Eubakterien und Unterschiede zwischen Prokaryoten undmolekuelwald.square7.ch/biblio/Biologie/BIO_2011... · Zellatmung: Mesosom bzw. Photosynthese bei Cyanobakterien) 7. 70S-Ribosomen
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Unterschiede zwischen
Prokaryoten und
Eukaryoten
• Prokaryoten lassen sich in 2 Reiche unterteilen: Eubakterien und Archaebakterien
• Eukaryoten werden in 4 Reiche unterteilt: Protozoen (Einzeller), Pilze, Pflanzen und Tiere
Unterschiede prokaryotische –eukaryotische Zelle
vorhandenfehltPlasmid
fehltvorhandenGolgi-Apparat
fehltvorhandenEndoplasmatisches Reticulum
vorhanden (70S)vorhanden (80S)Ribosomen
fehlt: MesosomvorhandenMitochondrium
fehlt: DNA frei im Plasma
vorhanden: Kernhülle
Zellkern
ProkaryontEukaryontMerkmal
gekoppelt im Cytoplasma
RNA-Synthese im Kern; Proteinsynthese im Cytoplasma
RNA- und Proteinsynthese
Bakterien und Cyanobakerien
Tier- und PflanzenzellenEinteilung in:
ca. 1 – 10 µmca. 10 – 100 µmZellgrösse
vorhanden: Mureinbei Pflanzen: CelluloseZellwand
fehltbei Pflanzen: vorhandenChloroplast
ProkaryontEukaryont
Zellaufbau Prokaryoten1. Zellmembran
2. Zellplasma
3. DNA (ringförmiges Bakterienchromosom) frei im Plasma
4. Zellwand aus Murein
5. Plasmid (zusätzlicher kleiner DNA-Ring)
6. Membraneinstülpung (für Zellatmung: Mesosom bzw. Photosynthese bei Cyanobakterien)
7. 70S-Ribosomen
8. Bakterien-Geißel (nur manche Arten)
Zellaufbau Eukaryoten
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Zellwand Prokaryoten Murein-Schicht
• Mauerwerk aus Zuckerketten
• Quervernetzung durch Oligopeptide
• Lysozym (Enzym aus Tränenflüssigkeit und Speichel) spaltet diese Quervernetzung im Murein = natürlicher Abwehrmechanismus
Gram-Färbung (H.C.J. Gram; 1884)1. Grampositive Bakterien:
(gramfest) bleiben nach Anfärbung mit bestimmten Farbstoffen (z.B. Gentiana-violett) und kurzem Spülen mit Alkohol violett gefärbt (dicke Mureinschicht)
2. Gramnegative Bakterien: (gramfrei) werden durch Alkohol entfärbt (dünne Mureinschicht); Nachfärbung mit Fuchsinrot
Zellformen bei Prokaryoten
1. Kokken: kugel- oder eiförmig (A, B, C, E, J); z.B. Staphylo-, Strepto- und Pneumokokken
2. Stäbchen: zylindrische Form (D); z.B. Anthrax, Bacillus
3. Spirillen: gekrümmt oder spiralförmig (F, G, H, I)
Zellmembran Eukaryoten • Lipiddoppelschicht aus Kopf (wasserlöslich) und Schwanz (fettlöslich) bildet die Zellmembran
• feste Hülle aus Cellulose(Pflanzen) oder Chitin (Pilze) bildet die Zellwand
• Abgrenzung und Stabilität
• langes fadenförmiges Molekül aus 1000 - 10 000 Glucose-Einheiten = Polysaccharid
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Pantoffeltierchen
Euglena
Das Skelett der eukaryotischen Zelle (Cytoskelett)
• kein Skelett wie z.B. Wirbelsäule, eher Baugerüst (Stützfunktion)
• wichtig für Bewegung von Mitochondrien, Chloroplasten, Vesikel, mRNA oder Proteinen zu bestimmten Orten innerhalb der Zelle
• Trennung der Chromosomen während der Meiose (Zellteilung) und Transport in 2 verschiedene Zellen entlang der Microtubuli
