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Zoologie (Subject) / Zoologie schriftlich (Lesson)

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• Gebisse und ihre Anpassung an die Ernährung   Bei Karnivoren sind die Eckzähne zu Fangzähnen vergrößert. Die Prämolaren sind kräftig und zu Brechscheren verschmolzen.   Bei Herbivoren sitzen Schneide- und Eckzähne im Unterkiefer weit vorne und werden zum Abreißen der Nahrung benutzt. Wiederkäuer besitzen im Oberkiefer keine Schneide- und Eckzähne, sondern nur eine Knochenplatte. Bei Nagetieren sind massive Schneidezähne ausgebildet, Eckzähne fehlen dafür.
• Begriff Homöostase Lebewesen besitzen ein inneres Milieu, das sich in seiner Zusammensetzung dramatisch von der Außenwelt unterscheidet. Jede Zelle muss in der Lage sein, sich selbst dieses innere Milieu zu erschaffen und zu erhalten. Hömöostase ist also die Aufrechterhaltung eines konstanten inneren Milieus
• Bestandteile des inneren Milieus bei verschiedenen Tieren Tiere mit offenem Kreislaufsystem: Hämolymphe Wirbeltiere: interstitielle Flüssigkeit Blut Lymphe Liquor (Hirnflüssigkeit)
• Ablauf der Regulation des inneren Mileus Die Regulation des inneren Mileus findet durch bestimmte Organe statt. Die Regelungen sind Selbststeuerungen mit Rückkopplung, d.h. die Ursache hat nicht nur eine best.Wirkung sondern die Wirkung beeinflusst die Ursache auch rückwirkend Negative Rückkopplung: Wirkung verringert die Ursache (z.B. Lichtreiz führt zur Verengung der Pupille; Verengung der Pupille vermindert den Lichteinfall ins Auge) Positive Rückkopplung: Wirkung verstärkt die Ursache (z.B. Geburtswehen, Sexualverhalten) Positive Rückkopplung führt zu einem Höhepunkt mit einem schlagartigen Ende der Aktivität
• Zusammenhang zwischen Temperatur und Leben Lebende Zellen können nur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs funktionieren Zellen brauchen eine Temperatur > 0° um am Leben zu bleiben (außer sie haben spezielle Anpassungen) Temperaturobergrenze ist für die meisten Zellen knapp unter 45°C ABER: Selbst innerhalb dieses Bereichs kommt es meist zu Problemen, wenn es zu Temperaturveränderungen im Gewebe kommt Viele physiologische Prozesse und Regulationen sind temperaturabhängig und laufen bei höheren Temperaturen schneller ab  
• Klassifikation von Tieren nach Thermoregulationsmechanismen Man kann Tiere in Gruppen einteilen, je nachdem, wie sie auf die Umgebungstemperatur reagieren: homoiotherm = gleichwarm: Tier hält seine Körpertemperatur über einen weiten Bereich von Umgebungstemperaturen konstant poikilotherm = wechselwarm: Körpertemperatur des Tieres verändert sich, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert heterotherm: Tier hält zeitweise eine konstante Körpertemperatur aufrecht und passt sich zeitweise der Umgebungstemperatur an (z.B. Winterschläfer) Weitere Möglichkeiten zur Klassifikation: ektotherm: hängen weitgehend von äußeren Wärmequellen ab um ihre Körpertemperatur über der Umgebungstemperatur zu halten und hängen ebenso von äußeren Kältequellen ab, um sich zu kühleb --> Regulation der Körpertemperatur erfolgt durch Verhalten (z.B. Reptilien) endotherm: Tiere können Körpertemperatur durch Produktion von Stoffwechselwärme oder aktive Mechanismen zur Wärmeabgabe kontrollieren --> Regulation der Körpertemperatur erfolgt durch innere Stoffwechselvorgänge (was aber eine Unterstützung durch Verhalten nicht ausschließt, z.B. Aneinanderschmiegen, Schatten aufsuchen...) --> z.B. Säuger, Vögel
