Aufbau einer Bakterienzelle, VO 2.pdf

P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Aufbau einer Bakterienzelle P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Der typische Aufbau einer Bakterienzelle Speicherstoffe Rib...

P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Aufbau einer Bakterienzelle P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Der typische Aufbau einer Bakterienzelle Speicherstoffe Ribosomen P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Der typische Aufbau von eukaryotischen Zellen P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Die Zytoplasma-Membran Spezifischer Transport von Stoffen, ist semipermeabel (da sie manche Stoffe unkontrolliert passieren lassen) Aufbau von Gradienten Energiestoffwechsel Phospholipid-Doppelschicht mit eingelagerten und angelagerten Proteinen Verankerung für Geißeln, Proteine P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Die Zytoplasma-Membran Lipid-Doppelschicht: P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Aufbau eines Phospholipids Bestandteile: Glycerin, Fettsäuren und Phosphat P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Aufbau eines Phospholipids R1-O-R2 Fettsäureschwänze P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Die Zytoplasma-Membran Membrane und Proteine sind ständig in Bewegung: „Fluid-Mosaik“ Membran P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Transport über die Membran Spontaner Prozess der Ausbreitung von Stoffen einem Konzentrationsgradienten folgend Sekundärer Transport erleichterte Diffusion, Carrier-vermittelt: z.B. Kalium- Uniporter Gekoppelter Transport zweier Substanzen, Carrier- vermittelt: z.B. Laktose-Protonen Symporter Transport von zwei verschiedenen Molekülen in gegenläufiger Richtung, Carrier-vermittelt: z.B. Natrium-Protonen-Antiporter Primären Transport An eine chemische Reaktion gekoppelter Transport P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Die Zellwand Druckfestigkeit gegen den osmotisch bedingten Überdruck Form der Zelle Stofftransport und Ernährung Besteht aus Murein in Eubacaterien (N-Acetyl- Glucosamin) Protein, Polysacchariden oder Pseudomurein (Archaea) Gram-positive Bakterien P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Gram-positiv Gram-negativ P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Aufbau von der Zellhülle von Gram-positiven Bakterien N-Acetyl-Glucosamin N-Acetyl-Muraminsäure = Murein- sacculus P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Aufbau von Peptidoglycan (Murein) besteht aus Polysaccharid-Strängen, die abwechselnd aus dem Glucose- Derivat N-Acetyl-Glucosamin und dessen Milchsäureether N-Acetyl- Muraminsäure gebildet werden und über kurze Peptidketten miteinander vernetzt sind. D-Alanin Transpeptidase DAP X X (Meso-Diamino- pimelinsäure) bei gram- P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Aufbau von der Zellhülle von Gram-negativen Bakterien P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Die Gram-Färbung P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG + Gegenfärbung Die Gram-Färbung P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Gram-positive und Gram-negative Bakterien Alle Gram-positive Bakterien gehören in ein Phylum Die Gram-negativen Bakterien gehören in die verschiedenen Phyla P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Beispiele für Gram (+) Bakterien P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Beispiele für Gram (-) Bakterien Stäbchen: Escherichia coli Darmbakterium Pseudomonas fluoreszens Bodenbakterium, bildet Fluoreszin Vibrio fisheri Marines Bakterium, Symbiose mit Hering, Biolumineszenz Yersinia pestis wilde Nagetiere, Zwischenwirt sind Flöhe Salmonella typhi Darmbakterium Kokken: Neisseria gonorrhoeae Gonorrhö Erreger Moraxella catarrhalis z.B. Bronchitis, Sinusitis, Otitis media P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Kapseln und Schleime Schleimhülle: besteht aus mehr als 90% aus Wasser und Polysacchariden z.B. Neisseria, Leuconostoc P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG DNA Träger des genetischen Materials, das an die Nachkommen vererbt wird In Prokaryoten: ein einziges doppelsträngiges Molekül, das ringförmig geschlossen ist Keine Kernhülle, sondern liegt frei im Zytoplasma und bildet Nukleoid P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Das Prokaryonten-Genom: Nukleoid P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Das Chromosom von E. coli P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Prokaryotische Ribosomen Ort der Translation (Proteinbiosynthese): Boten mRNA (messenger RNA) wird in eine Polypeptid-kette umgesetzt Frei im Zytoplasma Wichtig für phylogenetische Untersuchungen (basierend auf 16S/18S rRNA [ribosomale RNA]) P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Das bakterielle Ribosom ist aus zwei Untereinheiten (UE) zusammengesetzt Bakterien besitzen 70S Ribosomen: 50S (große UE) 30S (kleine UE) Eukaryoten besitzen 