Prokaryota

Schematische Darstellung einer prokaryotischen Zelle.

Prokaryoten (Procarya, Procaryota; von griechisch pro = bevor und karyon = Nuss, Kern), auch Prokaryonten oder Monera genannt, sind zelluläre Lebewesen, welche keinen Zellkern besitzen. Ihr Zelltyp wird als Protocyte bezeichnet.

Seit alle zellulären Lebewesen in drei Domänen eingeteilt werden, fassen die Domänen der Bakterien (Bacteria) und der Archaeen (Archaea) alle Prokaryoten zusammen.

Charakteristische Eigenschaften, Unterschiede zu Eukaryoten

Die DNA befindet sich in prokaryotischen Zellen (Protocyten) frei im Zytoplasma. Meist besteht sie aus einem einzelnen doppelsträngigen, in sich geschlossenen, dicht strukturierten DNA-Molekül, das als Kernäquivalent oder Nucleoid oder Bakterienchromosom bezeichnet wird. Es enthält keine Histonproteine, wie sie bei höheren, eukaryotischen Organismen (in Eucyten) in den Chromosomen mit der DNA assoziiert sind. Nur manche Prokaryoten enthalten lineare DNA-Doppelstränge (z.B. Borrelien). Bei Escherichia coli und anderen daraufhin untersuchten Bakterien ist der DNA-Doppelstrang ein etwa 1 mm langes, in sich geschlossenes Molekül, das stark aufgeknäuelt ist. Die DNA liegt wie die Polymerasen frei im Zytoplasma; bei der Proteinbiosynthese finden Transkription und Translation im Zytoplasma statt ^[1]. Im Gegensatz zu den Prokaryoten besitzen Eukaryoten einen „echten“, durch eine Doppelmembran vom umgebenden Zytoplasma abgegrenzten Zellkern, in dem sich die DNA in Chromosomen organisiert befindet.

Bei manchen Bakterien kommen außerdem noch kleinere doppelsträngige, geschlossene oder lineare DNA-Moleküle vor, die als Plasmide bezeichnet werden^[2].

Prokaryoten besitzen im Vergleich zu den Eukaryoten kleinere Ribosomen: 70 S-Ribosomen (bei Eukaryoten: 80 S-Ribosomen)^[3].

Prokaryoten enthalten im Gegensatz zu Eukaryoten keine membranbegrenzten Organellen wie Plastiden, Chloroplasten und Mitochondrien, Dictyosomen, Zentriolen, mitotischen Spindeln ^[4]. Ebenso besitzen sie keine Golgi-Apparate, Vakuolen und kein endoplasmatisches Retikulum ^[5].

Die Größe von Prokaryoten (bei länglichen der Durchmesser) liegt zwischen 0,2 und 700 µm (Thiomargarita namibiensis etwa 700 µm).

Weitere Eigenschaften

Bei vielen Prokaryoten findet man unter Anderem folgende Eigenschaften:

• komplexer Aufbau der Zellhüllen und teilweise das Vorkommen einer zweiten Zellmembran; nur in den Zellwänden von Bakterienzellen findet sich Murein (aus Zuckern und Aminosäuren zusammengesetzte Verbindung),
• nicht sehr komplexe Formen, außer bei Myxobakterien,
• einfache, ungeschlechtliche Vermehrung, meistens durch Zweiteilung,
• vielfältige Stoffwechselleistungen wie: Energiegewinn durch Atmung, Gärung, Phototrophie, Chemotrophie, Organotrophie, Lithotrophie,
• hohe physiologische Flexibilität,
• einige sind unter extremen Bedingungen lebensfähig (Temperaturbereich bis über 100 °C; oxisches oder anoxisches Milieu; saures Milieu (pH-Wert 1-4); hohe hydrostatische Drücke (1000 bar)).

Stoffwechselleistungen

Stoffwechselleistung der Prokaryoten

Anoxygene Photosynthese	vorhanden
Oxygene Photosynthese	vorhanden
Aerobe Atmung	vorhanden
Gärung	vorhanden
Anaerobe Atmung	vorhanden
Stickstoff-Fixierung	vorhanden
Chemolithotrophie	vorhanden

Erfassung der Prokaryoten-Arten

Es wird angenommen, dass nur etwa 1 % der Prokaryoten-Arten (taxonomisch unterscheidbare Typen) entdeckt und beschrieben worden sind, etwa 99 % sind noch unbekannt^[6]. Die Anzahl der auf der Erde vorhandenen Prokaryoten-Arten wird auf 10⁸ bis 10¹⁷ geschätzt ^[7]. Jährlich werden etwa 500 bis 800 Prokaryoten-Arten neu entdeckt und beschrieben.

