Mikrobiologie – Fragenkatalog zum Vordiplom

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Die hier zusammengetragenen Fragen sind Fragen, die in Klausuren immer wieder gerne gestellt werden. Sie decken einen großen Teil des Prüfungswissen für das Fach Mikrobiologie ab und werden hier kurz aber nicht zu kurz (meist stichwortartig) beantwortet. Die Antworten allein sind als Klausurvorbereitung zwar nicht ausreichend, aber eine gute Grundlage.

Dozent: Prof. Bahl

A. Fragen an die Mikrobiologie

  1. Nennen sie einige pathogene Bakterien und die durch sie hervorgegangenen Krankheiten!
    Erreger Krankheit Toxin/Angriffspunkt Reservoir
    Bordetella pertussis Keuchhusten Bronchialepithel (Mensch) erkrankte Personen
    Clostridium botulinum Botulismus Neurotoxin (Boden) verunreinigte Nahrung
    Clostridium tetani Tetanus Neurotoxin
    Corynebacterium diphtheriae Diphterie Diphtherietoxin (Mensch) kontaminierte Nahrung
    Legionella pneumophila Legionärskrankheit Wasserdampf kontaminiertes H2O
    Mycobacterium tuberculosis Tuberkulose Lunge (Mensch, Rind) Speichel
    Neisseria meningitidis Meningitis ZNS (Mensch) Patienten
    Richettsia prowazekii (Flecht-)Typhus Blutkapillaren
    Salmonella enteritidis Gastroenteritis LPS
    Staphylococcus aureus Eitererreger
    Staphylococcus typhi Typhus β-Toxin (Enterotoxin)
    Streptococcus pneumoniae Lungenentzündung Hämolysin (Mensch) Patienten
    Streptococcus pyogenes Eitererreger, Scharlach Streptolysine
  2. Wie wird die Pest übertragen?
    • Verursacht durch Yersinia pestis (stäbchenförmiges Bakterium); natürliches Reservoir: wilde Nagetiere (hauptsächlich Ratten).
    • Hauptsächlich übertragen durch Flöhe bzw. Ratten mit Flöhen oder Nagerpest.
    • Führt zur Beulen- (Bubonenpest) oder Lungenpest.
    • Durch rasche Vermehrung und starke Toxinproduktion im Körper führt sie rasch zum Tode.
  3. Welche Rolle spielen die Bakterien im Kohlenstoff-Kreislauf?
    • im Kohlenstoffkreislauf haben sie die wichtigste Funktion zum Erhalt des Lebens auf der Erde
    • sie sorgen für die Mineralisierung, des durch Grünpflanzen in organische Verbindungen überführten Kohlenstoffs und damit für die Erhaltung eines komplizierten Gleichgewichts.
    • ohne dieses Gleichgewicht würde der CO2-Vorrat in 20 (!) Jahren aufgebraucht (ohne Ozeane)
    • heterotrophe (organotrophe) Bakterien: Mineralisierung toter organischer Substanz und Freisetzung von CO2
    • autotrophe Bakterien: Synthese organischer Substanz aus CO2
    • phototrophe Bakterien: Synthese org. Substanz aus CO2 → O2 entsteht
  4. Welche Rolle spielen die Bakterien im Stickstoffkreislauf?
    • Stickstofffixierung (nur Bakterien) N2 → 2NH3 (für Pflanzen verwertbares Endprodukt (Symbiose; Knöllchenbakterien))
    • Denitrifikation (Stickstoffatmung) NO3 → N2 (NO3 als O-Quelle)
    • Nitrifikation von Ammonium NH4 → NO3 und Abbau von Aminosäuren zu Ammonium
  5. Beschreiben sie die Aufgaben der Bakterien als „Frau Saubermann“!
    • Abbau z.T. toxischer Substanzen
    • Funktion: als Reduzenten von totem organischem Material → letztes Glied in der Nahrungskette
    • Regeneration des Mineralgehaltes der Organismen
  6. Wie wirken die Bakterien bei der Konservierung von Lebensmitteln mit?
    • Faktoren, die das Wachstum von Mikroorganismen in Nahrungsmitteln beeinflussen: pH-Wert oder Säuregrad
    • Bakterien, die Nahrungsmittel verderben können wachsen nicht unter einem pH-Wert von 5.
    • Man kann Nahrungsmittel durch mikrobielle Reaktionen im Nahrungsmittel selbst ansäuern.
    • An der Nahrungsmittelgärung beteiligte Mikroorganismen sind Milchsäure-, Essigsäure- und Propionsäurebakterien.
    • → Konservierung durch Ansäuerung

