Die Grundlagen der Zellbiologie: Prokaryoten und Eukaryoten

Die Zelle bildet den fundamentalen Baustein allen Lebens. Bei der Unterscheidung zwischen Prokaryotischer Zelle und Eukaryotischer Zelle zeigen sich grundlegende strukturelle und funktionelle Unterschiede. Der Eukaryotische Zelle prokaryotische Zelle Unterschied manifestiert sich besonders in der Organisation des Erbmaterials.

Prokaryoten Beispiele umfassen Bakterien und Archaeen. Diese einzelligen Organismen zeichnen sich durch eine relativ simple Struktur aus. Ihre DNA schwimmt frei im Cytoplasma, ohne von einer Kernmembran umschlossen zu sein. Die ringförmige DNA liegt als Nucleoid vor, während zusätzliche genetische Informationen in Form von Plasmiden existieren können.

Die Eukaryotische Zelle beispiele finden sich bei komplexeren Lebewesen wie Menschen, Tieren und Pflanzen. Im Gegensatz zu Prokaryoten besitzen sie einen echten Zellkern und verschiedene Zellorganellen. Die Eukaryoten Zellwand unterscheidet sich je nach Organismengruppe in ihrer chemischen Zusammensetzung.

Definition: Prokaryoten sind evolutionär ältere, einzellige Organismen ohne echten Zellkern, während Eukaryoten einen membranumschlossenen Zellkern und verschiedene Organellen besitzen.

Gene und genetischer Code

Gene sind definierte Abschnitte auf der DNA, die die Information für die Bildung von Proteinen oder RNA-Molekülen enthalten. Der genetische Code bestimmt dabei, wie die DNA-Sequenz in Proteine übersetzt wird.

Example: Die Codesonne zeigt, welches Basentriplett welche Aminosäure codiert. Zum Beispiel codiert das Triplett UUU für die Aminosäure Phenylalanin.

Der genetische Code weist mehrere wichtige Eigenschaften auf: Er ist universell (gilt für alle Lebewesen), redundant (mehrere Codons können für dieselbe Aminosäure codieren) und nicht überlappend (jedes Nucleotid gehört zu genau einem Codon).

Die Codierung erfolgt durch Basentripletts, wobei jedes Triplett eindeutig einer bestimmten Aminosäure zugeordnet ist. Spezielle Start- und Stopp-Codons markieren Beginn und Ende der Proteinsynthese.

Genregulation bei Prokaryoten: Das Operon-Modell und die Substratinduktion

Die Genregulation bei Prokaryoten stellt einen faszinierenden Mechanismus dar, der es Bakterien ermöglicht, ihre Genexpression effizient an Umweltbedingungen anzupassen. Im Zentrum steht dabei das Operon-Modell, das erstmals von François Jacob und Jacques Monod beschrieben wurde.

Definition: Ein Operon ist eine funktionelle Einheit aus Strukturgenen und regulatorischen Elementen (Promotor und Operator), die gemeinsam kontrolliert werden.

Bei Prokaryoten unterscheiden wir zwischen konstitutiven Genen, die ständig aktiv sind, und regulierten Genen, deren Aktivität gesteuert wird. Die Substratinduktion beim lac-Operon von E. coli zeigt diesen Mechanismus beispielhaft: Ohne Lactose produziert das Regulatorgen einen aktiven Repressor, der an den Operator bindet und die Transkription blockiert. Ist Lactose als Substrat vorhanden, bindet es als Effektor an den Repressor, verändert dessen Struktur und macht ihn inaktiv.

Die Genregulation bei Prokaryoten erfolgt hauptsächlich auf der Ebene der Transkription. Wenn der Repressor inaktiviert ist, kann die RNA-Polymerase ungehindert die Strukturgene ablesen, was zur Bildung der benötigten Enzyme für den Lactoseabbau führt. Dieser Mechanismus spart Energie und Ressourcen, da die Zelle nur dann Enzyme produziert, wenn sie tatsächlich gebraucht werden.

Beispiel: Das lac-Operon von E. coli ist ein klassisches Beispiel für die Substratinduktion. Wenn keine Lactose vorhanden ist, wird die Produktion der Abbauenzyme gestoppt. Erst wenn Lactose verfügbar ist, werden die entsprechenden Gene aktiviert.