• Möglichkeiten des Wärmeaustausches zwischen Körper und Umgebung Wärmestrahlung (Radiation): wärmere Objekte verlieren Wärme an kältere Objekte Wärmeleitung (Konduktion): direkter Transfer von Wärme wenn unterschiedlich warme Objekte sich berühren Wärmeübergang (Konvektion): hat ein Luftstrom oder Wasser eine Temperatur die unter der der Körperoberfläche liegt, geht Wärme verloren Verdunstung (Evaporation): Wasser auf der Körperoberfläche verdunstet und kühlt so den Körper Durch Beeinflussung dieser Möglichkeiten können sowohl ektotherme als auch endotherme Tiere ihre Körpertemperatur verändern. Soll die Körpertemperatur eines Tieres konstant sein, muss die Wärme, die das Tier abgibt gleich der Wärme sein, die das Tier aufnimmt --> Wärmeabgabe über beschriebene Mechanismen -->Wärmeaufnahme durch Stoffwechsel, durch aborbierte Wärmestrahlung, durch beschriebene Mechanismen
• Rolle der Durchblutung bei der Thermoregulation Der Wärmeaustausch zwischen dem Körperinneren und der Haut erfolgt zum Großteil über die Durchblutung. Beispiel: Körpertemperatur steigt wegen körperlicher Anstrengung Haut wird stärker durchblutet und erwärmt sich von der Haut aus geht die Wärme über Radiation, Konvektion, Konduktion und Evaporation verloren Wärmeverlust sorgt dafür, dass die Körpertemperatur wieder auf einen Normalwert fällt Beispiel: niedrige Temperaturen Blutgefäße ziehen sich zusammen Hautdurchblutung und Wärmetransport zur Haut sinken Wärmeverlust an die Umgebung nimmt ab
• Beispiele zur Thermoregulation von ektothermen Tieren Flugmuskulatur braucht eine Temperatur von 35 - 41° C bevor sie funktioniert. Die nötige Wärme kann durch rhythmische Muskelkontraktionen erreicht werden (ähnlich wie das Zittern von Skelettmuskeln der Säuger) Bei Bienen drängen sich die Arbeiterinnen im Winter um die Larven zusammen und stimmen die individuelle Wärmeproduktion mit der Popluationsdichte ab, so dass eine konstante Bruttemperatur von 34° C gehalten wird
• Thermoneutralzone Bereich von Außentemperaturen, in der die Stoffwechselrate von endothermen Tieren gering ist und von der Temperatur unabhängig ist -->d.h. das Lebewesen muss keine Stoffwechselenergie zur Thermoregulation aufwenden
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• Grundumsatz = Ruhestoffwechsel Stoffwechselrate eines endothermen Tieres in Ruhe bei einer Temperatur innerhalb der Thermoneutralzone wird gewöhnlich bei wachen, ruhenden Tieren bestimmt, die keine Energie für Verdauung, Fortpflanzung oder Wachstum aufwenden Mit dem Energieverbrauch des GU können alle Körperfunktionen eben noch in Gang gehalten werden  
• Standardstoffwechsel wird bei ektothermen Tieren anstelle des Grundumsatzes gemessen: Minimale Stoffwechselrate muss bei einer ganz bestimmten Standardtemperatur ermittelt werden, da die Stoffwechselrate ja von der Temperatur abhängt Der GU eines endothermen Tieres ist ca. 10x höher als der Standardstoffwechsel eines exothermen Tieres gleicher Größe
• Zusammenhang zwischen Grundumsatz und Größe Bei endothermen Tieren sinkt der GU pro g Körpergewicht mit zunehmender Größe der Tiere. Der Grund ist noch nicht ausreichend geklärt. Früher nahm man das OF-Volumen-Verhältnis als alleinigen Grund an nimmt mit zunehmender Größe des Tieres immer weiter ab größere Tiere haben im Verhältnis eine kleinere OF und können daher weniger Wärme abgeben damit es nicht zu Überhitzung der Tiere kommt, haben größere Tiere eine geringere Stoffwechselrate Diese Erklärung reicht aber allein nicht aus!
