Bakterienzelle
Was Bakterien sind, aus welchen Zellbestandteilen sie bestehen und wo sie vorkommen, erfährst du hier und in diesem Video!
Inhaltsübersicht
Bakterienzelle einfach erklärt
Bakterien sind kleine, einzellige Mikroorganismen. Zusammen mit den Archaeen gehören sie zu den Prokaryoten, den Einzellern. Diese Lebewesen besitzen im Gegensatz zu den Eukaryoten (oft Mehrzeller) keinen Zellkern. Stattdessen „schwimmt“ ihre meist ringförmige Erbinformation (DNA) quasi frei im Zellplasma herum.
Bakterienzellen haben unterschiedliche Größen und Formen. Sie können sowohl einzeln vorkommen, als auch in Zellaggregaten, wie z. B. in Ketten oder Platten. Die drei häufigsten Bakterienformen sind:
- Kokken — kugelförmig
- Bazillen — stäbchenförmig
- Spirillen — spiralförmige bzw. korkenzieherähnlich
Bakterienzellen vermehren sich im Allgemeinen ungeschlechtlich, indem sie sich selbst in zwei identische Tochterzellen teilen. Außerdem treten sie oft in Kolonien mit anderen Mikroorganismen auf.
Eine Bakterienzelle (auch Procyte) ist ein Lebewesen ohne Zellkern und gehört zu den Prokaryoten, den Einzellern. Sie besitzt ein meist ringförmiges Nucleoid, das ihre Erbinformation enthält und ist nur etwa 1 bis 10 Mikrometer (µm) groß.
Bakterien Aufbau und Zellbestandteile
Die Größe einer Bakterienzelle liegt durchschnittlich zwischen 1 und 10 µm, kann jedoch auch Größen von 0,2 bis 700 µm erreichen.
Trotz ihrer geringen Größe enthält die Bakterienzelle einige Zellbestandteile.
Übrigens: Ein Bakterium, das diese üblichen Zellbestandteile enthält, ist zum Beispiel das Darmbakterium Escherichia Coli (E. coli).
Zellwand
Bakterien sind meistens von einer Zellwand umgeben, die unter anderem Murein (= Peptidoglykan) enthält. Das ist eine chemische Verbindung, die aus Zuckern und Aminosäuren (Peptiden) besteht. Sie legt sich wie ein Netz um das Bakterium und schützt es vor Umwelteinflüssen oder Angreifern wie Bakteriophagen. Außerdem verleiht das Murein der Zellwand Stabilität.
Je nach Aufbau der Zellwand unterscheidest du zwei Arten von Bakterien:
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Grampositive Bakterien
Sie enthalten eine dicke Mureinschicht mit bis zu 25 Lagen. Du erkennst sie mithilfe der sogenannten Gramfärbung. Bei diesem Test können grampositive Bakterien violett angefärbt werden. Der Farbstoff kann sich durch ihre große Mureinschicht nämlich nicht ins Zelläußere bewegen und bleibt somit in der Zellwand.
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Gramnegative Bakterien
Diese Bakterien besitzen eine Zellwand aus einer dünnen Mureinschicht und einer zusätzlichen Außenmembran. Hier kann sich der Farbstoff nicht in der Wand anlagern und wird somit ausgewaschen.
Glykokalyx
Als zusätzlicher Schutz vor Austrocknung und feindlichen Bakterien dient in vielen Bakterienzellen die Glykokalyx.
Sie wird je nach Aufbau auch als Kapsel oder Schleimhülle bezeichnet und umgibt die Zellwand wie ein umhüllender Film. Die Glykokalyx besteht aus Polysacchariden (Kohlenhydraten).
Zellmembran
Unter der Zellwand einer Bakterienzelle befindet sich die Zellmembran. Sie dient als Stoffbarriere und besteht aus Phospholipiden, also biologischen Makromolekülen. Diese sind in einer Doppelschicht angeordnet, in der auch Membranproteine eingelagert sein können.
Zusätzlich sind an manchen Stellen der Zellmembran Einstülpungen vorhanden. Die bezeichnest du als Mesosomen.
