Prokaryontische Zellen: Definition, Struktur, Funktion (mit Beispielen)

Wissenschaftler glauben, dass prokaryontische Zellen zu den ersten Lebensformen auf der Erde gehörten. Diese Zellen sind heute noch reichlich vorhanden und können in Bakterien und Archaeen unterteilt werden.

Ein klassisches Beispiel für eine prokaryontische Zelle ist Escherichia coli (E. coli).

Prokaryotische Zellen sind grundlegend für die Beherrschung der Zellbiologie der High School. Lesen Sie weiter, um mehr über die verschiedenen zellulären Komponenten von Prokaryonten zu erfahren.

Prokaryoten sind in der Regel einfache, einzellige Organismen ohne membrangebundene Organellen oder ein Kern. Eukaryoten haben diese Strukturen.

Vor Milliarden von Jahren könnten sich Prokaryonten aus membrangebundenen organischen Molekülen entwickelt haben, die als Protobionten. Sie könnten die ersten Lebensformen auf dem Planeten gewesen sein.

Sie können Prokaryonten in zwei Domänen einteilen: Bakterien und Archaeen.

(Beachten Sie, dass die Namen großgeschrieben werden sollten, wenn Sie über die Domänen schreiben. Sie können sie jedoch in Kleinbuchstaben belassen, wenn Sie über die beiden Gruppen im Allgemeinen schreiben.)

Beide Gruppen bestehen aus kleinen, einzelligen Organismen, aber es gibt Unterschiede zwischen ihnen. Bakterien haben Peptidoglycane in ihrem Zellwände und Archaeen nicht. Darüber hinaus haben Bakterien Fettsäuren in ihren Plasmamembranlipiden, während Archaeen Phytanyl Gruppen.

Einige Beispiele für häufige Bakterien sind E. coli und Staphylococcus aureus (besser bekannt als Staphylokokken). Salzbewohnende Halophile sind ein Beispiel für Archaeen.

Bakterien sind eine der beiden Domänen, aus denen prokaryontische Zellen bestehen. Sie sind verschiedene Lebensformen und vermehren sich durch binäre Spaltung.

Es gibt drei grundlegende Bakterienzellformen: Kokken, Bazillen und spirilla. Die Kokken sind ovale oder kugelförmige Bakterien, die Bazillen sind stäbchenförmig und die Spirillen sind spiralförmig.

Bakterien spielen eine wichtige Rolle bei Krankheiten und Gesundheit des Menschen. Einige dieser Mikroben, wie Staphylococcus aureus, kann bei Menschen Infektionen verursachen. Andere Bakterien sind jedoch von Vorteil, wie z Lactobacillus acidophilus, das Ihrem Körper hilft, Laktose in Milchprodukten abzubauen.

Ursprünglich als antike Bakterien klassifiziert und als "Archaeobakterien" bezeichnet, haben Archaeen heute ihre eigene Domäne. Viele Arten von Archaeen sind Extremophile und leben unter extremen Bedingungen wie kochenden heißen Quellen oder saurem Wasser, die Bakterien nicht vertragen.

Einige Beispiele sind Hyperthermophile, die bei Temperaturen über 176 Grad Fahrenheit (80 Grad Celsius) vorkommen, und Halophile, die in Salzlösungen von 10 bis 30 Prozent leben können. Die Zellwände der Archaeen bieten Schutz und ermöglichen ihnen, in extremen Umgebungen zu leben.

Archaeen haben viele verschiedene Formen und Größen, die von Stäbchen bis hin zu Spiralen reichen. Einige Aspekte des Verhaltens von Archaeen, wie die Fortpflanzung, ähneln Bakterien. Andere Verhaltensweisen, wie die Genexpression, ähneln jedoch den Eukaryoten.

Prokaryonten können sich auf verschiedene Weise vermehren. Zu den Grundformen der Fortpflanzung gehören das Austreiben, Zellteilung und Fragmentierung. Obwohl einige Bakterien eine Sporenbildung aufweisen, wird dies nicht als Fortpflanzung angesehen, da durch diesen Prozess keine Nachkommen gebildet werden.

