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Bakterien (fortgeschritten)

Bakterien (fortgeschritten)

Bakterien sind einige Mikrometer große einzellige Organismen ohne Zellkern.

Biologie

Schlagwörter

Bazille, Bakterium, Grampositiv, Gramfärbung, Gramnegativ, Milchsäurebakterium, gene, Polysaccharid, Antibiotikum, Geißel, Pilus, DNS, Zytoplasma, Flagellum, Zellwand, Plasmid, Zweiteilung, prokaryontischen, Kosmopolite, Endotoxin, Peptidoglykan, tok, Endospore, Cholera, Pest, Salmonellose, Gonorrhoe, Diphtherie, Lyme-Borreliose, Magengeschwür, Lungenentzündung, Escherichia coli, Hirnhautentzündung, Därme, Syphilis, Infektion, Biologie, Mikrobiologie, Lebewesen

Verwandte Extras

Fragen

  • Wie groß sind Bakterien?
  • Stimmt diese Behauptung?\nDer Begriff Bakterien bezieht sich im engeren Sinne auf die Archaeen.
  • Stimmt diese Behauptung?\nAn die bakterielle DNA sind, ähnlich wie bei Eukaryoten, Histone gebunden.
  • Stimmt diese Behauptung?\nPlasmide sind physikalisch eigenständig, aber ihre Funktion ist mit der bakteriellen DNA eng verbunden.
  • Welche Form haben Bazillen?
  • Welche Form haben die Krankheitserreger der Lyme-Borreliose?
  • Welche Form haben die Krankheitserreger des Tetanus?
  • Was befindet sich in der bakteriellen Zellwand?
  • Welche Farbe erhalten grampositive Bakterien durch die Gramfärbung?
  • Stimmt diese Behauptung?\nDie Gramfärbung hilft bei der Auswahl der Behandlung bakterieller Infektionen.
  • Was treibt die Geißel an?
  • Warum produzieren einige Bakterien Endosporen?

3D-Modelle

Bakterium

Bakterien sind einzellige, prokaryotische Mikroorganismen, d.h. sie haben keine Zellkerne. Die meisten Bakterien sind zwischen 0,5 und 10 Mikrometern groß.

Die beiden Hauptgruppen der Prokaryoten sind die Bakterien und die Archaeen. Der Begriff „Bakterien“ im engeren Sinne bezieht sich auf die „Eigentlichen Bakterien“.

Die Vorfahren der modernen Bakterien erschienen auf der Erde vor etwa 3,5 Milliarden Jahren. Bakterien sind Kosmopoliten, d. h., sie kommen unter fast allen Umweltbedingungen vor. Diese Mikroorganismen vermehren sich hauptsächlich asexuell durch Zellteilung.

Aufbau

  • äußere Membran
  • Zellwand - Je nach Art ihrer Zellwand sind Bakterien entweder gramnegativ oder grampositiv. Die Grundlage dieser Differenzierung ist, dass das Färbeergebnis der Gramfärbung: Grampositive Bakterien lassen sich färben, gramnegative nicht.
  • Zytoplasmamembran - Eine Doppellipidschicht.
  • Zytoplasma
  • DNA - Die DNA von Bakterien ist ringförmig und ist nicht von einer Kernmembran umgeben, Bakterien sind daher prokaryotische Zellen. In den Zellen der Lebewesen mit echtem Zellkern ist die DNA nicht ringförmig und von einer Kernmembran umgeben. Der Mensch besteht auch aus eukaryotischen Zellen.
  • Plasmid - Ein kurzes, extrachromosomales DNA-Molekül, das sich als eigenständige Einheit replizieren kann und zumeist als ringförmiges DNA-Molekül in Bakterien vorkommt.
  • Zilie - Eine dünne, röhrenförmige Proteinstruktur. Einige Zellen besitzen einige Hundert Zilien. Ihre Hauptfunktion besteht darin, an festen Oberflächen oder anderen Zellen zu haften. Einige Arten dienen auch der Fortbewegung.
  • Geißel (Flagellum) - Eine lange Proteinstruktur, die der Fortbewegung des Bakteriums dient.
  • Pilus - Ein Fortsatz an bestimmten gramnegativen Bakterien, der länger als eine Zilie ist. Sie dienen der bakteriellen Konjugation, d.h. der Verbindung zweier Bakterien für den Austausch von Plasmiden.

