Form: Beispiele:
Zusammensetzung:
- Kern
- Cytoplasma
- Zellwand
- Kapseln/Schleime, Geisseln, Pili, Sporen
- › Die Zellmasse besteht zu 70 –80% aus
Wasser.
Grösse:
Schwankt zwischen 0,1mm (Mycoplasma) bis zu 3mm Durchmesser (Thiospirilium
fenense)
Der Bakterienkern
Die Beobachtung ist dank einer spezifischen DNA Färbemethode möglich.
Die Bakterien-DNA liegt als ringförmig geschlossener Strang vor, welcher
sämtliche genetischen Informationen enthält. Wenn er ausgerollt
ist, ist er 1000 mal grösser als die Zelle.
Das Bakterienchromosom ist an die Plasmamembran angeheftet. Nachdem eine
Bakterien-zelle ihr Chromosom im Vorfeld der Zellteilung verdoppelt hat,
bleiben die Kopien an benachbarten Stellen an die Membran gebunden. Zwischen
den Anheftungsstellen wächst die Membran, wodurch die beiden Kopien
des Chromosoms weiter auseinander-rücken. Wenn die Bakterienzelle
ungefähr das Doppelte ihrer ursprünglichen Grösse erreicht
hat, schnürt sich die Plasmamembran nach innen ein und zwischen den
Chromosomen bildet sich eine Zellwand aus. So entstehen 2 Tochterzellen
mit einem jeweils vollständigen Genom. Bis jetzt liess sich keine
Kernmembran nachweisen.
Das Bakterienzytoplasma
Das Cytoplasma wird durch die Cytoplasmamembran
zur Zellwand hin abgeschlossen. In ihm sind Zelleinschlüsse (Vesikel,
Granula) und Kern eingebettet.
Durch Zentrifugation trennt man Partikel (Ribosomen, Membranen) und lösliche
Fraktionen:
Die lösliche Fraktion
Enzyme: katalysieren viele Abbau-und Synthesereaktionen:
- Glycolyse
- Zyklus von Krebs oder Tricarboxylzelle › oxidiert das
Endprodukt der Glycolyse um Elektronen zu produzieren (=Energie)
- Autotropher
(CO2 Fixation) Calvin – Zyklus oder andere
Wege
- Biosynthese der Aminosäuren, Zucker, Lipide...
RNA
› Pool der Monomere (kleine organische Moleküle,
die aus der Degradation der Polymere,
z.B. aus Aminosäuren und Zucker, entstehen).
› Elektrolyte: Kationen und Anionen (K+, Ca2+,
Mg 2-...)
› osmotische Konzentration relativ hoch (10 – 15%). Die Zelle erfährt
einen relativ hohen Druck durch den Fluss von Wasser ins Innere der Zelle. Dank
der rigiden Zellwand platzt die Zelle aber nicht.
Fraktion der Partikel
Membran, Einschlüsse (Stärkereserven),
Ribosomen und eventuell andere Organellen.
Die Zellmembran
- Reich an Phospholipiden (Glyceride mit Fettsäuren). Diese
bilden eine Lipiddoppelschicht, wobei die hydrophoben Enden nach innen
und die hydrophile Enden nach aussen gerichtet sind.
- In der Membrandoppelschicht
sind Proteine eingelagert (integrale Membran-proteine). Andere Proteine
sind an die Membran geheftet (periphere Membran-proteine). Proteine sind
als Enzyme (=Biokatalysatoren) an den wichtigsten Zellprozessen beteiligt
- Die Zytoplasmamembran ist die osmotische Schranke und kontrolliert den
Eintritt sowie den Austritt aus der Zelle
- Sie ist Sitz der Systeme des
aktiven (unter Energieverbrauch) und passiven Transports und der substratspezifischen
Permease-Systeme. Der Transport von Substraten in die Zelle (Influx)
und aus ihr heraus (Eflux) wird von den integralen Membranproteinen bewältigt
(ein einziges Membranprotein verantwortlich für ein spezifisches
Substrat)
- Biosynthese von Lipiden der Membran und der Zellwandbestandteile.
- Komponenten
der Atmungskette erlauben die Konvertierung der Differenz des Elektronenpotentials:
Energiegewinnung durch ATP. (Bei Eukaryonten › Mitochondrien)
- Komponenten
des Photosynthese – Apparates (bei Pflanzen › Chloroplasten)
- DH – Succinat
- Anheftungsstellen der DNA, Zentrum der DNA-Replikation
- Durch hydrophobe
Wechselwirkung zwischen Fettsäureresten und
Lipiden sowie durch elektrostatische Wechselwirkungen
zwischen den hydrophilen Köpfen wird die Membran stabilisiert
- Die
Bakterien besitzen keine autonomen Membransysteme. Wenn nötig
gibt es für spezielle Funktionen Einstülpungen
der Membran.
Ribosomen: Ort der Proteinsynthese
- Polymerisation der Aminosäuren
- Kleiner als diejenigen der Eukaryonten
- Getrennt von anderen Organellen
- Eine Bakterienzelle enthält 5000-50000
Ribosomen. Die Anzahl ist umso höher, je schneller die Zelle wächst.
