positive und gram-negative Organismen eingeteilt.
Zytoplasmamembran- Die Zytoplasmamembran ist eine Membran, die eine selektive Barriere zwischen der Umgebung und den inneren Strukturen der Zelle bildet.
Zytoplasma
Das Zytoplasma ist eine dicke, wässrige, halbtransparente und elastische Flüssigkeit im Inneren der prokaryotischen Zelle. Es besteht zu etwa 80% aus Wasser und enthält hauptsächlich Proteine (Enzyme), Kohlenhydrate, Lipide, anorganische Ionen und viele niedermolekulare Verbindungen. Anorganische Ionen sind im Zytoplasma in viel höheren Konzentrationen vorhanden als in den meisten Medien.
Nukleoid/Genetisches Material – Das Zytoplasma enthält auch einen Bereich, der Nukleoid genannt wird und in dem sich die DNA der Zelle befindet. Die prokaryotische Zelle besteht aus einem Chromosom, das nicht von einer Kernmembran oder -hülle umgeben ist. Das Nukleoid oder Bakterienchromosom besteht aus einem geschlossenen Kreis doppelsträngiger DNA, der ein Vielfaches der Länge der Zelle beträgt und stark gefaltet und verdichtet ist.
Ribosomen – Ribosomen sind nach dem Nukleoid die wichtigste Struktur in einer prokaryotischen Zelle. Sie bestehen aus einem Komplex aus Protein und RNA und sind der Ort der Proteinsynthese in der Zelle. Die prokaryotischen Ribosomen sind 70S, bestehend aus den Untereinheiten 50S und 30S (S steht für den Sydberg-Koeffizienten, der eine Funktion ihrer Größe und Form ist und durch ihre Sedimentationsrate in einer Zentrifuge bestimmt wird)
Einschlusskörper – Viele körnige Strukturen, die als Einschlusskörper bekannt sind, werden im Zytoplasma bestimmter Bakterien gefunden. Diese enthalten organische Verbindungen wie Stärke, Glykogen oder Lipide und dienen als Nahrungsreserven. Einige schwefel- und polyphosphathaltige Körper sind ebenfalls zu finden und werden als Volutin- oder metachromatische Granula bezeichnet.
Endospore – Eine Reihe von gram-positiven Bakterien kann eine spezielle widerstandsfähige, ruhende Struktur bilden, die Endospore genannt wird. Endosporen entwickeln sich innerhalb vegetativer Bakterienzellen und sind außerordentlich resistent gegen Umweltbelastungen wie Hitze, ultraviolette Strahlung, Gammastrahlung, chemische Desinfektionsmittel und Austrocknung.
Prokaryotische Zellen sind viel kleiner als eukaryotische Zellen. Die Hauptunterschiede zwischen prokaryotischen und eukaryotischen Zellen werden im Folgenden beschrieben:
| Charakteristika | Prokaryotische Zellen | Eukaryotische Zellen |
| Zellwand | Komplexer Aufbau in Schichten, enthält typischerweise Peptidoglycan | Zusammensetzung ist einfach, Peptidoglykan nicht vorhanden |
| Plasmamembran | Keine Kohlenhydrate oder Sterole | Enthält Kohlenhydrate und Sterole |
| Glykokalyx | Vorhanden als Kapsel oder Schleimschicht | Vorhanden in Zellen, die keine Zellwand haben |
| Zellorganellen | Keine. Nur einige Einschlusskörper sind vorhanden | ER, Golgi-Körper, Lysosomen, Mitochondrien, Lysosomen |
| Nukleus | Nicht gut definiert, ohne Kernmembran oder Nukleoli | Gut definierter Nukleus vorhanden, mit Kernmembran und Zellkern |
| Chromosom | Ein einzelnes zirkuläres Chromosom als Kernmaterial ohne Histone vorhanden | Mehrere lineare Chromosomen mit Histonen gefunden |
| Ribosomen | 70S | 80S |
| Zellteilung | Binäre Spaltung | Mitose |
Punkte zur Erinnerung:
- Alle Bakterien sind Prokaryoten und strukturell viel einfacher als Eukaryoten.
- Die meisten Bakterien haben eine Zellwand außerhalb der Plasmamembran, um ihnen eine Form zu geben und sie vor osmotischer Lyse zu schützen.
- Bakterienwände sind chemisch komplex und enthalten normalerweise Peptidoglykan oder Murein. Bakterien werden oft als grampositiv oder gramnegativ klassifiziert, basierend auf Unterschieden in der Zellwandstruktur und ihrer Reaktion auf Gram-Färbung
- Die zytoplasmatische Matrix enthält Einschlusskörper und Ribosomen.
- Prokaryotisches genetisches Material befindet sich in einem Bereich, der Nukleoid genannt wird und nicht von einer Membran umschlossen ist.
- Strukturen wie Kapseln, Geißeln und Sexualpili befinden sich außerhalb der Zellwand.
- Einige Bakterien überleben widrige Umweltbedingungen, indem sie Endosporen bilden, ruhende Strukturen, die gegen Hitze, Austrocknung und viele Chemikalien resistent sind.