• Veränderung der Gestalt von Zellen sowie Bewegung durch Microtubuli
3 Haupttypen von Filamenten1. Actinfilamente
(dynamische Netze unterhalb der Zellmembran)
2. Mikrotubuli (aus Tubulin bestehend, Transport auf „Schienen“)
3. Intermediärfilamente(z.B. Keratin; fangen mechanische Belastungen auf, z.B. Muskelzellen)
Kompartimentierung
Mitochondrium („Kraftwerke der Zelle“; 1,5 µm gross; Zellatmung)
Endoplasmatisches Reticulum: Stapel von Membranen mit (rauh) oder ohne (glatt) Ribosomen an der Aussenseite; Transport- und Kanalsystem
Chloroplast: doppelte Membranumhüllung mit Thylakoiden (Ausstülpungen der inneren Membran; münzenartige Stapel); Orte der Photosynthese
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Golgi-Apparat: Lamellensystem mit abgeplatteten, schüsselförmig übereinandergelagerten Membransäckchen (Diktyosomen); Empfang und Versand von Vesikeln mit unterschiedlichem Inhalt (z.B. Lysosomen)
Zellkern
• von Doppelmembran umgeben, dadurch Trennung von Kernplasma und Zellplasma
• Kernporen innerhalb der Kernmembran für kontrollierten Stoffaustausch mit dem Zellplasma
• Chromatingerüst in Kernplasma eingebettet, bestehend aus DNA, Proteinen und Histonen
• nur Eukaryoten besitzen Zellkern, Einteilung von Organismen nach Vorhandensein eines Zellkerns:
Prokaryoten
ohne Zellkern
Eukaryoten
mit Zellkern
Genomgrössen und Anzahl der Gene
15%20004580 0003 400 000Mensch
15%20024580 0003 500 000Maus
25%19991213 000160 000Drosophila
40%199636 60020 000Hefe
60%199714 2884 000E.coli
Gene bekannter Funktion
Sequenz. bis
kb pro GenGeneGenom-grösse (kb)
Organismus
Molekulargenetische Unterschiede1. Genomanordnung• Eukaryoten: ein Gen pro Promotor (monocistronisch)
• Prokaryoten: Anordnung in Operons (polycistronisch)
• Cistron = Bezeichnung für ein Gen
2. Introns• nicht-codierende Sequenzen innerhalb der mRNA, werden
im Prozess des Spleissens entfernt
• Eukaryoten: häufig grosse Introns
• Prokaryoten: keine Introns
Entfernung der Introns bei Eukaryoten
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3. Gendichte• Eukaryoten: gering; Genom enthält viele nicht-codierende
Bereiche; z.B. Human-Genom enthält nur 15% Gene mit bekannter Funktion, 85% „Schrott“)
• Prokaryoten: hohe Gendichte (z.B. E.coli 60% Gene mit bekannter Funktion)
4. RNA-Polymerasen (Proteinbiosynthese)• Prokaryoten: nur 1 RNA-Polymerase, die aus 5 Untereinheiten
besteht
• bestehend aus 2 x α, β, β‘, und ω, die zusammen das Kern-Enzym (Core) bilden und der σ-Untereinheit
• Kern-Enzym und σ-Untereinheit bilden das komplette Enzym (Holoenzym)
• RNA-Polymerasen wandeln Basensequenz der DNA in mRNA (Boten-RNA) um
• Bindung an DNA erfolgt über σ-Untereinheit, die anschliessend vom Enzym abgespalten wird
• Eukaryoten: bestehen aus 3 Polymerasen, die aus 8-12 Untereinheiten aufgebaut sind
• RNAPI synthetisiert ribosomale RNA, sitzt im Zellkern
• RNAPII transkribiert Gene, die für Proteine codieren (Synthese der mRNA, Boten-RNA)
• RNAPIII synthetisiert kleine RNAs, wie z.B. tRNA
