Die Archaeen sind eine Gruppe von Organismen, von denen ursprünglich angenommen wurde, dass sie Bakterien sind (was den ursprünglichen Namen „archaeabacteria“ erklärt), aufgrund ihrer physikalischen Ähnlichkeiten. Eine zuverlässigere genetische Analyse ergab, dass sich die Archaeen sowohl von Bakterien als auch von Eukaryoten unterscheiden, was ihnen ihre eigene Domäne in der von Woese ursprünglich 1977 vorgeschlagenen Klassifizierung mit drei Domänen einbrachte, neben der Eukarya und den Bakterien.

Ähnlichkeiten mit Bakterien

Warum wurden die Archaeen ursprünglich als Bakterien angesehen? Am wichtigsten ist vielleicht, dass ihnen ein Kern oder andere membrangebundene Organellen fehlen, wodurch sie in die prokaryotische Kategorie fallen (wenn Sie das traditionelle Klassifizierungsschema verwenden). Die meisten von ihnen sind einzellig, sie haben Ribosomen der Größe 70S, Sie sind typischerweise einige Mikrometer groß und sie vermehren sich nur asexuell. Es ist bekannt, dass sie viele der gleichen Strukturen haben, die Bakterien haben können, wie Plasmide, Einschlüsse, Flagellen und Pili. Kapseln und Schleimschichten wurden gefunden, scheinen aber in Archaeen selten zu sein.Während Archaeen ursprünglich aus extremen Umgebungen isoliert wurden, wie Orten mit hohem Säure-, Salz- oder Hitzegehalt, was ihnen den Namen „Extremophile“ einbrachte, wurden sie in jüngerer Zeit von allen Orten isoliert, die reich an Bakterien sind: Oberflächenwasser, Ozean, menschliche Haut, Boden usw.

Hauptunterschiede

Plasmamembran

Es gibt mehrere Eigenschaften der Plasmamembran, die für Archaeen einzigartig sind und sie von anderen Domänen unterscheiden. Ein solches Merkmal ist die Chiralität der Glycerinbindung zwischen dem Phopholipidkopf und der Seitenkette. In Archaeen liegt es in der L-isomeren Form vor, während Bakterien und Eukaryoten die D-isomere Form haben. Ein zweiter Unterschied ist das Vorhandensein einer Etherbindung zwischen dem Glycerin und der Seitenkette im Gegensatz zu den estergebundenen Lipiden, die in Bakterien und Eukaryoten vorkommen. Die Etherbindung verleiht der Membran mehr chemische Stabilität. Ein dritter und vierter Unterschied sind die Seitenketten selbst, unverzweigte Fettsäuren in Bakterien und Eukaryoten, während isoprenoide Ketten in Archaeen gefunden werden. Diese Isoprenoidketten können verzweigte Seitenketten aufweisen.

Schließlich kann die Plasmamembran von Archaeen als Monoschichten gefunden werden, wobei die Isoprenketten eines Phospholipids mit den Isoprenketten eines Phospholipids auf der gegenüberliegenden Seite der Membran verbunden sind. Bakterien und Eukaryoten haben nur Lipiddoppelschichten, bei denen die beiden Seiten der Membran getrennt bleiben.

Zellwand

Wie Bakterien ist die archaeale Zellwand eine halbstarre Struktur, die die Zelle vor der Umwelt und dem inneren Zelldruck schützen soll. Während die Zellwände von Bakterien typischerweise Peptidoglycan enthalten, fehlt diese spezielle Chemikalie in Archaeen. Stattdessen weisen Archaeen eine Vielzahl von Zellwandtypen auf, die an die Umgebung des Organismus angepasst sind. Einigen Archaeen fehlt eine Zellwand.

Obwohl es nicht universell ist, hat eine große Anzahl von Archaeen eine proteinhaltige S-Schicht, die als Teil der Zellwand selbst betrachtet wird (anders als bei Bakterien, wo eine S-Schicht eine Struktur zusätzlich zur Zellwand ist). Für einige Archaeen ist die S-Schicht die einzige Zellwandkomponente, während sie in anderen durch zusätzliche Inhaltsstoffe verbunden ist (siehe unten). Die archaeale S-Schicht kann entweder aus Protein oder Glykoprotein bestehen, das häufig in der Plasmamembran der Zelle verankert ist. Die Proteine bilden eine zweidimensionale kristalline Anordnung mit einer glatten äußeren Oberfläche. Einige S-Schichten bestehen aus zwei verschiedenen S-Schichtproteinen.

Während Archaeen Peptidoglycan fehlt, enthalten einige eine Substanz mit einer ähnlichen chemischen Struktur, bekannt als Pseudomurein. Anstelle von NAM enthält es N-Acetylalosaminuronsäure (NAT), die mit NAG verbunden ist, mit Peptidzwischenbrücken, um die Festigkeit zu erhöhen.