Zellorganellen
Zellorganellen sind Einheiten in einer Zelle, die durch eine Membran abgegrenzt sind. Beispiele dafür sind der Golgi-Apparat und das Endoplasmatische Retikulum aus eukaryotischen Zellen.
Bakterienzellen besitzen keine solchen Zellorganellen. Selten kommen aber Bakterien mit sogenannten intrazellulären Membranen vor. Sie umgeben bestimmte Enzymsysteme, die für die Photosynthese oder andere Stoffwechselprozesse zuständig sind.
Zellplasma
Bakterienzellen sind gefüllt mit Zellplasma, auch Cytoplasma genannt. Das ist eine Flüssigkeit, die zwei Bestandteile enthält:
- Cytosol — der flüssige Anteil des Cytoplasmas, der zu 80 % aus Wasser besteht
- kleine, unlösliche Partikel, wie die Ribosomen
Ribosomen
Auch Ribosomen kommen in Bakterienzellen vor. Das sind kleine, ovale Teilchen, die aus Proteinen und rRNA (ribosomale Ribonukleinsäure) bestehen. An den Ribosomen findet die Translation statt. Dabei wird genetische Information abgelesen und daraus Proteine hergestellt.
Übrigens: Die Ribosomen in Bakterienzellen sind kleiner als die Ribosomen aus eukaryotischen Zellen.
DNA
Bakterienzellen enthalten keinen Zellkern. Stattdessen besitzen sie ein sogenanntes Nukleoid, oder auch Bakterienchromosom genannt. Das ist ein meist ringförmiges DNA-Molekül, das frei im Zellplasma schwimmt. Hier finden die Transkription und Translation der Gene statt.
Zusätzlich können die genetischen Informationen der Bakterien aber auch in ringförmigen Plasmiden vorkommen. Diese können unter Bakterienzellen ausgetauscht werden, sodass genetische Information weitergegeben wird.
So können sich zum Beispiel Antibiotikaresistenzen ausbreiten. Plasmide spielen aber auch in der Gentechnik eine Rolle. Mit ihrer Hilfe lässt sich nämlich beispielsweise die veränderte DNA eines Bakteriums in andere Bakterien einschleusen.
Flagellum
Zur Fortbewegung besitzen Bakterienzellen sogenannte Flagellen. Das sind dünne, lange Proteinfäden, die außerhalb der Zellwand an den Bakterien hängen.
Unterhalb der Zellwand ist eine Art komplexer Motor verankert, der das Flagellum unter Verbrauch von Energie (ATP) zum Rotieren bringt. Es bewegt sich dann wie ein Propeller. Die Bewegung findet als eine Reaktion auf äußere Reize, wie zum Beispiel Licht statt.
Pili
Auch die Pili (lat. pilus = das Haar) oder Fimbrien sind fadenförmige Proteinanhänge an der Bakterienzelle. Mit ihnen kann sie sich besser an festen Oberflächen oder anderen Zellen anheften.
Der sogenannte F- oder Sexpillus hilft außerdem bei der Kommunikation und dem Austausch von genetischem Material zwischen zwei Bakterienzellen.
Granula und Vesikel
Als Kohlenstoff- und Energiequelle dienen in Bakterienzellen Speicherstoffe in Form von Kohlenhydraten, Fetten, Phosphaten oder auch Schwefel. Sie werden in den sogenannten Granula eingeschlossen. Das sind rundliche Körner im Zellplasma, die dort als Speicherdepot dienen.
Außerdem befinden sich in Bakterienzellen Vesikel. Das sind kleine flüssigkeitsgefüllte Bläschen. Sie sind dafür zuständig, Stoffe innerhalb von Zellen zu transportieren beziehungsweise aus den Zellen herauszuschleusen.
Letzteres passiert einerseits mit Abfallprodukten, die zum Beispiel bei Stoffwechselprozessen entstehen. Andererseits geben Vesikel auch nützliche Stoffe, wie Hormone oder Neurotransmitter, in den Raum außerhalb der Zelle ab.
Bakterien Vermehrung
Bakterien vermehren sich, indem sie sich in zwei identische Tochterzellen teilen. Du sprichst hierbei von einer asexuellen Vermehrung.