Knospung passiert, wenn eine Zelle eine Knospe bildet, die wie eine Blase aussieht. Die Knospe wächst weiter, während sie an der Elternzelle befestigt ist. Schließlich bricht die Knospe von der Elternzelle ab.

Zellteilung passiert, wenn sich eine Zelle in zwei identische Tochterzellen aufspaltet. Zersplitterung passiert, wenn eine Zelle in kleine Stücke oder Fragmente zerfällt und jedes Stück zu einer neuen Zelle wird.

Die binäre Spaltung ist eine häufige Art der Fortpflanzung in prokaryontischen Zellen. Der Prozess beinhaltet die Aufspaltung der Elternzelle in zwei identische Zellen. Der erste Schritt bei der binären Spaltung besteht darin, die DNA zu kopieren. Dann wandert die neue DNA zum gegenüberliegenden Ende der Zelle.

Als nächstes beginnt die Zelle zu wachsen und sich auszudehnen. Schließlich a septal Ring bildet sich in der Mitte und kneift die Zelle in zwei Teile. Das Ergebnis sind zwei identische Zellen.

Wenn Sie die binäre Spaltung mit der Zellteilung in eukaryotischen Zellen vergleichen, werden Sie möglicherweise einige kleine Ähnlichkeiten feststellen. Zum Beispiel beide Mitose und binäre Spaltung erzeugen identische Tochterzellen. Beide Prozesse beinhalten auch die Duplikation von DNA.

Die Zellstruktur von Prokaryoten kann variieren, aber die meisten Organismen haben mehrere Grundkomponenten. Prokaryoten haben eine Zellmembran oder Plasma Membran das wirkt wie eine schutzhülle. Sie haben auch eine starre Zellenwand für zusätzlichen Halt und Schutz.

Prokaryontische Zellen haben Ribosomen, das sind Moleküle, die Proteine ​​​​machen. Ihr genetisches Material ist in der Nukleoid, das ist die Region, in der DNA lebt. Zusätzliche DNA-Ringe, genannt Plasmide schweben um die Zytoplasma. Es ist wichtig zu beachten, dass Prokaryonten keine Kernmembran haben.

Zusätzlich zu diesen internen Strukturen haben einige prokaryontische Zellen a pilus oder Geißel um ihnen beim Umzug zu helfen. Ein Pilus ist ein haarähnliches äußeres Merkmal, während ein Flagellum ein peitschenartiges äußeres Merkmal ist. Einige Prokaryonten wie Bakterien haben eine Kapsel außerhalb ihrer Zellwände. Die Nährstoffspeicherung kann ebenfalls variieren, aber viele Prokaryonten verwenden Speichergranulate in ihrem Zytoplasma.

Genetische Informationen in Prokaryoten liegen im Nukleoid vor. Im Gegensatz zu Eukaryoten haben Prokaryoten keinen membrangebundenen Kern. Stattdessen leben die zirkulären DNA-Moleküle in einer Region des Zytoplasmas. Zum Beispiel ist das zirkuläre Bakterienchromosom eine große Schleife anstelle einzelner Chromosomen.

Die DNA-Synthese in Bakterien beginnt mit dem Beginn der Replikation an einer bestimmten Nukleotidsequenz. Dann erfolgt eine Verlängerung, um neue Nukleotide hinzuzufügen. Als nächstes erfolgt die Beendigung nach den neuen Chromosomenformen.

Bei Prokaryoten erfolgt die Genexpression auf andere Weise. Sowohl bei Bakterien als auch bei Archaeen können Transkription und Translation gleichzeitig stattfinden.

Dies bedeutet, dass Zellen Aminosäuren, die Bausteine ​​von Proteinen, jederzeit.

Die Zellwand in Prokaryoten hat mehrere Zwecke. Es schützt die Zelle und bietet Unterstützung. Darüber hinaus hilft es der Zelle, ihre Form zu erhalten und verhindert, dass sie platzt. Außerhalb der Plasmamembran gelegen, ist der Gesamtaufbau der Zellwand komplizierter als bei Pflanzen.