Methanochondroitin ist ein Zellwandpolymer, das in einigen Archaealzellen vorkommt und in seiner Zusammensetzung der Bindegewebskomponente Chondroitin ähnelt, die in Wirbeltieren vorkommt.

Einige Archaeen haben eine Proteinhülle, die aus einer Gitterstruktur ähnlich einer S-Schicht besteht. Diese Zellen befinden sich jedoch häufig in filamentösen Ketten, und die Proteinhülle umschließt die gesamte Kette im Gegensatz zu einzelnen Zellen.

Strukturelle Vielfalt der Zellwand.

Ribosomen

Während Archaeen Ribosomen haben, die 70S groß sind, die gleichen wie Bakterien, waren es die rRNA-Nukleotidunterschiede, die den Wissenschaftlern den schlüssigen Beweis lieferten, dass Archaeen eine von den Bakterien getrennte Domäne verdienten. Darüber hinaus haben archaeale Ribosomen eine andere Form als bakterielle Ribosomen mit Proteinen, die für Archaeen einzigartig sind. Dies verleiht ihnen eine Resistenz gegen Antibiotika, die die ribosomale Funktion in Bakterien hemmen.

Strukturen

Viele der in Bakterien gefundenen Strukturen wurden auch in Archaeen entdeckt, obwohl es manchmal offensichtlich ist, dass jede Struktur unabhängig voneinander entwickelt wurde, basierend auf Unterschieden in Substanz und Konstruktion.

Kanülen

Kanülen, eine für Archaeen einzigartige Struktur, wurden in einigen marinen Archaeenstämmen entdeckt. Diese hohlen röhrenförmigen Strukturen scheinen Zellen nach der Teilung zu verbinden, was schließlich zu einem dichten Netzwerk aus zahlreichen Zellen und Röhren führt. Dies könnte dazu dienen, eine Gemeinschaft von Zellen an einer Oberfläche zu verankern.

Hamus (pl. hami)

Eine weitere für Archaeen einzigartige Struktur ist der Hamus, ein langes spiralförmiges Rohr mit drei Haken am anderen Ende. Hami scheinen es den Zellen zu ermöglichen, sich sowohl aneinander als auch an Oberflächen zu binden, was die Bildung einer Gemeinschaft fördert.

Pilus (pl. pili)

In Archaeen wurden Pili beobachtet, die aus Proteinen bestehen, die höchstwahrscheinlich vom bakteriellen Pilin modifiziert wurden. Es hat sich gezeigt, dass die resultierenden röhrenförmigen Strukturen zur Befestigung an Oberflächen verwendet werden.

Flagellum (pl. flagellen)

Das archaeale Flagellum unterscheidet sich, obwohl es für die Motilität verwendet wird, so deutlich vom bakteriellen Flagellum, dass vorgeschlagen wurde, es als „Archaellum“ zu bezeichnen, um es von seinem bakteriellen Gegenstück zu unterscheiden.

Was ist zwischen dem bakteriellen Flagellum und dem archaealen Flagellum ähnlich? Beide werden zur Bewegung verwendet, wobei die Zelle durch Drehung eines starren Filaments angetrieben wird, das sich von der Zelle erstreckt. Danach enden die Ähnlichkeiten.

Was sind die Unterschiede? Die Rotation eines archaealen Flagellums wird durch ATP angetrieben, im Gegensatz zu der Protonen-Antriebskraft, die in Bakterien verwendet wird. Die Proteine, aus denen das archaeale Flagellum besteht, ähneln eher den Proteinen, die in bakteriellen Pili gefunden werden, als dem bakteriellen Flagellum. Das archaeale Flagellumfilament ist nicht hohl, so dass Wachstum auftritt, wenn Flagellinproteine in die Basis des Filaments eingeführt werden, anstatt am Ende hinzugefügt zu werden. Das Filament besteht aus mehreren verschiedenen Arten von Flagellin, während nur ein Typ für das bakterielle Flagellumfilament verwendet wird. Die Drehung im Uhrzeigersinn drückt eine Archaealzelle nach vorne, während die Drehung gegen den Uhrzeigersinn eine Archaealzelle nach hinten zieht. Ein Wechsel von Läufen und Stürzen wird nicht beobachtet.

Klassifikation

Derzeit gibt es zwei anerkannte Phyla von Archaeen: Euryarchaeota und Proteoarchaeota. Es wurden mehrere zusätzliche Phyla vorgeschlagen (Nanoarchaeota, Korarchaeota, Aigarchaeota, Lokiarchaeota), die jedoch noch nicht offiziell anerkannt sind, hauptsächlich aufgrund der Tatsache, dass die Beweise nur aus Umweltsequenzen stammen.