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Zoologie (Subject) / Bakteriologie Prokaryote Bau (Lesson)

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• 001 Bedeutung der prokaryotischen Lebensformen - Bestandteil der Haut- und Schleimhaut – Mikroflora (Antagonismus zu Pathogenen)- essentieller Bestandteil der Umwelt (Boden, Wasser, Pflanzen)- Aufschluss organischer und komplexer Matrices- Stickstofffixierung/Nährstoffkreisläufe- Bereitstellung von aufgeschlossenen Nährstoffen (Peptide/ Aminosäuren, Oligosaccharide/ Kohlenhydrate usw.)- Produktion von Vitaminen- Beseitigung (removal)  von Schadstoffen/biologische Sanierung- Lebensmittel (Konservierung, Fermentation)- Biotechnologie (GVO, Produktion von Arzneimitteln)Die (wenigen) pathogenen Formen:auffallend durch wirtsschädigende, krankmachende (unerwünschte) Eigenschaften.
• 002 Klassifizierung der prokaryotischen Lebensformen -               nach phänotypischen Merkmalen- Morphologie, Größe- Anfärbbarkeit (z. B. Gramreaktion)- Stoffwechsel (Nährstoffanforderung, Gärungsprodukte…)- Gas- und Temperaturansprüche- Serologie                mit molekularbiologischen Methoden:- PCR (polymerase chain reaction)-basierte Methoden- Sequenzierung ribosomaler DNA Gene- Genomsequenzierung                MALDI-TOF (Massenanalyse ribosomaler Proteine)
• 003 Klassifikation medizinisch bedeutsamer Bakterien aus dem Reich Bacteria binäres System:   Gattungs(Genus, Род)- und Artname (werden kursiv geschrieben) Dazu kommt noch Anteilung unter dem Spezies-Level - Antigeneigenschaft - biochemische Eigenschaften und Leistungen - Toxinbildungsvermögen - Verhalten gegenüber Bakteriophagen
• 004 Morphologie und Aufbau der Bakterienzelle Mikromorphologie Morphologie von Bakterien1 grampositive Kokken in Haufen (bunches) oder Trauben  (Staphylokokken),2 grampositive Kokken in gewundenen Ketten (Chains) (Streptokokken),3 grampositive Kokken mit Kapsel (Pneumokokken),4 grampositive, keulenförmige Stäbchen  (club-shaped rods)(Corynebakterien),5 gramnegative Stäbchen mit zugespitzten Enden (Fusobakterien),6 gramnegative, einfach gekrümmte Stäbchen (curved rods) (Vibrionen),7 gramnegative Diplokokken (Neisserien),8 gramnegative, gerade Stäbchen mit abgerundeten Enden (Kolibakterien),9 spiralige gekrümmte Stäbchen (Spirillen) und gramnegative, gekrümmte Stäbchen (Helicobacter),
• 005 Morphologie und Aufbau der Bakterienzelle Größe Nicht phototrophe Bakterien - 0,25 – 5 μmPhototorophe Bakterien - bis zu 50 μm In Verglieich, Viren - 0,01 – 0,2 μm, Eukaryotische Einzeller (Protozoen) - bis zu 500 μm
• 006 Definition von Bakterien Als Bakterien bezeichnet man einzellige Mikroorganismen, die einen für Prokaryoten typischen Zellaufbau aufweisen. (Eukaryoten sind komplizierter aufgebaut als Prokaryoten!!!)Prokaryoten besitzen keine:Kernmembran & ChromosomenNucleolusEndoplasmatisches RetikulumGolgi-ApparatChloroplasten & MitochondrienMikrotubuliZellwandBesitzen; Zytoplasmamembran Intrazelluläre MembranBakterienchromosomPlasmidRibosomen (5000 – 50000/Zelle)Kapsel/Schleim manchmal Zellwand
