Leitfaden für die Vorlesung Mikrobiologie und ... - Gudrun Nagl

FH-MIKROBIOLOGIE UND HYGIENE DR. NAGL
Extrachromosomale DNA
Neben der chromosomalen DNA haben sowohl die meisten prokaryotischen als auch die
eukaryotischen Zellen extrachromosomale DNA. Das sind bei den Bakterien Plasmide und
bei den eukaryotischen Zellen Mitochondrien und Plastiden.
Plasmide sind extrachromosomale ringförmige DNA-Doppelstränge, die in der
Mikroorganismenzelle zur autonomen Replikation fähig sind. Sie stellen genetische Systeme
dar, die die Variabilität der Bakterienzellen wesentlich erhöhen, so daß sie sich an veränderte
Umweltbedingungen anpassen können. Plasmide sind im Verlauf der Evolution somit als
zusätzliche genetische Information zwangsläufig entstanden, um das Überleben der Art zu
garantieren.
Ähnlich den Bakteriophagen sind Plasmide von einer Zelle auf andere übertragbar. Dadurch
wird die Anpassungsfähigkeit der Bakterienpopulation bei veränderten Umweltbedingungen
garantiert.
Entsprechend der Aufgabe der Plasmide, eine hohe Variabilität zu garantieren, sind Plasmide
gegenüber anderen Plasmidreplikons kompatibel. Das trifft jedoch auf Plasmidmoleküle
gleicher Replikationsherkunft zu, da die Plasmidhäufigkeit (Kopienzahl) durch Kontrollgene
limitiert wird. D.h., bei gleichartigen Plasmidreplikons besteht eine Inkompatibilität.
Plastiden sind in eukaryotischen Zellen vorkommende Organellen, die zur autonomen
Replikation fähig sind, jedoch nicht mit der Reduplikation der chromosomalen DNA
synchronisiert ist. Der Anteil der Plastiden-DNA an der Gesamt-DNA der Pflanzenzelle
beträgt nur etwa 1 - 10 %. Sie liegen als zirkuläre doppelsträngige DNA mit etwa 150 000
Basenpaaren vor und können bis zu etwa 100 verschiedene Proteine codieren. Die Plastiden
enthalten sowohl Gene mit Introns als auch ungespaltene Gene. Plastiden leiten sich von
Blaualgen ab und sind der Sitz der Energiegewinnung (Photosynthese).
Mitochondrien sind in eukaryotischen Zellen vorkommende Organellen von rundlicher oder
länglicher Form, deren DNA zur autonomen Replikation fähig ist. Der Anteil der
mitochondrialen DNA an der Gesamt-DNA beträgt nur etwa 1 - 2 %. In einem
Mitochondrium können bis zu 1000 DNA-Moleküle vorkommen. Im allgemeinen ist die
mitochondriale DNA ringförmig und doppelsträngig. Diese DNA codiert verschiedene RNA-
Typen und etwa 5 - 10 % der mitochondrialen Proteine.
Die Mitochondrien besitzen Enzyme, die der Atmung und der Synthese von ATP in der Zelle
dienen. Sie haben somit eine entscheidende Bedeutung für die Energiegewinnung der Zelle.
Cytoplasma:
Die nur im Lichtmikroskop homogen erscheinende Grundsubstanz des Cytoplasmas, das
Grundplasma, besteht aus Wasser, Stoffwechselprodukten und hauptsächlich aus Eiweiß, das
zum größeren Teil in Form von Enzymen vorliegt. Das Grundplasma ist ein kolloidales
dynamisches System, das sich in ständiger Bewegung befindet (Plasmaströmung) und in dem
Stoffwechselprozesse ablaufen. Das Cytoplasma wurde lange Zeit als homogene
Proteinlösung angesehen. Nach Einführung moderner Untersuchungsverfahren, wie der
Elektronenmikroskopie, wurden als Grundelemente Membransysteme erkannt.
Die Cytoplasmamembran, sie wird auch Plasmalemma genannt, begrenzt den Protoplasten
gegen die Zellwand. Sie setzt sich bei manchen Bakterien in Form von Einstülpungen als
intraplasmatische Membran in den Protoplasten fort und bildet teilweise Vesikel. Eine
Unterteilung des Cytoplasmas (Kompartimentierung) in verschiedene Reaktionsräume wie bei
den Eukaryoten ist aber deutlich geringer ausgeprägt. Auf Ultradünnschnitten mancher, aber
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