80S Ribosomen: 60S (große UE) 40S (kleine UE) Unterscheidung durch 1 Svedberg [S] entspricht einer Sedimentations- Geschwindigkeit von 10-13 s. geschwindigkeit P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Prokaryotische Ribosomen Die große 50S UE besteht aus 5S rRNA, 23S rRNA und >30 Proteinen Die kleine 30S UE besteht aus 16S rRNA und >20 Proteinen P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Geißeln und Pili Fortbewegung Kommunikation Pili (Fimbrien) sind unbeweglich, dienen dem Transfer von DNA, Proteinen oder der Anheftung an Oberflächen Geißeln (Flagellen) dienen der Fortbewegung, sind unterschiedlich zu den eukaryotischen Geißeln aufgebaut P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Pili Sind typische prokaryotische Zellfortsätze röhrenförmige Gebilde und bestehen aus Pilin-Protein E. coli mit Fimbrien (Typ-1 Pili, „Fransen“): Fimbrien Adhäsion, Anheftung 3-25 nm  bis 2-5 µm Länge meist in großer Anzahl vorhanden Geobacter sulfurreducens Pili („Haare“): mit Pili Austausch von DNA (Konjugation) Adhäsion, Anheftung 3-25 nm  bis 10 µm Länge nur wenige Pili vorhanden P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Geißeln (Flagellen) Dienen der Fortbewegung 20 nm  5-20 µm Länge Bestehen aus: Filament (Protein Flagellin) Haken Basalkörper Nicht zu vergleichen mit eukaryotischen Geißeln (9 x 2 + 2 Aufbau)! P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Aufbau der Geißeln Angetrieben durch Protonengradienten am Mot-Komplex 3000 Umdrehungen pro Minute! P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Motilität der Bakterien Escherichia coli Spirillum volutans P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG H. pylori Motilität der Bakterien P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Begeißelung P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Chemotaxis Orientierung von Bakterien in chemischen Gradienten P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Speicherstoffe P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Sporen von Bakterien Endosporen: in Reaktion auf Nährstoffmangel hitzeresistente Dauerformen (können kochendes Wasser einige Stunden überdauern) enthalten eine Kopie des Genoms, sind vom einer Membran umgeben, weitgehend wasserfrei, physiologisch inaktiv, Keimfähigkeit bleibt manchmal Jahrhunderte erhalten P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Typische Formen von Sporen 1. Zentrale Spore 2. Terminale Spore mit Einschlusskörper (Protein) 3. Terminale Spore treibt Bakterie keulenförmig auf 4. Zentrale Spore treibt Bakterie spindelförmig auf 5. Terminale Spore, rund 6. Laterale Spore treibt Bakterie spindelförmig auf P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Typische Formen von Sporen P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Sporenbildende Bakterien P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Typische eukaryotische Kompartimente, Strukturen und Zytoskelett Zytoskelett: wichtig für zahlreiche Vorgänge: Formgebung, Migration, etc. Mikrotubuli Aktinfilamente Intermediärfilamente Organellen: Zellkern Geißeln Endoplasmatisches Retikulum Golgi-Apparat Mitochondrium Chloroplast P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Mitochondrien und Plastide Umgeben von Doppelmembran Eigene, zirkuläre Erbsubstanz, Ribosomen Einstülpungen zur Oberflächenvergrößerung Ort der Photosynthese bzw. Atmung (Energiekraftwerke) Keine de-novo Bildung, sondern entstehen durch Teilung P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Endosymbiontentheorie Besagt: Plastide und Mitochondrien gehen auf procytische intrazelluläre Symbiosen zurück: Plastide sind aus Cyanobakterien, Mitochondrien aus atmenden Purpurbakterien entstanden Ein relativ großer, amöboid beweglicher, wandelloser Ureucyt hat sich Prokaryoten einverleibt und in sein zelluläres Funktionsgefüge integriert Zahlreiche Anpassungen: Mehrzahl der Proteine der Mitochondrien und Plastide werden in Kern kodiert und im Zytoplasma synthetisiert Reduktion des Erbmaterials P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Endosymbiontentheorie P A R I S - L O D R O N Endosymbiontentheorie UNIVERSITY SALZBURG Gemeinsamkeiten von Chloroplasten und Mitochondrien und Bakterien: Zirkuläre DNA in Nukleoiden ohne Histone Replikation von Mitochondrien+Plastiden ist unabhängig vom Wirts- Zellzyklus Die rRNA von Mitochondrien und α–Purpurbakterien, sowie Plastiden und Cyanobakterien ist sequenzverwandt Analog zu den Bakterien existiert in Plastiden nur eine RNA- Polymerase, im Zellkern jedoch drei Die Ribosomen von Plastiden und Mitochondrien entsprechen in Größe und Empfindlichkeit gegenüber Hemmstoffen den bakteriellen 70S–Ribosomen ………. P A R I S - L O D R O N UNIVERSITY SALZBURG Eukaryot vs. Prokaryot Aufbau Prokaryot Eukaryot Nukleoid Zellkern (Nukleus) Organellen Ribosomen frei im Ribosomen frei und an ER Zytoplasma gebunden 70S Ribosomen 80S Ribosomen DNA als ein ringförmiges DNA in lineare Molekül Chromosomen