Mikrobiologie

Mikrobiologie - Fragen zum Vordiplom 2003 (Prof. Bahl)

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3 vollständige Bakteriennamen und deren Hauptmerkmale
- Wundstarrkrampf ? Tetanustoxin
- anaerob
- Sporenbildung
- Gram positiv
  
  Escherichia coli:
- u.a. Harnwegsinfektion
- Gram negativ
- Kokkoide, peritrich begeißelte Stäbchen
- Indol positiv
  
  Pseudomonas aeruginosa:
- Hospitalismuserreger, Blau-grüner Eiter
- Obligat anaerob
- Gram negativ
- Schlankes begeißeltes Stäbchen
- Indol negativ

Unterschiede Prokarioten – Eukaryoten

Merkmale Prokaryoten Eukaryoten

DNA in Ringform ja nein

membranumschlossener Zellkern fehlt vorhanden

Ribosomen 70S 80S

Introns nein ja

Plastide ja selten

Cap-Strucktur und Polyadenylierung der mRNA nein ja

Denitrifikation ja nein

Stickstofffixierung ja nein

Wachstum über 80°C ja nein

Gasvesikel ja nein

Unterschiede Prokarioten – Eukaryoten

Merkmale Bacteria Archaea

Promotor Pribnow-Box TATA-Box

Histonproteine nein ja

Membranlipide estergebunden ethergebunden

RNA-Polymerasen 1 mehrere (strukturell kompiluiert)

Initiator-tRNA modifizierter Methioninrest unmodifiziertes Methionin

Methanogenese nein ja

Nitrifikation ja nein

Chlorophyll-basierenede Photosynthese ja nein

Anfälligkeit für Chloramphenicol, Streptomycin und Kanamycin ja nein

Zellwand
Peptidoglycan
Muraminsäure
Pseudopeptidoglycan, Polysaccharide, Proteine oder Glykoproteine
keine Muraminsäure

Membranlipide
Verbindung von Glycerin und FS über Esterbindungen (Fettsäure linear)
Lipiddoppelschicht
Chiralität: zentrales C-Atom des Glycerinmoleküls: D-Form
Verbindung von hydrophoben Fettsäure über Seitenketten und Glycerin über Etherbindung (keine Fettsäure)
einige Arten einlagige Lipidschicht
Chiralität: zentrales C-Atom des Glycerinmoleküls: L-Form

4 Wege der CO₂-Fixierung
- Calvin-Zyklus
- Reverser Citratzyklus
- Hydroxypropionat-Zyklus
- Reduktiver Acetyl-CoA-Weg
- (bei thermophilen ? reduktiver Tricarbonsäure-Zyklus)
Ist die Wachstumsrate µ eine Konstante?

Die Wachstumsrate ist keine Konstante, da sie stark durch physikalische und chemische Bedingungen beeinflusst wird. (Temperatur, pH-Wert, Wasser- und Sauerstoffverfügbarkeit,...)
Wie sehen Plaques aus, wenn das Virus kein IS hat?

Das IS-Element ist eine Insertionssequenz ( Transponierbare Elemente), die durch das Genom springt und in dem verlassenen Bereichen 15 oder 25 Bp lange Sequenzen zurücklässt, wodurch eine Leserasterverschiebung (25bp) eintreten kann. Dadurch kommt es zu Mutationen der Viren.

Viren ohne IS-Elemente haben eine geringere Wahrscheinlichkeit zu Mutieren.
Bakterienwachstum auf Acetat?

Acetat CH₃-COOH wird über ATP-Bildung und Zwischenstufen wie Acetyl-CoA zu C₆-Körper, wie z.B. Zucker, Zuckeralkohole
Wachstumsphase einer Bakterienkultur?

Besteht aus 4 Phasen (lag-Phase, exponentielle Phase, stationäre Phase, absterbende Phase)
Lag-Phase (= Anlaufphase, Gewöhnungsphase des Bakteriums an das neue Medium) spezifsche Wachstumsrate: µ
µ ist substrat- und organismenspezifich, beeinflusst durch das Milieu
Berechnung: Anstieg des Logarithmus der Zellmasse zwischen 2 Punkten
Formel: µ = ln2 / t_d = 0,693 h-1
t_d = Verdopplungszeit = ln2 / µ
Die Wachstumsrate ist keine Konstante.
3 Abbauwege von Pyruvat?