• 007 Die Zytoplasmamembran Aufbau der Bakterienzelle "unit membrane“, 8 nm dick Phospholipid-Doppelschicht:- Lipide mit hydrophoben Fettsäureketten in der Mitte- Hydrophiler Glyzerinphosphat-Anteil nach außen- Integrale Membranproteine: durchqueren Membran, z.B. Transportproteine (Substratbindung und Transport)- Aufgelagerte Proteine, z.B. Enzyme zum Zellwandaufbau- Sitz der Enzyme für Elektronentransport (Energiegewinnung) und weiterer enzymatischer Reaktionen
• 008 Funktionen der Zytoplasmamembran Aufbau der Bakterienzelle Permeabilitätsbarriere Verhindert Auslaufen und wirkt als selektive Barriere für den Transport von Nährstoffen; Ausscheidung AbfallstoffeProteinverankerungSitz vieler Proteine, die an Transport, Signal-übertragung, Synthesen sowie bioenergetischer Prozesse beteiligt sindEnergiekonservierungOrt an dem die protonenmotorische Kraft erzeugt und Verbraucht wird
• 009 Aufbau der Bakterienzelle Bakteriengenom Bakterielle DNA liegt hauptsächlich in zwei Formen vor                 - chromosomale DNA (Nukleoid)- meist ringförmige, doppelsträngige DNA                  - extrachromosomale DNA (Plasmide)- selbst replizierende DNA- meist ringförmig, selten linear- tragen „zusätzliche" Informationen- Resistenzplasmide- Fertilitätsplasmide- degradative Plasmide- Virulenzplasmide
• 010 Aufbau der Bakterienzelle Zelleinschlüsse Granula - Speicherstoffe- Polysaccharide in Form von Stärke oder Glykogen,- Lipide in Form von Poly ß-hydroxybuttersäure- Polyphosphate- SchwefelMagnetosomen- Intrazelluläre Kristallpartikel aus Magnetit Fe3O4- Magnetischer Dipol für ZellenGasvesikel/Gasvakuole- mit Gas gefüllte Proteinstrukturen- Auftrieb (auf und ab schweben in einer Wassersäule)Intrazelluläre Membran (Mesosom, Thylokoid):- Einstülpungen an der Zellmembran- spezielle StoffwechselvorgängeEndosporen:- Überdauerungsform, keine Vermehrungsform- Sporen werden in Mutterzelle bei Nährstoffmangel gebildet- sehr resistent gegen hohe Temperaturen, Trockenheit und Chemikalien- medizinisch bedeutsam: Gattungen Bacillus und Clostridium
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• 011 Die bakterielle Zellwand Grundtypen der Bakterienzellwand 1. Gram-negative, z. B. Salmonellenrelativ dünne Mureinschicht = Peptidoglykanschicht (5 – 10 nm), ein- bzw. zweischichtig2. Gram-positive, z. B. Streptokokken, Staphylokokkenmehrschichtiges Mureingerüst, bis zu 40 übereinander liegenden Schichten (20 – 80 nm) 3. säure- und partiell säurefeste Bakterien, z. B. Mykobakterien, Rhodokokken, Nokardien4. Ohne Zellwand z. B. Mycoplasma, Anaplasmen- besonders stabile Membran mit eingelagerten Sterolen- kommen meist nur in geschützten Lebensräumen im Wirtsorganismus vor
• 012 Die bakterielle Zellwand Funktion der Bakterienzellwand Exoskelett - die Zellform wird durch Zellwand bestimmt (Fußballleder um aufgeblasenen Gummiballon)Stabilitätwichtig für Osmoresistenz (hydrostatischer Druck von 2 – 3 Atmosphären) - die Zellen können nicht platzen!kann auch fehlen (Milieu-abhängig)
