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Mikroökologie (Subject) / Mikroökologie - Notizen Melissa (Lesson)
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- Was ist Acidophilie? Organismen, deren Wachstumsoptimum bei niedrigen pH-Werten (pH 0 bis pH 6) liegtBeispiel: Schwefelquelle
- Was ist Alkaliphilie? Organismen, deren Wachstumsoptimum bei hohen pH-Werten (pH 8 bis pH 11) liegt
- Nenne Aspekte von pH-Wert-Änderungen als Folge mikrobieller Aktivität pH-Wert-AnstiegDesaminierung von Aminosäuren verbunden mit einer Freisetzung von NH4+CO2-Fixierung (Autotrophie)pH-Wert-AbnahmeGärungen verbunden mit einer Säurebildung (z.B.: Milchsäuregärung)Sulfidoxidation (Bildung von H2SO4)Beispiel: Säurebildung aus Manitol durch Staphylococcus aureus
- Beschreibe Grundprinzipien der Gärung (= Fermentation) Aufnahme von organischen Verbindungen in das Cytoplasma NAD+ zu NADH energiereiche, oxidierte Verbindung ADP zu ATP in Substratphosphorylierung oxidierte Verbindung -> NADH zu NAD+ Fermentations-Produkt (reduziert) Exkretion aus dem Cytoplasma
- Bechreibe die Homofermentative Milchsäuregärung (aus Glucose) Homofermentative Milchsäuregärung (aus Glucose) Bildung von D(-), L(+)-Laktat oder D,L-Laktat hängt von der Stereospezifität der Laktat-Dehydrogenasen und dem Vorhandensein von Racemasen abGebildete Milchsäure Absenkung des pH in den sauren Bereich Konservierung von LebensmittelnBeispiele:selbst hergestellte Dickmilchselbst hergestellter Joghurt (Bio Joghurt, natürlicher Fettgehalt: mind. 3,8% Fett)lebende Kulturen von: Streptococcus thermophilus und Lactobacillus acidophilus
- Nenne Aspekte der Temperatur-Abhängigkeit der Enzymaktivität Temperatur-Optimum bei ca. 38°Cab 40°C Denaturierung der Proteine Abfall der Enzymaktivität
- Was sind Steno-, eury-, oligo- & polytherme Organismen? stenotherm geringe Schwankungsbreite zwischen Minimum und Maximum)eurytherm große Schwankungsbreite zwischen Minimum und Maximum)oligotherm geringe Temperaturenpolytherm hohe Temperatureneine geringe, für eurytherme Organismen
- In welchem Temperatur-Spektrum kommen MO vor? -17°C (salzreiche Teiche der Antarktis; Simmons et al 1993)122°C (hyperthermophile Archaea im Yellowstone Nationalpark: Methanopyrus kandleri)
- Klassifiziere anhand des Teperaturoptimums: Psychrophilie Mesophilie Thermophilie Extreme Thermophilie Hyperthermophilie Klassifizierung anhand des Temperaturoptimums Psychrophilie < 0 bis < 20 °CMesophilie 20 bis < 42 °CThermophilie 40 bis < 70 °CExtreme Thermophilie 65 bis < 70 bis 80 °CHyperthermophilie > 80 bis 90 °C
- Nenne Aspekte psychophiler Organismen Psychrophile (= kryophile) OrganismenOptimum zwischen < 0 bis 20 °CWachstum unterhalb 0°C in flüssigem Wasser (durch erhöhten Salzgehalt)wenige Bakterienmarine Organismen, Leucht- und Eisenbakterien
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- Was sind psychrotolerante Organismen? Organismen, die kein Wachstum mehr zeigen ab 3 bis 5°C
- Nenne Aspekte mesophiler Organismen Mesophile OrganismenOptimum zwischen 20 bis 42°Cdie meisten Boden- und Wasserorganismen und Organismen, die Warmblüter besiedelnBeispiele: Escherichia coli, Alcaligenes, Pseudomonas, Staphylococcus
- Nenne Aspekte thermotoleranter Organismen Mesophile mit Wachstum bis zu 50°C
- Was sind obligat aerobe Organismen? Atmungskette als WasserverfallEnergieerzeugung nur durch AtmungO2 ist obligater terminaler Elektronenakzeptor (TEA)Organismen sind angewiesen auf O2
- Was sind obligat (=strikt) anareobe Organismen? Wachstum nur in O2-freier UmgebungO2 ist toxisch
- Was sind mikroaerophile Organismen? Energieerzeugung nur durch AtmungO2 ist obligater TEAkeine Toleranz gegenüber O2-Partialdruck (20 kPa ~ 0,2 bar) der LuftAnpassung an extrem geringe O2-Konzentrationen:0,1 bis 0,5% (1 kPa [~ 0,01 bar] bis 3 kPa [~0,03 bar])
- Was sind fakultativ (an)aerobe Organismen? bevorzugtes Wachstum in Gegenwart von O2Wachstum aber auch in Abwesenheit von O2anaerobe Atmung (Nutzung alternativer TEA: Fe3+, Mn4+, NO3-, SO42-, CO2, etc.), Gärung
- Was sind aerotolerante anaerobe Organismen? Wachstum in Gegenwart von O2, dieser wird nicht als TEA genutztEnergiegewinnung durch GärungBeispiele: Milchsäurebakterien
- Warum ist der Sauerstoff für diese Organismen toxisch? ROS - Reactive oxygen species (= reaktive Sauerstoffspezies) O2-, OH-, H2O2vom eigenen Stoffwechsel bei Anwesenheit von O2 gebildetäußerste Empfindlichkeit strikter anaerobier gegenüber ROS