Das Zytoplasma bildet die Hauptmasse der Bakterienzelle. Die zirkuläre bakterielle DNA ist im Cytoplasma eingebettet und mit der zytoplasmatischen Membran verbunden. Nur Proteine, die an der Replikation und Transkription beteiligt sind, sind mit der bakteriellen DNA verbunden. Histone, die zusammen mit der DNA Nukleosomen bilden können, sind in Bakterien nicht vorhanden.

Kurze, ringförmige DNA-Moleküle, sogenannte Plasmide, sind ebenfalls im Zytoplasma vorhanden, sind aber physikalisch und funktional eigenständig.

Fast alle Bakterien sind von einer Zellwand umgeben. Sie bietet den Zellen strukturelle Unterstützung und Schutz. Die meisten Bakterien verfügen außerhalb der Zellwand über kürzere oder längere tubuläre Formationen, Zilien, Pili oder Geißeln (Flagellen), die der Fortbewegung dienen.

Form

  • Kokken - Ein Beispiel für solche Bakterien ist Micrococcus luteus, ein nicht pathogenes Bakterium, das Teil der normalen Hautflora ist.
  • Diplokokken - Ein solches Bakterium ist Neisseria gonorrhoeae, das eine Infektion der Geschlechtsorgane verursachen kann.
  • Streptokokken - Diese Form hat Streptococcus pneumoniae, ein Bakterium, das hauptsächlich für die Lungenentzündung verantwortlich ist.
  • Staphylokokken - Ein solches Bakterium ist Staphylococcus aureus, das Hautinfektionen verursachen kann.

Bakterien werden häufig anhand ihrer Form identifiziert. Kugelförmige Bakterien, auch Kokken genannt, können einzeln, paarweise, als Ketten oder Haufen auftreten. Die Bakterien, die eitrige Infektionen, Lungenentzündungen oder Gonorrhö verursachen, sind kugelförmig.

Bazillen sind stäbchenförmige Bakterien. Einige Bazillen sind harmlos, wie z. B. die in der Lebensmittelindustrie verwendeten Laktobazillen. Viele Bazillen verursachen jedoch Krankheiten, wie z. B. die Erreger der Pest, Tuberkulose, Salmonellose und Tetanus. Escherichia coli, das häufig im menschlichen Darmsystem vorkommt, ist ebenfalls ein Bazillus.

Die spiralförmigen Bakterien sind die Krankheitserreger von Syphilis, Lyme-Borreliose und Leptospirose. Spirochäten sind spiralförmige, äußerst flexible Bakterien. Einige Bakterien, wie z. B. Vibrio cholerae, sind kommaförmig gekrümmt, während andere, wie z. B. Corynebacterium diphtheriae keulenförmig sind.

Zellwand

  • Gramnegativ
  • Grampositiv
  • Lipopolysaccharide (LPS, Endotoxin) - Ein Polymermolekül, das aus Lipiden und Polysacchariden besteht, und ein wichtiger Bestandteil der äußeren Membran gramnegativer Bakterien ist. Es trägt zur strukturellen Integrität der Zelle bei und schützt vor einigen chemischen Angriffen. Es kann eine heftige Immunreaktion im Wirt auslösen.
  • Zytoplasmamembran
  • dünne Peptidoglykanschicht - Ein Heteropolymer aus N-Acetylglucosamin (GlcNAc) und N-Acetylmuraminsäure (MurNAc), die durch Peptide verbunden sind.
  • äußere Membran
  • dicke Peptidoglykanschicht - Sie besteht aus Polysaccharidketten, die untereinander durch Peptide verbunden sind.
  • Proteine