  7. Wie klein und wie schwer sind die Bakterien ungefähr?m = 10-12 gØ = 1-25 μm
  8. Weshalb gehören die Bakterien zu den Prokaryoten?
    • kein echter Zellkern (Kernäquivalent) ringfömige, supercoiled DNA
    • zusätzlich kleine, ringförmig geschlossene DNA-Moleküle (Plasmide)
    • keine Organellen → geringe Kompartimentierung, keine Gewebe
    • 70S Ribosomen
    • morphologisch wenig differenziert
    • physiologisch sehr vielseitig
    • Zellwand (meist mit Prptidoglycan)
    • hohe Reproduktionsfrequenz
    • kurz: Sie erfüllen alle Prokaryotenmerkmale.
    B. Geschichte der Mikrobiologie

  1. Was verdankt die Mikrobiologie Antonie van Leeuwenhoeck?van Leeuwenhoeck beobachtete als erster Mikroorganismen im Detail (primitive Mikroskopie) → Entdeckung der Bakterien 1684.
  2. Was versteht man unter Urzeugung?Mikroskopisch kleine Organismen (Lebewesen) können in geeigneter Umgebung spontan entstehen → „Entstehung von Energie aus dem Nichts“.Zu Beginn der Mikrobiologie ging man davon aus, dass Mikroben aus toter Materie durch Urzeugung entstanden. Diese Meinung wurde erst durch Pasteur 1861 widerlegt.
  3. Bei welcher Krankheit wurden von wem Bakterien als Verursacher zweifelsfrei nachgewiesen?Von Robert Koch. Er entdeckte als erster das bestimmte Bakterienarten Infektionskrankheiten verursachen. Zur Beweisführung benutzte er den Milzbranderreger (Bacillus anthracis) → Kochsche Postulate
  4. Louis Pasteur (1822-1895)
      Ursache, Behandlung und Vorbeugung von Krankheiten

    • Begründer der Keimtheorie der Krankheiten
    • maßgeblich an der Aufklärung von Tollwut, Milzbrand (Anthrax) und Geflügelcholera beteiligt
    • entwickelte Impfstoffe auf Basis virulenter Bakterien (aktive Immunisierung)
    • 1885 erste Impfung eines an der Tollwut erkrankten Menschen
    • Fermentation und Urzeugung

    • Beweis gegen die Theorie der Urzeugung
    • Entdeckung, dass Mikroorganismen sowohl mit als auch ohne Sauerstoff Stoffwechsel betreiben können (Gärung).
    • Pasteurisierung

    • Entwicklung des Verfahrens zur Dekontamination von Lebensmitteln mittels Hitze
  5. Robert Koch (1843-1910)
      Ursache, Behandlung und Vorbeugung von Krankheiten

    • Beweis der Keim-Theorie anhand des Erregers von Milzbrand Bacillus anthracis (1876).
    • Entwicklung von Verfahren zur Erzeugung einer Reinkultur auf festen Medien (1881).
    • Aufstellung der Kochschen Regeln (1882).
    • Entdeckung und Isolation des Tuberkulose- Erregers Mycobacterium tuberculosis.
    • Entwicklung des Verfahrens zur Färbung dieser Bakterien.
    • Entdeckung und Isolation des Cholera-Erregers Vibrio cholera.
    C. Die prokaryotische Zelle – Struktur und Funktion ihrer Bestandteile