Unter idealen Bedingungen, also z. B. unter kontinuierlicher Nahrungszufuhr, ist bei Bakterienzellen ein exponentielles Wachstum möglich. Dann verdoppelt sich die Bakterienpopulation in regelmäßigen Zeitabschnitten.
Übrigens: Bei Bakterien besteht auch die Möglichkeit zur Rekombination. Das heißt, dass das Genom einer Zelle mit einem anderen DNA-Ausschnitt einer anderen Zelle kombiniert wird. So können unter anderem bestimmte Resistenzgene, z. B. gegen Antibiotika, weitergegeben werden.
Bakterien Vorkommen und Lebensweise
Bakterien kommen fast überall vor, weil einige von ihnen an extreme Bedingungen (z. B. extreme Hitze / Kälte, hohe Salzkonzentration) angepasst sind. Dabei hat jede Bakterienart einen abgrenzenden Bereich (Optimum), in dem sie überleben und sich vermehren kann.
Außerdem können Bakterienzellen unterschiedliche Stoffwechselwege ausführen und somit Energie gewinnen. Manche Bakterien brauchen dafür Sauerstoff (Aerobier), andere nicht (Anaerobier). Es gibt aber auch Bakterien, die zwischen beiden Formen wechseln.
Die Ernährungsform kann sich ebenfalls je nach Bakterienart unterscheiden. Es gibt unter anderem:
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Phototrophe Bakterien
Sie betreiben Photosynthese und nutzen somit Licht als Energiequelle.
Beispiel: Cyanobakterien oder Blaualgen.
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Chemoautotrophe Bakterien
Diese Bakterien ziehen ihre Stoffwechselenergie aus anorganischen Substanzen, wie Ammoniak, Schwefelwasserstoff oder Metallionen.
Beispiel: Die Stickstoff-Fixierer machen molekularen Stickstoff für andere Organismen verfügbar und kommen häufig in Symbiose mit Pflanzen vor.
Bakterien Bedeutung
Bakterien werden häufig mit Krankheiten verbunden. Dabei gibt es neben Krankheitserregern auch viele nützliche Bakterien.
Beim Menschen bilden sie im Dickdarm zum Beispiel die Darmflora. Diese unterstützt die Verdauungsprozesse.
Schon gewusst? Der Mensch besitzt etwa 10 Mal so viele Bakterien wie Zellen. 99 % aller Mikroorganismen leben dabei im Verdauungstrakt.
Auch in der Biotechnik und Medizin spielen Bakterien eine große Rolle. In der „Weißen Biotechnologie“ werden mithilfe von Bakterien beispielsweise Nahrungsmittel oder Chemikalien wie Aceton, Essigsäure oder Milchsäure produziert.
Auch Medikamente wie Insulin oder Antibiotika lassen sich durch Bakterien herstellen.
Bakterienzelle — häufigste Fragen
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Was ist eine Bakterienzelle?
Bakterien sind kleine, einzellige Mikroorganismen. Zusammen mit den Archaeen gehören sie zu den Prokaryoten. Bakterienzellen besitzen keinen Zellkern, ihre DNA schwimmt frei im Zellplasma herum. Es gibt verschiedene Bakterienarten in unterschiedlichen Größen.
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Wie sieht der Aufbau von Bakterien aus?
Bakterien bestehen meistens aus Ribosomen und DNA, die von einer Zellwand und Zellmembran umgeben sind. Gefüllt sind Bakterien mit flüssigem Cytoplasma. Einige Arten besitzen außerdem Pili, Plasmide, Flagellen, Granula und Vesikel. Bakterien pflanzen sich asexuell durch Zellteilung fort und kommen im menschlichen Körper und in der Natur vor.
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Sind Bakterien gefährlich?
Bakterien sind meist harmlos, sie sind sogar notwendig für die Verdauung des Menschen. Es gibt aber auch einige Krankheitserreger, die schädlich sein können.
Endosymbiontentheorie
Laut der Endosymbiontentheorie haben Bakterienzellen erst die Entstehung eukaryotischer Zellen ermöglicht. Was genau die Theorie besagt, zeigen wir dir in diesem Video!
