Bakterienzelle: Aufbau und Funktion

Bakterienzelle – Übersicht

• Bakterien sind prokaryotische, einzellige Mikroorganismen ohne Zellkern und andere membrangebundene Organellen.
• Die Größe von Bakterien variiert typischerweise zwischen 0,5 und 5 Mikrometer.
• Bakterien besitzen verschiedene Formen, darunter kugelförmige Kokken, stäbchenförmige Bazillen und spiralförmige Spirillen.

Zellwand

• Die Zellwand ist eine starre Struktur, die die Bakterienzelle umgibt und für ihre Form und Stabilität verantwortlich ist.
• Sie schützt die Zelle vor osmotischem Druck und mechanischen Belastungen.
• Der Hauptbestandteil der bakteriellen Zellwand ist Peptidoglykan (auch Murein genannt).
• Peptidoglykan ist ein Polymer aus Zucker- und Aminosäurebausteinen.
• Gram-positive Bakterien besitzen eine dicke Peptidoglykanschicht, die bis zu 90% der Zellwand ausmachen kann.
• Gram-negative Bakterien haben eine dünnere Peptidoglykanschicht, die von einer äußeren Membran umgeben ist.
• Die äußere Membran gram-negativer Bakterien enthält Lipopolysaccharide (LPS), die als Endotoxine wirken können.
• Einige Bakterien, wie z.B. Mykoplasmen, besitzen keine Zellwand.

Zytoplasmamembran

• Die Zytoplasmamembran ist eine semipermeable Membran, die das Zytoplasma umgibt und die Ein- und Ausfuhr von Stoffen reguliert.
• Sie besteht hauptsächlich aus einer Lipiddoppelschicht und Proteinen.
• Die Zytoplasmamembran ist für Transportprozesse, Energiegewinnung und die Synthese von Zellwandbestandteilen verantwortlich.

Zytoplasma

• Das Zytoplasma ist die gelartige Substanz innerhalb der Bakterienzelle.
• Es enthält das bakterielle Chromosom, Ribosomen, Enzyme, Nährstoffe und andere zelluläre Bestandteile.
• Bakterien besitzen kein membranumschlossenes Nukleus. Das genetische Material (DNA) befindet sich in einem Bereich, der als Nukleoid bezeichnet wird.
• Bakterielle Ribosomen sind 70S-Ribosomen, die sich von den 80S-Ribosomen eukaryotischer Zellen unterscheiden.
• Viele Stoffwechselprozesse, wie z.B. Glykolyse und Proteinsynthese, finden im Zytoplasma statt.

Kapsel

• Einige Bakterien besitzen eine Kapsel, eine äußere Schleimschicht, die die Zelle umgibt.
• Die Kapsel besteht meist aus Polysacchariden.
• Sie schützt die Bakterienzelle vor Phagozytose durch Immunzellen des Wirtsorganismus.
• Die Kapsel kann auch zur Adhäsion an Oberflächen beitragen.

Geißeln (Flagellen)

• Geißeln sind lange, fadenförmige Anhänge, die zur Fortbewegung dienen.
• Bakterien können eine einzelne Geißel (monotrich) oder mehrere Geißeln an einem oder beiden Enden der Zelle (lophotrich), oder um die gesamte Zelle verteilt (peritrich) besitzen.
• Die Geißel besteht aus dem Protein Flagellin.
• Die Bewegung der Geißel wird durch einen molekularen Motor angetrieben, der Protonen oder Natriumionen nutzt.

Pili (Fimbrien)

• Pili sind kurze, haarartige Anhänge auf der Oberfläche von Bakterienzellen.
• Sie dienen hauptsächlich der Adhäsion an Oberflächen, wie z.B. Wirtszellen oder unbelebte Materialien.
• Es gibt verschiedene Arten von Pili, darunter auch Sex-Pili, die eine Rolle bei der Konjugation (horizontaler Gentransfer) spielen.

Plasmide

• Plasmide sind kleine, ringförmige DNA-Moleküle, die unabhängig vom bakteriellen Chromosom replizieren.
• Sie enthalten oft Gene, die für Antibiotikaresistenz, Virulenzfaktoren oder andere spezielle Funktionen kodieren.
• Plasmide können zwischen Bakterienzellen übertragen werden, was zur Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen beitragen kann.

Endosporen

• Einige Bakterien, insbesondere Bacillus- und Clostridium-Arten, können unter ungünstigen Bedingungen Endosporen bilden.
• Endosporen sind widerstandsfähige Dauerformen, die gegen Hitze, Strahlung, Chemikalien und Austrocknung resistent sind.
• Sie enthalten das bakterielle Genom und essentielle zelluläre Bestandteile in einem dehydrierten Zustand.
• Unter günstigen Bedingungen können Endosporen auskeimen und wieder in eine aktive Bakterienzelle umwandeln.