  1. Welche Unterschiede zwischen einer eukaryotischen und einer prokaryotischen Zelle springen bei mikroskopischer Betrachtung ins Auge?
    Prokaryotische Zelle Eukaryotische Zelle
    kleiner größer
    geringe Kompartimentierung starke Kompartimentierung
    ein zirkuläres Chromosom viele Chromosomen
    Zellwand Zellwand aus Peptidogylcan oder ähnlichem bei Pflanzenzellen aus meist Cellulose
    Plasmid
    Morphologisch einfach (Stäbchen, Zylinder, Kugel)
  2. Welche Zelleinschlüsse können in einer Bakterienzelle vorhanden sein?
      Speicherstoffe

    • Polysaccharide (Stärke, Glykogen)
    • Fettartige Substanzen (Neutralfette, z. B. Hefe, PHA (ß-Polyhydroxyalkanate, bekannteste ist die PHB-Polyhydroxybuttersäure)
    • Proteine (Cyanophycin, Carboxysomen, Toxin)
    • Phosphor (Polyphosphat)
    • Schwefel (Schwefeltröpfchen)
    • Gasvakuolen

    • z.B. bei Cyanobacterien
    • spindelförmig aus Protein
    • Magnetosomen

    • Magnetit, Fe3O4
    • Können sich an Schwerefeldlinien der Erde orientieren
    • Endosporen

    • Dauerformen von Bakterien
    • (Dipcolinsäure, Resistenz gegen Trockenheit und Hitze (Die meisten Sporen werden erst bei 121°C abgetötet und das auch erst nach etwa 15min.; Bei trockener Hitze erst bei einer Temp. Von 180°C über 3h))

      Membranstapel

    • z.B. bei phototrophen Bakterien
  3. Wie sind intrazelluläre Membransysteme angeordnet?
    • in Schläuchen, Vesikeln und Stapeln (bei phototrophen Purpurbabterien)
    • Lamellenpakete (bei Nitrosomas, Nitrobacter, Nitrosoccus)
  4. Wie ist die DNS in einer Bakterienzelle angeordnet?
    • ringförmig geschlossener DNA-Faden
    • nicht diffus im Cytoplasma verteilt, sondern in begrenzten Bereichen lokalisiertv
    • es gibt keine Histone
    • zusätzlich gibt es noch extrachromosomale DNA (Plasmid)
  5. Was ist binäre Teilung und wie wird dafür Sorge getragen, dass jede Tochterzelle die DNS komplett enthält?
    • Bildung eines Septum (? durch Einwachsen von Zellmembran, Zellwand und äußerer Membran) ? Teilung der Zelle in zwei gleichgroße Teile
    • Bakterien: in der Regel haploider Chromosomensatz ? Verdopplung durch Replikation, Transkription und Translation ? dann: Septum ? zwei Zellen mit gleichen genetischen Informationen
    • Man nimmt an, das bei der Zellteilung das zirkuläre DNA-Molekül an die Cytoplasmamembran angeheftet wird, durch das Wachstum der Membran und der Zellwand wichen die Anheftungspunke auseinander
  6. Welches Prinzip liegt der identischen Replikation zu Grunde?
    • semikonservativer Mechanismus
    • ursprüngliche Doppelhelix wird aufgespalten → Entstehung einer Replikationsgabel → an jedem Strang wird dann ein neuer Strang synthetisiert (in 5’-3’ Richtung) (am Leitstrang: kontinuierliche Synthese; am Folgestrang: diskontinuierliche Synthese (Okazaki-Fragmente))Bsp: Rooling circle Replikation
  7. Was bedeutet: Die Doppelhelix hat Polarität?
      die Einzelstränge sind polar gebaut

