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Biomoleküle und Zelle (Subject) / Mikrobiologie 3 (Lesson)
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- Bakterielle Zelldifferenzierung – Sporulation Sporen sind Dauerformen. Manche (bei weitem nicht alle) Bakterienspezies können unter Mangelbedingungen sporulieren. Bakterielle Endosporen sind resistent gegen HitzeAustrocknungUV-Strahlungkönnen > 100 Jahre überdauern Der Begriff „Endospore“ sagt aus, dass sie innerhalb einer Mutterzelle gebildet und durch Lyse dieser freigesetzt wird.
- Prozess der Endosporenbildung und Aufbau der Spore Während des vegetativen Wachstums teilt sich die Mutterzelle durch Zweiteilung. Die Sporulation wird durch eine asymmetrische Teilung eingeleitet. Die Mutterzelle „stirbt“ nach Bildung der Spore. Die Spore wird umhüllt von ihrer eigenen Membran und der Mutterzell- membran, dazwischen einer dicken Schicht Peptidoglycan (Cortex), und darauf aufgelagerten Proteinen des Sporen „Coats“. Dipicolinsäure (im Core der Spore) schützt die DNA vor Hitze und Chemikalien Spore nur 10-30% Wassergehalt, Schutz vor Austrocknung Kleine säurelösliche, DNA bindende Proteine schützen DNA vor UV8 und Chemikalien.
- Bakterielle Zelldifferenzierung - Biofilm Ein Biofilm ist eine bakterielle Gemeinschaft, die Oberflächenanhaftet. Es können eine oder mehrere Spezies daran beteiligt sein. Während der Bildung und Aufrechterhaltung kommunizieren die Bakterien miteinander. Biofilme in Schläuchen, Rohrleitungen und medizinischen Kathetern sind sehr problematisch, da meist nicht mehr zu beseitigen Antibiotika wirken schlecht in Biofilmen, es verbleiben überlebende Zellen à wachsen nach Abschluss der Therapie wieder an
- Entwicklung eines Biofilms Planktonische (=bewegliche) Bakterienzellen lassen sich an Stellen mit ausreichendem Nährstoffangebot nieder und werden unbeweglich. ->Schleimmatrix bildet sich um die Zellen ->Wachstum in „Türmen“ (ausgedehnte Zellverbünde in Matrix eingebettet) mit Nährstoffkanälen dazwischen (= Biofilm) ->teilweise Freisetzung von planktonischen Zellen, die an andere Orte schwärmen
- Welche der Aussagen zu bakteriellen Differenzierungen ist richtig? In Biofilmen sind Bakterien unempfindlicher gegen Antibiotika
- Grundzüge des bakteriellen Metabolismus Über Jahrmillionen haben Bakterien sehr unterschiedliche Strategien entwickelt, sich die verschiedensten Nahrungs- und Energiequellen zu erschließen. Ihre enorme genetische Diversität und Anpassungsfähigkeit half ihnen dabei. Metabolismus Begriffe Alle Organismen benötigen eine EnergiequellePhototrophe: nutzen Lichtenergie Chemotrophe: erhalten ihre Energie aus Redox-Reaktionen(Oxidation, Reduktion) Alle Organismen benötigen eine Elektronenquelle (Elektronendonator) Lithotrophe nutzen Elektronen aus anorganische VerbindungenOrganotrophe nutzen Elektronen aus organischen Verbindungen ------------------------------------------- Alles Leben auf der Erde basiert auf Kohlenstoff, der auf die eine oder andere Weise akquiriert wird (C-Quelle). Autotrophe fixieren CO2 aus der Luft und bauen ihn in organische Verbindungen (meist Zucker) ein. Heterotrophe nutzen den Kohlenstoff in bereits vorgefertigtenorganischen Verbindungen.
- Welche der Aussagen zu den verschiedenen Stoffwechseltypen ist korrekt? Autotrophe Organismen synthetisieren Kohlenhydrate aus CO2. Manche Bakterien führen eine Photosynthese durch, bei der kein Sauerstoff gebildet wird. Manche Bakterien führen eine Photosynthese durch, bei der Sauerstoff gebildet wird. Das große genetische Potential ermöglich der Gesamtheit der Bakterien eine große Stoffwechselvielfalt.
- Unterschied zwischen Atmung und Gärung Kohlenstofffluss bei einem chemo-organo-heterotrophenOrganismus (z.B. Mensch) chemo = Energie aus Redox organo = Elektronen aus org. Material hetero = C aus org. Material In Anschluss an die Glycolyse, kann das durch die Glycolyse gewonnene Pyruvat entweder 1) imTricarbonsäure-Zyklus(TCA) in NADH+H+ umgesetzt werden, welches widerum in der oxidativen Phosphorylierung „veratmet“ wird oder 2) in Gärungen fermentiertwerden
- Grundprinzip der Glycolyse Glycolyse auch aus als Embden-Meyerhof-Parnas- Weg (EMP) bezeichnet In einer Enzymkaskade wird 1 C6-Körper (Glucose) in 2 energieärmere C3-Körper (Pyruvat) umgewandelt, dabei werden 2 ATP („Energiewährung“) generiert + 2 NADH+H+ („Reduktionsäquivalente“) Glucose +2ADP+2Pi+2NAD+à 2 Pyruvat + 2 ATP+ 2 NADH+H+ In atmenden Organismen werden diese NADH+H+ in die Atmungskette eingeschleust, um dort NAD+ zu regenerieren und viele weitere ATP zu generieren. In Organismen, die nicht atmen können, müssen NAD+durch Gärung regeneriert werden. ATP wird nur bei wenigen Gärungstypen gebildet.
