Aufbau der bakteriellen Zelle
Bakterielle Zellen sind durch eine Zellwand von der Umgebung und durch eine Cytoplasmamembran von der Zellwand getrennt. Diese bilden zugleich eine Bar — riere, uber die der Stofftransport aktiv oder passiv erfolgen kann. Das Zellinnere bildet das Cytoplasma, in welchem die grundlegenden Stoffwechselaktivitaten und Prozesse fur die Zellteilung stattfinden. Im Gegensatz zu eukaryontischen Zellen weisen prokaryontische Zellen keine Kompartimente (z. B. Mitochondrien, Chlo- roplasten, Zellkern) auf; samtliche Prozesse laufen hier im Cytoplasma ab (Abb. 14.1).
Die Grundkomponenten der Zelle sind die Makromolekule Proteine, Nukleinsauren, Lipide und Polysaccharide. Deren Funktion und Bedeutung werden nach — folgend kurz erlautert.
Nukleinsauren. In den Nukleinsauren ist die gesamte genetische Information ei — nes Organismus gespeichert (desoxyribonucleic acid, DNA). Diese ist uberwie — gend in dem Nucleoid lokalisiert. Es treten aber auch extra-chromosomale Ele — mente (Plasmide) auf, die haufig zusatzliche Informationen wie Antibiotika — oder Schwermetallresistenzen enthalten und zugleich wichtige Werkzeuge der Moleku- larbiologie sind. Eine zweite Klasse der Nukleinsauren ist die RNA (ribonucleic acid), die Funktionen im Ablesen der genetischen Information (Transkription) und deren Ubersetzung in funktionsfahige Proteine (Translation) sowie der Biosynthe — se der Proteine selbst ubernimmt. Zudem konnen Spezialformen der RNA auch re — gulatorische Funktionen ubernehmen.
Proteine. Proteine sind Makromolekule, die aus a-Aminosauren aufgebaut sind. Diese Aminosaurekette wird in der Zelle zu einer spezifischen, biologisch aktiven Struktur (Tertiarstruktur) gefaltet; dadurch werden katalytische Zellfunktionen er — moglicht. Der Zusammenhalt der Polypeptidkette und deren Anordnung werden durch intramolekulare elektrostatische und hydrophobe Wechselwirkungen oder auch kovalente Disulfidbrucken ermoglicht. Diese sind jedoch auBerhalb der Zelle haufig nicht besonders stabil. Dadurch konnen Enzyme durch Einflusse wie Hitze, extreme pH-Werte, Losungsmittel oder Chemikalien leicht denaturieren und somit ihre biologische Aktivitat verlieren.
Lipide. Lipide sind Hauptbestandteile der Zellmembran und bestehen meist aus Glycerin, das mit verschiedenen Fettsauren verestert ist. Membranlipide weisen ei — nen amphipatischen Charakter auf (d. h. einen stark hydrophoben Rest, sowie eine hydrophile Kopfgruppe). Hierdurch ordnen sie sich in Membranen zu einer Lipid- doppelschicht an, bei der die Fettsaureketten nach innen ragen. Zusatzlich mit Pro — teinen durchsetzt bilden sie die Cytoplasmamembran, welche aufgrund ihres amphipatischen Charakters eine Permeabilitatsbarriere fur geloste Stoffe aus dem
Cytoplasma, sowie Stoffe von auBerhalb der Zelle bildet. Gleichzeitig tragt dies zu einer Ladung der Zelle bei, da Ionen nur selektiv diese Barriere uberwinden kon — nen. Diese Tatsache nutzt die Zelle zur Energieerzeugung aus, da hierbei eine so — genannte protonenmotorische Kraft erzeugt wird. Diese stark hydrophobe Barriere gilt es bei jedem Transport uber die Cytoplasmamembran zu uberwinden. Dazu bedient sich die Zelle spezieller Translokatoren oder Kanale, die in die Membran integriert sind.
Polysaccharide. Polysaccharide (d. h. Mehrfachzucker) sind fur die Zelle wesent- lich als Energiespeicherstoff und beim Zellwandaufbau. In Bakterien dient dabei in erster Linie Glykogen als Polymer der Glukose analog der pflanzlichen Starke als Energiespeicher. In der bakteriellen Zellwand spielt das Peptidoglykan als Grund — gerust eine wesentliche Rolle. Hierbei handelt es sich um ein Polymer aus alternie — renden Einheiten von N-Acteylglucosamin und N-Actelymuraminsaure, welche mit kurze Peptiden quervernetzt sind. Auch in den Seitenketten der auBeren Membran haben Zucker eine wichtige Bedeutung.
Zellwandaufbau. Ein wesentliches Differenzierungsmerkmal bei Bakterien ist die Art des Zellwandaufbaus. Hier wird in Gram-positive und Gram-negative Bakterien, benannt nach einer diagnostischen Farbemethode, unterschieden.
Bei Gram-positiven Bakterien ist der Cytoplasmamembran direkt eine dicke Mureinschicht aus bis zu 25 Schichten Peptidoglykan aufgesetzt. Diese ubernimmt eine mechanisch-stabilisierende Funktion. Bei Gram-negativen Organismen bildet anstelle dieser mehrschichtigen Mureinschicht eine Lipidmembran die auBere Hul — le und somit die mechanische Stutze der Bakterienzelle. Diese ist der Cytoplasmamembran nicht direkt aufgelagert. Dadurch besitzt die Zelle ein weiteres Kom — partiment, das sogenannte Periplasma, in dem sich eine Reihe Proteine und extra — zellularer Enzyme befinden; es ist meist von einer dunnen Mureinschicht (1 bis 2 Schichten Peptidoglykan) durchzogen. Die auBere Membran besteht aus einer ein — fachen Phospholipidschicht und verschiedenen Zuckern und wird daher auch als Lipopoly-Saccharid bezeichnet.