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Mikrobieller Abbau (Subject) / Mikrobieller Abbau + Stärkeabbau (Lesson)
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- Definieren Sie Bioakkumulation, Bioremediation und Cometabolismus Bioakkumulation: Akkumulation eines Stoffes in einer Zelle über die Konzentration des Aussenmediums hinaus. BCF-Wert: c (Zelle)/c (Umgebung) Bioremediation: EInsatz von organismen zur Beseitigung von Verunreinigungen und Schadstoffen. Wiederherstellung durch Heilung. Cometabolismus: Mineralisierung oder Biotransformation eines Stoffes, der nicht als C-Quelle dient in Gegenwart eines Wachstumssubstrates..
- Definieren Sie Chancen und Risiken des Cometabolismus bei Xenobiotika - Mineralisierung eines Stoffes mit inerter Struktur durch einenoder mehrere Mikroorganismen - dead-End-Metaboliten mit höherer Toxizität, Wasserlöslichkeit und starker Grundwassergefährdung.
- Wege des Anaeroben Abbaus. Gärung: Als H-Akzeptor dienen org. Substanzen, der Abbau erfolgt unvollständig zu niedermol. org. Substanzen. Wird von Clostridien und Hefen gemacht. Carbonatatmung: H-Akzeptior ist CO2, es erfolgt eine vollständige Mineralisierung. Das Produkt ist CH4. Wird von methanopgenen bakterien durchgeführt. Nitrat-/Sulfatatmung: NO3-/SO4- als H-Akzeptor. Mineralisierung möglich. produkte sind N2, H2S, CO2 und niedermol- org. Substanzen. Wird von fakultativen und obligaten Anaerobiern durchgeführt.
- Zusammensetzung der Biomasse des Bodens. Aerobes Nahrungsnetz der Mineralisation. 50% Pilze 20% Bakterien und Actinomyceten 20% Hefen, Algen und Protozoen 10% Mollusken, Insekten und Würmer
- Gut und schlecht abbaubare Naturstoffe und Xenobiotika. Naturstoffe gut: niedermol. org. Substanzen, Proteine, Polysaccharide schlecht: Lignin, Erdöl, n-Alkane Xenobiotika gut: Herbizide, Funghizide schlecht: Polyethylen, Phenole
- Vorkommen komplexer Naturstoffe Lignin: 18-30% im Holz - Lignocellulose Cellulose: Grundbestandteil pflanzlicher Biomasse, zentrale Rolle im C-Kreislauf. Hemicellulosen/Xylan: Stroh, Bast, Zuckerrohr, Laubholz 25-30% Pectine, Stärke, Proteine: intrazellulär
- Reservepolysaccharide - Amylose 15-25%:100-1400 a-D-Glucose - Amylopectin 75-85%: 1200-6200 a-D-Glucose, alls 20-25 Moleküle eine 1,6-Verzweigung
- Strukturpolysaccharide Pectin, Agar, Chitin, Celluose, Hemicellulose
- Aufbau der Cellulose - ß-1,4-verbundene D-Glucose - intra- und intermolekulare H-Brücken - Zusammenhalt durch Van der Waals-Kräfte - Zellulosefaser
- Aufbau der Hemicellulosen - gemischte Polymere aus neutralen und sauren Polysacchariden - D-Glucose, D-Galactose, D-Mannose - a-1,3 und ß-1,4-glycosidische Bindungen mit Verzweigungen - haften durch h-Brücken an der Cellulose und erhöhen die Festigkeit der Zellwand.
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- Abbau von Polysacchariden - Phosphorolyse (intrazellulär) mittels Phosphorylasen -> Glucose-1-P - Glycosidhydrolyse (extrazellulär) mittels Amylasen und Cellulasen sowie Endo- und Exohydrolasen: Mono-, Di- und Oligonucleotide. Danach Glykolyse und CItratzyklus.
- Abbau der Stärke, verzweigungsspaltende Enzyme - Pullulanase I und II - Isoamylase
- Abbau der Cellulose (aerob) - kristallines, homogenes polymer mit Fibrillen - Multienzymkomplex aus Exoglucanase, Endoglucanase und ß-Glucosidase --> Disaccharide und Glucose Endoglucanase -> Ketten mit freien Enden -> Exoglucanase -> Cellobiose -> ß-Glucosidae -> Glucose
- Abbau der Cellulose (anaerob) - Multipenzymkomplex in Form von Cellulosomen, die an der bakteriellen Zellwand haften. - Endoglucanase, Exoglucanase, Cellobiose-Phosphorylase - vermiteln Haftung der Zellwand am Substrat. - Aufnahme der Mono.- und Disaccharide nach Abbau möglich.
- Zusammenfassung Abbau von Cellulose - enzymatische Depolymerisation der unlöslichen Cellulose und Umsetzung der Hydrolyseprodukte. - 2 Abbauwege: - aerobe Bakterien und Pilze: haften nicht oder nur schwach am Substrat, bilden ungebundene Cellulasen, oxidieren die Hydrolyseprodukte zu CO2 und H2O. Bsp: Aspergillus - anaerobe bakterien und Pilze: Anhaftung nötig, bilden gebundene Cellulasen im Cellulosom, bilden versch. Fermentatiopnsendprodukte wie CO2, Essigsäure, Ethanol H2 oder org. Säuren. Bsp: Clostridium