• Wärmeregulation außerhalb der Thermoneutralzone Innerhalb der Thermoneutralzone kann die Körpertemperatur aufrecht erhalten werden, indem die Hautdurchblutung reguliert wird. Außerhalb der Thermoneutralzone muss Energie zur Regulation der Körpertemperatur aufgewendet werden Fällt die Umgebungstemperatur unter den kritischen Wert, müssen die Tiere Wärme produzieren um die Wärmeverluste an die Umgebung zu kompensieren (Thermogenese = Wärmebildung) Erzeugung von Wärme durch Muskelzittern (ATP wird zu ADP, Energie wird frei und in mechanische Energie der Muskelkontraktion umgewandelt; ein Teilbetrag der Energie wird dabei in Form von Wärme frei) zitterfreie Thermogenese durch braunes Fettgewebe (enthält sehr viele Mitochondrien und ist stark durchblutet) Zusätzlich gibt es noch Anpassungen an Kälte bzw. Wärme
• Anpassungen an Kälte Tiere in kalten Klimazonen haben eine kleinere Körperoberfläche als ihre Verwandten in wärmeren Zonen (rundere Körperformen und kürzere Körperanhänge) Verstärkung der thermischen Isolierung (dickere Fell-, Leder- oder Fettschicht) ölige Sekrete in Fell oder Gefieder schützen vor Nässe und erhalten so Isolierwirkung Abnahme der Hautdurchblutung (Verengung der Blutgefäße in der Haut und in den Körperanhängen) Blubber: besonders dickes Unterhautfettgewebe bei aquatischen Säugern (Robben, Wale..)
• Anpassungen an Wärme steigt die Umgebungstemperatur über den oberen kritischen Wert besteht die Gefahr einer Überhitzung . Dies kann auch schon bei niedrigeren Temperaturen passieren, wenn sich ein Tier körperlich anstrengt Mögliche Gegenmaßnahmen: arktische Tiere haben oft am Bauch einen Bereich mit dünnerem Fell über den Wärme abgegeben werden kann sehr große Säuger tragen kaum oder gar kein Fell und suchen Bereiche auf, in denen sie sich bei zu hoher Temperatur im Wasser suhlen können Transpiration durch Schwitzen oder Hecheln (kostet aber Stoffwechselenergie --> Stoffwechselrate steigt --> vermehrte Wärmeproduktion)
• Fieber = Erhöhung der Körpertemperatur als Reaktion auf Pyrogene exogene Pyrogene: Bakterien, Viren endogene Pyrogene: werden von Zellen des Immunsystems produziert wenn sie attackiert werden Die Präsenz des Pyrogens führt zu einem Anstieg des hypothalamischen Sollwerts --> Zittern, Wärmen (durch Decke etc.) bis der neue Sollwert erreicht ist
• Untertemperatur = Hypothermie; Körpertemperatur liegt unter der Normaltemperatur Gründe: Sollwert des Hypothalamus wird heruntergeschraubt Hungern Kälteexposion Krankheit Unfallschock Verabreichung von Narkosemitteln Außerdem: regulierte Hypothermie (Winterschlaf)
• Regulierte Hypothermie Überbegriff für alle Formen der Überwinterung: Hibernation Winterschlaf: wird von Tieren genutzt, um Zeiten der Nahrungsknappheit und Kälteperioden zu überstehen (Tage oder Wochen) Die Körpertemperatur liegt dabei oft  nah am Gefrierpunkt! Winterruhe: Körpertemperatur wird dabei kaum abgesenkt, Tiere können jederzeit aktiv werden Tageszeitlicher Torpor / Hungerstarre: manche Tiere werden täglich in inaktiven Zeiten hypotherm (z.B. Kolibri) Die Körpertemperatur kann dabei um 10-20 Grad fallen Ästivation: Sommerruhe, Trockenschlaf    
• Thermoregulation von endothermen Fischen --> physikalische Endothermie durch Gegenstromaustausch Problem von Fischen: sie können beträchtliche Mengen an Körperwärme produzieren, aber sie haben Schwierigkeiten, auch nur einen Teil der Wärme im Körper zurück zu halten (Blut kommt vom Herzen in die Kiemen und tritt dort in sehr engen Kontakt mit dem umgebenden Wasser --> Wärme geht verloren) Endotherme Fische können eine Temperaturdifferenz von 10-15° C zum Wasser aufrecht erhalten oxygeniertes Blut sammelt sich in der dorsalen Aorta Arterien transportieren das Blut ins Gewebe und verlaufen hptsl. direkt unter der Haut kaltes Blut wird so nahe der Körper-OF gehalten kleinere Gefäße, die das Blut in die Muskelmasse transportieren verlaufen parallel zu Gefäßen, die warmes Blut von den Muskeln zurück zum Herzen führen Wärme tritt vom kalten zum warmen Blut über und wird so in der Muskelmasse festgehalten außerdem: geringerer Wärmeverlust über die Kiemen durch abgekühltes, venöses Blut So kann der Fisch eine Temperatur aufrecht erhalten, die über der des Wassers liegt
• Thermoregulation von ektothermen Fischen Ein Großteil der Fische ist ektotherm Aorta führt dorsal direkt durch das Zentrum des Fisches Arterien transportieren das Blut ins Gewebe Venen transportieren das Blut zum Herzen zurück Es gibt keinen Gegenstromaustauscher!
