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Bakterien: Aufbau, Vermehrung und Bedeutung
Bakterien sind meist mikroskopisch kleine, einzellige Lebewesen ohne Zellkern. Sie kommen fast überall vor, vermehren sich meist durch Zweiteilung und können nützlich, harmlos oder krankheitserregend sein.
Auf dieser Seite lernst du, eine Bakterienzelle zu erkennen, ihre Bauteile zu erklären und ihr Wachstum mit ihren Lebensbedingungen zu verbinden.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Woran erkennst du Bakterien?
Eine Bakterienzelle ist eine einzelne, selbstständig lebensfähige Zelle. Typische Bakterien sind etwa 1 bis 10 µm groß, doch es gibt kleinere und deutlich größere Ausnahmen.
Prokaryot
Ein Prokaryot ist ein Lebewesen, dessen Zelle keinen echten Zellkern besitzt. Die DNA liegt in einem Bereich des Zellplasmas, dem Nukleoid. Bakterien gehören zu den Prokaryoten.
Kein Zellkern bedeutet also nicht keine DNA. Bakterien besitzen Erbinformation, aber keine Kernhülle um diese DNA.
Viele Bakterien lassen sich nach ihrer Grundform ordnen:
- Kokken sind kugelförmig. Sie können etwa paarweise, kettenförmig oder in Gruppen liegen.
- Bazillen oder Stäbchenformen sind länglich.
- Spirillen sind spiralig oder korkenzieherförmig.
Die Form allein reicht nicht aus, um eine Bakterienart sicher zu bestimmen. Verschiedene Arten können ähnlich aussehen.
Welche Bauteile braucht eine Bakterienzelle?
Nicht jedes Bakterium besitzt genau dieselben Strukturen. Einige Bestandteile bilden jedoch den gemeinsamen Grundbau.
- Die Zellmembran grenzt die Zelle ab und regelt den Stoffaustausch.
- Das Zellplasma, auch Cytoplasma genannt, ist die wässrige Grundsubstanz der Zelle. In ihm laufen viele Stoffwechselvorgänge ab.
- Ribosomen stellen Proteine her.
- Das Nukleoid enthält gewöhnlich das große, meist ringförmige Bakterienchromosom.
- Eine Zellwand gibt den meisten Bakterien Form, Stabilität und Schutz.
Weitere Strukturen kommen nur bei manchen Bakterien vor:
- Eine Kapsel oder Schleimhülle kann unter anderem vor Austrocknung schützen.
- Geißeln ermöglichen bestimmten Arten die Fortbewegung.
- Pili oder Fimbrien dienen zum Anheften; besondere Pili können am DNA-Austausch beteiligt sein.
- Plasmide sind zusätzliche kleine DNA-Ringe. Sie können zum Beispiel Resistenzgene tragen und zwischen Zellen übertragen werden.
Eine unbekannte Zelle besitzt Zellmembran, Zellplasma, Ribosomen, eine Zellwand und frei liegende ringförmige DNA. Einen Zellkern und membranumhüllte Organellen erkennst du nicht.
Der entscheidende Hinweis ist die frei liegende DNA ohne Kernhülle. Die Zelle entspricht damit dem Grundbau einer Bakterienzelle.
Grundausstattung und Zusatzausstattung sind nicht dasselbe: Eine Bakterienzelle besitzt nicht automatisch Kapsel, Geißeln, Pili oder Plasmide.
Wie entstehen aus einer Zelle zwei?
Bakterien vermehren sich meist ungeschlechtlich durch Zweiteilung, auch binäre Spaltung genannt. Dafür ist kein Geschlechtspartner nötig.
- Die Bakterienzelle wächst und verdoppelt ihre DNA.
- Die beiden DNA-Kopien werden räumlich getrennt.
- Zellmembran und Zellwand schnüren sich ein oder bilden eine Querwand.
- Zwei zunächst kleinere Tochterzellen entstehen.
- Die Tochterzellen wachsen wieder heran.
Die Tochterzellen sind bei diesem vereinfachten Ablauf genetisch identisch. Ein Austausch von DNA, etwa über Plasmide, ist keine Zweiteilung: Er verändert Erbinformationen, erzeugt aber nicht unmittelbar zwei Tochterzellen.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Bei der Zweiteilung wird zuerst die DNA . Danach werden die DNA-Kopien . In der Zellmitte entsteht eine . Schließlich liegen zwei vor. Dieser Vorgang ist eine Form der Vermehrung.
