Eukaryoten sind Organismen, deren Zellen jeweils einen Zellkern und Organellen mit eigenen Membranen besitzen. Prokaryoten sind einfachere, einzellige Organismen ohne Kern und nur einem Innenraum. Dieser Unterschied stellt einen strukturellen Vorteil dar, der es eukaryontischen Zellen ermöglicht, sich zu vielzelligen Organismen zu organisieren. Die inneren Organellen, einschließlich des Zellkerns, isolieren die verschiedenen Zellprozesse und machen sie leichter kontrollierbar.
Ohne Kern vermehren sich prokaryontische Zellen durch einen schwer zu kontrollierenden binären Spaltungsprozess. Das bedeutet, dass sie sich schnell vermehren können, wenn Ressourcen und Platz vorhanden sind, aber ein so schnelles, unkontrolliertes Wachstum ist nicht erwünscht, wenn eine Zelle Teil eines größeren Organismus ist. Stattdessen muss jede Zelle ihr Wachstum und ihre Teilung mit allen anderen Zellen des Organismus koordinieren. Eukaryontische Zellen haben die strukturelle Komplexität, um dies zu tun, während prokaryontische Zellen diese Fähigkeit nicht haben.
Merkmale und Eigenschaften prokaryotischer Zellen unter dem Mikroskop
Die prokaryotischen Domänen sind Bakterien und Archaea; jede dieser Domänen ist in Königreiche und kleinere taxonomische Kategorien unterteilt. Als einzellige Organismen ohne Kern und Organellen zeichnen sie sich durch folgende herausragende Merkmale aus:
- Einzelzellen haben eine Zellwand.
- Die Einzelzellen besitzen eine Zellmembran.
- Zellen enthalten einen DNA-Strang.
- Zellen enthalten Ribosomen.
- Die Zellen haben ein Flagellum.
Die einzelnen Zellen von Bakterien und Archaeen sind der Umwelt ausgesetzt und brauchen daher Zellenwand um sie zu schützen. Unter dem Mikroskop ist die Zellwand eine dicke, gut sichtbare Struktur, die die Zelle umgibt. Auf der Innenseite der Zellwand befindet sich eine Zellmembran, die kontrolliert, welche Substanzen in die Zelle ein- und austreten können.
Innerhalb der Zellmembran befindet sich ein eng gewundener DNA-Einzelstrang. Der Strang ist kreisförmig, und wenn sich die Zelle zu teilen beginnt, rollt sich der Strang ab und nimmt seine kreisförmige Form an, bevor er kopiert wird. Sobald der Strang dupliziert wurde, bewegen sich die beiden Kopien zu den gegenüberliegenden Enden der Zelle und die Zelle teilt sich in zwei.
Frei im Zytoplasma der Zelle schwimmen Ribosomen, die die von der Zelle benötigten Proteine produzieren. An einem Ende der Zelle befindet sich eine peitschenartige Struktur namens a Geißel ist angebracht, um der Zelle Mobilität zu verleihen. Die prokaryontischen Zellen nutzen ihre einfache Struktur als evolutionären Vorteil. Ihre DNA ist ungeschützt und mutiert frei, während ihre schnelle Reproduktion eine schnelle Anpassung an neue Situationen und Veränderungen der Umgebung ermöglicht.
Die Struktur eukaryotischer Zellen
Vergleicht man die Strukturen von prokaryontischen und eukaryontischen Zellen unter dem Mikroskop, sehen die Zellen ganz anders aus. Wie prokaryontische Zellen haben auch eukaryontische Zellen eine Membran und Ribosomen, jedoch sind folgende Unterschiede sichtbar:
- Zellen haben keine Zellwand.
- Zellen haben einen Kern.
- Die DNA befindet sich in mehreren Strängen im Kern.
- Es gibt Mitochondrien und Lysosomen, jedes mit seiner eigenen äußeren Membran.
- Weitere membrangebundene Organellen sind Golgi-Körper und das endoplasmatische Retikulum.
- Zellen haben zwei Zentriolen.
Es ist klar, dass die Zellen, aus denen Eukaryonten bestehen, eine andere Struktur haben als prokaryontische Zellen. Obwohl sie komplex sind und sich auf kompliziertere Weise reproduzieren, ist es nicht offensichtlich Warum genau das verschafft Eukaryoten einen strukturellen Vorteil.
Wie eukaryotische Zellen funktionieren
Die eukaryotischen Zellen haben ihre eigenen unabhängigen Funktionen, aber sie funktionieren oft als Teil eines größeren Organismus. In Pflanzen und Tieren importieren sie Stoffe aus anderen Zellen und exportieren Abfallprodukte sowie nützliche Proteine, Hormone und Enzyme. Wenn sie eine Aktivität ausüben, signalisiert das, was sie exportieren, anderen Zellen, was sie tun. Sie haben keine Zellwand, weil sie keine zum Schutz brauchen, und das würde dem im Weg stehen interzellulärer Austausch exchange.
