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Cyanobakterien, ursprünglich wegen ihrer blau-grünen Farbe auch als Blaualgen bezeichnet, bilden eine große und weit verbreitete Gruppe von photoautotrophen Mikroorganismen. Auf Grund vieler Eigenschaften (Murein-Zellwand, 70S-Ribosomen, polycistronische Operons etc.) sind die Cyanobakterien eindeutig als gram-negative Bakterien einzuordnen.

Sie unterscheiden sich allerdings von anderen photosynthetischen Bakterien, wie den Purpur- und den grünen Bakterien, durch das Vorhandensein von Chlorophyll a und eine oxygene Photosynthese. Die blau-grüne Färbung rührt von ihrer Pigmentierung her, zu der neben Chlorophyll a blau gefärbte Phykobiliproteine, jedoch kein Chlorophyll b beitragen. Diese Phy­kobiliproteine sind in so genannten Phycobilisomen als akzessorische Pigmente angeordnet. Die Phycobilisomen sind als Lichtsammel-Komplexe auf den Thyla­koid­membranen aufgelagert, absorbieren Lichtenergie und geben die absorbierte Energie an das Reaktionszentrum ab, wo sie zur Photosynthese genutzt wird.

Die beiden hintereinander geschalteten Photosysteme ermöglichen die Oxidation von H2O zu O2 und die Bildung von ATP und Reduktionsäquivalenten für biosynthetische Reaktionen. Neben dem photosyntheti­schen Elektronentransfer existiert in der Thylakoidmembran eine weitere Elektronentransportkette. Dabei werden Reduktions-äquivalente im Stroma über eine dem Komplex I der Atmungskette ähnliche NAD(P)H-Plastoquinon-Oxidoreduktase in die photosynthetische Elektronentransportkette eingespeist.

Alle Cyanobakterien sind zur CO2-Fixierung befähigt, wobei einige fakultativ heterotroph, die meisten allerdings obligat photoautotroph sind. Daneben besitzen die Cyanobakterien wie die Mi­tochondrien eine respiratorische Elektronentransportkette. Cyanobakterien sind somit die ein­zigen Organismen, die das System der oxygenen Photosynthese und der aeroben Respiration in einer einzigen Zelle besitzen. Ein Elektronenaustausch zwischen den beiden Systemen ist möglich. Durch ihre oxygene Photosyn­these waren sie vor etwa 2 Milliarden Jahren dafür verantwortlich, dass sich in der Uratmosphäre Sauerstoff anreicherte und eine Ozonschicht ausbildete.

Viele Cyanobakterien zeigen durch ihre Anpassung an extreme Standorte eine weite Verbreitung. So sind beinahe alle Ökosysteme von Cyanobakterien besiedelt. Man findet sie im arktischen Eis, in heißen Quellen, in allen Meeren und Seen sowie an den trockensten Standorten.

Auch morphologisch sind Cyanobakterien oft sehr unterschiedlich; so gibt es einzellige (Synechocystis, Synechococcus) und filamentöse Arten (Anabaena, Nostoc, Lyngbya) und solche, die in Zellaggregaten auftreten, die durch Kapseln und Schleime zusammengehalten werden (Gloeothece). Innerhalb der filamentösen Cyanobakterien existieren wiederum Arten, die unter bestimmten Umweltbedingungen Zelldifferenzierungen aufweisen. Unter Stickstoffmangel entwickeln sich bei Arten wie Anabaena variabilis ATCC 29413 und Nostoc sp. PCC 7120 (früher Anabaena sp. PCC 7120) aus etwa 5-10 % der vegetativen Zellen Heterocysten, in denen dann die Stickstofffixierung stattfindet. Darüber hinaus bilden einige Arten sogenannte Akineten aus. Diese Dauerzellen sind wie die Heterocysten morphologisch differenzierte Zellen, die entweder innerhalb eines Trichoms oder terminal angeordnet sein können.

Der photosynthetische Apparat der Cyanobakterien zeigt starke Übereinstimmungen mit dem photosynthetischen Elektronentransport höherer Pflanzen. Diese und weitere genetische Über­einstimmungen werden durch die Endosymbionten-Therorie erklärt. Hiernach wurden Cya­no­bakterien im Laufe der phylogenetischen Entwicklung in eukaryotische Zellen aufgenommen, wo sich aus ihnen im Verlauf der Evolution Chloroplasten bildeten.

 

 

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