    • 5’ → Phosphatgruppe
    • 3’ → Hydroxylgruppe
  8. In welche Richtung wachsen DNS-Stränge bei der Replikation?5’ → 3’ Richtung an jedem Strang
  9. Was ist im Cytoplasma enthalten?
    • H2O
    • Makromoleküle (Proteine, Nucleinsäuren, Lipide, Polysaccharide)
    • kleine organische Moleküle
    • niedermolekulare Stoffwechselintermediate
    • anorganische Ionen
    • Ribosomen
    • Plasmid
    • Nukleotid
    • RNA-Moleküle
    • gegebenenfalls Gasvesikel, Vakuole (Eukaryoten: Pflanzen)
  10. Welche RNA Sorten gibt es?
    • mRNA = messenger RNA („Transport“ der genetischen Informationen) ? Transkription
    • rRNA = ribosomale RNA ? Proteinsynthese (Ribosomen)
    • tRNA = transfer RNA
  11. Was sind die Unterschiede zwischen DNA und RNA?
      RNA:

    • Uracil statt Thymin
    • meist einzelsträngig
    • Ribose statt Desoxyribose
    • DNA:

    • Thymin statt Uracil
    • doppelsträngig
    • Desoxyribose statt Ribose
  12. Was versteht man unter informativen und nichtinformativen Makromolekülen?
      informative:

    • Nucleinsäuren und Proteine →monomere Bausteine in Sequenz hochspezifisch (Tripleetcode)
    • nichtinformative:

    • Polysaccharide, Lipide →repetitive Sequenzen → keine funktionelle Bedeutung
  13. Wie viele Code-Wörter in Form von Tripletts gibt es?A, T, C, G → 4*4*4 = 64
  14. Weshalb ist die Translation komplizierter als die Transkription?
    • Transkription: Kopieren der Basensequenz der DNA ? mRNA (Informationsübertragung)
    • Translation: AS werden erst aktiviert (Aminacyl-AMP)
    • → Aminoacylreste werden auf terminales Nucleotid (Erkennunssequenz) der tRNA übertragen

      → Paarung der Nucleotidsequenz (Triplett) an entsprechendes Triplett der rRNA

      → Ablösen der tRNA + Verknüpfung mit anderen AS

    • Bei der Transkription spielen weniger Faktoren eine Rolle, die Anzahl der Fehlerquellen ist bei der Translation deutlich größer, da mehr Faktoren beteiligt sind.
  15. Wie sind die Ribosomen der Prokaryoten aufgebaut?
    • Ribosomen bestehen aus zwei Teilen, einer großen Untereinheit und einer kleinen Untereinheit. Beide Teile enthalten rRNA mit angelagerten Proteinen.
    • Bakterien besitzen weniger (ca. 104) und insgesamt kleinere (23nm) Ribosomen. Ihr Gesamtgewicht beträgt 70S, und sie bestehen aus einer 30S- und einer 50S-Untereinheit.
    • Die Ribosomen besitzen drei Bindungsstellen, eine für die mRNA und zwei für die tRNA (Peptidyl-tRNA- und Aminoacyl-tRNA-Bindungsort)
  16. Weshalb ist die Umsetzung der Aminosäuren mit den dazugehörenden tRNA’s für die korrekte Translation so wichtig?
    • dadurch entsteht die spezifische Sequenz der AS mit ihren Seitenketten
    • (im Protein eine Struktur mit Windelung und Knäuelung der Polypeptidkette → spezif. Eigenschaften und Funktionen)

    • spezifischer Triplettcode → spezifische AS-Sequenz → spezifisches Protein → spezifische Fkt.
    • sonst: Mutation
  17. Wie erscheint die Cytoplasmamembran im Elektronenmikroskop?Ein heller Bereich = Glycerinanteil des Phospholipids (hydrophil)Ein dunkler Bereich = Fettsäureanteil (hydrophob)
  18. Was sind die Bestandteile der Cytoplasmamembran, wie sind sie angeordnet?
      = Phospholipiddoppelschicht

      (hydrophobe Fettsäuren nach innen gerichtet (Schwanz), hydrophile Glycerinanteile (Kopf) nach außen.)