Bei Bakterien besteht die Zellwand aus Peptidoglycan oder Murein, das aus Polysaccharidketten besteht. Allerdings unterscheiden sich die Zellwände zwischen grampositiven und gramnegativen Bakterien.

Gram-positive Bakterien haben eine dicke Zellwand, während gram-negative Bakterien eine dünne haben. Da ihre Wände dünn sind, haben gramnegative Bakterien eine zusätzliche Schicht aus Lipopolysacchariden.

Antibiotika und andere Medikamente können die Zellwände von Bakterien angreifen, ohne den Menschen zu schädigen, da Menschen diese Art von Wänden nicht in ihren Zellen haben. Einige Bakterien entwickeln jedoch eine Antibiotikaresistenz und die Medikamente verlieren ihre Wirkung.

Antibiotikaresistenz tritt auf, wenn sich Bakterien entwickeln, und diejenigen mit Mutationen, die es ihnen ermöglichen, die Medikamente zu überleben, können sich vermehren.

Die Nährstoffspeicherung ist für Prokaryoten wichtig, da einige von ihnen in Umgebungen vorkommen, die eine konsistente Nahrungsversorgung erschweren. Prokaryonten haben spezifische Strukturen zur Nährstoffspeicherung entwickelt.

Vakuolen fungieren als Speicherblasen für Lebensmittel oder Nährstoffe. Bakterien können auch Einschlüsse, die Strukturen zum Aufbewahren von Glykogen- oder Stärkereserven sind. Mikrofächer in Prokaryonten haben Proteinhüllen und können Enzyme oder Proteine ​​aufnehmen. Es gibt spezielle Arten von Mikrofächern, wie z Magnetosomen und Carboxysomen.

Weltweit wächst die Besorgnis über Antibiotikaresistenzen. Antibiotikaresistenz tritt auf, wenn sich Bakterien entwickeln können und nicht mehr auf Medikamente reagieren, die sie zuvor zerstört haben. Dies bedeutet, dass Menschen, die ein Antibiotikum einnehmen, die Bakterien in ihrem Körper nicht abtöten können.

Natürliche Selektion fördert die Resistenz bei Bakterien. Einige Bakterien haben beispielsweise zufällige Mutationen, die es ihnen ermöglichen, Antibiotika zu widerstehen. Wenn Sie ein Medikament einnehmen, wirkt es bei diesen resistenten Bakterien nicht. Als nächstes können diese Bakterien wachsen und sich vermehren.

Sie können auch anderen Bakterien ihre Resistenz verleihen, indem sie Gene teilen, wodurch Superbugs entstehen, die schwer zu behandeln sind. Methicillin-resistent Staphylococcus aureus (MRSA) ist ein Beispiel für einen Superbug, der gegen Antibiotika resistent ist.

DNA Replikation tritt in Prokaryoten schneller auf als in Eukaryoten, sodass sich Bakterien viel schneller vermehren können als Menschen. Das Fehlen von Kontrollpunkten während der Replikation bei Bakterien im Vergleich zu Eukaryoten ermöglicht auch mehr zufällige Mutationen. All diese Faktoren tragen zur Antibiotikaresistenz bei.

Obwohl Bakterien oft menschliche Krankheiten verursachen, gehen Menschen auch symbiotische Beziehungen mit einigen Mikroben ein. Nützliche Bakterien sind wichtig für die Gesundheit von Haut, Mund und Verdauung.

Beispielsweise, Bifidobakterien leben in Ihrem Darm und helfen Ihnen, Nahrung abzubauen. Sie sind wichtige Bestandteile eines gesunden Darmsystems.

Präbiotika sind Lebensmittel, die die Mikroflora in Ihrem Darm unterstützen. Einige gängige Beispiele sind Knoblauch, Zwiebeln, Lauch, Bananen, Löwenzahngrün und Spargel. Präbiotika liefern die Ballaststoffe und Nährstoffe, die nützliche Darmbakterien zum Wachstum benötigen.

