Prokaryoten und Eukaryoten – Definition, Beispiele, Aufbau

Die Zelle ist die kleinste Einheit des Lebendigen. In der belebten Natur findet sich eine große Vielfalt verschiedener Zellen. Es gibt Zellen, die allein lebensfähig sind. Dazu gehören die Einzeller und Bakterien. Zellen können sich aber auch auf bestimmte Aufgaben spezialisieren und zusammen mit anderen Zellen einen Organismus (also Pflanzen, Tiere und Menschen) bilden. Die Zellen werden in Prokaryoten und Eukaryoten eingeteilt. Die Bakterien gehören zur Gruppe der Prokaryoten. Es sind Einzeller, die 0,1 μm bis 1 μm groß werden und keinen Zellkern besitzen. Zu den Prokaryoten werden auch die Archaebakterien gezählt. Das sind urtümliche Bakterienzellen, die an extremen Standorten, wie zum Beispiel Thermalquellen, zu finden sind. Die Eukaryoten besitzen einen Zellkern. Die wichtigsten Vertreter der Eukaryoten sind die Tier- und Pflanzenzellen. Die Größe der Eukaryoten ist sehr unterschiedlich. Sie reicht vom kleinen Einzeller (z. B. Hefe) bis hin zu mehreren Meter langen Nervenzellen. Der Mensch beispielsweise verfügt über Nervenzellen, die vom Rückenmark bis in den Fuß reichen und 1,50 m lang werden. Weitere Unterschiede und Gemeinsamkeiten im Aufbau von Prokaryoten und Eukaryoten werden im Folgenden betrachtet.

Die Erbinformation ist sowohl bei Eukaryoten als auch Prokaryoten in der DNA gespeichert. Außerdem sind eukaryotische und prokaryotische Zellen nach außen hin von einer Zellmembran umgeben.

Auch wenn beide Zelltypen über DNA verfügen, unterscheiden sie sich dennoch in Aufbau und Lage der Erbinformation. Bei Prokaryoten liegt die DNA in einem einzigen großen, ringförmigen Chromosom im Cytoplasma. Daneben besitzen manche Bakterien noch kleine, ringförmige extrachromosomale DNA-Stücke, die als Plasmide bezeichnet werden. Bei Eukaryoten ist die DNA auf mehrere, längliche Chromosomen aufgeteilt und liegt geschützt im Zellkern. Neben dem Zellkern verfügen die Eukaryoten noch über weitere von Membranen umgebene sogenannte Zellorganellen. In den Zellorganellen werden Stoffe gespeichert oder es finden Stoffwechselprozesse statt. Diese Kompartimentierung ist bei Prokaryoten nicht zu finden. Zu den Zellorganellen der Eukaryoten gehören:

• Zellkern
• Ribosomen
• Endoplasmatisches Reticulum
• Golgi-Apparat
• Lysosomen
• Mitochondrien

Pflanzenzellen verfügen zusätzlich über eine Zellwand, Chloroplasten und Vakuolen.

Bei den membranumhüllten Zellorganellen vermutet man, dass sie im Laufe der Evolution aus Bakterien hervorgegangen sind, die von anderen Zellen aufgenommen worden sind (Endosymbiontentheorie).

Auch die Ribosomen sind sowohl in prokaryotischen als auch eukaryotischen Zellen zu finden. Bei Prokaryoten sind diese allerdings kleiner und anders aufgebaut.

Handelt es sich um Einzeller, erfolgt die Fortbewegung bei Eukaryoten und Prokaryoten mit Geißeln. Das sind fadenförmige Anhänge der Zellen. Eukaryotische Einzeller bewegen sich durch das Schlagen der Geißeln, die sich aus Ausstülpungen der Zellmembran bilden, vorwärts. Bei Prokaryoten ist die Geißel aus Proteinen aufgebaut und führt rotierende Bewegungen durch.

Die Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten sind in der folgenden Tabelle und Abbildung zusammengefasst:

Durch den fehlenden Zellkern in prokaryotischen Zellen ergeben sich auch Unterschiede in der Transkription und Translation bei Prokaryoten und Eukaryoten.

Bei Eukaryoten beginnt die Genexpression im Zellkern. Ein bestimmtes Gen wird im Vorgang der Transkription in prä-mRNA (Vorläufer der mRNA) übersetzt. Auf dem Weg ins Cytoplasma wird die prä-mRNA durch die Prozessierung zur reifen mRNA (messenger-RNA, Boten-RNA) modifiziert. Die Translation, also die Übersetzung der Informationen in der mRNA zu einem Protein, erfolgt an den Ribosomen im Cytoplasma. Da Prokaryoten über keinen Zellkern verfügen, findet die Transkription und Translation im Cytoplasma direkt an der DNA statt. Die Prozessierung der mRNA ist bei Prokaryoten nicht erforderlich.

Auch in der Genregulation sind Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten zu finden. In einer Zelle sind nicht alle Gene gleichzeitig aktiv. Gene können gezielt an- und abgeschaltet werden. Dieser Prozess wird als Genregulation bezeichnet. Die Genregulation bei Prokaryoten wird durch das Operon-Modell beschrieben. Bei Bakterien liegen vor den Genen, die für Proteine codieren, DNA-Sequenzen. Diese kontrollieren und steuern die Aktivität der Gene. Am Promotor beginnt die Transkription. An diesem Abschnitt bindet das Enzym, das entscheidend für die Transkription ist, die RNA-Polymerase. Der Operator liegt zwischen dem Promotor und den Genen. An diesen kann ein Repressor binden und so verhindern, dass die RNA-Polymerase die Transkription starten kann. Diese drei Elemente bilden das Operon. Ein Repressor ist ein Protein, das von einem Regulatorgen außerhalb des Operons codiert wird.

Bei Eukaryoten ist die Genregulation wesentlich komplexer. Die Steuerungselemente liegen in der Regel nicht in direkter Nachbarschaft zu den Genen. Die Transkription wird durch Enhancer verstärkt oder durch Silencer unterbunden.