Endosymbiontentheorie: Ursprung & Vergleich von Zellen

Die Endosymbiontentheorie

Carl Woese's Protobiont gilt als gemeinsamer Vorfahr aller Organismen, die primitivste Wohneinheit, ausgestattet mit Mechanismen der Gen-Transkription und -Translation. Aus diesem gemeinsamen Kern (jetzt **LUCA** genannt) entstanden in der Evolution prokaryotische Zellen (ohne Zellkern), zu denen Archaebakterien und Eubakterien gehören. Später erschienen eukaryotische Zellen, die mit einem Zellkern ausgestattet sind. Lynn Margulis schlug 1967 in der **Endosymbiontentheorie** vor, dass eukaryotische Zellen entstanden, als eine primitive Zelle andere prokaryotische Zellen umschloss und so eine Endosymbionten-Beziehung entstand.

Ursprung der eukaryotischen Zellen

Prokaryotische Zellen gelten als Vorläufer der Peroxisomen, Mitochondrien und Chloroplasten. Tatsächlich ähneln Mitochondrien und Chloroplasten Bakterien in ihrer Größe und vermehren sich durch Teilung. Am wichtigsten ist jedoch, dass sowohl Mitochondrien als auch Chloroplasten ihre eigene DNA besitzen, die die Synthese einiger ihrer Komponenten kodiert. Auch die Ribosomen der Mitochondrien und Chloroplasten ähneln denen von Prokaryoten. Der Erwerb dieser beiden bestimmten Bakterienarten - Vorläufer der Mitochondrien und Chloroplasten - war von grundlegender Bedeutung, da die eukaryotischen Zellen die Fähigkeit zur aeroben Atmung und gleichzeitig zur Photosynthese erwarben. Dies verschaffte der primitiven Zelle einen Vorteil, indem sie den prokaryotischen Symbionten eine sichere Umgebung und Nahrung für ihr Überleben bot. Nach dieser Theorie wurde ein Teil der mitochondrialen DNA und der Chloroplasten-DNA in die DNA der Wirtszelle integriert.

Prokaryotische Zellen

Sie waren die ersten Zellen auf unserem Planeten und existierten ausschließlich für etwa 2000 Millionen Jahre vor dem Auftreten der eukaryotischen Zellen. Zu ihnen gehören zwei Domänen: Archaebakterien und Eubakterien. Archaeen leben in extremen Umgebungen mit hohem Salzgehalt oder sehr hohen oder niedrigen Temperaturen. Prokaryotische Zellen sind in der Regel klein und besitzen eine Zellwand, die eine Membran unterschiedlicher Zusammensetzung umgibt. Darüber hinaus kann eine Kapsel oder gallertartige Scheide vorhanden sein. Das Zytoplasma weist zwei verschiedene Regionen auf: eine, in der sich das genetische Material befindet, das als Nukleoid oder bakterielles Chromosom bezeichnet wird, und den Rest des Zytoplasmas, in dem sich die Ribosomen befinden. Dem Zytoplasma fehlen Zytoskelett und Endomembransystem. Sie können Geißeln besitzen und sich durch binäre Spaltung teilen. Ein charakteristisches Merkmal prokaryotischer Zellen ist ihre morphologische Vielfalt. Je nach Form unterscheidet man Kokken, Bazillen, Vibrionen und Spirillen.

• Zytoplasma: Fast frei von membranösen Strukturen.
• Kernäquivalent: DNA-Molekül.
• Flagellen: Prokaryotische Zellen können ein oder zwei Flagellen besitzen, die die Fortbewegung ermöglichen.
• Mesosomen: Enthalten Enzyme, die an Atmungs- und Zellteilungsprozessen beteiligt sind.
• Glatte Muskulatur: Starre Zellwand.
• Pili: Geißelähnliche Strukturen.
• Fimbrien: Kürzere Strukturen als Pili.
• Kapsel: Hülle aus Kohlenhydraten.

Eukaryotische Zellen

Sie sind sowohl strukturell als auch funktionell viel komplexer als prokaryotische Zellen. Wie prokaryotische Zellen besitzen sie eine Plasmamembran und Ribosomen, unterscheiden sich jedoch von diesen durch das Vorhandensein eines Zellkerns, zytoplasmatischer Organellen und eines Zytoskeletts. Der Zellkern gilt als das Unterscheidungsmerkmal zwischen eukaryotischen und prokaryotischen Zellen. Das Vorhandensein zytoplasmatischer Organellen führt zu einer Kompartimentierung der Zelle, wodurch Räume geschaffen werden, in denen spezifische Stoffwechselaktivitäten stattfinden, und so ihre Rolle besser genutzt werden kann. Die Kompartimentierung ist eine Aufteilung innerhalb der Zelle, die es ihr ermöglicht, verschiedene Funktionen gleichzeitig auszuführen. Jedes dieser Kompartimente ist durch eine Membran getrennt. Ein Kompartiment wird als "funktionelle Einheit" definiert. Die Polarität ist die spezifische Anordnung von Organellen, die in einigen Zellen definiert ist. Nicht alle Zellen weisen Polarität auf.

Allgemeine Struktur eukaryotischer Zellen

• Chloroplasten: Spezifische Organellen pflanzlicher Zellen, in denen die Photosynthese stattfindet.
• Mitochondrien: Bilden die Mehrheit der ATP-Moleküle.
• Lysosomen: Spezialisierte Kompartimente für die Verdauung von Stoffwechselprodukten.
• Vakuolen: Die meisten pflanzlichen Zellen besitzen große Vakuolen, die vielfältige Aufgaben wie die Verdauung von Makromolekülen und die Speicherung von Nährstoffen oder Abfallstoffen übernehmen.
• Zytoskelett: Wichtig für die Struktur und Funktion eukaryotischer Zellen. Es ist ein Netzwerk von Proteinfasern, das sich durch das Zytoplasma erstreckt und für die Zellform und die Verteilung der Organellen verantwortlich ist.
• Zellkern: Organell in allen eukaryotischen Zellen, in dem sich die genetische Information in Form von DNA befindet.
• Endoplasmatisches Retikulum: Spezialisiert auf den Transport von Proteinen.
• Zentrosom: Struktur ohne Membran, die in tierischen Zellen vorkommt. Es ist das MTOC (Mikrotubuli-organisierendes Zentrum).
• Zellwand: Äußere Hülle, die als Exoskelett dient. Sie ist dick und starr.