Anstatt ihre Synthese von Zellsubstanzen und ihre Energieumwandlung im allgemeinen Raum durchzuführen innerhalb der Zellmembran haben sie spezialisierte Regionen innerhalb bestimmter Organellen, in denen diese Aktivitäten stattfinden Platz. Die Umwandlung von Glukose in das Energiespeichermolekül ATP erfolgt in der Mitochondrien. Der Abbau von Zelltrümmern und Abfällen erfolgt in Lysosomen. Golgi-Körper und der endoplasmatisches Retikulum synthetisieren Proteine, Kohlenhydrate und Lipide. Die membrangebundenen Organellen eukaryontischer Zellen sind auf die Produktion bestimmter Zellsubstanzen spezialisiert.
Reproduktion eukaryotischer Zellen
Die Zellen von Eukaryoten können sich auf zwei Arten vermehren: sexuelle und asexuelle Fortpflanzung. Asexuelle Fortpflanzung findet statt, wenn mehr Zellen derselben Art benötigt werden, wie zum Beispiel in den Hautzellen von Tieren. Sexuelle Fortpflanzung wird verwendet, wenn ein neuer komplexer Organismus wie eine Pflanze oder ein Tier geschaffen wird. Bei der asexuellen Fortpflanzung nimmt die Zahl der Zellen zu, während sich bei der sexuellen Fortpflanzung die Zahl der Organismen vervielfacht.
Beide Arten der Wiedergabe sind komplizierte mehrstufige Operationen. Bei der asexuellen Fortpflanzung teilt sich der Zellkern in zwei identische Teile in einem Prozess namens Mitose. Jeder Kern hat vollständige Kopien der Zell-DNA, und wenn sich die Zelle teilt, erhält jeder Teil einen Teil der Organellen.
Für die sexuelle Fortpflanzung werden Zellen mit unterschiedlichen Geschlechtsmerkmalen in einem Prozess namens. hergestellt Meiose. Bei Tieren zum Beispiel sind die zwei Arten von Zellen die Samenzellen und die Eizellen. Zwei Zellen mit unterschiedlichen Geschlechtsmerkmalen und meist aus verschiedenen Organismen derselben Art vereinigen sich wieder zu einem neuen Organismus. Bei Tieren befruchtet die Samenzelle eine Eizelle und aus der Kombination wächst ein neues Tier.
Der strukturelle Vorteil von Eukaryoten
Die Unterschiede zwischen den Zellen von Eukaryonten und Prokaryonten geben Eukaryonten Vorteile in mehreren Bereichen. Wenn wir die Merkmale auflisten, die in Eukaryoten, aber nicht in Prokaryoten zu finden sind, welche Vorteile bieten diese Unterschiede? Die wesentlichen strukturellen Unterschiede liegen im Zellkern, den Organellen und der Zellaußenwand. Diese Unterschiede führen zu spezifischen Vorteilen und Fähigkeiten für Eukaryoten, die Prokaryoten nicht haben. Dadurch bleiben Prokaryonten einfache einzellige Organismen. Obwohl es auch einzellige Eukaryoten gibt, haben einige Eukaryoten diese Vorteile genutzt, um sich zu höheren Pflanzen und Tieren zu entwickeln.
Das Vorhandensein von a Kern in eukaryotischen Zellen gibt Eukaryoten zwei Vorteile. Der Kern stellt eine zusätzliche Schutzhülle der DNA dar. Infolgedessen ist eukaryontische DNA weniger anfällig für Mutationen. Der Zellkern erleichtert auch die Kontrolle der Fortpflanzung. Die komplizierten kernbasierten Fortpflanzungsprozesse haben viele Punkte, die als Stopp dienen können, um Wachstum und Zellvermehrung mit den anderen Zellen des Organismus zu koordinieren.
Die Integration von Organellen in die eukaryotischen Zellen bündelt Funktionen in ihren eigenen Innenräumen. Das bedeutet, dass Prozesse wie Energiegewinnung und Abfallbeseitigung in eukaryontischen Zellen viel effizienter ablaufen als in Prokaryonten. Wenn Mitochondrien die Energie der Zelle produzieren, können Zellen je nach Rolle, die sie im Organismus spielen, mehr oder weniger Mitochondrien haben. Ohne Organellen muss die ganze prokaryontische Zelle alles machen und der Wirkungsgrad ist geringer.
Das Fehlen einer Zellwand bei komplexen Eukaryoten ist der Vorteil, der es den eukaryotischen Zellen ermöglicht, sich in Strukturen wie Organe, Knochen, Pflanzenstängel und Früchte zu organisieren. Diese Zellen arbeiten zusammen und differenzieren sich abhängig von ihren umgebenden Zellen. Eine Zellwand würde solche engen Wechselwirkungen verhindern. Während prokaryontische Zellen manchmal in einfachen Strukturen zusammenballen, unterscheiden sie sich nicht wie eukaryontische Zellen in komplexen Organismen.
Das großer struktureller Vorteil von Eukaryoten gegenüber Prokaryoten ist die Fähigkeit, fortgeschrittene, vielzellige Organismen zu bilden. Während Eukaryoten sowohl als einzellige als auch als mehrzellige Organismen überleben können, haben Prokaryoten nicht die Fähigkeit, komplexe Strukturen oder Organismen zu bilden.