20
Mikrobiologie (Subject) / 4 (Lesson)
Advertisement
- charakteristischer Merkmale der Gärung - keine externen Elektronenakzeptoren (stattdessen Intermediate des Substratmetabolismus) - organische Verbindungen als Substrate
- Welche Gärer nehmen welche Wege des Glucoseabbaus? - die meisten: Glykolyse (Embden-Meyerhof-Parnas) - Zymomonas: KDPG-Weg (Entner-Doudoroff) - Milchsäurebakterien: Phosphoketolaseweg
- für welche Arten der Gärung dient Pyruvat als Intermediat - alkoholische Gärung - Milchsäuregärung - Propionsäuregärung - Buttersäuregärung (Clostridien)
- alkoholische Gärung durch Hefe - Glykolyse: Glucose zu 2 Pyruvat und 2 NADH - Decarboxylierung: 2 Pyruvat durch Pyruvat Decarboxylase zu 2 Acetaldehyd - Reduktion: 2 Acetaldehyd durch Alkoholdehydrogenase zu 2 Ethanol, Regeneration von 2 NADH zu 2 NAD+
- alkoholische Gärung bei Zymomonas - Entner-Doudoroff-Weg: Glucose zu 2 Pyruvat, 2 NAD(P)+ zu 2 NAD(P)H2 - Decarboxylierung: 2 Pyruvat durch Pyruvat Decarboxylase zu 2 Acetaldehyd - Reduktion: 2 Acetaldehyd durch Alkoholdehydrogenasezu 2 Ethanol, Regeneration 2 NAD(P)H2 zu 2 NAD(P)+
- homofermentative Milchsäuregärung - (homofermentative/ heterofermentative) Milchsäurebakterien - Abbau von Hexosen in Glykolsyse - Entstehung von 2 NADH während Dehydrogenierung von Glycerinaldehyd-3-phosphat - Reduktion von Pyruvat zu Lactat durch Lactat-Dehydrogenase, Oxidation von 2 NADH zu 2 NAD+ - 1 Glucose -> 2 Lactat, 2 ATP
- Clostridien (7 Merkmale) - gram-positive Stäbchen - niedriger GC-Gehalt der DNA - strikt anaerob - Sporenbildner - bevorzugen neutralen/alkalischen pH - manche können N2 fixieren - Krankheitserreger (Wundinfektion, Wundstarrkrampf), Toxinbildner (Lebensmittelvergiftung), Lebensmittelverderber
- saccharolytische peptolytische Clostridien Vergärung von Kohlenhydraten <-> Spaltung von Eiweissen, paarweise Umsetzung von AS
- Entstehung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) - Ein-Elektronen-Transfer-Reaktionen z.B. während oxidativer Phosphorylierung (eigentlich bildet Komplex IV aus O2 in 4 e- Reaktion H2O) - O2 -> zu Superoxid O2- -> Wasserstoffperoxid H2O2 -> Hydroxyl-Radikal OH`
- Entgiftung von reaktiven Sauerstoffspezies - aerobe Organismen haben Schutz-/ Reperaturmechanismen - Enzymatische Entgiftungsreaktionen: - Superoxid durch Superoxid-Dismutase - Wasserstoffperoxid durch Katalase - strikt Anaerobe haben keine/ unzureichende Entgiftungsmechanismen
- Advertisement
- Warum sind ROS schädlich? - Superoxid, Wasserstoffperoxid können FeS-Cluster und SH-Gruppen oxidieren -> Inaktivierung von Enzymen - Hydroxy-Readikale reagieren aggressiv mit den meisten Biomolekülen - strikt Anaerobe haben O2-empfindliche Enzyme (Radikalen, Metallzentren)
- Gärprodukte bei Clostridiengärung - CO2, H2 (2. Gärstufe) - Essigsäure, Buttersäure - Ethanol, Butanol, Aceton, Isopropanol
- Verlauf der Glucosevergärung durch Clostridium acetobutylicum - saccherolytisch - wenig Restglucose, zunehmende Ansäuerung -> Umschalten auf Bildung von Butanol und Aceton
- lithotrophe Prozesse (5 Beispiele) - Oxygene Photosynthese (Cyanobakterien): H20 (Elektronendonatir) -> 02 (Elektrnenakzeptor) - Nitrifikation durch 2 Bakterien: NH4+ ->->-> NO3- - Esenoxidation (Gallionella): Fe2+ -> Fe3+ - Sulfurikation (Thiobacillus): H2S ->->-> SO4(2-) - Wasserstoffoxidation (Knallgasbakterien): H2 + 0,5 O2 -> H2O
- Wozu dient der Elektronendonator in Chemolithoautotrophen? - Energiekonservierung zum Aufbau eines Protonengradienten - Bildung von Reduktionsäquivalenten auf Kosten des Protonengradienten fur CO2-Fixierung - Reoxidation reduzierter Elektronendonatoren (aus Gärungen und Atmungsprozessen, z.B.: H2O)
- Lebensräume vonChemolithotrophen - Grenzschichten zwischen oxischem/anoxischem Bereich - oft extreme Standorte (sauer) - ausreichende Menge an reduzierter anorganischer Substanzen, geeignete Elektronenakzeptoren - wenig organische Substanz verfügbar
- Nitrifikation - 2 Teilprozesse 1. Oxidation von Ammoniak/Ammonium zu Nitrit durch "Nitroso-Baterien" (Nitrosomonas): NH4+ + 1,5 O2 -> NO2(-) + H20 + 2H+ 2. Oxidation von Nitrit zu Nitrat durch "Nitro-Baterien" (Nitrobacter): 2 NO2- + O2 -> 2 NO3(-)
- revertierter Elektronentransport - chemolithotrophe Bakterien nutzen zur Elektronentransportphosphorylierung Elektronendonoren (S(-), NH4(+), Fe(2+)), deren Redoxpotential positiver ist als das des NAD(+)/NADH - Energie notwenig, um Elektronen entgegen Redoxpotentialgefälle auf NAD(+) zu übertragen - Elektronentransportkette mit membranständiger NADH-Dehydrogenase - Nutzung der in protonenmotorischen Kraft gespeicherten Energie
- DNA Übertragung bei Bakterien - natürliche Transformation: Bakterien mit natürlicher Kompetenz können frei im Medium vorliegende DNA aufnehmen - Konjugation: F(+)-Spenderzelle mit F-Plasmid und Sexpili überträgt über Plasmabrücke DNA-Einzelstrang des Plasmids aud F(-)-Empfängerzelle -> Replikation in beiden Bakterienzellen - Transduktion: Übertragung von DNA-Fragmenten des Bakteriengenoms anstelle der Virus-DNA -> entsteht durch Fehler bei der Verpackung der viralen DNA - generelle: beliebige Fragmente der DNA durch virulente Phagen - spezielle: nur bestimmte DNA-Abschnitte durch temperente Phagen
- Kompetenz - natürliche Transformation: Bereitschaft von Bakterien freie "nackte" DNA aufzunehmen - genetisch determiniert, entwickelt sich unter bestimmten physiologischen Bedingungen