• Hormone - Definition, Einsatzbereich Hormone sind chemische Signale zur Informationsübermittlung Hormone eignen sich nicht zur Kontrolle von Verhaltensweisen die rasches Handeln erfordern, sondern sind sinnvoll, wenn es um langfristige, entwicklungsbiologische oder physiologische Prozesse geht
• Zellen im Zusammenhang mit Hormonen endokrine Zellen = Zellen, die Hormone freisetzen Zielzellen: haben Rezeptoren um das Hormon zu binden und so die hormonelle Botschaft entgegen zu nehmen Durch Bindung des Hormons an den Rezeptor werden in der Zielzelle Mechanismen aktiviert, die zur Reaktion führen
• Klassifikation von Hormonen aufgrund chemischer Eigenschaften und deren Kennzeichen Peptidhormone und Proteohormone (z.B. Insulin) Steroidhormone (z.B. Testosteron) Aminosäurederivate (z.B. Thyroxin) Hormone, die sich von Fettsäuren ableiten (z.B. Prostaglandine) Hormone, die von Isopren abstammen (z.B. Neotenin) Die meisten Hormone sind Peptidhormone / Proteohormone mit einer artspezifischen Aminosäuresequenz sie lassen sich leicht im Blut transportieren da wasserlöslich können aber schlecht die Plasmamembran passieren (werden daher in den Zellen in Vesikel gepackt und dann durch Exocytose freigesetzt) Steroidhormone sind fettlöslich können daher leicht die Plasmamembran passieren, müssen aber im Blut an carrier-Proteine gebunden werden. Bei den Aminosäurederivaten gibt es wasser- und fettlösliche Hormone, so dass die Art und Weise von Freisetzung und Transport variiert Auch der Ort der Rezeptoren hängt mit der chemischen Struktur der Hormone zusammen: lipidlösliche Hormone: Rezeptoren befinden sich im Inneren der Zelle, da die Hormone leicht durch die Membran diffundieren können wasserlösliche Hormone: Rezeptoren befinden sich an der Zelloberfläche Meist handelt es sich bei Rezeptoren an der Zellaußenseite um Glykoproteinkomplexe mit 3 Domänen: bindende Domäne, die über die Außenseite der Zellmembran hinausragt membrandurchspannende Domäne cytoplasmatische Domäne, die eine Reaktion in der Zielzelle initiiert
• Klassifikation der Hormone nach Wirkort endokrine Hormone: werden aus der Zelle in die extrazelluläreFlüssigkeit abgegeben und können dann im Kreislaufsystem zirkulieren udn auf Zielzellen an weit entfernten Orten wirken Pheromone können sogar an die Außenwelt abgegeben werden und wirken auf andere Individuen parakrine Hormone: wirken nur lokal auf Zielzellen in der Nachbarschaft ihres Produktionsortes werden nur in sehr geringen Mengen freigesetzt werden sehr schnell durch abbauende Enzyme inaktiviert werden sehr effizient von lokalen Zellen aufgenommen autokrine Hormone: wirken auf ihre eigene Bildungszelle, d.h. sie binden an Rezeptoren der Zelle von der sie auch freigesetzt werden
• Endokrine Drüsen Endokrine Zellen können sich als Einzelzellen innerhalb eines Gewebes befinden. Hormone aus solchen Zellen werden als Gewebshormone bezeichnet. Viele endokrine Zellen können sich aber auch zu sekretorischen Organen zusammenschließen = endokrine Drüsen / Hormondrüsen
• Endokrines System der Wirbeltiere Hypothalamus Epiphyse (Zirbeldrüse) Hypophyse Schilddrüse Nebenschilddrüse Thymus Nebenniere Pankreas Eierstöcke / Hoden
• Aufbau der Hypophyse = Hirnanhangsdrüse Lage: Vertiefung an der Schädelbasis direkt über dem Gaumendach Hypophyse ist durch einen Stiel mit dem Hypothalamus verbunden Gliederung in zwei Bereiche mit unterschiedlichem entwicklungsbiologischen Ursprung und unterschiedlichen Funktionen: Hypophysenvorderlappen = Adenohypophyse Hypophysenhinterlappen = Neurohypophyse