Die Zellwände von Bakterien sind resistente, starre Strukturen aus Peptidoglykan. Peptidoglykan ist ein Polysaccharid, das aus N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure besteht, die sich in langen Ketten abwechseln und durch Peptide verbunden sind.
In Laboratorien wird den Bakterien ein Farbstoff zugesetzt, um zu unterscheiden, welche eine Außenmembran (oder Lipidmembran) haben. Diese Methode wird als Gramfärbung bezeichnet. Bakterien mit einer dicken Peptidoglykanschicht werden dunkelblau gefärbt und als grampositive Bakterien bezeichnet. Die Bakterien, deren Peptidoglykanschicht dünner ist und eine Lipidmembran aufweisen, werden rosa bis rot gefärbt und als gramnegative Bakterien bezeichnet. Dieser Unterschied ist wichtig, da diese beiden Arten von Bakterien unterschiedlich auf Antibiotika reagieren, sodass die Behandlung verschiedener bakterieller Infektionen unterschiedliche Antibiotika erfordert.

Geißel (Flagellum)

  • äußere Membran
  • Peptidoglykanschicht
  • Stäbchen
  • Zytoplasmamembran
  • Ringe
  • Schalter
  • Stator
  • Filament - Ein großes Proteinmolekül, das eine Länge von 30 Mikrometern erreichen kann.
  • Haken - Ein gebogenes röhrenförmiges Proteinmolekül.
  • Basalkörper

Verschiedene Arten von Bakterien haben Geißeln (Flagellen) auf. Eine Bakterienzelle kann über bis zu dreißig Geißeln verfügen. Die Geißeln dienen der Fortbewegung in wässriger Umgebung, z. B. im Körper von Tieren oder Menschen.

Eine Geißel besteht aus drei Hauptteilen: dem Basalkörper, der über einen Haken mit dem Geißelfilament verbunden ist. Der Basalkörper ist in der Zellwand verankert. In der Mitte befindet sich ein Stab, der mit dem Haken verbunden ist. Um den Stab herum befinden sich Ringe, die ihn stabilisieren und drehen. Das Filament, der größte Teil der Geißel, besteht aus dem Protein Flagellin. Die Rotation des Geißelfilaments erzeugt den Schub, der für die Fortbewegung der Bakterien notwendig ist. Die Drehbewegung wird durch die protonenmotorische Kraft angetrieben, die wegen des Konzentrationsunterschieds an Protonen zwischen der Innen- und Außenseite der Bakterienzelle auftritt. Diese Kraft ermöglicht es der Geißel sich gar Hunderte Male pro Sekunde zu drehen.

Plasmid

  • Replikationsursprung - Die Enzyme der Wirtszelle können dadurch das Plasmid replizieren.
  • Antibiotikaresistenz-Gen - Darin ist die Resistenz gegen bestimmte Antibiotika (z.B. Ampicillin) kodiert.

Die Länge der Plasmide wird in Kilobasenpaaren (kbp) gemessen. Sie variiert zwischen 1 und 200 kbp. Plasmide tragen Gene, die unter normalen Umständen nicht lebenswichtig sind. Es gibt jedoch auch Plasmide, die das Überleben des Bakteriums fördern können, z. B. Antibiotikaresistenzgene oder für andere Bakterien toxische Gene. Plasmide können sich selbstständig vermehren und sich auf andere Bakterien übertragen. Dieser Prozess wird als horizontaler Gentransfer bezeichnet.

Kapsel und Schleimhülle

  • Kapsel - Sie besteht aus Exopolysacchariden und hat eine organisierte Struktur. Sie verhindert die Erkennung der Bakterien durch das Immunsystem des Wirtes.
  • Schleimhülle - Sie kann auch aus Exopolysacchariden bestehen. Ihre Struktur ist weniger organisiert als die der Kapsel.

