Der Procyt – die Zelle der Prokaryoten

Die meisten Procyten besitzen eine Größe von 1 bis 5 µm. Sie sind damit allgemein kleiner als Eucyten und haben wahrscheinlich gerade jenes Volumen, das zur Unterbringung und Realisierung der genetischen Information erforderlich ist. Die Zellen der Bakterien sind meist von einfacher Gestalt. Kugel-, Stäbchen- und spiralige Formen sind verbreitet.

Der Procyt ist durch eine Reihe von Baumerkmalen charakterisiert. Typisch ist das Fehlen eines membranumgebenen Zellkerns. Der Procyt besitzt dafür ein spiralisiertes und geknäueltes DNA-Molekül, das als Kernäquivalent oder Nucleoid bezeichnet wird. Ein entspiralisiertes Kernäquivalent besitzt die mehrfache Länge der Zelle selbst und erreicht ein Vielfaches des Zelldurchmessers.

Neben dem großen DNA-Molekül, das um die 90 Prozent der Erbinformation einer Procyte trägt, finden sich häufig zahlreiche kleine, zirkuläre, doppelsträngige DNA-Moleküle, die Plasmide. Sie tragen die genetische Information für spezielle, oft artcharakteristische physiologische Leistungen und Erscheinungen. Zahlreiche Antibiotikaresistenzen von Bakterienstämmen sind zum Beispiel Plasmid-codiert. Plasmide können leicht von einer Zelle auf die andere übertragen werden.

Nanoarchaeum equitans: Mit einer Größe von nur 400 nm scheint es das derzeit kleinste Lebewesen zu sein. Das Foto zeigt eine Gefrierätzung einer Ignicoccus-Zelle mit vier Nanoarchaeum-Zellen.

Nanoarchaeum equitans: Mit einer Größe von nur 400 nm scheint es das derzeit kleinste Lebewesen zu sein. Das Foto zeigt eine Gefrierätzung einer Ignicoccus-Zelle mit vier Nanoarchaeum-Zellen.

Formen der Bakterienzelle

Formen der Bakterienzelle

Dem Procyten fehlen Mitochondrien. Dennoch benötigt er wie jede andere Zelle die durch chemische Umsetzungen frei werdende Energie. Diese Aufgabe übernimmt im Procyten die Cytoplasmamembran.
Sie ist der Sitz der Enzyme für den Elektronentransport und die Energiefreisetzung. Auch Dictyosomen und Lysosomen sind im Procyten nicht zu finden. Im Gegensatz zum Eucyten trägt der Procyt ausschließlich Ribosomen vom 70 S-Typ. (S steht dabei für Svedberg-Einheiten und bezeichnet den Sedimentationskoeffizienten in der Dichtegradientenzentrifugation.) Sie bestehen aus den 50 S- und den 30 S-Untereinheiten und erfüllen wie in der Eukaryotenzelle die Aufgabe der Proteinbiosynthese. (Aufgrund der unterschiedlichen Formen lassen sich keine nummerischen Summen aus den Untereinheiten zum Gesamtribosom bilden – 30 S- und 50 S-Untereinheiten ergeben also nicht 80 S, sondern der Koeffizient des ganzen Ribosoms liegt bei 70 S.)
Auffällig ist die spärliche Kompartimentierung der Prokaryotenzelle. Da es ihr an einem ausgeprägten Membransystem, vergleichbar dem Endoplasmatischen Reticulum des Eucyten, fehlt, kommt es kaum zur Ausbildung von zellulären Reaktionsräumen.

Nach außen wird der Procyt durch eine Zellwand, oftmals zusätzlich durch eine Schleimhülle oder Kapsel begrenzt. Der Aufbau der Zellwand unterscheidet sich sowohl hinsichtlich der Struktur als auch der chemischen Zusammensetzung deutlich von dem Eucyten. Er ist einmalig in der Natur und kommt nur bei Bakterien vor.

Bau einer Bakterienzelle (Procyt)

Bau einer Bakterienzelle (Procyt)

Die Bakterienwand besteht aus einem netzartig strukturierten, sackförmigen Riesenmolekül, dem Murein. Diese Hülle verleiht der Bakterienzelle Form und Stabilität.
Bei den rezenten Bakterien sind zwei Wandtypen zu unterscheiden, die zur taxonomischen Einteilung genutzt werden. Der Pharmakologe und Arzt HANS GRAM (1853-1938) hat diese Wandunterschiede 1884 mit einem eigens dafür entwickelten Färbeverfahren sichtbar gemacht. Nach der Anfärbbarkeit mit einem blauen und einem roten Farbstoff werden grampositive und gramnegative Bakterien unterschieden.

Zellwand grampositiver (links) und gramnegativer (rechts) Bakterien

Zellwand grampositiver (links) und gramnegativer (rechts) Bakterien

Bei verschiedenen Bakterienarten tragen die Zellen Geißeln. Sie dienen der aktiven Fortbewegung, wobei Bewegungsgeschwindigkeiten pro Sekunde erreicht werden, die beim Mehrfachen der Zelllänge liegen. Geißeln entspringen einem innerhalb der Plasmamembran liegenden Basalkörper und übertreffen die Länge des Procyten deutlich.
Zahlreiche Prokaryoten sind in der Lage, Überdauerungsstadien in Form von Dauersporen zu bilden. Solche Endosporen bilden sich meist – aber nicht ausschließlich – unter ungünstigen Umweltbedingungen im Inneren des Procyten heraus. Das Zellplasma kugelt sich ab und verliert Wasser. Solche Überdauerungssporen können als Stadium des latenten Lebens mehrere Jahrzehnte überstehen.

Geißelursprung

Geißelursprung

Vor der Teilung eines Procyten haftet sich das Kernäquivalent an die Zellmembran und verdoppelt sich. Anschließend schnürt sich der Procyt so ein, dass zwei neue Tochterzellen mit jeweils einem Nucleoid entstehen. Die Teilungsrate der Procyten ist meist hoch. Zellen von Escherichia coli können sich bei günstigen Lebensbedingungen etwa alle 20 bis 30 Minuten teilen. Dabei können sich in 10 Stunden über eine Mrd. neue Bakterien bilden. (Exponentielles Wachstum: 2x, wobei x = Anzahl der Teilungen und 2 für Verdoppelung steht; bei 3 Teilungen pro Stunde, also alle 20 min, ist x = 30, sodass 230 = > 1 Mrd.)

Die Rekombination von DNA kann zwischen Bakterienzellen über besondere Plasmabrücken (Pili) erfolgen. Dieser der Sexualität vergleichbare Vorgang kann auch zwischen verschiedenen Bakterienarten stattfinden.

Begeißelungstypen von Bakterien

Begeißelungstypen von Bakterien

Stand: 2010
Dieser Text befindet sich in redaktioneller Bearbeitung.

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