Der jeweilige Typstamm (der kultivierte Prokaryoten-Stamm, der der Neubeschreibung zugrunde lag) muss jeweils in mindestens zwei Stammsammlungen hinterlegt und damit für andere Wissenschaftler zugänglich gemacht werden. In Deutschland ist das bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (DSMZ) möglich, in Frankreich beim Institut Pasteur, in Belgien bei der BCCM (Belgian coordinated collections of microorganisms).

Der Grund dafür, dass bisher nur ein so geringer Anteil an Arten erfasst wurde, liegt darin, dass traditionell die Organismen anhand einer Kultur beschrieben werden, dass aber bisher nur für einen kleinen Teil der Prokaryoten-Arten Kulturmethoden bekannt sind. Aus Habitaten können Nukleinsäuren der darin befindlichen Prokaryoten gewonnen und charakterisiert werden. Anhand der so gewonnenen Daten kann die darin befindliche Prokaryoten-Gesellschaft charakterisiert werden und die Anzahl der darin enthaltenen Arten abgeschätzt werden. Aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen im Vergleich mit den Ergebnissen kultureller Untersuchungen schließt man auf einen sehr großen Anteil bisher nicht kultivierbarer Prokaryoten-Arten in den Prokaryoten-Gesellschaften natürlicher Habitate.

Siehe auch

• Endosymbiontentheorie
• Eukaryoten

Literatur

• Martin Dworkin, Stanley Falkow, Eugene Rosenberg, Karl-Heinz Schleifer, Erko Stackebrandt (Hrsg.). The Prokaryotes, A Handbook of the Biology of Bacteria. 7 Bände, 3. Auflage, Springer-Verlag, New York u. a. O., 2006, ISBN 0-387-30740-0
• Joseph W. Lengeler, Gerhart Drews, Hans G. Schlegel (Hrsg.). Biology of the Prokaryotes. Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1999, ISBN 3-13-108411-1

Weblinks

• Martin Dworkin (Hrsg.). The Prokaryotes: An Evolving Electronic Resource for the Microbiological Community. Third Edition, Release 3.20, Springer-Verlag, New York, 2005. HTML
• George M. Garrity, Timothy G. Lilburn, James R. Cole, Scott H. Harrison, Jean Euzéby, Brian J. Tindall: Taxonomic Outline of the Bacteria and Archaea. Release 7.7, March 6, 2007, Michigan State University Board of Trustees, www.taxonomicoutline.org
• S.P. LaPage, P.H.A. Sneath, E.F. Lessel, V.B.D. Skerman, H.P.R. Seeliger, W.A. Clark (Hrsg.). International Code of Nomenclature of Bacteria (1990 Revision). American Society for Microbiology, Washington, D.C., 1992. HTML
• J.P. Euzeby (1997): List of Bacterial Names with Standing in Nomenclature: a folder available on the Internet. In: Int. J. Syst. Bacteriol. Bd. 47, S. 590-592. PMID 9103655 PDF URL: http://www.bacterio.net – eine umfassende, ständig aktualisierte Auflistung publizierter Prokaryoten mit Literaturangaben zu den jeweiligen Spezies und Links zur Erstpublikation.

Einzelnachweise

1. ↑ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?highlight=prokaryotes,eukaryotes&rid=iga.table.1920
2. ↑ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?highlight=plasmids&rid=mmed.section.453#455
3. ↑ ,http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=cooper.figgrp.1173
4. ↑ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?highlight=prokaryotes&rid=mmed.figgrp.282
5. ↑ http://de.wikibooks.org/wiki/Medizinische_Mikrobiologie:_Allgemeine_Bakteriologie
6. ↑ http://www.zeit.de/1998/46/199846.mikroben_.xml
7. ↑ Caroline Harwood, Merry Buckley: The uncharted microbial world: microbes and their activities in the environment.American Academy of Microbiology, Washington DC 2008, http://www.asm.org/Academy/index.asp?bid=56412