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

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FH-MIKROBIOLOGIE UND HYGIENE DR. NAGL Abb.3: Die drei Reiche, Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen und die Unterscheidung von Eukaryoten und Prokaryoten [1] S4. 1.3.2 Prokaryoten und Eukaryoten Die physikalische Grundeinheit der Organismen ist die Zelle; sie ist die kleinste lebensfähige Einheit. Die stoffliche Zusammensetzung ist allen Lebewesen gemeinsam. Desoxyribonucleinsäure (DNA), Ribonucleinsäure (RNA), Proteine, Lipide und Phospholipide sind die Grundbestandteile der Zelle. Das Studium der Feinheiten der stofflichen Zusammensetzung und der Feinstruktur verschiedener Zelltypen hat jedoch bemerkenswerte Unterschiede zwischen Bakterien und Cyanobakterien auf der einen Seite und Tieren und Pflanzen einschließlich ihrer mikroskopisch kleinen Vertreter auf der anderen Seite erkennen lassen. Diese Unterschiede sind so tiefgreifend, daß man beide Gruppen als Prokaryoten und Eukaryoten einander gegenüberstellt. In den Prokaryoten hat man Relikte aus der Frühzeit der organismischen Evolution zu sehen, und ihre Entwicklung zu den Eukaryoten stellt die größte Diskontinuität in der Evolution der Organismen dar. Die Eukaryoten verfügen über einen echten Kern (karyon oder nucleus). Er enthält den größten Teil des Genoms der eukaryotischen Zelle. Das Genom ist auf einen Satz von Chromosomen verteilt, der nach Verdoppelung durch einen als Mitose bezeichneten Vorgang getrennt wird. In den Chromosomen liegt die DNA in Assoziation mit Histonen vor. Im Gegensatz zu den Prokaryoten ist der durch eine Kernmembran vom Cytoplasma abgegrenzt. Die eukaryotische Zelle enthält Organellen, die Mitochondrien und (bei Pflanzen) die Chloroplasten; diese enthalten einen anderen, sehr kleinen Teil des Genoms, und zwar in Form ringförmig geschlossener DNA-Moleküle. Die Ribosomen sind groß (80S). Das Proteinsynthesesystem ist bei den Eukaryoten komplexer als das der Prokaryoten, besonders hinsichtlich der Anzahl der ribosomalen Komponenten und der Initationsfaktoren des Translationsprozesses. 01FH.DOC 8
FH-MIKROBIOLOGIE UND HYGIENE DR. NAGL Den Prokaryoten fehlt ein von einer Membran umgebener Kern. Die DNA liegt als ringförmig geschlossener Strang frei im Cytoplasma. Dieses Bakterien-Chromosom enthält die gesamte zur Vermehrung der Zelle notwendige Information (Chromosomenzahl ist 1). Daneben können kleine ringförmig geschlossene DNA-Moleküle vorliegen, die Plasmide; sie sind jedoch entbehrlich. Die prokaryotische Zelle enthält keine Organellen; die Unterteilung der Zelle in klare, deutliche Räume ist weniger ausgeprägt als bei der eukaryotischen Zelle. Die Ribosomen sind klein (70S). Die Natur der Ribosomen und der an der Proteinsynthese beteiligten Enzyme sowie die Zusammensetzung der prokaryotischen Zellwand sind die Ursache für die spezifische Wirkung mehrerer Antibiotika. Weitere Unterschiede werden in Tabelle 1 dargelegt. Die Prokaryoten sind morphologisch relativ wenig differenziert. Der Gestalt nach lassen sich nur wenige Formen unterscheiden, die sich durchweg auf die Kugel sowie gerade und gekrümmte Zylinder als Grundformen zurückführen lassen. Dieser "Einförmigkeit" steht aber eine stoffwechselphysiologische Vielseitigkeit und Flexibilität gegenüber. Während Tiere und Pflanzen durchweg Sauerstoff benötigen, sind mehrere Gruppen der Prokaryoten in der Lage, unter Luftabschluß (unter anaeroben Bedingungen) zu leben und die zum Wachstum notwendige Energie durch Gärung oder anaerobe Atmung zu gewinnen. Andere Gruppen vermögen Lichtenergie zu nutzen und ihre Zellsubstanz entweder aus organischen Verbindungen oder aus Kohlendioxid aufzubauen. Wieder andere Bakterien sind zur Energiegewinnung durch Oxidation anorganischer Verbindungen oder Elemente befähigt. Weit verbreitet ist auch das Vermögen, molekularen Stickstoff zu fixieren. Dieser physiologischen Vielseitigkeit und Flexibilität, den hohen Syntheseraten und dem raschen Wachstum, dem einfachen Zellaufbau sowie der unkomplizierten Struktur des genetischen Materials ist es zuzuschreiben, daß die Prokaryoten seit mehreren Jahrzehnten zu den bevorzugten Objekten der allgemeinen Biologie geworden sind. Dieser Umstand und der beschränkte Raum begründen hinreichend, daß sich die vorliegende Einführung in die Mikrobiologie vorwiegend mit der Biologie der Bakterien beschäftigt. 01FH.DOC 9
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