• Begriff Zelle und Zelltheorie   Der Begriff Zelle wurde Mitte des 17. Jh von Hooke eingeführt, der Schnittpräparate von Kork unter dem Mikroskop betrachtete. 1883 formulierten Schleiden und Schwann die Zelltheorie: Zellen sind die Grundeinheiten des Lebens. Alle Organismen bestehen aus Zellen. Alle Zellen entstehen aus bereits existierenden Zellen. Daraus lässt sich schlussfolgern: Leben auf der Erde begann mit der Entstehung der ersten Zelle. Die Prinzipien, die den Funktionen eines Einzellers zugrunde liegen, sind ähnlich den Prinzipien, die in unserem Körper herrschen. Alle Körperzellen sind aus einer einzigen Zelle entstanden (befruchtete Eizelle)  
• Begrenzung der Zellgröße   Bis auf wenige Ausnahmen (z.B. Vogelei) sind Zellen sehr klein. Grund: OF – Volumen – Verhältnis → Nimmt das Volumen einer Zelle zu, wächst zwar auch ihre OF, allerdings nicht im gleichen Maß wie das Volumen → Für Zellen ist es aber wichtig, dass die OF im Verhältnis zum Volumen nicht zu klein ist, denn die OF begrenzt die Menge an Nährstoffen, die in die Zelle hinein geschafft werden kann und die Menge an Abfallstoffen, die aus der Zelle heraus geschafft werden kann. Umso größer das Volumen, umso mehr chemische Aktivität kann pro Zeiteinheit durchgeführt werden (→ bedeutet mehr Nährstoffe und mehr Abfall) → Zu starkes Wachstum bedeutet zu hohen Ressourcengehalt und Abfallbedarf für die vorhandenen OF! Große Organismen bestehen aus vielen einzelnen Zellen; so entsteht eine riesige Gesamtoberfläche, die einen effizienten Stoffaustausch erst möglich macht.  
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• Cytoplasma   Cytoplasma ist der Überbegriff für alles, was im Inneren der Zellmembran eingeschlossen ist: Cytosol („Grundplasma“) Zellorganellen (z.B. Mitochondrien, Chloroplasten) membranlose Plasmastrukturen (z.B. Ribosomen) Membransysteme (z.B. ER, Golgi-Apparat)    
• Aufgaben des Zellkerns   Speicherung der genetischen Information und Weitergabe an die Tochterzellen bei der Mitose Kontrolle der Vorgänge, die in der Zelle ablaufen (Genexpression: Welche von der DNA kodierten Proteinen werden gebildet und wann?) Bildung der Ribosomen- Untereinheiten (im Nucleolus)  
• Aufbau des Zellkerns   → normalerweise einzeln vorhanden → meist das größte Zellorganell (Ausnahme: Vakuole in Pflanzenzellen)   Der Zellkern wird durch eine Doppelmembran begrenzt, die als Kernhülle bezeichnet wird. Die Kernhülle weist zahlreiche Kernporen auf, an denen innere und äußere Membran ein Kontinuum bilden. Jede Kernpore ist durch einen Kernporenkomplex aus 8 Proteinpartikeln ausgekleidet. Durch die Kernporen können Substanzen zwischen Kern und Cytoplasma ausgetauscht werden. Die äußere der beiden Membranen geht an vielen Stellen ins ER über.   Innerhalb der Kernhülle kann man das Nucleoplasma vom Chromatin unterscheiden. Chromatin setzt sich aus den DNA-Strängen zusammen, die um Histon-Proteine gewickelt sind. Im Ruhezustand der Zelle liegt das Chromatin in aufgelockerter Form vor und ist an verschiedenen Stellen an die Innenmembran der Kernhülle angeheftet. Vor der Zellteilung verdichtet sich das Chromatin zu Chromosomen. Das Nucleoplasma ist eine wässrige Lösung zahlreicher Substanzen, die das Chromatin umgibt. Im Nucleoplasma befindet sich ein Netzwerk aus Strukturproteinen: Kernmatrix.   Eine Struktur, die mit dem Lichtmikroskop erkannt werden kann, sind die Nucleoli. Nucleoli werden von bestimmten Abschnitten der Kern-DNA durchzogen (Nucleolus-Organisatorregionen). In diesen Regionen werden die Untereinheiten der Ribosomen gebildet. Fertige Untereinheiten wandern durch die Kernporen ins Cytoplasma.    
