Mikrobiologie (Subject) / Morphologie von Mikroorganismen (Lesson)

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• Morphologie Bakterien - Typen Coccus (Kokken) - bilden Aggregate, Zellen trennen sich nicht richtig Rod (Stäbchenförmig) - z.b E.coli Spirillum - viele Bakterien sehen spirillenförmig aus Spirochete  Knospenbildende Bakterien  Filamentöse Bakterien
• Prokaryoten & Eukaryoten im Vergleich Prokaryoten (Oberflächenvergrößerung!) wesentlich kleiner als Eukaryoten Prokaryoten: Nukleoid, Plasmide Eukaryoten: Nucleos, Zellkernwand, Mitochondrien, ER, Golgi-Apparat
• Funktion von Membranen 1. Barriere (permeabel - Aufnahme & Abgabe von Stoffen (Transport)) 2. Anker für Membranproteine -> Transport 3. Energie konservieren (Protonengradient)
• Aktiver Transport über ATP gesteuertes Membranprotein transportierende Substanz wird mit Bindeprotein zum Carrier transportiert
• Aktiver Transport über ATP gesteuertes Membranprotein transportierende Substanz wird mit periplasmatischen Bindeprotein zum Carrier transportiert (in gram-negativen Bakterien)
• Transportprozesse PTS Phosphotransferase System PEP wird von Enzym zu Pyruvat gespalten, die abgespaltene Phospho-Gruppe wird über nicht-spezifische und für Glucose spezifische Enzyme schließlich auf an dem Carrier auf das Glucose-Molekül übertragen, dort wird die Glucose durch die Phosphatgruppe nicht mehr von dem Enzym erkannt und kann gegen den Konzentrationsgradienten durch die Membran transportiert werden. 
• Struktur & Funktion Zellwand hoher osmotischer Druck aufgrund von hoher Konzentration von Stoffen --> Zellwände verhindern, dass Zelle platzt Stabilität der Zelle Gram-positive Zellen: ausgeprägte Schicht Peptidoglykan (Polymer aus Zuckern & Aminosäuren), welche die Membran umgibt Gram-negative Zellen: weniger ausgeprägte Schicht Peptidoglykan, weitere Membran (LPS-Lipopolysaccharidschicht), diese das Peptidoglykan einschließt
• Peptidoglykan in Gram-positiven & -negativen Bakterien Gram+ : Interpeptidbrücken - über 5 Glycinmoleküle verbunden Gram- : keine Interpeptidbrücken - direkt verbunden
• Gram-positive-Zellwand -Teichonsäuren (Ketten) (binden Ca2+ & Mg2+ und transportieren es in die Zelle) in Peptidoglykan eingebettet -Lipoteichonsäuren (Ketten) in der Plasmamembran verankert -Phosphatgruppen sorgen für negative Ladung der Zellwand (Binden von Kationen wird begünstigt) -bilden Peptidoglykan-Kabel aus (Bündel, die weiter verknüpft sind --> Stabilität) -Immunzellen im menschlichen Körper können Teichonsäuren erkennen 
• Gram-negativ-Zellwand -äußere Membran + schwächer ausgebildete Peptidoglykanschicht -äußere Membran enthält Lipopolysaccharide (LPS)  Aufbau: Polysaccharidanteil (hochvariabel) + Kern (konverviert) + Lipid A (mit Proteinen der äußeren Membran verankert) -wenn Lipopolysaccharide im menschl. Körper freigesetzt werden, sind diese toxisch (Endotoxine) --> Immunreaktion
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• Zellwände von Archaeen - Meist Monolipidschichten - Pseudopeptidoglykan (β(1,3)-glykosidisch verknüpfte Zucker, Aminosäuren sind L-Stereoisomere)  -S-Layern --> Zellwand besteht aus Glykoproteinen, ausgeprägte Symmetrie 
• Schleimhüllen/Kapseln - Protein- oder polysaccharidhaltige Exopolymere - in kompakter Matrix: Kapsel, sonst Schleimhülle - helfen Zellen beim Anhaften an Oberflächen - viele Erreger benutzen Schleimhüllen, um sich vor dem Immunsystem zu verbergen - Austrocknen der Zelle verhindern  - Anfärben mithilfe Tusche möglich
• Fimbrien wichtig zum Anhaften auf Oberflächen flagellenähnliche Struktur nur sehr viel kürzer
• Polyphosphatkörner Körperchen, zum Speichern von Phosphat wichtig für die Synthese von Phospholipiden & Nukleinsäuren
• Schwefelkörner Mikroorganismen, die auf Schwefel angewiesen sind, speichern Schwefel in Körnern
• Speichervakuolen zum Speichern von Stoffen, z.B. Polyhydroxyakkanoate um Kohlenstoff zu konservieren