      → Fluid-Mosaik-Modell (man kann sich Membranen als flüssiges Mosaik vorstellen)

      Grafik vom Fluid-Mosaik-Modell oder einer Membran

    • Membran wird durch hydrophobe Wechselwirkungen zwischen den Fettsäureestern der Lipide und durch elektrostatische Wechselwirkungen zwischen den hydrophilien Köpfen stabilisiert.
    • Phospholipide der Bakterien enthalten im Kopfteil überwiegend Phosphoethanolamin
    • Membranverstärker:• Eukaryoten → Sterine• Prokaryoten → Hopanoide
    • Lipide:• Bacteria + Eukaryota (Verb. Glycerin und FS → Esterbindungen)• Archae (Verb. Glycerin und hydrophobe Seitenketten → Etherbindungen)
  19. Welche Funktionen erfüllt die Cytoplasmamembran?
    • Grenzschicht
    • Selektivität → Permeabilitätsbarriere (Transport, verhindert Auslaufen)
    • Energieerhaltung (Erzeugung und Nutzung der protonenmotorischen Kraft)
    • Proteinanker (Sitz vieler Proteine – Transport, Bioenergetik, Chemotaxis)
    • Ansatzpunkt für Geißeln
    • Wahrscheinlich DNA-Replikationszentrum in Cytoplasmamembran lokalisiert
  20. Welche Transportarten gibt es?
    • Passiv:• Diffusion• Erleichterte Diffusion (→ Stoff wandert durch substratspezifisches Transportprotein entlang des
      Konzentrationsgefälles)
    • Aktiv:• Primär aktiver Tarnsport (führt zur Verlagerung von H+-, K+-, Na+-Ionen)• ATP getriebene Protonenpumpen• ATP-Binding Cassette = ABC-Transporter
    • Sekundär aktiver Transport
    • • Auch energieabhängig mit substratspezifischen Transportproteinen

      • Symporter, Antiporter, Uniporter

      • Substrat wird zusammen mit Metaboliten transportiert

  21. Welche Transportarten gibt es?Protoplast = Cytoplasmamembran + Zellinhalt (keine Zellwand); osmotisch extrem empfindlichHerstellung:Mureinidase (Lysocym) spaltet glycosidische Bindung des Mureins am C1Atom der N-Acetylmuraminsäure und dem C4-Atom des N-Glucosamins→ völlige Auflösung der Zelle lässt sich jedoch verhindern ? isotonische, schwach hypertonische Saccharidlösung→ es entstehen Protoplasten
  22. Welche Enzymsysteme sitzen in der Cytoplasmamembran?ElektronentransportketteATP-Synthase
  23. Was ist die Gram-Färbung?Eine Methode zur Einfärbung der Zellwand von Bakterien, so dass diese unter dem Mikroskop differenziert erscheinen.1. Anfärben mit Kristallviolett2. Behandlung mit Jod → violette Färbung3. Behandlung mit Alkohol→ violett → gram+→ farblos → gram

    4. Mit Farbstoff Fuxin gegenfärben

    → violett → gram+

    → rosa/rot → gram

    Die Tatsache, ob die Zellwand dunkelviolett gefärbt werden kann oder nicht, ist ein wichtiges taxonomisches Merkmal mit dem auch andere Eigenschaften der Bakterien verbunden sind