Auf der anderen Seite sind Probiotika lebende Bakterien, die Ihre Verdauung unterstützen können. Sie finden probiotische Organismen auch in Lebensmitteln wie Joghurt oder Kimchi.

Es gibt drei Hauptarten des Gentransfers bei Prokaryoten: Transduktion, Konjugation und Transformation. Transduktion ist ein horizontaler Gentransfer, der auftritt, wenn ein Virus dabei hilft, DNA von einem Bakterium zu einem anderen zu transportieren.

Konjugation beinhaltet die vorübergehende Fusion von Mikroben, um DNA zu übertragen. Dieser Prozess beinhaltet normalerweise einen Pilus. Transformation tritt auf, wenn ein Prokaryot DNA-Stücke aus seiner Umgebung aufnimmt.

Gentransfer ist wichtig für Krankheiten, da er es Mikroben ermöglicht, DNA zu teilen und gegen Medikamente resistent zu werden. Zum Beispiel können Bakterien, die gegen ein Antibiotikum resistent sind, Gene mit anderen Bakterien teilen. Sie können in Ihrem naturwissenschaftlichen Unterricht, insbesondere in Hochschullabors, auf einen Gentransfer zwischen Mikroben stoßen, da er für die wissenschaftliche Forschung von Bedeutung ist.

Der Stoffwechsel bei Prokaryoten variiert stärker als bei Eukaryoten. Es ermöglicht Prokaryoten wie Extremophilen, in extremen Umgebungen zu leben. Einige Organismen nutzen Photosynthese, andere können Energie aus anorganischen Brennstoffen gewinnen.

Sie können Prokaryonten klassifizieren in Autotrophe und heterotrophe. Autotrophe erhalten Kohlenstoff aus Kohlendioxid und stellen ihre eigene organische Nahrung aus anorganischen Materialien her, während Heterotrophe Kohlenstoff von anderen Lebewesen beziehen und ihre eigene organische Nahrung nicht herstellen können.

Die wichtigsten Arten von Autotrophen sind phototrophe, Lithotrophen und Organotrophe. Phototrophe nutzen Photosynthese, um Energie zu gewinnen und Treibstoff herzustellen. Allerdings produzieren nicht alle von ihnen Sauerstoff wie Pflanzenzellen während des Prozesses.

Cyanobakterien sind ein Beispiel für Phototrophen. Lithotrophe verwenden anorganische Moleküle als Nahrung und verlassen sich normalerweise auf Gesteine ​​als Quelle. Lithotrophe können jedoch keinen Kohlenstoff aus Gesteinen aufnehmen, daher benötigen sie Luft oder andere Stoffe, die dieses Element enthalten. Organotrophe verwenden organische Verbindungen, um Nährstoffe zu erhalten.

Prokaryoten und Eukaryoten sind nicht gleich, da sich die Zelltypen stark unterscheiden. Prokaryoten haben nicht die membrangebundenen Organellen und Kerne, die Sie in Eukaryoten finden; ihre DNA schwimmt im Zytoplasma.

Außerdem haben Prokaryonten eine kleinere Oberfläche als Eukaryonten. Darüber hinaus sind Prokaryonten einzellig, obwohl einige Organismen in der Lage sind, sich zu Kolonien zu aggregieren.

Prokaryontische Zellen sind weniger organisiert als eukaryontische Zellen. Bei Prokaryonten gibt es auch Unterschiede im Regulierungsgrad, wie z. B. beim Zellwachstum. Das sieht man an den Mutationsraten von Bakterien, denn weniger Regulierungen ermöglichen schnelle Mutationen und Vermehrungen.

Da Prokaryonten keine Organellen besitzen, ist ihr Stoffwechsel anders und weniger effizient. Dies verhindert, dass sie zu einer großen Größe heranwachsen, und schränkt manchmal ihre Fortpflanzungsfähigkeit ein. Dennoch sind Prokaryonten ein wichtiger Bestandteil aller Ökosysteme. Von der menschlichen Gesundheit bis zur wissenschaftlichen Forschung sind diese kleinen Organismen von Bedeutung und können Sie stark beeinflussen.