- Was zeichnet anaerobe Bakterien? Fehlen von Katalase und PeroxidaseSuperoxiddismutase fehlt oder nur in geringen Konzentrationenreich an Flavin-haltigen Enzymen
- Was sit TOC, POC und DOC Total organic carbon particulate organis carbon dissolved organic carbon
- Was zeichnet Adsorbierbare organisch gebundene Halogene (AOX) aus? Summenparameter zur Bestimmung von organischen HalogenverbindungenBestimmung der in organischer Form auftretenden Halogene Chlor, Brom & Jod als Chlorid-ÄquivalenteEutrophierung und O2-Verknappung in einem SeeO2 und H2S Sommerstagnation (eutropher See)Wachstum von Beggiatoa spp. in gegenläufigen Gradienten von O2 und H2Slinks, sterile Kontrollerechts Wachstum nach 3 TagenAusbildung einer Beggiatoa-„Platte“
- Was zeichnet Organismen mit Bartoleranz aus? Barotoleranz in mehr als 1.000 m WassertiefeRückgang der Rate des Abbaus eingetragener Substanzen auf ca. 1% der Aktivität im Oberflächenwasser, alle untersuchten BakterienOrganismen, die einen hohen hydrostatischen Druck ertragen (tolerieren)höhere Stoffwechselaktivität bei Atmosphärendruckidentische Vermehrungsrate bei Atmosphärendruck bzw. höherem Druckkein Wachstum bei Druck über 50 MPa
- Was zeichnet Organismen mit Barophilie aus? Barophilie in mehr als 3.000 m Wassertiefedominiert eine druckangepasste barophile Lebensgemeinschaftzeigt Aktivität auch noch bei NormaldruckOrganismen, die bei einem hydrostatischen Druck von 40 Mpa (~ 400 atm) optimal wachsenWachstum der Reinkulturen auch unter Normaldruckdominant in 4.000 bis 6.000 m WassertiefePhotobacterium profundum, Methanococcus jannaschii
- Was zeichnet Organismen mit extrem (obligater) Barophilie aus? Extrem (obligate) Barophilie in mehr als 10.000m WassertiefeDominanz extrem barophiler MikroorganismenBeginn des Vorkommens etwa bei 3.000 m Tiefezeigen keine Aktivität unter NormaldruckOrganismen, die hohen Druck benötigen und bei einem hydrostatischen Druck von 70 bis 80 MPa (700 bis 800 atm) optimal wachsenkein Wachstum bei Druck unter 40 MPaBeispiel: Moritella sp.Probennahme im Mariannengraben (10.809 m Tiefe) Optimum: 80 MPa, kein Wachstum: < 50 MPa, gutes Wachstum noch bei: 100 MPa
- Was zeichnet Barotolerante, barophile und extrem barophile Bakterien aus? Barotolerante, barophile und extrem barophile Bakterien Hydrothermalfeld: „Ashadze“ am mittelatlantischen Rücken4.100 m Tiefe, tiefstes derzeit bekanntes Hydrothermalfeldgegenwärtig oberste Druck-Grenze des Lebens120 MPa (Pyrococcus CH1)Optima: 53 MPa und 98°C (Minimum: 20 MPa)sind zusätzlich meist psychrophilFolge: geringe Vermehrungsraten (besonders bei extrem Barophilen)
- Was gibt es über Redoxpotentiale zu sagen? Redoxpotential ETendenz der e--Übertragung von e--Donator zum e--Akzeptor, wenn sich in einer Lösung zwei konjugierte Redoxpaare mit unterschiedlicher Elektronenaffinität befindenEinheit: V (häufig in mV angegeben)Redoxpotential E und freie Energie GDreieckG = -n x F x DreieckEElemente, die biogenen Redoxreaktionen unterliegenC, N, O, S, Cl, Mn, Fe, P, Au, Se, As EhRedoxpotential E eines Redoxpaares bezogen auf die Standardwasserstoffelektrodehäufig in mV angegeben (nicht in V)Spannbreite des Lebens von Mikroorganismen bei verschiedenem Eh (mV)+850 bis -400Redoxpotentiale in der Umwelt sind Mischpotentiale, die abhängig sind vonArt und Konzentration der konjugierten RedoxpaarepH-WertTemperaturRedoxpotential Eh im Wasser der OzeaneEh = +0,4 V (= 400 mV)pHRedoxsprungschicht = RedoxklineBereich der größten Änderung des Redoxpotentialshäufig simultanes Vorhandensein von O2 und Sulfiderhöhte mikrobielle Zellzahlen und AktivitätAnalogie des Elektronenflusses mit einem WasserfallDreieckE0‘ (mV) von Redoxpaaren der anaeroben AtmungStratifizierung bakterieller Atmungsprozesse und von Gärungen in marinen Sedimenten entsprechend der Abnahme von EhSukzession mikrobieller Lebensgemeinschaften in Abhängigkeit von der TiefeSukzession mikrobieller Lebensgemeinschaften im kontaminierten AquiferFaulturm (Kläranlage Langwiese; Oberzell, Bodensee)Standardredoxpotential (E0‘) bei pH7 KonstanteKonkurrenz Sulfatreduktion/ MethanogeneseDifferenz von 0,02 V begünstigt energetisch die Sulfatreduktion:Unterschied im DreieckG0‘: -15,44 kJ M-1
- Worin unterschiedet sich ein lithotropher und ein autotropher Organismus? Elektronen-Donatoranorganisch lithotrophorganisch organotroph Kohlenstoff-QuelleCO2 autotrophorganisch heterotroph