Die Zellwand bestimmter Bakterien ist von einer starren oder schleimigen Struktur umgeben. Bei einem kompakten Aufbau wird sie als Kapsel und bei einem lockeren Aufbau als Schleimhülle bezeichnet. Die Funktion dieser Strukturen besteht darin, die Erkennung durch das Immunsystem zu vermeiden oder an Oberflächen anhaften zu können.
Es gibt auch Bakterien, die unter ungünstigen Bedingungen eine extrem widerstandsfähige Struktur namens Endospore bilden. Bekannte Endosporenbildner sind z. B. die stäbchenförmige Bakterien Clostridium oder Bacillus.

Animation

  • äußere Membran
  • Zellwand - Je nach Art ihrer Zellwand sind Bakterien entweder gramnegativ oder grampositiv. Die Grundlage dieser Differenzierung ist, dass das Färbeergebnis der Gramfärbung: Grampositive Bakterien lassen sich färben, gramnegative nicht.
  • Zytoplasmamembran - Eine Doppellipidschicht.
  • Zytoplasma
  • DNA - Die DNA von Bakterien ist ringförmig und ist nicht von einer Kernmembran umgeben, Bakterien sind daher prokaryotische Zellen. In den Zellen der Lebewesen mit echtem Zellkern ist die DNA nicht ringförmig und von einer Kernmembran umgeben. Der Mensch besteht auch aus eukaryotischen Zellen.
  • Plasmid - Ein kurzes, extrachromosomales DNA-Molekül, das sich als eigenständige Einheit replizieren kann und zumeist als ringförmiges DNA-Molekül in Bakterien vorkommt.
  • Zilie - Eine dünne, röhrenförmige Proteinstruktur. Einige Zellen besitzen einige Hundert Zilien. Ihre Hauptfunktion besteht darin, an festen Oberflächen oder anderen Zellen zu haften. Einige Arten dienen auch der Fortbewegung.
  • Geißel (Flagellum) - Eine lange Proteinstruktur, die der Fortbewegung des Bakteriums dient.
  • Pilus - Ein Fortsatz an bestimmten gramnegativen Bakterien, der länger als eine Zilie ist. Sie dienen der bakteriellen Konjugation, d.h. der Verbindung zweier Bakterien für den Austausch von Plasmiden.
  • Kokken - Ein Beispiel für solche Bakterien ist Micrococcus luteus, ein nicht pathogenes Bakterium, das Teil der normalen Hautflora ist.
  • Diplokokken - Ein solches Bakterium ist Neisseria gonorrhoeae, das eine Infektion der Geschlechtsorgane verursachen kann.
  • Streptokokken - Diese Form hat Streptococcus pneumoniae, ein Bakterium, das hauptsächlich für die Lungenentzündung verantwortlich ist.
  • Staphylokokken - Ein solches Bakterium ist Staphylococcus aureus, das Hautinfektionen verursachen kann.
  • Bazillus - Escherichia coli, ein Bakterium, das häufig in unserem Darm vorkommt, hat eine derartige Form.
  • Diplobazillus - Ein solches Bakterium ist Moraxella lacunata, das häufig mit Augeninfektionen in Verbindung gebracht wird.
  • Kokkobazillus - Ein solches Bakterium ist Haemophilus influenzae, das im Widerspruch zu seinem Namen nicht mit der Grippe (Influenza) verbunden ist. Bei Kindern verursacht es Hirnhautentzündung.
  • helikale Form - Die Form von Helicobacter pylori, einem Bakterium, das mit Magengeschwüren in Verbindung gebracht wird.
  • Spirillum - Die Form des Spirillum volutans, eines der größten Bakterien mit einer Länge von 8–10 Mikrometern.
  • Spirochäte - Die Erreger der Lyme-Borreliose (Borrelia burgdorferi) und der Syphilis (Treponema pallidum) sind einige Beispiele.
  • Komma - Ein Beispiel hierfür ist Vibrio cholerae, der Erreger der Cholera.
  • Keulenform - Corynebacterium diphtheriae, der Erreger der Diphtherie, hat diese Form.
  • Gramnegativ
  • Grampositiv
  • Lipopolysaccharide (LPS, Endotoxin) - Ein Polymermolekül, das aus Lipiden und Polysacchariden besteht, und ein wichtiger Bestandteil der äußeren Membran gramnegativer Bakterien ist. Es trägt zur strukturellen Integrität der Zelle bei und schützt vor einigen chemischen Angriffen. Es kann eine heftige Immunreaktion im Wirt auslösen.
  • Zytoplasmamembran
  • dünne Peptidoglykanschicht - Ein Heteropolymer aus N-Acetylglucosamin (GlcNAc) und N-Acetylmuraminsäure (MurNAc), die durch Peptide verbunden sind.
  • äußere Membran
  • dicke Peptidoglykanschicht - Sie besteht aus Polysaccharidketten, die untereinander durch Peptide verbunden sind.
  • Proteine
  • äußere Membran
  • Peptidoglykanschicht
  • Zytoplasmamembran
  • Filament - Ein großes Proteinmolekül, das eine Länge von 30 Mikrometern erreichen kann.
  • Kapsel - Sie besteht aus Exopolysacchariden und hat eine organisierte Struktur. Sie verhindert die Erkennung der Bakterien durch das Immunsystem des Wirtes.
  • Schleimhülle - Sie kann auch aus Exopolysacchariden bestehen. Ihre Struktur ist weniger organisiert als die der Kapsel.