• Endosporen - stark differenzierte Zellen, die Überlebensstrukturen darstellen, um unwirkliche Bedingungen zu überdauern - Sporenbildung beginnt mit asymmetrischer Zellteilung --> Endospore wird nach innen abgeschnürt, Kortex bildet sich, Spore nimmt große Menge an Calcium & DPA (Docosapentaenacid - Omega 3), reift & lysiert --> wird freigesetzt - sind sehr hitze- und trockenresistent & können viele 100 Jahre überdauern - Aufbau (von innen nach außen): DNA/Kern, Kortex, Sporenhülle, Exosporium (dünne Proteinhülle) - DPA bildet Komplexe aus, diese lagern Ca ein -> binden DNA & stabilisieren diese, entwässern Sporen (niedrigerer Wassergehalt als normale Zellen), gelhaltige Konsistenz (Kern) - Stoffwechsel heruntergefahren
• Flagellen - dünne, lange Zellanhängsel - Bakterien können ein Flagellum, oder mehrere haben - Gram--Organismus: Geißelfilament ist über elastischen Haken mit einer zentralen Achse verbunden, die in mehreren Ringen gelagert ist (Zahl abhängig vom Bakterium): L-Ring liegt in der Ebene der Lipopolysaccharidschicht (äußere Membran) P-Ring liegt in der Ebene der Peptidoglykan-Zellwand C-Ring liegt in der Cytoplasmamembran - 3 Grundelemente: Basalkörper, Haken, Geißelfilament - Basalkörper ist Motor; Motorproteine beziehen Energie aus einem Protonenfluss (H+-Ionen), dieser wirkt auf die Ladung, die sich auf dem C & S- Ring befinden, wodurch der Rotor in Bewegung versetzt wird
• Flagellen-Motor Motorproteine bilden Bewegung aus, werden durch Protonenfluss angetrieben --> dieser wirkt sich auf die Ladungen, die sich auf MS/C-Ring befinden, wodurch der Rotor in Bewegung gesetzt wird
• Chemotaxis & Phototaxis Chemotaxis: Bewegung von Bakterien aufgrund eines chemischen Gradienten (bzw. Stoffkonzentrationsgradienten) Phototaxis: Bewegung aufgrund eines Lichtgradienten  Ursachen: Überwachung von Außenkonzentrationen durch Signalkaskaden von Proteinen, diese die Informationen an die Flagellenmaschinerie weitergeben Rezeptoren an der Zelloberfläche, die für die Wahrnehmung der Substanz verantwortlich sind Bakterien haben Preferenzen hinsichtlich des Lichtgradienten --> aufgrund der phototrophen Stoffe in den Bakterien
• Zellteilung bei Mikroorganismus - FtsZ-Ring --> in der Mitte der Zelle zur Septumbildung - FtsZ rekrutiert FtsA & Zip A, diese sind dafür verantwortlich, das FtsZ im Cytoplasma, am Rand verankert wird - FtsI & FtsK --> FtsI koodiniert Wachstum der Zelle mittels Peptidoglykaneinbau, FtsK ist in die Trennung der Chromosomen während der Zellteilung involviert - Proteine Min C, D, E --> helfen FtsZ die Zellmitte zu finden, MinC osziliert (schwingt) spiralförmig in der Zelle & erlaubt MinD die Plasmamembran zu binden, zsm unterbinden MinC&D, dass sich FtsZ an der Plasmamembran anheften kann - Min E verdrängt MinC&D --> Min E fluktuiert (bewegt sich hin und her) von Zellpol zu Zellpol, daher liegen an den Zellpolen die höchsten Gehalte von MinC&D vor, während diese in der Zellmitte am geringsten sind - Divisom bildet sich in der Zellmitte (Teilungsapparat)--> FtsZ-Ring - FtsZ ist in der Lage GTP zu spalten, diese fungiert als Treibstoff für die Polymerisierung bzw. Depolimerisierung des FtsZ-Rings --> wenn dieser depolymerisiert ist, wird die Septumbildung eingeleitet
• Biosynthese der Zellwand - Zellwachstum findet ausgehend von FtsZ-Ring statt  Wie wächst die Zellwand? - Enzyme (Autolysine) trennen die Peptidoglykankette auf, indem sie die glykosidischen Bindungen zwischen den Zuckern spalten -Vorform von Peptidoglykan wir durch hydrophoben Alkohol (Actoprenol) über die Plasmamembran transportiert & diese Vorstufen interagieren dann mit dem Enzym Transglycosylase, welch die neuen Zellwandteile einsetzen und neue glykosidische Bindungen ausbildet - Ausbildungen von neuen Peptidbindungen, Gram- --> Protein FtsI
• Zellwachstum Kinetik n= 3,3 x (logN - logN0) N= Zellzahl N0 = Ausgangszahl n=Zahl der Teilungen Wie können wir Wachstum verfolgen?  - Verdünnen der Bakterienkultur - Messung der optischen Dichte --> wieviel Licht gelangt durch die Probe?

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