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Dozent: Prof. Bahl
- 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
- 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 |
- 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 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: 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.
- 3 Abbauwege von Pyruvat?
a) in Anwesenheit von O2: Pyruvatdehydrogenase decarboxyliert Pyruvat zu Acetyl-CoA und CO2 → TCC
b) in Abwesenheit von O2:
- Pyruvat-Feredoxin-Oxidoreductase decarboxyliert Pyruvat zu Acetyl-CoA und CO2
→ Buttersäure-Butanol-Gärung
- Pyruvat-Formiat-Lyase spaltet Pyruvat zu Fromiat und CO2
→ Gemischt-Säure-Gärung
- Pyruvatdecarbaoylase decarboxyliert Pyruvat zu Acetaldehyd
→ Ethanol-Gärung
- 2-Acetyllactat-Synthase bildet aus 2 Pyruvat α-Acetyllactat und CO2
→ 2,3-Butandiol-Gärung
→ allgemeine Gärung /Fermentation
- Virusunterteilung in 4 Klassen
-
- DNA-Vieren
- a) Einzelstrang-DNA-Viren (ss-DNA-Viren)
- b) Dopplestrang-DNA-Viren (ds-DNA-Viren)
- 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.
- 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)
- 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-Fixierung8 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 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)
- 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
- 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)
- 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?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
- 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.
- 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)
- 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