- Gärungen Gärung = Abbau organischer Verbindungen ohne Einbeziehung externer Elektronenakzeptoren wie O2 oder NO3- Die Pyruvat verwertenden Reaktionen, die sich an die Glykolyse anschließen dienen hier oft nicht dem Energiegewinn, sondern der Wiedergewinnung (“Regeneration“) des Cofaktors (NAD+), der Reduktionsäquivalente [H] überträgt. Nur bei bestimmten Formen der Gärung (z.B. Buttersäuregärung) wird zusätzliches ATP gebildet.
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- verschiedene Gärungen Bakterien können verschiedene Gärungen durchführen, nur 2 davon werden hier exemplarisch besprochen - Milchsäure Gärung- Alkoholische Gärung
- Milchsäuregärung 2 Pyruvat + 2 NADH/H+ --> 2 Lactat +2 NAD+ Nur Redox-Reaktion:NADH/H+ wird zu NAD+ oxidiert, 2 [H] werden auf Pyruvat übertragen --> Lactat (= Milchsäure) In Tieren und Bakterien
- Alkoholische Gärung In Hefen und Bakterien 1. Decarboxylierung2. Reduktion Bilanz:2 Pyruvat + 2 NADH/H+à2 Ethanol + 2 CO2 +2 NAD+ Erst Decarboxylierung (= CO2-Abspaltung), dann Redox-Reaktion.Aus jedem C3-Körper entsteht ein C2-Körper
- Welche der nachfolgenden Aussagen zu Gärungen ist richtig? Gärungen dienen primär der Oxidation von NADH2.
- Atmung Oxidation der gewonnenen „Reduktionsäquivalente“ (z.B. NADH+H+ ) mittels externer Elektronenakzeptoren (z.B. O2) zur Gewinnung von ATP. Elektronentransfer an membrangebundenen Proteinkomplexen, gekoppelt mit dem Aufbau protonenmotorischer Kraft (Atmungskette) Andere Namen für die Atmungskette sind: • „Oxidative Phosphorylierung“(Bedeutung: Die Oxidation der „Reduktionsequivalente“ wird dazu genutzt, um ADP zu phosphorylieren.) • „Elektronentransportphosphorylierung“(Bedeutung: Der Transport von Elektronen wird dazu genutzt, um ADP zu phosphorylieren.) Die Atmungskette läuft in Bakterien an der Cytoplasmamembran ab, in Mitochondrien an der inneren Mitochondrienmembran (die von ihrer Herkunft der bakteriellen Cytoplasmamembran entspricht)
- Photosynthese Entzug von Elektronen aus dem Wasser mittels Lichtenergie.Elektronentransfer an membrangebundenen Proteinkomplexen, gekoppelt mit dem Aufbau protonenmotorischer Kraft (Lichtreaktion). Wie bei der Atmung wird auch diese Kraft zur Erzeugung von ATP verwendet. Das gebildete ATP wird zu CO2-Fixierung genutzt (Dunkelreaktion). Es entstehen Zucker, die wiederum in andere Baustoffe umgewandelt können. Die Photosynthese läuft in Bakterien an der Cytoplasmamembran und bei Chloroplasten an der Thylakoidmembran ab. Bei der oxygenen Photosynthese wird H2O gespalten und O2 entsteht.
- Anoxygene Photosynthese setzt keinen Sauerstoff frei, sondern Schwefel. Die Fähigkeit Licht in chemische Energie umzuwandeln ist alt. Lange bevor die oxygene Photosynthese entstand, nutzten BakterienH2S als Elektronenquelle. Bei Bakterien gibt es auch Photosynthesepigmente, die sogar langwelliges Licht nutzen können. So können sie sogar in der Tiefsee Photosynthese betreiben.
- Welche der Aussagen zum bakteriellen Metabolismus ist korrekt? Bakterien können anoxygene Photosynthese betreiben. Bakterien können ohne Sauerstoff atmen. Bakterien können Stickstoff fixieren. Im Verlauf der Glykolyse wird ein C6-Körper in zwei C3-Körper gespalten.
- Chemolithotrophie Vorkommen bei Bacteria und ArchaeaBeispiele für Oxidationen (entspricht der linken Seite auf der vorherigen Folie) Schwefeloxidierende Bakterien H2S oder S2O32- ----> S0 oder SO42- Nitrifizierende Bakterien NH3 oder NO2- ----> NO3- Eisenoxidierende Bakterien Fe2+ ----> Fe3+ Reduktion (entspricht der rechten Seite auf der vorherigen Folie)Als Akzeptor für die Elektronen fungieren O2 oder NO3- (Nitrat)
- Unter Lithotrophie versteht man: Die Nutzung von anorganischen Verbindungen als Elektronendonatoren.
- Bakterieller Sekundärstoffwechsel Sekundärstoffwechsel = Stoffwechselreaktionen, die nicht an lebenswichtigen Umsetzungen beteiligt sind, d.h. die der Organismus nicht zum Wachstum benötigt z.B. Antibiotikasyntheseaber auch fungizide, antiparasitäre, herbizide, zytostatische oder immunsuppressive Stoffe und Enzyminhibitoren reiche Sekundärstoffwechsel gibt z.B. bei Streptomyceten