Mikrobiologie – Fragen zum Vordiplom 2003

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

Dozent: Prof. Bahl

  1. 3 vollständige Bakteriennamen und deren Hauptmerkmale
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    • Clostridium tetani:
      • 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
  2. 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
  3. 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. 4 Wege der CO2-Fixierung
    • Calvin-Zyklus
    • Reverser Citratzyklus
    • Hydroxypropionat-Zyklus
    • Reduktiver Acetyl-CoA-Weg
    • (bei thermophilen ? reduktiver Tricarbonsäure-Zyklus)
  5. 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,…)
  6. 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.
  7. Bakterienwachstum auf Acetat?Acetat CH3-COOH wird über ATP-Bildung und Zwischenstufen wie Acetyl-CoA zu C6-Körper, wie z.B. Zucker, Zuckeralkohole
  8. 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: µµ ist substrat- und organismenspezifich, beeinflusst durch das MilieuBerechnung: Anstieg des Logarithmus der Zellmasse zwischen 2 PunktenFormel: µ = ln2 / td = 0,693 h-1td = Verdopplungszeit = ln2 / µDie Wachstumsrate ist keine Konstante.
  9. 3 Abbauwege von Pyruvat?a) in Anwesenheit von O2: Pyruvatdehydrogenase decarboxyliert Pyruvat zu Acetyl-CoA und CO2b) 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

  10. Virusunterteilung in 4 Klassen1) DNA-Vierena) Einzelstrang-DNA-Viren (ss-DNA-Viren)b) Dopplestrang-DNA-Viren (ds-DNA-Viren)2) RNA-Virena) Einzelstrang-DNA-Viren (ss-RNA-Viren) => Retrovirenaa) -ss-RNA-Virenbb) +ss-RNA-Virenb) Dopplestrang-DNA-Viren (ds-RNA-Viren)Phagen sind Viren, die sich in Prokaryoten vermehren.
  11. Warum war die Entdeckung von Endosporen so wichtig?Eigenschaften von Endoproen:
    • 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)
  12. Nennen Sie zwei Bakteriengattungen, die Endosporen bilden!
    • Bacillus, Clostridium bilden hitzeresistente Endosporen
    • Heliobacterium, Desulfotomaculum, Sporosarcina, Spiroplasmen, Mycoplasmen
  13. 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 %)
  14. 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
  15. Reaktion, die von Nitrogenase katalysiert wirdN2-Fixierung8 H+ + 8 e + N2 → 2 NH3 + 2 H2
  16. Je 2 chemotrophe und 2 chemolithotrophe Bakterien
    • chemotrophe: Pseudomonas, Clostridien, Bacillus licheniformes, Sulfatreduzenten
    • chemolithotrophe: Nitrobacter, Nitrosomas, Thiobacilli, Th. denitrificans, Th. ferrooxidans, methanogene Bakterien
  17. 10 Makroelemente und 10 Spurenelementefür das Bakterienwachstum benötigt:Makroelemente: C, H, O, N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, NaSpurenelemente: Co, Cu, Mn, Mo, Ni, Se, W, V, Zn, (Fe)
  18. 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
  19. Sind Viren Zellen? 3 Merkmale von ZellenNein!
    • 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)
  20. 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
  21. Funktion der Aminosäuren im Peptidoglycan?Exkurs: Peptidogykan oder Murein sind Zellwandkomponenten, die für die Festigkeit sorgen und der Zelle ihre Form geben
    • 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
  22. Warum ist AS Cystein wichtig für Proteinstruktur/Zellwandstruktur?
    • Bildung von Dislufidbrücken (-S-S-) zwischen den Aminosäuren
    • Befinden sich die Cysteinreste in unterschiedlichen Polypeptidketten eines Proteins, so verbinden sich die 2 Moleküle miteinander.
    • Faltung eines Polypeptids ? kovalente, intramolekulare Verbindung.
  23. Nennen sie 3 chemische Klassen von kompatiblen gelösten Substanzen, die von Mikroorganismen gebildet werden!kompatible gelöste Substanzen = Osmoprotektanzienkompatibel = 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)
  24. 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

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