a) in Anwesenheit von O₂: Pyruvatdehydrogenase decarboxyliert Pyruvat zu Acetyl-CoA und CO₂
b) in Abwesenheit von O2:
     1) Pyruvat-Feredoxin-Oxidoreductase decarboxyliert Pyruvat zu Acetyl-CoA und CO₂
     2) Pyruvat-Formiat-Lyase spaltet Pyruvat zu Fromiat und CO₂
     3) Pyruvatdecarbaoylase decarboxyliert Pyruvat zu Acetaldehyd
     4) 2-Acetyllactat-Synthase bildet aus 2 Pyruvat 2-Acetyllactat und CO₂
→ allgemeine Gärung /Fermentation
Virusunterteilung in 4 Klassen

1) DNA-Vieren
     a) Einzelstrang-DNA-Viren (ss-DNA-Viren)
     b) Dopplestrang-DNA-Viren (ds-DNA-Viren)

2) RNA-Viren
     a) Einzelstrang-DNA-Viren (ss-RNA-Viren) => Retroviren
          aa) -ss-RNA-Viren
          bb) +ss-RNA-Viren
     b) Dopplestrang-DNA-Viren (ds-RNA-Viren)

Phagen sind Viren, die sich in Prokaryoten vermehren
Warum war die Entdeckung von Endosporen so wichtig?
- hohe Hitzeresitenz
- überdauern jahrzehntelange Austrocknung
- resistent gegen Strahlung und chemische Desinfektionsmittel
- Endospore keimt indem sie sich in eine vegetative Zelle umwandelt
- Dipicolinsäure ist für Endosporen charakteristisch
  
  Abtöten:
- bei 120° nach 15 Minuten bei hohem Druck und Feuchte (Dampfsterilisation / Autoklavieren)
- bei trockener Hitze ab 180°C und 3 Stunden (fraktionierte Sterilisation)
  
  Aufbau von innen nach außen:
- Core (Kern) mit Nukleotid (enthält Ribosomen und DNA)
- um den Core liegt der Cortex (Rinde aus locker, quervernetzten Peptidogycanen)
- Corewand (bildet Zellwand)
- Sporenhülle (sporenspezifischen Proteinen)
- Exosporium (dünne, zarte Proteinhülle)
Nennen Sie zwei Bakteriengattungen, die Endosporen bilden!
- Bacillus, Clostridium bilden hitzeresistente Endosporen
- Heliobacterium, Desulfotomaculum, Sporosarcina, Spiroplasmen, Mycoplasmen

Unterschiede vegetative Zelle und Spore

Endospore vegetative Zelle

Struktur dicker Sporencortex
Sporenhülle typisch grampositive Zelle
wenig grampositive Zelle

Mikroskopisches Aussehen lichtbrechend nicht lichtbrechend

Calciumgehalt hoch niedrig

Dipcolinsäure vorhanden fehlt

Enzymat. Aktivität geringe starke

Stoffwechselaktivität geringe starke

Makromolekularsynthese fehlt vorhanden

mRNA wenig/fehlt vorhanden

Hitzeresistenz hohe geringe

Strahlungsresistenz hohe geringe

Chemikalienresistenz hohe geringe

Färbbarkeit nur mit spez. Methoden einfacher

Wassergehalt niedrig (10-25 %) hoch (80-90 %)

Leguminosenvorteil
- Leguminosen (Fabaceae) assoziierte Bakterien sind Rhizobien (Knöllchenbakterien)
- Bakterien dringen in Wurzelhaar ein und wandeln sich dort um zum Bacteriod
- dient zur Stickstofffixierung
- dabei bietet die Leguminose organische Verbindungen und Energie, die Bakterie stellt Ammonium aus Luftstickstoff bereit (= Symbiose)
- damit ist die Leguminose unabhängig von anderen Stickstoffquellen ? Vorteil auf stickstoffarmen Böden
Reaktion, die von Nitrogenase katalysiert wird

N₂-Fixierung
8 H⁺ + 8 e^- + N2 → 2 NH₃ + 2 H₂
Je 2 chemotrophe und 2 chemolithotrophe Bakterien
- chemotrophe: Pseudomonas, Clostridien, Bacillus licheniformes, Sulfatreduzenten
- chemolithotrophe: Nitrobacter, Nitrosomas, Thiobacilli, Th. denitrificans, Th. ferrooxidans, methanogene Bakterien
10 Makroelemente und 10 Spurenelemente

