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Die Prokaryotenzelle

Lichtmikroskop - Elektronenmikroskop - Prokaryotenzelle - Pflanzenzelle - Tierzelle - Vergleich

Prokaryoten sind die am einfachsten gebauten echten Lebewesen. Viren sind zwar noch einfacher gebaut, gehören aber streng genommen nicht zu den Lebewesen, da sie sich nicht selbstständig fortpflanzen können, keinen Stoffwechsel haben, nicht reizbar sind und auch sonst kaum eines der Kriterien des Lebens erfüllen. Prokaryoten dagegen erfüllen alle Kriterien des Lebens.

Allgemeiner Bau

Alle Prokaryotenzellen sind sehr einfach aufgebaut. Sie bestehen aus einem länglichem, einem runden oder sonstwie geformten Körper, der von einer dicken Zellwand umgeben ist. Innerhalb dieser Zellwand befindet sich das Zellplasma, das von einer dünnen Zellmembran umgegeben ist. Im Zellplasma finden sich winzige Ribosomen, die ringförmige DNA sowie manchmal kleinere DNA-Ringe, die sogenannten Plasmide.

Obwohl Prokaryotenzellen recht einfach aufgebaut sind, kann man sie nicht als "primitiv" bezeichnen. Im Gegenteil, sie haben eine wesentlich längere Evolutionsgeschichte hinter sich als alle Tiere und Pflanzen und sind entsprechend perfekt an ihre jeweilige Umgebung angepasst.

Eine Bakterienzelle (E. coli)

Dieses Bild zeigte stark vergrößert eine Zelle des Bakteriums Escherichia coli.

Einteilung

Die zellulären Lebewesen werden heute in drei Domänen eingeteilt. Die ersten beiden Domänen sind die Bakterien und die Archaeen. Die dritte Domäne sind die Eukaryoten. Die beiden ersten Domänen, also die Bakterien und die Archaeen, werden zu den Prokaryoten zusammengefasst.

Bau der Bakterienzelle

Größe. Bakterienzellen sind sehr klein, die meisten Bakterien haben eine Größe zwischen 1 und 20 Mikrometern, also Tausendstel Millimetern.

Zellwand. Sie gibt der Zelle Form und mechanischen Schutz. Eine Stoffbarriere ist die Zellwand dagegen nicht, sie stellt kein Hindernis für Wasser oder im Wasser gelöste Stoffe dar. Chemisch ist die Bakterien-Zellwand völlig anderes aufgebaut als die Zellwand einer Pflanzenzelle. Während die Zellwand einer Pflanzenzelle hauptsächlich aus Cellulose besteht, enthält die Zellwand einer Bakterienzelle vor allem Murein.

Zellmembran. Die Zellmembran ist die eigentliche Stoffbarriere der Zelle. Innerhalb der Zellmembran befindet sich das Zellplasma, die eigentliche "Lebensgrundlage" der Zelle. Ein mechanisches Hindernis ist die Zellmembran nicht, aber dafür gibt es ja die Zellwand. Aber die Zellmembran reguliert, welche Stoffe in die Zelle eindringen dürfen und welche Stoffe aus der Zelle heraus dürfen. Außerdem enthält die Zellmembran viele Proteine und Glycoproteine, die wichtige Aufgaben übernehmen, beispielsweise zur Erkennung chemischer Signale. Chemisch ist die  Zellmembran anderes aufgebaut als die Zellmembranen von Pflanzenzellen oder Tierzellen.

Zellplasma. Wie bereits erwähnt, bildet das Zellplasma die eigentliche Substanz der Bakterienzelle, die "Lebensgrundlage". Im Zellplasma finden alle wesentlichen Prozesse statt (Stoffwechsel, Reaktion auf Reize, Ablesen von Erbinformation etc.).

Keine Kompartimente. Eine Bakterienzelle enthält keine isolierten Reaktionsräume. Alle chemischen Reaktionen der Zelle laufen im Zellplasma ab. Das hat den Nachteil, dass sich die Reaktionen teilweise gegenseitig stören oder beeinflussen können.

DNA. Das lange, in sich zu einem Ring geschlossene DNA-Molekül enthält die Informationen für viele Hundert bis Tausend Proteine, die für die Zelle wichtig sind. Die DNA der meisten Bakterien hat 2 - 3 Millionen Basenpaare. Das hört sich viel an, ist aber im Vergleich zu den 2 - 3 Milliarden Basenpaaren, die in tierischen oder pflanzlichen Zellen vorkommen, recht wenig.

Kein Zellkern. Die ringförmige DNA liegt "nackt" im Zellplasma des Bakteriums vor, sie ist nicht in einen Zellkern eingeschlossen wie bei den Tier- und Pflanzenzellen.

Plasmide. Das sind kleine ringförmige DNA-Moleküle, welche die Informationen für einige wenige aber sehr wichtige Proteine enthalten (quasi ein externer Zusatzspeicher für Erbinformationen, wie eine SD-Karte, die man in sein Smartphone schiebt, um zusätzliche Bilder abzuspeichern). Die Gene für die Resistenz gegen bestimmte Antibiotika finden sich häufig auf diesen Plasmiden. Plasmide können sich unabhängig von der ringförmigen Haupt-DNA vermehren, und Plasmide können von einer Bakterienzelle auf eine andere Bakterienzelle übertragen werden, so dass ein Austausch von Erbinformationen möglich ist (hier passt auch die Analogie zur SD-Karte; man kann damit Bilder von einem Gerät auf ein anderes übertragen). Plasmide können sich innerhalb einer Bakterienzelle auch verdoppeln (da hört die Analogie zur SD-Karte leider auf).

Ribosomen. Das sind die Proteinfabriken der Bakterienzelle. Sie verarbeiten die Informationen der DNA (ringförmige DNA, Plasmide) und stellen mit Hilfe dieser Informationen Proteine her (siehe Proteinsynthese im Genetik-Bereich). Bakterielle Ribosomen sind kleiner als die Ribosomen von Tier- und Pflanzenzellen, weil sie anderes zusammengesetzt sind. Aus diesem Grund werden die bakteriellen Ribosomen auch als 70-S-Ribosomen bezeichnet und die Ribosomen der Tier- und Pflanzenzellen als 80-S-Ribosomen. Die Zahl 70 bzw. 80 bezieht sich auf die Sedimentationsgeschwindigkeit beim Zentrifugieren. Die großen 80-S-Ribosomen sinken schneller im Zentrifugenglas als die kleinen 70-S-Ribosomen.

Geißeln. Die vielen Geißeln des Bakteriums dienen in erster Linie der Fortbewegung des Organismus.

Keine Zellorganellen. Eine Bakterienzelle enthält weder Mitochondrien, Chloroplasten, ein endoplasmatisches Reticulum, einen Golgi-Apparat, eine Vakuole oder andere Zellorganellen, wie man sie in Pflanzen- oder Tierzellen findet.