Narration

Bakterien sind die einfachsten einzelligen prokaryotischen Organismen. Bakterien sind Kosmopoliten, d. h., sie kommen unter fast allen Umweltbedingungen vor. Die meisten Bakterien sind wenige Mikrometer groß.

Die Bakterienzelle ist von einer Zellwand umgeben. An ihrer Oberfläche befinden sich Zilien, Pili oder Geißeln, die auch als Flagellen bezeichnet werden. Das Zytoplasma, das von der Zellmembran umgeben ist, bildet die Hauptmasse der Bakterienzelle. Die zirkuläre bakterielle DNA sowie die kurzen, ringförmigen DNA-Moleküle, die sogenannte Plasmide, sind in das Zytoplasma eingeschlossen.

Bakterien werden häufig anhand ihrer Form identifiziert. Kugelförmige Bakterien, auch Kokken genannt, können einzeln, paarweise, als Ketten oder Haufen auftreten. Kokken sind die Bakterien, die eitrige Infektionen, Lungenentzündungen oder Gonorrhö verursachen.

Stäbchenförmige Bakterien werden als Bazillen bezeichnet. Einige Bazillen sind harmlos, wie z. B. die in der Lebensmittelindustrie verwendeten Laktobazillen. Viele Bazillen verursachen jedoch Krankheiten, wie z. B. die Erreger der Pest, Tuberkulose, Salmonellose und Tetanus. Zu den spiralförmigen Bakterien gehören die Krankheitserreger von Syphilis, Lyme-Borreliose und Leptospirose. Einige Bakterien, wie z. B. Vibrio cholerae, sind kommaförmig gekrümmt, während andere, wie z. B. Corynebacterium diphtheriae keulenförmig sind.

Bakterien können auch anhand der Reaktion ihrer Zellwände auf die Gramfärbung klassifiziert werden. Die Bakterien, deren Peptidoglykanschicht dünner ist und eine Lipidmembran aufweisen, erscheinen rosa bis rot und werden als gramnegative Bakterien bezeichnet. Bakterien mit einer dicken Peptidoglykanschicht erscheinen dunkelblau und werden als grampositive Bakterien bezeichnet.

Verschiedene Arten von Bakterien weisen Geißeln auf, die der Fortbewegung der Bakterienzelle dienen. Das Filament, der größte Teil der Geißel, besteht aus dem Protein Flagellin. Die Geißel dreht sich, wodurch die Rotation des Geißelfilaments einen Schub erzeugt, der für die Fortbewegung notwendig ist.

Die Zellwand bestimmter Bakterien ist von einer starren oder schleimigen Struktur umgeben. Die Funktion dieser Strukturen besteht darin, die Erkennung durch das Immunsystem zu vermeiden oder an Oberflächen anhaften zu können.

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