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Prokaryoten und Eukaryoten

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Prokaryoten und Eukaryoten

Lebewesen lassen sich unter anderem in Prokaryoten und Eukaryoten unterteilen. In diesem Artikel vergleichen wir Prokaryoten und Eukaryoten und stellen die Unterschiede und Gemeinsamkeiten von Prokaryoten und Eukaryoten gegenüber.

Prokaryoten und Eukaryoten im Vergleich ist ein Unterthema der Cytologie und wird im Fach Biologie unterrichtet.

Was sind Prokaryoten und Eukaryoten?

Schon seit dem Mittelalter versuchen Wissenschaftler die Herkunft und Entwicklung von Lebewesen zu verstehen. Vor allem Charles Darwin prägte den Begriff des „Tree of life“ (Lebensbaum“), nachdem alle Lebewesen den gleichen Ursprung haben. Verwandtschaftsverhältnisse werden seit dem gerne in Stammbäumen dargestellt. Diese sind keines Weges starre Konstrukte, sondern haben sich im Laufe der Jahre mit zunehmendem Wissen geändert.

Der wissenschaftliche Begriff für die Klassifizierung von Lebewesen heißt Taxonomie, die Wissenschaft Systematik.

Der unter heutigem Wissensstand für „richtig“ erachtete Stammbaum, teilt alle Organismen in drei große Domänen ein:

  1. Bakterien
  2. Archaeen
  3. Eukaryoten

Dieser Stammbaum wurde Anhand der Sequenz der ribosomalen RNS erstellt.

Heutzutage geht man davon aus, dass die Eukaryoten aus den Archaeen hervorgehen. Früher hingegen, unterschied man nicht zwischen den Domänen Bakterien und Archaeen, sondern fasste diese als Prokaryoten zusammen. Dies spiegelt aber nach heutigem Wissen nicht die Verwandtschaftsverhältnisse wieder, sondern beruht auf Unterschiede in der Zellstruktur. Deshalb werden auch heute noch oft Prokaryoten und Eukaryoten direkt gegenüber gestellt und gerne miteinander verglichen.

Eukaryoten werden weiter in Reiche unterteilt.

Zu den Eukaryoten gehören die Reiche der:

  • Tiere
  • Pflanzen
  • Pilze

Zusammengefasst:

Tiere, Pilze und Pflanzen gehören zu den Eukaryoten. Archaeen und Bakterien sind Prokaryoten.

Sind alle Eukaryoten Mehrzeller und alle Prokaryoten Einzeller?

Man kann Organismen auch anhand der Anzahl ihrer Zellen unterteilen. Man unterscheidet hier zwischen Lebewesen, die aus nur einer einzigen Zelle bestehen, den Einzellern, und Organismen, die aus mehreren Zellen bestehen, sogenannten Mehr- oder Vielzeller. Bei Vielzellern können sich Zellen zu funktionellen Einheiten zusammenschließen und Gewebe bilden.

Vorsicht!

Da die meisten Prokaryoten Einzeller und die meisten Eukaryoten Mehrzeller sind, ist es verlockend die Begriffe Prokaryoten = Einzeller und Eukaryoten = Mehrzeller gleichzustellen. Das ist aber falsch! Diese Einteilung bildet keine taxonomische Gruppe. Das bedeutet, es gibt sowohl Einzeller in der Domäne der Prokaryoten, als auch in der Domäne der Eukaryoten. Bei manchen Prokaryoten gibt es Übergangsformen zur Mehrzelligkeit.

Beispiele:

Das berühmte Pantoffeltierchen und die Augentierchen (Euglena) sind eukaryotische Einzeller.Cyanobakteria sind Prokaryoten, können aber mehrzellig sein.

Was sind die Unterschiede zwischen Eukaryoten und Prokaryoten?

Wie oben schon erwähnt, liegen die Unterschiede zwischen Eukaryoten und Prokaryoten hauptsächlich auf zellulärer Ebene. Eine prokaryotische Zelle nennt man Procyte, eine eukaryotische Eucyte.

Erbgut

Der größte und entscheidende Unterschied liegt in der Art und Weise wie das Erbgut konserviert wird. Eukaryoten besitzen einen Zellkern, den sogenannten Nukleus. Dieser wird geschützt durch eine Doppelmembran und beinhaltet die DNS in Form von Chromosomen.

Prokaryoten besitzen keinen echten Zellkern. Die DNS liegt frei und ringförmig im Cytoplasma vor. Meistens gibt es ein großes DNS-Molekül – das Bakterienchromosom - und zusätzlich sogenannte Plasmide. Diese sind weitere kleine, ringförmige DNS-Fragmente, welche zum Beispiel Informationen zu Antibiotikaresistenzen kodieren. Sie liegen extrachromosomal vor und können unabhängig vom Bakterienchromosom repliziert (vervielfältigt) werden.

