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

FH-MIKROBIOLOGIE UND HYGIENE DR. NAGL
nicht aller Bakterienzellen lassen sich elektronenmikroskopisch die Mesosomen sichtbar
machen. Das sind mehr oder weniger spiralförmig aufgerollte, zusammengeballte oder
flächige tubuläre Membransysteme, die aus Einstülpungen der Cytoplasmamembran
hervorgehen. Sie liegen häufig in der Nähe von Querwänden. Ihre Funktion ist umstritten. Sie
ist vielleicht mit der Chromosomverankerung und -teilung sowie der Querwandbildung
verbunden. Bezogen auf Trockensubstanz besteht die Cytoplasmamembran etwa aus 50 %
Proteinen und 15 - 20 % Kohlenhydraten (Hexosen). Der Rest sind Lipide, besonder
Phospholipide, die eine wichtige Membransubstanz darstellen. Etwa 70 - 80 % der
Gesamtlipide einer Zelle sind in der Membran enthalten.
Nach der Elementar-Membran- (unit membrane) Hypothese wird angenommen, daß die
Cytoplasmamembran aller Organismen einen grundsätzlich gleichen Aufbau hat. In eine
Lipiddoppelschicht sind Proteine eingelagert, die erstere teilweise oder als Brückenprotein
vollständig durchdringen. Weitere Proteine sind ein- oder beidseitig außen auf die
Lipiddoppelschicht aufgelagert. Die hydrophilen Teile der Phospholipide zeigen sämtlich
nach außen und die hydrophoben Enden nach innen. Durch diese Polarisierung wird die
Membran stabilisiert.
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Die Cytoplasmamembran hat zahlreiche wichtige Funktionen:
• Sie ist eine semipermeable Membran und reguliert die Aufnahme von Nährstoffen und
die Abgabe von Stoffwechselprodukten. Sie ist der Sitz von Permeasen,
substratspezifischer aktiver Transportsysteme, die den Stofftransport entgegen einem
Konzentrationsgefälle durchführen können. Die Permeasen sind offenbar in den
Brückenproteinen lokalisiert.
¡ • Die Cytoplasmamembran der Bakterien ist der Ort der Energieproduktion. Hier erfolgen
die oxydativen Phosphorylierungen (ADP → ATP) durch die entsprechenden Enzyme.
Cytochrome und andere Komponenten des Elektronentransports sind hier zu finden.
¡ • Die letzten Stufen der Synthese von Zellwand- und Kapselbestandteilen einschließlich
Pili und Fimbrien, die hier ansitzen, sowie die Ausscheidung von Exoenzymen sind
ebenfalls an die Cytoplasmamembran gebunden.
¡ • Wahrscheinlich ist hier auch das Zentrum der Replikation der DNA gelagert.
Ribosomen. Das Bakteriencytoplasma weist im elektronenmikroskopischen Bild Ribosomen
auf. Das sind 16 nm x 18 nm große Teilchen, die aus zwei ungleichen durch eine Furche
getrennten Untereinheiten bestehen. In der Ultrazentrifuge sedimentieren die Ribosomen der
Bakterien bei einer Sedimentationskonstanten von 70 SVEDBERG-Einheiten, deshalb werden
sie als 70-S-Ribosomen bezeichnet. Die Untereinheiten sind je eine 30-S- und 50-S-Partikel.
Die Eukaryoten haben im Gegensatz zu Bakterien, von wenigen Ausnahmen abgesehen, stets
die etwas größeren 80-S-Ribosomen. Sie bestehen aus etwa 65 % Ribonucleinsäure und 35 %
Protein. Ribosomen enthalten ungefähr 80-85 % der RNA der Bakterienzelle und sind die
Biosynstheseorte der Eiweiße. Während ruhende Bakterienzellen nur etwa 5 000 Ribosomen
enthalten, steigt die Zahl bei wachsenden auf Werte um 50 000 an. Sie sind dann
perlschnurartig zu Polysomen (Polyribosomen) aufgereiht. In der exponentiellen Phase der
Vermehrung können die Ribosomen bis zu 40 % der Trockenzellmasse ausmachen.
Speicherstoffe. Im Cytoplasma können verschiedene Speicher- oder Reservestoffe, wie
Polysaccharide, Fette, Polyphosphate und teilweise auch Schwefel, in Form von Granula
abgelagert werden. Sie liegen als wasserunlösliche Substanzen vor, werden aber bei Bedarf
wieder abgebaut und als Zellsubstanzen und/oder Energielieferanten in den Stoffwechsel
einbezogen. In Abhängikeit von den Kultivierungsbedingungen können Speichergranula bis
zu 50 %, in Extremfällen sogar bis zu 80 %, der Bakterientrockenmasse ausmachen.
01FH.DOC 16