• Ribosomen   Ribosomen können frei im Cytosol vorkommen oder an das ER gebunden sein. Ribosomen bestehen aus Protein und RNA. Sie setzen sich aus einer großen und einer kleinen Untereinheit zusammen.   Ribosomen sind der Ort der Proteinbiosynthese: Aminosäuren werden zu Polypeptidketten verknüpft. Dabei wird die mRNA-Information in eine spezifische Aminosäuresequenz übersetzt. Gruppen von Ribosomen, die aktiv Proteinbiosynthese betreiben werden Polysomen genannt.  
• Domänen von Lebewesen   Man kann 3 große Domänen von Lebewesen unterscheiden: Bacteria (prokaryotisch) Archaea (prokaryotisch) Eukarya (eukaryotisch)
• Gemeinsamkeiten der Domänen von Lebewesen   Ablauf der Glykolyse Besitz von DNA semikonservative Replikation der DNA Synthese von Polypeptiden durch Transkription und Translation; Verwendung des selben genetischen Codes Besitz von Plasmamembranen und Ribosomen   Alle 3 Domänen gehen auf eine gemeinsame Wurzel zurück, es ist allerdings nicht sicher, ob alle Lebewesen von einer einzelnen Urzelle abstammen oder von einer Gemeinschaft zahlreicher Zellen, die einen regen Genaustausch betrieben. Sicher ist aber, dass der gemeinsame Vorfahre aller 3 Domänen prokaryotisch war.  
• Formen von Prokaryoten   kugelförmig → Kokken stäbchenförmig → Bazillen gekrümmt / spiralenförmig → Spirochäten, Spirillen   Bakterien können einzeln vorkommen, oder Gruppen bzw. Ketten (Filamente) bilden. → Solche Zusammenlagerungen entstehen, wenn die Zellen nach der Spaltung aneinander haften bleiben CAVE: Solche Zusammenlagerungen sind nicht das Gleiche wie Vielzelligkeit, denn jede Zelle der Kette ist unabhängig von den anderen lebensfähig!  
• Aufbau einer Prokaryotenzelle   Zellwand als formgebendes Stützskelett manchmal Kapsel außerhalb der Zellwand vorhanden ringförmiges Chromosom, das sich in einem Zellbereich befindet, der als Nucleoid bezeichnet wird keine Zellorganellen Ribosomen befinden sich frei im Cytosol Plasmamembran kann ins Cytoplasma zurückgefaltet sein → so entsteht ein inneres Membransystem → bleibt eine Verbindung zur Plasmamembran erhalten spricht man von Mesosomen Cytoskelett: bei einigen Prokaryoten ist unter der Plasmamembran eine interne helikale Struktur vorhanden → hat eine ähnliche Aminosäuresequenz wie Aktin und ist daher vermutlich an der Formgebung der Zelle beteiligt evtl. Geißeln und Pili  
• Pili Pili sind fädige Anhängsel an der Zelloberfläche von Prokaryoten Sie sind kürzer als Geißeln und wichtig bei der Anlagerung an andere Prokaryoten (bei der Konjugation)
• Prokayrotische Zellwand   Zellwände der Prokaryoten bestehen fast immer aus Murein, einem Peptidoglykan (nicht bei Archaea). Ein einziges Molekül umgibt dabei die ganze Zelle. Man kann zwei große Gruppen der Bakterien identifizieren: gram-positive und gram-negative Bakterien (lassen sich unterschiedlich anfärben) gram-positive Bakterien: → dauerhafte Anfärbung mit kristallviolett ist möglich --> Peptidoglykan bildet eine dicke Schicht außerhalb der Plasmamembran gram-negative Bakterien: → sind nicht dauerhaft anfärbbar Zellwand enthält weniger Peptidoglykan; die Zelle ist außerhalb der Peptidoglykanschicht von einer zweiten Membran umgeben, die aber anders aufgebaut ist, als die Plasmamembran (aus Lipopoly-sacchariden und Proteinen) → zwischen Plasmamembran und Außenmembran: periplasmatischer Raum mit Enzymen (für Verdauung, Stofftransport etc.)  
