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Prokaryontische Zellen: Struktur, Funktion und Definition

Prokaryoten sind einzellige Organismen, die die frühesten und primitivsten Lebensformen auf der Erde sind. Wie im  Drei-Domänen-System organisiert. umfassen Prokaryoten  Bakterien  und  Archäer. Einige Prokaryoten wie Cyanobakterien sind  photosynthetische Organismen  und zur Photosynthese fähig  .

Viele Prokaryoten sind  extremophile Menschen  und können in verschiedenen extremen Umgebungen leben und gedeihen, darunter hydrothermale Quellen, heiße Quellen, Sümpfe, Feuchtgebiete und die Eingeweide von Menschen und Tieren ( Helicobacter pylori ).

Prokaryontische Bakterien kommen fast überall vor und sind Teil der  menschlichen Mikrobiota. Sie leben auf Ihrer Haut. in Ihrem Körper und auf  Alltagsgegenständen  in Ihrer Umgebung.

 

Prokaryontische Zellstruktur

Bakterienzellanatomie und innere Struktur. Jack0m / Getty Images

Prokaryontische Zellen sind nicht so komplex wie eukaryotische Zellen. Sie haben keinen echten Kern, da die DNA nicht in einer Membran enthalten oder vom Rest der Zelle getrennt ist, sondern in einer Region des Zytoplasmas. die als Nukleoid bezeichnet wird, zusammengerollt ist.

Prokaryontische Organismen haben unterschiedliche Zellformen. Die häufigsten Bakterienformen sind kugelförmig, stabförmig und spiralförmig.

Unter Verwendung von Bakterien als Prokaryotenprobe können die folgenden Strukturen und Organellen in Bakterienzellen gefunden werden :

  • Kapsel: Diese zusätzliche äußere Hülle befindet sich in einigen Bakterienzellen und schützt die Zelle, wenn sie von anderen Organismen verschlungen wird. Sie hilft dabei, Feuchtigkeit zu speichern, und hilft der Zelle, an Oberflächen und Nährstoffen zu haften.
  • Zellwand : Die Zellwand ist eine äußere Hülle, die die Bakterienzelle schützt und ihr Form gibt.
  • Zytoplasma: Zytoplasma ist eine gelartige Substanz, die hauptsächlich aus Wasser besteht und auch Enzyme, Salze, Zellbestandteile und verschiedene organische Moleküle enthält.
  • Zellmembran oder Plasmamembran: Die Zellmembran umgibt das Zytoplasma der Zelle und reguliert den Stofffluss in und aus der Zelle.
  • Pili (Pilus Singular): Haarartige Strukturen auf der Oberfläche der Zelle, die sich an andere Bakterienzellen anlagern. Kürzere Pili namens Fimbrien helfen Bakterien, sich an Oberflächen zu binden.
  • Flagellen: Flagellen sind lange, peitschenartige Vorsprünge, die die Fortbewegung der Zellen unterstützen.
  • Ribosomen: Ribosomen sind Zellstrukturen, die für die Proteinproduktion verantwortlich sind.
  • Plasmide: Die Plasmide sind Gene -tragende, zirkuläre DNA – Strukturen , die nicht in der Reproduktion beteiligt sind.
  • Nucleoid Region: Bereich des Zytoplasmas, der das einzelne bakterielle DNA-Molekül enthält.

Prokaryontischen Zellen fehlen Organellen, die in eukaryoitischen Zellen wie Mitochondrien. endoplasmatischen Retikuli und Golgi-Komplexen gefunden werden. Nach der endosymbiotischen Theorie wird angenommen, dass sich eukaryotische Organellen aus prokaryotischen Zellen entwickelt haben, die in endosymbiotischen Beziehungen miteinander leben.

Bakterien haben wie Pflanzenzellen eine Zellwand. Einige Bakterien haben auch eine Polysaccharidkapselschicht, die die Zellwand umgibt. Dies ist die Schicht, in der Bakterien Biofilm produzieren, eine schleimige Substanz, die Bakterienkolonien hilft, an Oberflächen und aneinander zu haften, um sich vor Antibiotika, Chemikalien und anderen gefährlichen Substanzen zu schützen.

Ähnlich wie Pflanzen und Algen haben auch einige Prokaryoten photosynthetische Pigmente. Diese lichtabsorbierenden Pigmente ermöglichen es photosynthetischen Bakterien, Nahrung aus Licht zu gewinnen.

 

Zellteilung

E. coli-Bakterien, die eine binäre Spaltung durchlaufen. Die Zellwand teilt sich, was zur Bildung von zwei Zellen führt. Janice Carr / CDC

Die meisten Prokaryoten vermehren sich ungeschlechtlich durch einen Prozess, der als binäre Spaltung bezeichnet wird. Während der binären Spaltung repliziert sich das einzelne DNA-Molekül und die ursprüngliche Zelle wird in zwei identische Zellen aufgeteilt.

Schritte der binären Spaltung

  • Die binäre Spaltung beginnt mit der DNA-Replikation des einzelnen DNA-Moleküls. Beide DNA-Kopien haften an der Zellmembran.
  • Als nächstes beginnt die Zellmembran zwischen den beiden DNA-Molekülen zu wachsen. Sobald das Bakterium seine ursprüngliche Größe fast verdoppelt, beginnt die Zellmembran nach innen zu klemmen.
  • Zwischen den beiden DNA-Molekülen bildet sich dann eine Zellwand, die die ursprüngliche Zelle in zwei identische Tochterzellen teilt .

Obwohl sich E. coli und andere Bakterien am häufigsten durch binäre Spaltung vermehren, erzeugt diese Art der Fortpflanzung keine genetische Variation innerhalb des Organismus.

 

Prokaryotische Rekombination

Falschfarben-Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme (TEM) eines Escherichia coli-Bakteriums (unten rechts), das mit zwei anderen E. coli-Bakterien konjugiert. Die Röhren, die die Bakterien verbinden, sind Pili, mit denen genetisches Material zwischen Bakterien übertragen wird. DR L. CARO / Wissenschaftliche Fotobibliothek / Getty Images

Die genetische Variation innerhalb prokaryotischer Organismen wird durch Rekombination erreicht. Bei der Rekombination werden Gene von einem Prokaryoten in das Genom eines anderen Prokaryoten eingebaut.

Die Rekombination wird bei der bakteriellen Reproduktion durch die Prozesse der Konjugation, Transformation oder Transduktion erreicht.

  • Bei der Konjugation verbinden sich Bakterien über eine Proteinröhrchenstruktur, die als Pilus bezeichnet wird. Gene werden zwischen Bakterien durch den Pilus übertragen.
  • Bei der Transformation nehmen Bakterien DNA aus ihrer Umgebung auf. Die DNA wird durch die Bakterienzellmembran transportiert und in die DNA der Bakterienzelle eingebaut.
  • Die Transduktion beinhaltet den Austausch von bakterieller DNA durch Virusinfektion. Bakteriophagen. Viren, die Bakterien infizieren , übertragen bakterielle DNA von zuvor infizierten Bakterien auf zusätzliche Bakterien, die sie infizieren.

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