Kompartimentierung

Prokaryotische Zellen sind wesentlich einfacher aufgebaut und haben weniger Kompartimente. Die Kompartimentierung ermöglicht es, dass viele Prozesse gleichzeitig nebeneinander ablaufen können. Meistens sind diese Kompartimente mit Biomembranen umgeben und bilden einen abgeschlossenen Raum. Diese „Räume“ nennt man Zellorganellen.

Zellorganellen von Eukaryoten:

Das einzige Zellorganell, welches sowohl in Prokaryoten, als auch in Eukaryoten vorkommt, ist das Ribosom. Ribosomen sind für die Proteinbiosynthese verantwortlich. Die größere Untereinheit des prokaryotischen Ribosom ist kleiner, als die der Eukaryoten.

Fortbewegung

Sowohl Prokaryoten als auch Eukaryoten können sich mit Hilfe von Flagellen (Einzahl: Flagellum) oder Geißeln fortbewegen. Die Begriffe Flagellum und Geißel werden als Synonyme verwendet. Es wird aber vorgeschlagen, den Begriff Flagellum für Prokaryoten und den der Geißel für Eukaryoten zu verwenden, um diese grundsätzlich unterschiedlichen Fortbewegungsmittel besser unterscheiden zu können.

Die Flagellen der Prokaryoten sind Proteinfäden außerhalb der Zellmembran. Diese sind in der Zelle durch einen Motor verankert. Dieser wird in Drehung versetzt und kann dadurch das Flagellum indirekt in Bewegung versetzten. Du kannst das Flagellum mit einem Propeller vergleichen.

Bei der eukaryotischen Geißel hingegen handelt es sich um eine fadenförmige Ausstülpung der Zellmembran. Mikrotubuli im Inneren dieser Ausstülpung sorgen dafür, dass sich die Geißel aktiv bewegt und somit die Eucyte fortbewegt. Die Art der Fortbewegung kannst du mit einem „Hoch und Runter“ vergleichen.

Zellwand

Ein weiterer struktureller Unterschied von Prokaryoten und Eukaryoten ist der Aufbau der Zellwand. Die Zellwand der Prokaryoten unterscheidet sich von der der Pilz- oder Pflanzenzellwand. Tierische Zellen haben keine Zellwand.

Die Zellwand der Pflanzenzelle besteht aus dem Zucker Cellulose, die Zellwand der Pilze aus Chitin.

Die Zellwand der Bakterien besteht hauptsächlich aus Murein, die der Archaeen aus Pseudomurein. Murein sind Peptidoglycane, welche aus Zuckern und Aminosäuren zusammengesetzt sind. Das Pseudomurein besteht aus den gleichen Bestandteilen, nur sind diese anders miteinander verknüpft. Die Zellwand gibt den Prokaryoten hauptsächlich Struktur und schützt diese vor Umwelteinflüssen.

Prokaryoten können zusätzlich zur Zellwand und Zellmembran noch ein Kapsel besitzen. Diese Schleimhülle ist fest mit der Zellwand verknüpft und besteht hauptsächlich aus Polysacchariden (Mehrfachzucker). Diese schützt die Zelle vor dem Austrocknen und der Phagozytose und ermöglicht das Anheften an Oberflächen. Bei vielen Krankheitserregern bestimmt die Kapsel die Pathogenität (die Fähigkeit Krankzumachen).

Zellteilung

Bei der Zellteilung werden alle Bestandteile der Mutterzelle auf die neuen Tochterzellen aufgeteilt. Bei der Zellteilung wird eine Zellmembran durch die Zelle gezogen und die neu entstandene Tochterzellen trennen sich voneinander. Es ist auch möglich, das mehr als zwei Tochterzellen pro Zellteilung entstehen.

Damit das Erbgut an die Tochterzelle weitergegeben werden kann, muss sich dieses zuerst verdoppeln. Bei den Prokaryoten, welche keinen Zellkern besitzen, wird das Bakterienchromosom repliziert und heftet sich danach an die Zellmembran an. Durch Einschnürung der Zellmembran entstehen zwei Tochterzellen.

Bevor sich eine eukaryotische Zelle teilen kann, muss sich in dieser zuerst der Kern teilen. Diesen Vorgang nennt man Mitose. Die Mitose kann parallel, aber auch gekoppelt zur Zellteilung ablaufen.