• Kapsel der Prokaryoten   Zusätzlich zur Zellwand wird von Prokaryoten oft noch ein Glykocalyx (auch: Kapsel) abgesondert: schleimige oder klebrige Substanzen aus Polysacchariden und Proteinen → bietet Schutz vor Austrocknung → wichtig für die Bindung von Bakterien an das Wirtsgewebe  
• Fortbewegungsweisen von Prokaryoten Flagellen häufigste Art der Fortbewegung dünne Filamente aus Flagellin entspringen einzeln oder als Schopf an einem oder an beiden Enden der Zelle oder sind über die gesamte OF verteilt sind mit einem Haken in der Zellmembran oder der zellwand verankert Basalapparat ist verantwortlich für die Bewegung (Drehbewegung der Flagelle um die Basis unter ATP-Verbrauch) Axialfilamente modifizierte Flagellen bei Spirochäten verlaufen längs der Zellachse unterhalb der Außenmembran korkenzieherartige Fortbewegung Fortbewegung durch Gleit- oder Rollmechanismus bei vielen Cyanobakterien Fortbewegung über Anpassung von Gasmengen in speziellen Vesikeln Auf- und Abbewegung im Wasser wird möglich bei Cyanobakterien
• Möglichkeiten der Fortpflanzung bei Prokaryoten   ungeschlechtlich durch Spaltung darüber hinaus gibt es Prozesse zum Austausch von genetischer Information (Transformation, Konjugation, Transduktion), die aber nicht an eine Vermehrung gebunden sind  
• Unterscheidung der Prokaryoten bzgl. Sauerstoffbedarf   obligate Anaerobier: Prokaryoten, die nur anaeroben Stoffwechsel betreiben können → molekularer Sauerstoff ist für sie toxisch fakultative Anaerobier: Prokaryoten, die zwischen aerobem und anaerobem Stoffwechsel umschalten können aerotolerante Anaerobier: können keine Zellatmung durchführen, werden aber nicht durch die Anwesenheit von molekularem Sauerstoff geschädigt obligate Aerobier: können nicht für längere Zeit in Abwesenheit von Sauerstoff überleben  
• Ernährungskategorien von Prokaryoten   photoautotroph → betreiben Photosynthese → Hauptphotosynthesepigment von Cyanobakterien ist Chlorophyll a → andere Bakteriengruppen verwenden Bacteriochlorophyll und setzen damit aber keinen molekularen Sauerstoff frei (sondern z.B. reine Schwefelpartikel, weil H2S anstatt von H2O genutzt wird) → Bacteriochlorophyll absorbiert Licht mit längeren Wellenlängen,daher ist auch Leben in Wasser unter dichten Algenschichten möglich photoheterotroph → Licht wird als Energiequelle verwendet, C-Atome werden aber aus organischen Verbindungen gezogen, die von anderen Organismen produziert werden → Beispiel: schwefelfreie Purpurbakterien chemoautotroph → Energie wird durch Oxidation anorganischer Substanzen gewonnen; ein Teil dieser Energie wird zur Fixierung von CO2 genutzt → die CO2-Fixierung kann wie bei der Photosynthese oder aber auch auf andere Art und Weise ablaufen → bei vielen Archaea chemoheterotroph → Energie und C-Atome stammen aus komplexen organischen Verbindungen → neben den meisten Bacteria und Archaea auch Tiere, Pilze und viele Protisten  