• 013 Die Zellhülle gramnegativer Bakterien periplasmatischer Raum: 8 – 10 nm- in diesem liegt die meist einschichtige Peptidoglykan-/Mureinschicht- Periplasma: Enzyme, Transportproteine, Chemorezeptoren, Polysaccharideäußere Membran: asymmetrische Doppelmembran- Innen: Phospholipide- Außen: Lipopolysaccharide (LPS) = Endotoxin- eingelagerte Proteine (z. B. Porine) und Transmembranproteine (z. B. OmpA)- Lipoprotein: Verbindung zwischen Mureinschicht und äußerer Membran- relativ durchlässig für kleine hydrophile Moleküle
• 014 Die Zellhülle gramnegativer Bakterien Die äußere Membran gramnegativer Bakterien Struktur des Lipopolysaccharids (Endotoxin) Lipid A: kein Glyzerinlipid, sondern die Fettsäuren sind durch Esteraminbindung an ein Disaccharid gebundenKernpolysaccarid: besteht aus einer inneren und einer äußeren KernregionO-spezifische Seitenkette (Polysaccharid): sehr variabel. Verschiedene Hexosen (Galactose, Glucose, Rhamnose und Mannose) mit sich wiederholenden Sequenzen (30 – 50) aus vier bis fünf Bestandteilenmedizinisch wichtige Enterobakterien werden auf Basis des O-Antigens klassifiziert (Serovare bzw. Serotypen
• 015 Die Zellhülle gramnegativer Bakterien Funktion der äußeren Membran gramnegativer Bakterien Spezielle Funktion des Lipopolysaccharids (LPS): - begrenzt außen den periplasmatischen Raum- Permeabilitätsbarriere für toxische Stoffe (Lysozym und Antibiotika mit der Zellwand als Angriffsort)- hemmt Schädigungen durch Serum-komponenten, z. B. KomplementproteineSpezielle Funktion des Lipopolysaccharids (LPS):- Wirkung als Oberflächenantigen- Endotoxin (endo = innen) → Fieber, Hypotonie, Entzündung, septischer Schock- Bakteriophagenrezeptor
• 016 Die Zellhülle grampositiver Bakterien - keine äußere Membran (d. h. kein periplasmatischer Raum)- bis zu 40 Schichten Peptidoglykan/Murein- eingelagerte Proteine- Teichon- und Lipoteichonsäuren
• 017 Die Zellhülle säurefester Bakterien am Beispiel der Mykobakterien - dünne Peptidoglykanschicht (wie gramnegative Bakterien)- ABER: keine äußere Membran, SONDERN: Arabinogalaktan-Gerüst, an das langkettige Fettsäuren (Mykolsäuren) gebunden sind- sehr hoher Lipidgehalt (Wachshülle der Mykobakterien)- Mykolsäuren bilden Diffusionsbarriere (vergleichbar mit äußerer Membran gramnegativer Bakterien); integrale Proteine
• 018 Kapsel - besteht aus Polysacchariden, selten auch Proteine- äußere Schutzschicht, z.B. Schutz vor Phagozytose durch Makrophagen- wichtig für Biofilmbildung- dient der Adhärenz bzw. Kolonisierung des WirtesStreptococcus,
• 019 Fimbrien bzw. Pili - mehrere 100/Zelle; 0,5 μm x 3 – 8 nm- filamentöse, starre Strukturen auf Bakterienoberfläche-verschiedene Typen von Pili (Unterscheidung: Proteinen, Länge, Durchmesser und Funktion)- mehrere Untereinheiten, welche kovalent miteinander verknüpft sind- wichtig für attachement an Wirtszellen (Ahdäsin)- Sex-Pili (Fertilitätsplasmid): Konjugation
• 020 Flagellen/Geißeln - 1 bis viele/Zelle; 3 μm x 15 – 20 nm- fadenförmige, kontraktile Gebilde, welche in Zytoplasmamembran verankert sind- Untereinheit: Flagellin- Funktion: aktive MotilitätGerichtete Bewegung entlang eines Gradienten  - Phototaxis – Licht  - Chemotaxis – Nährstoff, Gefahrstoff  - Aerotaxis – O2  - Magnetotaxis – magnetisches Feld

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