Prokaryoten, Viren und Reproduktion

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Prokaryoten

Was sind Prokaryoten?

Prokaryoten sind Zellen ohne Zellkern, also ohne nukleäre Membran. Ihre DNA liegt frei im Zellplasma in einem Bereich, der Nukleoid genannt wird. Zu den Prokaryoten gehören vor allem Bakterien und Archaeen. Im Vergleich zu Eukaryoten besitzen sie einen einfacheren Zellbau.

Viele Prokaryoten haben eine Zellwand, die bei Bakterien meist Peptidoglycan enthält. Die Zellmembran grenzt das Zellinnere ab und reguliert Stofftransporte. Plasmide sind kleine ringförmige DNA-Moleküle, die zusätzliche Gene tragen können. Ribosomen dienen der Proteinbiosynthese, sind aber kleiner als bei Eukaryoten.

Vereinfachtes Modell einer Bakterienzelle

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Viren

Partikel statt Zelle

Viren sind keine echten Zellen, sondern infektiöse Partikel. Sie bestehen aus einer Nukleinsäure, also DNA oder RNA, und einem Proteinkapsid. Manche Viren besitzen zusätzlich eine Hüllmembran, die von Wirtszellen stammen kann. Viren haben keinen eigenen Stoffwechsel und keine eigenen Ribosomen.

Deshalb können sie sich nicht selbstständig vermehren. Für ihre Reproduktion benötigen sie immer eine Wirtszelle. Außerhalb einer Wirtszelle zeigen Viren keine typischen Lebensprozesse. Deshalb gelten sie biologisch als Grenzform zwischen belebter und unbelebter Materie.

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Virus trifft auf Wirtszelle

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Gram-positiv vs. Gram-negativ

Gram-Färbung und Zellwandaufbau

Die Gram-Färbung ist eine wichtige Färbemethode zur Einteilung von Bakterien. Sie beruht darauf, dass unterschiedliche Zellwandstrukturen Farbstoffe verschieden gut festhalten. Gram-positive Bakterien besitzen eine dicke Peptidoglycan-Schicht. Sie haben keine zusätzliche äußere Membran.

Gram-negative Bakterien besitzen nur eine dünne Peptidoglycan-Schicht. Dafür haben sie eine zusätzliche äußere Membran. Diese äußere Membran kann bestimmte Stoffe schlechter durchlassen. Der Unterschied ist medizinisch wichtig, weil Antibiotika je nach Zellwandaufbau unterschiedlich wirken können.

Gram-positiv

Dicke Peptidoglycan-Schicht
Keine äußere Membran
Färbt sich meist violett

Gram-negativ

Dünne Peptidoglycan-Schicht
Zusätzliche äußere Membran
Färbt sich meist rot oder rosa

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Reproduktion

Binäre Spaltung bei Bakterien

Bakterien vermehren sich meistens durch binäre Spaltung. Dabei wird die DNA zuerst verdoppelt. Anschließend wächst die Zelle und bildet eine Trennwand. Am Ende entstehen zwei genetisch meist identische Tochterzellen.

Dieser Vorgang ist keine Mitose, weil Bakterien keinen Zellkern besitzen. Unter günstigen Bedingungen kann die Teilung innerhalb von 20 Minuten ablaufen. Dadurch können Bakterienpopulationen rasant wachsen.

Viren: lytischer und lysogener Zyklus

Beim lytischen Zyklus nutzt ein Virus die Wirtszelle sofort zur Produktion neuer Viren. Typische Schritte sind Adsorption → Penetration → Latenzphase → Reifung → Freisetzung. Beim lysogenen Zyklus wird das virale Erbmaterial zunächst in das Wirtsgenom eingebaut. Es kann später wieder aktiviert werden und in den lytischen Zyklus übergehen.

Adsorption

Penetration

Latenzphase

Reifung

Freisetzung

Vereinfachte Schritte des lytischen Zyklus

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Lernhilfe und Überblick

Schneller Vergleich

Prokaryoten sind einfache Zellen ohne Zellkern, aber mit eigenem Stoffwechsel. Viren sind keine Zellen und benötigen Wirtszellen zur Vermehrung. Die Gram-Färbung hilft, Bakterien nach ihrem Zellwandaufbau zu unterscheiden. Bei Bakterien erfolgt die Vermehrung meist durch binäre Spaltung.

Viren vermehren sich über Wirtszellen und können lytische oder lysogene Strategien nutzen. Für Prüfungen ist es wichtig, Zellstruktur, Vermehrung und medizinische Bedeutung miteinander zu verknüpfen. Eine gute Lernstrategie ist der Vergleich: „Zelle oder Partikel?“, „eigener Stoffwechsel?“, oder „Art der Reproduktion?“.

Prokaryoten Zellen ohne Zellkern

Viren Partikel ohne eigenen Stoffwechsel

Gram-Färbung Zellwand entscheidet

Reproduktion Teilung oder Wirtszelle

Prokaryoten, Viren und mikrobielle Reproduktion