- Einteilung
der Ribosomen aufgrund ihrer Sedimentationsgeschwindigkeit (Einheit
S= Svedberg)
› Ribosom: 2/3 RNA, 1/3 Protein
› RNA hat hier Strukturaufgaben (Struktur-RNA)
Die Unterschiede zwischen den Ribosomen der Bakterie
(70S) und derjenigen der Eukaryonten (80S) sind sehr wichtig bei der
Bekämpfung von Infektionskrankheiten: einige Antibiotika beeinträchtigen
die Proteinsynthese an 70S-Ribosomen und lassen die Funktion der 80S
intakt. |
Die replikations-, transkriptions- und translationsspezifischen Antibiotika
Antibiotika sind Substanzen, die die Proteinsynthese und somit die Zellwandbildung
spezifisch bei Prokaryonten hemmen. Angriffspunkt sind die 70S–Ribosomen.
- Sie verhindern Wachstum und Aktivität des Mikroorganismus (biostatisch)
oder können die Zelle abtöten (biozid)
- Unterschied Antibiotika-Desinfektionsmittel:
Das Desinfektionsmittel tötet die ganze Zelle ab (sehr hohe Konzentration),
während
ein Antibiotikum nur eine spezifische Aufgabe erfüllt und nur in
spezifischen Teilen der Zelle tötet (schwache
Konzentration).
Antibiotika mit Wirkung auf die Replikation, Translation und Transkription
a) Replikation DNA – DNA › Mitomycin
b) Transkription DNA – RNA › Actinomycin
D: bildet mit dem DNA-Doppelstrang
Komplexe, indem es sich an das Guanin anlagert › alle
3 Typen der Ribonucleinsäure
werden nicht mehr synthetisiert. Die DNA-Reduplikation läuft jedoch
weiter.
› Rifamycin: verhindert Synthese der mRNA in Bakterien
› Gleiches Ziel aber 2 verschiedene Zielscheiben
c) Translation mRNA – Protein › ribosomenspezifische
Antibiotika :Um sicherzugehen, die zu zerstörenden Bakterien zu erfassen und den Organismus
nicht zu schädigen, lässt man die Antibiotika vor allem die Ribosomen
der Bakterien angreifen (klare Unterschiede zwischen Bakterien und Eukaryonten).
Ein Antibiotikum, das auf die Ribosomen eines Bakteriums wirkt, greift diejenigen
eines Eukaryonten nicht an.
- Streptomycin: hemmt den Beginn der Synthese; hat diese schon begonnen,
provoziert es Lesefehler
- Tetracyclin: hemmt die Komplexbildung von tRNA – Aminosäure
mit dem Ribosom
- Chlorphenicol: hemmt die Peptid – Transferase (erlaubt die Bindung
der Aminosäuren)
- Cyclohexinamid: gleicher Effekt wie oben, aber wirkt gegen Eukaryonten
- Erythromycin: hemmt die Verschiebung, hindert das Ribosom daran, sich
zur nachfolgenden Sequenz zu begeben.
- Puromycin: wirkt nicht direkt auf das Ribosom. Nimmt den Platz der mRNA
ein und stoppt die Kette, weil es keine Aminosäure bringt. Wirkt ebenfalls
auf Eukaryonten.
Speicherstoffe und Einschlüsse
Bei vielen Mikroorganismen werden unter bestimmten Milieubedingungen intrazellulär
Substanzen abgelagert, die als Speicher- oder Reservestoffe dienen: Polysaccharide,
Fette, Polyphosphate und Schwefel. Diese Stoffe werden angehäuft, wenn
entsprechende Ausgangssubstanzen in der Nährlösung vorhanden sind,
aber nicht gebraucht werden können. Bei Bedarf, unter günstigen
Wachstumsbedingungen, werden diese Stoffe wieder in den Stoffwechsel einbezogen.
Sie dienen als Kohlenstoff- und Energiequellen und können somit bei
Abwesenheit äusserer Energiequellen die Lebensdauer der Zellen verlängern.
Speicherstoffe:
- Polysaccharide: Speicherpolysaccharide leiten sich
von der a-D-Glucose ab.
Das als „Tierische Stärke“ bekannte Glykogen kommt
auch bei Bakterien häufiger vor als Stärke (Speicherstoff in
Pflanzen)
- Polyphosphate: Phosphorsäure wird in Form von
langkettigen Polyphosphat-Granula (=aneinandergekettete Phosphat-Reste)
gespeichert.
Bedeutung der PP-Reserven:
› gespeichert für schlechte Zeiten
› jedes Hinzufügen von P erfordert Energie. Durch Synthese von PP-Ketten
kann ATP-Ueberschuss abgebaut und mangelndes ADP aufgebaut werden.
› PP als Energiespeicher: es gibt Bakterien, die Rückwandlung zustande
bringen, d.h.durch Abbau der PP-Ketten ATP bilde
Die Zelle speichert keine Buttersäure, da diese den pH-Wert senkt.
Glucose wird ebenfalls nicht gespeichert, da diese die osmotische Konzentration
erhöht. Ist diese Konzentration zu hoch, sind enzymatische Vorgänge
nicht mehr möglich
› nur PP geeignet als Reservestoff, da praktisch
ohne negative Nebenwirkungen!
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