für das Bakterienwachstum benötigt:
Makroelemente: C, H, O, N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, Na
Spurenelemente: Co, Cu, Mn, Mo, Ni, Se, W, V, Zn, (Fe)
Extremozyme und deren Anwendung
- Sind Enzyme extremophiler Organismen, sind für unter extremen Bedingungen ablaufende Prozesse geeignet
- Produktion erfolgt meist in rekombinanten mesophilen MOs
- sind Enzyme die unter extremen Bedingungen aktiv bleiben, z.B.: Temperatur, pH und Salz-Konzentration
- Anwendungsgebiet: bei der PCR (DNA-Polymerasen: Thermus aquaticus)
- überstehen bei PCR die stattfindenden Erhitzungsschritte in aktiver Form
- andere Anwendungsgebiete die denkbar wären: Lebensmittelindustrie, Herstellung künstlicher Enzyme, die bei Prozessen unter extremen Bedingungen Reaktionen katalysieren
Sind Viren Zellen? 3 Merkmale von Zellen
- kein eigener Stoffwechsel
- keine selbstständige Vermehrung (nur in Verbindung mit Wirtszelle möglich)
- enthalten entweder DNA oder RNA
- besitzen keine Kompartimente
  
  Merkmale von Zellen:
- kleinste Lebensfähige Einheit
- besitzen Membranen oder Zellwände
- enthält Kompartimente (Proteine, Lipide)
- besitzt subzelluläre Strukturen (Nukleotid)
AS-Funktion in der Zellwand?
- kleine Gruppe von AS verbindet die Peptidoglycanketten durch Quervernetzung
- die AS-Brücken bestimmen die Stärke und Starrheit der Zellwand
- Bsp. L-Alanin, D-Glutaminsäure
Funktion der Aminosäuren im Peptidoglycan?
- sie sind ein makromolekulares Heteropolymer, das aus Zuckerderivaten und Peptiden besteht
- es besteht aus folgenden Zuckern: L-Alanin, D-Alanin, D-Glutaminsäure, Lysin oder Diaminopimelinsäure, die sogenannte Glycanketten bilden
- diese Glycanketten werden über Peptidquervernetzungen aus Aminosäuren verbunden → Stärke der Peptidoglycan-Struktur
Warum ist AS Cystein wichtig für Proteinstruktur/Zellwandstruktur?
- Befinden sich die Cysteinreste in unterschiedlichen Polypeptidketten eines Proteins, so verbinden sich die 2 Moleküle miteinander.
- Faltung eines Polypeptids ? kovalente, intramolekulare Verbindung.
Nennen sie 3 chemische Klassen von kompatiblen gelösten Substanzen, die von Mikroorganismen gebildet werden!

kompatible gelöste Substanzen = Osmoprotektanzien
kompatibel = vertragbar, d.h. nicht hemmend und nicht reagierend mit Proteinen oder anderen Zellkomponenten
- dienen der Regulation der cytoplasmatischen Wasseraktivität
- ihrer Bildung bzw. die Aufnahme aus dem umgebenden Medium unterliegt komplexen Regulationsprozessen
- Osmoprotektanzien sind: Zucker (z.B. Trehalose) oder Zuckeralkohole (wie Glycerin oder Mannit), Aminosäuren (z.B. Glycinbetain, Prolin, Ectoin), Anorganische Ionen,
- sog. osmophile/osmotolerante Mikroorganismen nehmen Osmoprotektanzien auf
- Osmophile/Osmotolerante sind: Saccharomyces rouxii (auf Honig), einige Penicillium- und Aspergillus-Arten (auf Marmelade)
Mit welchen Argumenten würden Sie jemanden überzeugen, dass Bakterien mehr sind als nur Krankheitserreger?
- Erste Lebensformen auf der Erde waren Bakterien (Ururur...Vorfahren)
- Produzenten der ersten Biomasse und Sauerstoff für die Entstehung des „modernen“ Lebens
- Nur wenige pathogen
- Landwirtschaft: Stickstofffixierung, Nährstoffkreisläufe, Viehwirtschaft (→ Bakterien im Pansen)
- Lebensmittel: Lebensmittelkonservierung, Lebensmittelfermentation, Lebensmittelzusätze
- Krankheiten: (neue Krankheiten identifizieren), Behandlung und Heilung (Bsp. Antibiotika), Krankheitsvorsorge
- Energie/Umwelt: Biobrennstoffe (Methan und Ethanol), Biol. Sanierung (? Beseitigung von Umweltverschmutzungen), Bergbau mit MOs
- Biotechnologie: gentechnisch veränderte Organismen, Produktion von Arzneimitteln, Gentherapie für best. Krankheiten, Enzyme für Pharma- und Textilindustrie, (Proteasen → Zusätze für Waschmittel, Amylasen → Produktion von Süßstoff)
- Frau Saubermann: Abbau von z.T. toxischer Substanzen, Funktion als Reduzenten von totem organischem Material

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 also Fehler gefunden werden, wäre ich über eine kurze Mitteilung sehr dankbar.

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