Mikrobiologie

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Dozent: Prof. Bahl

1. Wie klein und wie schwer sind Bakterien ungefähr? (2P)
2. Wie unterscheiden Sich Prokaryoten von Eukaryoten (für jeden genannten Unterschied gibt es einen halben Punkt) (bis 4P)
3. In welche Richtung verläuft die Synthese von RNA und DNA? An welche Position der Ribose bzw. Desoxyribose werden die neuen Nukleotide angeknüpft? (2P)
4. Welches sind die Unterschiede zwischen den Gram(+) und Gram(-) Zellwandtypen (Skizze!)? (4P)
   5. Weshalb enthält Peptidoglykan eine Diaminosäure? (2P)
5. Wie sind die Endosporen von Bakterien aufgebaut? (2P)
6. Welche Makrobioelemente benötigen Bakterien zum Wachstum? (3P)
7. Was ist μ im Zusammenhang mit dem Wachstum von Bakterien? (2P)
8. Nennen Sie zwei strickt anaerobe phototrophe Bakterien. (Art- und Gattungsname) (2P)
9. Welche Gruppen von anaeroben phototrophen Bakterien gibt es? (2P)
10. Welche zwei Typen des chemotrophen Stoffwechsels gibt es? Nennen Sie je zwei Beispiele mit Elektronendonor, -akzeptor, C-Quelle, sowie die entsprechenden Mikroorganismen (Artname!) (6P)
    

    Typ	e–-Donor	e–-Akzeptor	C-Quelle	Beispiel (Artname)

11. Welche Wege der autotrophen CO2-Fixierung gibt es bei Prokaryoten? (2P)
12. Was ist in der unten stehenden Abbildung dargestellt? (2P)
    Eine Wiedergabe an dieser Stelle ist aus urheberrechtlichen Gründen leider nicht möglich, aber ihr findet die Abbildung in: Brock Mikrobiologie, Sektrum Verlag 2001, Seite 615.
13. Nennen Sie drei Möglichkeiten der Acetatbildung bei Bakterien. (2P)
14. Welches Gen der Phagen Lambda wird im lysogenen Zustand expremiert? Was ist die Funktion dieses Gens? (2P)
15. Welchen ökologischen Vorteil haben Leguminosen?
16. Stoffwechselweg skizzieren der aus C2-Körper -> Zucker. Schlüsselenzym nennen.
17. Glukoseabbau
18. Pyruvatabbau -> Enzyme
19. Zusatz: Methanogenese
    1 Quelle:

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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
   • 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-Struktur 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 hydrophober Fettsäuren 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 / t_d = 0,693 h-1t_d = Verdopplungszeit = ln2 / µDie Wachstumsrate ist keine Konstante.
9. 3 Abbauwege von Pyruvat?
   a) in Anwesenheit von O₂: Pyruvatdehydrogenase decarboxyliert Pyruvat zu Acetyl-CoA und CO₂ → TCC
   b) in Abwesenheit von O2:
   1. Pyruvat-Feredoxin-Oxidoreductase decarboxyliert Pyruvat zu Acetyl-CoA und CO₂
      → Buttersäure-Butanol-Gärung
   2. Pyruvat-Formiat-Lyase spaltet Pyruvat zu Fromiat und CO₂
      → Gemischt-Säure-Gärung
   3. Pyruvatdecarbaoylase decarboxyliert Pyruvat zu Acetaldehyd
      → Ethanol-Gärung
   4. 2-Acetyllactat-Synthase bildet aus 2 Pyruvat α-Acetyllactat und CO₂
      → 2,3-Butandiol-Gärung

   → allgemeine Gärung /Fermentation

10. Virusunterteilung in 4 Klassen
    1. 1. DNA-Vieren
          • a) Einzelstrang-DNA-Viren (ss-DNA-Viren)
          • b) Dopplestrang-DNA-Viren (ds-DNA-Viren)
       2. RNA-Viren
          • a) Einzelstrang-RNA-Viren (ss-RNA-Viren) => Retroviren
            • aa) -ss-RNA-Viren
            • bb) +ss-RNA-Viren
          • b) Dopplestrang-RNA-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 wird: N₂-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 Zellen
    • nein, Viren sind keine Zellen, weil:
    • 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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