• Synthese in 5‘-3‘-Richtung
• keine Korrektur-Lesefunktion
5. Promotoren
• Synthese der RNA beginnt an einer ganz bestimmten Stelle im Genom
• Polymerase bindet bevorzugt an Stelle, die etwas vor dem Genanfang (Startpunkt der Transkription) liegt
• Erkennungs- und Bindestelle = Promotor
• Bindungsstellen für eukaryotische und prokaryotische Polymerasen unterscheiden sich
• Prokaryotische Polymerase erkennt Sequenzabfolge 5‘-TATAAT-3‘ (Pribnow-Box oder –10-Region)
• als +1-Region gilt das Nucleotid am Startpunkt der RNA-Synthese
• 35 Nucleotide vor Start liegt weiterer AT-reicher Abschnitt (-35-Region), ebenfalls wichtig für Bindung
• nach Bindung an die DNA wird die σ-Untereinheit entfernt
• Erkennungsstelle der eukaryotischen Polymerase wird TATA-Box genannt (-25-Region, AT-reich), bestimmt auch die Position +1 als Startpunkt der Transkription
• zusätzlich Verstärker (Enhancer)-Sequenzen, liegen vor Promotor; Stimulation der Trankription durch Proteine, die an die DNA binden
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6. Ribosomen (Orte der Translation)
Eukaryoten• 80 S Ribosomen
• 60S und 40S Untereinheit
• Molmasse: 4 200 000 Da (2 820 000 + 1 400 000)
• Grösse: 32 x 22 nm
Prokaryoten• 70S Ribosomen
• 50S und 30S Untereinheit
• Molmasse: 2 500 000 Da (1 590 000 + 930 000)
• Grösse: 29 x 21 nm
• Multienzymkomplex aus RNA und vielen verschiedenen Proteinen
• ribosomale RNA ist Hauptbestandteil der Ribosomen
• Kontakt zwischen Codon der mRNA und Anticodon der tRNA
7. Translation (mRNA-Protein)
Eukaryoten
findet nach der Transkription im Cytoplasma statt
keine Shine-Dalgarno-Sequenz
erste Aminosäure ist Methionin (AUG)
Prokaryoten
Transkription und Translation laufen fast zeitgleich im Cytoplasma ab (kein Kern)
Ribosom bindet an Shine-Dalgarno-Sequenz
erste Aminosäure ist Methionin, welches modifiziert wird (N-Formylmethionin)
8. Shine-Dalgarno-Sequenz (Prokaryoten)
• kleine 30S Ribosomenuntereinheit lagert sich an das mRNA-Molekül an einer bestimmten Stelle an
• Shine Dalgarno Sequenz: wenige Basen (5‘-Richtung) vor dem Translationsstartcodon (AUG) in der mRNA
• SD geht vorübergehende Basenpaarung mit einem Teil der 16S rRNA (rRNA ist Bestandteil der Ribosomen) ein und ermöglicht der 30S Untereinheit, an die mRNA zu binden
• nach Bindung der ersten tRNA mit der Startaminosäure (N-Formylmethionin) lagert sich die grosse Untereinheit an
9. Kozak-Sequenz (Eukaryoten)
• nach der Transkription wird die mRNA verändert: Capping(Anhängen einer Kappe aus Guaninresten an das 5‘-Ende) und Polyadenylierung (Anhängen von Adeninen an das 3‘-Ende)
• Bindung der kleinen 40S Untereinheit an die mRNA wird durch Proteine (z.B. eIF4E), die an die Cap-Struktur binden, ermöglicht
• Kozak-Sequenz: 5‘-nicht translatierte Region vor AUG
• Ribosom wandert an mRNA entlang bis sie auf ein Startcodon (AUG) trifft
• dann wird 60S Untereinheit angefügt
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ENDE
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