Fortpflanzung

Die meisten Prokaryoten pflanzen sich durch die Zellteilung fort. Da bei der Zellteilung das identische Erbgut weitergegeben wird sind die Tochterzellen Klone. Diese Art der Fortpflanzung nennt man auch asexuelle oder ungeschlechtliche Fortpflanzung. Eine weitere asexuelle Fortpflanzungsmethode von Prokaryoten ist die Knospung. Dabei sind die entstehenden Tochterzellen nicht gleich groß.

Es gibt einige wenige Eukaryoten, die sich asexuell Fortpflanzen. Die meisten Eukaryoten hingegen besitzen irgendeine Art von sexueller Fortpflanzung. Das heißt, das Erbgut zweier unterschietlichen Zellen werden rekombiniert um eine neuen Organismus zu kreieren. Meistens sind diese Zellen spezialisierte Geschlechtszellen. Beim Menschen sind dies die Eizelle und das Spermium. Der Vorgang der Entstehung der Geschlechtszellen nennt man Meiose.

Proteinbiosynthese

Damit ein Protein hergestellt werden kann, muss zunächst die DNS in RNS umgeschrieben werden. Diesen Vorgang nennt man Transkription. Danach wird durch Ablesen der RNS ein Protein zusammengebaut. Diesen Vorgang nennt man Translation.

Bei den Prokaryoten laufen beide Vorgänge gleichzeitig, nebeneinander im Cytoplasma ab. Das heißt, während am einen Ende der DNS noch RNS entsteht, kann am anderen Ende der RNA schon ein Protein zusammengefügt werden.

Bei den Eukaryoten findet die Transkription im Zellkern statt, da dort ja die DNS liegt. Danach muss die RNS erst aus dem Zellkern hinaus transportiert werden, damit anschließend im Cytoplasma die Translation stattfinden kann. Zudem gibt es noch einen Zwischenschritt zwischen Transkription und Translation – die RNS Prozessierung. Bei diesem wird die RNS geschnitten und modifiziert.

Gibt es Gemeinsamkeiten von Eukaryoten und Prokaryoten?

Auch wenn das Erbgut anders gespeichert wird, ist die Grundstruktur der DNS in allen Lebewesen die Gleiche.

Sowohl Prokaryoten als auch Eukaryoten besitzen Ribosomen.

Außerdem besitzen alle eukaryotischen und prokaryotischen Zellen eine Zellmembran. Bei eukaryotischen und bakteriellen Zellen ist diese auch aus den gleichen Phospholipiden zu einer Lipid-Doppelschicht aufgebaut. Bei den Archaeen sind die Fette anders verknüpft und bilden eine einfache Schicht aus (Monolayer).

Prokaryoten und Eukaryoten im Vergleich – das Wichtigste auf einen Blick:

In der untenstehenden Tabelle findest du die wichtigsten Unterschiede von Prokaryoten und Eukaryoten auf einen Blick zusammengefasst.

Prokaryoten

Eukaryoten

Bakterien und Archaeen

Tiere, Pilze, Pflanzen

Durchmesser

1-2 µm

10-30 µm

Lebensform

Meistens Einzeller

Meistens Mehrzeller

Zellorganellen

Ribosomen

Zellkern, Ribosomen, Mitochondrien, Golgi Apparat, Endoplasmatisches Retikulum

mögliche Zellorganellen

Vakuolen

Flagellen

Pili

Lysosome, Vesikel, Mikrotubuli, Peroxisome, Geißel

Kompartimentierung

schwach

stark

Zellkern

nein

ja

Erbgut

Ringförmiges Bakterienchromosom und extrachromosomale Plasmide

Einzelgene in Chromosomen organisiert

Zellmembran

Bakterien: Doppel-Lipidschicht

Archaeen: Monolayer

Doppel-Lipidschicht

Zellwand

Bakterien: aus Murein

Archaeen: aus Pseudomurein

Pflanzenzellen: aus Cellulose

Pilzzellen: aus Chitin

RibosomeN

Kleiner, 70S Ribosomen

Größer, 80S Ribosomen

Fortbewegung

Flagellum: Proteinfäden, Rotationsbewegung

Geißel: Zellmembranausstülpung, Biegebewegung

Zellteilung

Keine Mitose

Mitose

Fortpflanzung

Nur asexuelle Fortpflanzung durch Zellteilung oder Knospung

Asexuelle und/oder sexuelle Fortpflanzung möglich

Proteinbiosynthese

Im Cytoplasma, Transkription und Translation gleichzeitig

Transkription im Zellkern, anschließende Translation im Cytoplasma

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