DNA-Replikation, Viren und Stoffwechsel von Prokaryoten

DNA-Replikation

Vor jeder Zellteilung muss das genetische Material verdoppelt werden. Dieser Vorgang wird als DNA-Replikation bezeichnet. Sie zeichnet sich durch zwei wesentliche Merkmale aus:

• Semikonservativ: Jeder ursprüngliche Strang dient als Vorlage für einen neuen Strang.
• Bidirektional: Die Replikation erfolgt in zwei Richtungen.

Die beteiligten Komponenten sind: (1) SSB-Proteine, (2) DNA-Polymerase, (3) Okazaki-Fragmente, (4) Helikase. Die diskontinuierliche Synthese der Okazaki-Fragmente ergibt sich aus der antiparallelen Struktur der DNA-Stränge (5' zu 3' bzw. 3' zu 5').

Bakteriophagen und Virusinfektionen

Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien infizieren. Man unterscheidet Viren nach ihrem genetischen Material (z. B. Retroviren mit RNA oder Adenoviren mit DNA) und ihrer Proteinkapsel.

Mechanismus der Infektion

Viren erkennen Wirtszellen über Rezeptoren am Kapsid, die an die Zellmembran binden. Da Viren keine eigenen Enzyme oder Stoffwechselvorstufen besitzen, sind sie auf die Wirtszelle angewiesen.

Phasen der lytischen Infektion

1. Adsorptionsphase: Der Bakteriophage heftet sich mit seinen Schwanzfasern an die Bakterienwand.
2. Penetrationsphase: Der Phage durchdringt die Zellwand mittels Lysozymen in der Basalplatte und injiziert seine DNA in das Zytoplasma.
3. Eklipse-Phase: Phase höchster Stoffwechselaktivität, in der das virale Genom die Replikationsmaschinerie des Bakteriums übernimmt.
4. Lyse-Phase: Durch Enzyme (Endolysine) wird die Bakterienzellwand aufgelöst, wodurch neue Virionen freigesetzt werden.

Stoffwechseltypen von Prokaryoten

Prokaryoten werden basierend auf ihrer Energie- und Kohlenstoffquelle klassifiziert:

• Photoautotroph: Nutzen Licht als Energiequelle und CO2 als Kohlenstoffquelle.
• Photoheterotroph: Nutzen Licht als Energiequelle und organische Verbindungen als Kohlenstoffquelle.
• Chemoautotroph: Nutzen CO2 als Kohlenstoffquelle und anorganische Verbindungen als Energiequelle.
• Chemoheterotroph: Nutzen organische Verbindungen als Kohlenstoff- und Energiequelle.

Klassifizierung von Viren

Viren können nach verschiedenen Kriterien eingeteilt werden:

• Wirtszelle: Tier-, Pflanzen- oder Bakterienviren.
• Kapsidform: Polyedrisch, helikal oder komplex.
• Hülle: Behüllte oder nackte Viren.
• Nukleinsäure: RNA- oder DNA-Viren.

Hinweis: Viren werden nicht als Prokaryoten klassifiziert, da ihnen eine zelluläre Struktur, Zytoplasma und ein eigener Stoffwechsel fehlen. Sie vermehren sich über den lytischen oder lysogenen Zyklus.

Struktur einer Bakterienzelle

Die wesentlichen Bestandteile einer Bakterienzelle sind: (1) Schleimkapsel, (2) Plasmamembran, (3) Zellwand, (4) Kapsel, (5) Ribosomen, (6) Bakterien-DNA.