• Unterschieden zwischen prokaryotischen und eukaryotischen Zellen     Prokaryoten Eukaryoten Zellgröße 1-10 µm 10-100 µm Zellwand aus Murein nicht vorhanden bzw. bei Pflanzen aus Cellulose Zellkern Zellkern nicht vorhanden ringförmige DNA frei im Plasma → 1 Chromosom membranumhüllter Zellkern mit mehreren Chromosomen DNA ringförmiges Chromosom in einem bestimmten Zellbereich meist nur ein einziges Chromosom, dafür aber oft zusätzlich Plasmide mehrere lineare Chromosomen im Zellkern membranumhüllte Zellorganellen membranumhüllte Zellorganellen nicht vorhanden, dafür sind aber Einfaltungen der Plasmamembran (Mesosomen, s.o.) und photosynthetisch aktive Membransysteme möglich Vorhanden: Mitochondrien Chloroplasten (Pflanzen) ER Golgi-Apparat Plasmide (kleine, ringförmige, autonom replizierende DNA-Stränge) vorhanden nicht vorhanden Ribosomen 70S-Ribosomen 80S-Ribosomen Cytoskelett nicht vorhanden vorhanden Geißeln verdrillte Längsfibrillen aus Protein Geißeln nach dem 9+2 Plan Zellteilung durch Spaltung (wegen fehlendem Cytoskelett) durch Mitose Ablauf von RNA- und Proteinsynthese läuft gekoppelt im Cytoplasma ab RNA-Synthese findet im Kern statt, Proteinsynthese findet im Cytoplasma statt
• Bedeutung von Prokaryoten - Übersicht Bedeutung in Stoffkreisläufen (z.B. Stickstoffkreislauf) Minimierung der globalen Erdwärme Lebensraum in und auf anderen Organismen (Symbiosen) Prokaryoten als Pathogene
• Prokayroten zur Senkung der globalen Erwärmung   unter dem Meeresboden lagern ca. 10 Billionen Tonnen Methan gleichzeitig leben dort aber auch Archaea, die das Methan verstoffwechseln, wenn es aus seinen Lagerstätten aufsteigt → dadurch werden die Umweltverhältnisse auf der Erde stabilisiert  
• Symbiosen von Prokaryoten mit anderen Organismen   Bakterien kommen in den Wurzelknöllchen mancher Pflanzen vor und betreiben dort Stickstofffixierung Bacteria und Archaea leben im Verdauungstrakt von Mensch und Tier → Prokaryoten im Pansen von Rindern produzieren Cellulase, notwendig zur Spaltung von Cellulose → Vitamin B12 und Vitamin K werden von Bakterien im Dickdarm des Menschen erzeugt  
• Prokayroten als Pathogene   Nur ein geringer Prozentsatz der Prokaryoten gehört zu den Pathogenen und alle bisher bekannten Vertreter gehören zu den Bacteria.   Welche Folgen eine Infektion für den Wirt hat, hängt von mehreren Faktoren ab: Invasivität des Pathogens: Fähigkeit, sich im Körper des Wirtes zu vermehren Toxigenizität: Fähigkeit, toxische Substanzen zu produzieren, die das Wirtsgewebe schädigen   Die Toxine können in 2 große Gruppen unterteilt werden: Endotoxine: werden durch Lyse von bestimmte gram-negativen Bakterien freigesetzt → Symptome sind Fieber, Durchfall, Erbrechen, aber nur selten tödlicher Verlauf Exotoxine: werden von lebenden, sich vermehrenden Bakterien freigesetzt und breiten sich im ganzen Körper des Wirtes aus → verursachen kein Fieber, sind aber hoch toxisch und oft tödlich   Probleme bei der Bekämpfung von Pathogenen durch die Bildung von Biofilmen Prokaryoten existieren oft nicht als einzelne Zellen, sondern in Form von dichten Filmen → „Biofilme“ → z.B. Plaque Bildung des Biofilms: bei Kontakt mit einer festen OF wird eine gelartige Masse aus Polysacchariden abgeschieden, an der andere Bakterien haften bleiben Zellen in einem solchen Film können nur schwer abgetötet werden  

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