  24. Weshalb enthält Peptidoglycan eine Diaminosäure?Zur Verknüpfung zweier heteroploarer Ketten durch Peptidbindungen sind AS mit 2 Aminogruppen nötigBsp. Glutamin
  25. Wie verläuft die Verknüpfungsreaktion?Diaminosäuren knüpfen mit beiden Aminogruppen von N-Acetylmuraminsäure und N-Acetylglucosamin Peptidbindungen → Verknüpfung der heterotrophen Ketten
  26. Welches sind die Unterschiede zwischen gram+ und gram- Zellwand?
    Quervernetzung über Peptidverbindungsstücke Quervernetzung durch direkte Peptidbindung zwischen Amino- und Carboxylgruppe
    90 % Peptidoglycan 10 % Peptidoglycan
    Oft saure Polysaccharide (=Teichonsäuren) Zusätzliche Lipopolysaccharidschicht (=LPS-Schicht) = äußere Membran
    Enzymproteine im periplasmatischen Raum zwischen Paptidoglycanschicht und den Membranen
  27. Was sind Teichonsäuren?
    • teichos = griech. Wand
    • hierzu gehören Wand-, Membran- oder Kapselpolymere
    • saure Polysaccharide
    • in gram+
    • enthalten Glycerophosphate oder Ribitphosphatreste → Polyalkohole über Phosphatester miteinander verbunden; an dieser Kette können D-Alanin oder Glucose substituiert sein
    • sie reichen oft bis über die Wandoberflächen hinaus und haben dann Antigeneigenschaften
  28. Woraus besteht LPS?LPS = Lipopolysaccharide LipoproteinePhospholipide, Polysaccharide, Proteine, Porine
  29. Woraus besteht LPS?Grafik: Struktur des Lipopolysaccharids gramnegativer BakterienDie genaue Chemie von Lipid A und der Polysaccharidkomponenten variiert von Spezies zu Spezies. Die Sequenz der Hauptkomponenten ist aber im Allgemeinen dieselbe. Das O-spezifische Polysaccharid variiert stark und ist stammspezifisch. KDO: Ketodesoxyoctanat, Hep: Heptose, Glu: Glucose, Gal: Galactose, GluNac: N-Acetylglucosamin, GlcN: Glucosamin, P: Phophat
  30. Weshalb kann man die Enterobakterien serologisch sehr stark differenzieren?Enterobakterien = Darmbakterien (gram)Durch verschiedene arttypische Zusammensetzung der O-spezifischen Seitenketten kann man immunologische Eigenschaften unterscheiden.
  31. Weshalb sind in der Zellwand Ca2+ bzw. Mg2+ vorhanden?Sie sorgen für die Stabilität der Membran, indem sie sich ionisch mit den negativen Ladungen der Phospholipide verbinden.
  32. Nennen sie Funktionen der Zellwand.
    • Formgebung
    • Stabilität
    • Schutz
    • Barriere für bestimmte Substanzen
  33. Weshalb wirkt Penicillin bevorzugt auf gram+-Bakterien?
    • Penicillin blockiert Transpeptidierung (= Bildung von Peptidquervernetzungen zw. Glycanketten)
    • Gram+-Bakterien haben dickere Peptidoglycanschicht
    • Gram–Bakterien besitzen zusätzlich noch äußere Membran (LPS) und Periplasmaschichten zur Stabilität
  34. Woraus bestehen Kapseln und Schleime?
    • Polysaccharide
    • Kapseln → starr (Ausschließen von Partikeln) →Exopolysaccharide fest mit ZW verbunden
    • Schleime → flexibel → Exopolysaccharide nicht mit ZW verbunden = lose
  35. Wie entstehen Dextrane und Laevane?Dextran = GlucosepolymerQuellen: Kapseln oder Schleimschichten von Bakterien. Von einigen Bakterien durch das Enzym Dextransaccharase mit Saccharose als Ausgangsmaterial synthetisiert.n Saccharose → (Glucose)n + n FructoseDextranLaevane = Fructosepolymer. Ausgeschieden von Streptococcus → Hexyltransferase.n Saccharose → (Fructose)n + n Glucose

    Laevane

  36. Welches ist das Froschlaichbakterium?Leuconostoc mesenteroides (= Milchsäurebakterium)→ dextranproduzierend (mit Enzym Dextransaccharose)n Saccharose → (Glucose)n + n FructoseDextran
  37. Welche Bakterien bilden Cellulose?
    • Essigsäurebakterien → Stoffwechsel
    • Sarcina → Celluloseschicht um Zellwand

Obwohl alle Antworten nach bestem Wissen ausgearbeitet wurden, können sich doch immer mal wieder Fehler einschleichen. Ich übernehme daher keine Garantie für Richtigkeit und Vollständigkeit. Falls Fehler gefunden werden, wäre ich über eine kurze Mitteilung sehr dankbar.


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