Manche Bakterien bilden bei ungünstigen Bedingungen widerstandsfähige Endosporen. Sie dienen dem Überdauern und sind keine zusätzlichen Tochterzellen. Sporenbildung ist daher nicht mit Zweiteilung gleichzusetzen.
Warum wächst eine Bakterienpopulation nicht unbegrenzt?
Wenn sich alle Zellen wiederholt teilen, verdoppelt sich die Zellzahl in jeder Generation. Das nennt man exponentielles Wachstum.
Der vereinfachte Versuch beginnt mit einer Zelle. Alle Zellen teilen sich gleichzeitig, und keine Zelle stirbt.
Nach einer Teilung sind es 2 Zellen, nach zwei Teilungen 4 und nach drei Teilungen 8. Nach 12 Teilungen gilt:
$$2^{12}=4096$$
Aus einer Zelle sind unter diesen Modellbedingungen 4096 Zellen geworden. In der Wirklichkeit teilen sich Zellen nicht immer gleichzeitig, und ihre Bedingungen bleiben nicht dauerhaft optimal.
Die Teilungsgeschwindigkeit hängt von der Bakterienart und ihrer Umwelt ab. Entscheidend sind unter anderem Nährstoffe, Temperatur, pH-Wert, Sauerstoffverfügbarkeit und Platz. Deshalb ist 37 °C nicht für alle Bakterien die beste Temperatur.
In einer begrenzten Kultur lassen sich häufig vier Wachstumsphasen unterscheiden:
- Anlaufphase: Die Zellen passen sich an die Umgebung an.
- Exponentielle Phase: Günstige Bedingungen ermöglichen schnelle Teilungen.
- Stationäre Phase: Nährstoffe und Platz werden knapp. Etwa gleich viele Zellen entstehen und sterben.
- Absterbephase: Ressourcen fehlen, während sich schädliche Stoffwechselprodukte ansammeln können. Die Zahl lebender Zellen sinkt.
Wann sind Bakterien nützlich oder schädlich?
Die Wirkung eines Bakteriums hängt von seiner Art, seinem Aufenthaltsort und den jeweiligen Bedingungen ab. Bakterien sind deshalb nicht grundsätzlich „gut“ oder „gefährlich“.
Nützliche Wirkungen sind zum Beispiel:
- Darmbakterien unterstützen Verdauung und Immunabwehr.
- Bakterien helfen bei der Herstellung von Joghurt, Käse, Sauerkraut und Essig.
- Viele Arten bauen Stoffe ab und wirken dadurch an Stoffkreisläufen mit.
- In Biotechnologie und Medizin werden Bakterien zur Herstellung verschiedener Stoffe genutzt, etwa von Enzymen, Vitaminen oder Insulin.
Schädliche Wirkungen sind zum Beispiel:
- Manche Arten verderben Lebensmittel oder beschädigen Materialien.
- Krankheitserregende Bakterien können in den Körper eindringen und sich im Gewebe ausbreiten.
- Einige bilden Giftstoffe, sogenannte Toxine, die Zellen oder Gewebe schädigen.
Antibiotikaresistenz
Antibiotika hemmen das Wachstum von Bakterien oder töten sie. Ein resistentes Bakterium besitzt Eigenschaften, durch die ein bestimmtes Antibiotikum nicht mehr ausreichend wirkt. Resistenzgene können unter anderem auf Plasmiden liegen und zwischen Bakterien weitergegeben werden.
Ein Antibiotikum macht also nicht jedes Bakterium automatisch unschädlich. Überleben resistente Zellen eine Behandlung, können sie sich weiter vermehren.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Bakterien
- Zellbau: kein Zellkern, aber DNA, Zellmembran, Zellplasma und Ribosomen
- Zusatzausstattung: zum Beispiel Kapsel, Geißeln, Pili und Plasmide
- Vermehrung: DNA-Verdopplung und Zweiteilung
- Wachstum: abhängig von Art, Nährstoffen und Umweltbedingungen
- Bedeutung: nützlich, harmlos oder krankheitserregend
- Widerstandsfähigkeit: Endosporen zum Überdauern und Resistenzgene gegen Antibiotika
Abschluss-Check
Prüfe dich zum Schluss selbst: Kannst du bei einer unbekannten Bakterienzelle Grundbauteile und Zusatzausstattung unterscheiden, ihre Vermehrung ordnen und aus den Umweltbedingungen eine begründete Aussage über ihr Wachstum ableiten?