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Pharmazeutische Mikrobiologie (Fach) / 6.) Mikrobielles Wachstum (Lektion)
Wachstum ist de irreversible Zunahme der lebenden Substanz
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- Definition von Mikrob. Wachstum Wachstum ist de irreversible Zunahme der lebenden Substanz ‐ Energiegewinnung ‐ Aufbau von Zellmaterial ‐ Ansprüche der MO unterschiedlich
- Bakterielle Wachstumskurve in statischer Kultur y ‐ Achse: Logarithmus der Zellzahl x ‐ Achse: Zeit (h) 1. Phase: „lag‐ Phase“ (kein Zellwachstum) 2. Phase: „exponentielle =>Phase“ exponentielles Zellwachstum 3. Phase: „stationäre Phase“ (kein Zellwachstum) 4. Phase „Absterbe‐Phase“ => Verringerung der Zellzah
- Wachstumsgeschwindigkeit Änderung der Zellzahl oder der Zellmasse pro Zeiteinheit ( Δ ZZ/t)
- Generationszeit („Verdopplungszeit“) Zeit, die eine Zellpopulation benötigt, um sich zu verdoppeln
- Voraussetzungen für das Wachstum von MO -Nährstoffe Belebte Umgebung =>parasitär Unbelebte Umgebung =>saprophytär (MO, die auf toter organischer Substanz leben) -Energie -Wachstumsbedigungen
- Ernährung von MO Elementare Ansprüche: ‐ Wasser: C, O, H, N, S, P, K, Na, Ca, Mg, Fe ‐ Makroelement =>Siderophore ‐ Mikro‐ und Spurenelemente: Mn, Mo, Zn, Cu, Co, Ni, Va, B, Cl, Se, Si, Wo etc. Wachstum ist stark „milieuabhängig“
- Energieklassen von MO Mikroorganismen nützen verschiedene Energiequellen => „troph “ (griech.: „füttern“) Einteilung von Mikroorganismen nach ihren Nährstoffansprüchen: Phototroph : nutzen Licht als Energiequelle (z.B. Cyanobakterien) Chemotroph : nutzen die im Verlauf einer chemischen Reaktion, vorwiegend Redox‐ Reaktion, freigesetzte Energie Heterotroph : verwertet organische Kohlenstoffverbindungen (z.B. Fungi) Autotroph : verwertet CO2 (z.B. Pseudomonas carboxidovorans) Organotroph : verwendet organ. Elektronen‐ Donor (z.B. E.coli etc.) Litotroph : verwendet anorganischen Elektronen‐ Donor (z.B. Desulfovibrio) Prototroph : benötigen außer einer einzigen organischen Verbindung (Energie‐ und Kohlenstoffquelle) keine weiteren organischen Verbindungen (z.B. Enterobacterien) Auxotroph : müssen entsprechende Vorstufen für organische Substanzen aufnehmen (z.B. Milchsurebakterien)=> Suppline, Wachstumsfaktoren ‐ Vitamine ‐ Aminosäuren ‐ Purine/Pyrimidine
- Phototroph nutzen Licht als Energiequelle (z.B. Cyanobakterien)
- Chemotroph nutzen die im Verlauf einer chemischen Reaktion, vorwiegend Redox‐ Reaktion,
- Heterotroph verwertet organische Kohlenstoffverbindungen (z.B. Fungi)
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- Autotroph verwertet CO2 (z.B. Pseudomonas carboxidovorans)
- Organotroph verwendet organ. Elektronen‐ Donor (z.B. E.coli etc.)
- Litotroph verwendet anorganischen Elektronen‐ Donor (z.B. Desulfovibrio)
- Prototroph benötigen außer einer einzigen organischen Verbindung (Energie‐ und Kohlenstoffquelle)
- Auxotroph müssen entsprechende Vorstufen für organische Substanzen aufnehmen (z.B. Milchsäurebakterien)=>Suppline, Wachstumsfaktoren Vitamine ‐Aminosäuren ‐Purine/Pyrimidine
- Bedeutung von Nährstoffkomponenten C organ. Moleküle O organ. Moleküle, Elektronenakzeptor aerober Organismen H organ. Moleküle, Elektronendonor bei vielen Prokaryonten N Proteine, Nucleinsäuren, Coenzyme S Proteine, Coenzyme, Vitamine etc. P Nucleinsäuren Fe Cytochrome, Proteine, Enzyme, etc. Na Zellwandstabilisierung K Proteinbiosynthese (Enzyme) Mg Stabilisierung von Ribosomen, Nucleinsäuren, Enzymen
- Mikrobieller Stoffwechsel (METABOLISMUS) Enge Verflechtung von Stoffumwandlungen und Energietransformationen, besteht aus Abbau = KATABOLISMUS Aufbau = ANABOLISMUS
- Atmung Katabole Reaktionsfolge, bei der anorganische Substanz zu CO2 und H2O abgebaut wird und freie Energie zur ATP‐Bildung genutzt wird.
- Glucoseabbau Fructose ‐1,6‐Bisphosphat‐Weg KDPG‐Weg PP‐Zyklus Oxidative Pyruvat‐Decarboxylierung Tricarbonsäure ‐Zyklus
- Fructose‐1,6‐Bisphopshat‐Weg (Embden‐Meyerhof‐Parnas‐Weg) (z.B. Hefen, E.coli) ‐ Von vielen Eu‐ und Prokaryonten beschritten ‐EMP‐Weg leitet oft Gärungsprozesse ein ‐ Start mit Phosphorylierung der Glucose ‐ Pyruvat als Intermediärprodukt =carboxyliert zu AcetylCoA ‐ AcetylCoA in den Citratzyklus eingeschleust ‐ Bildung von CO2 und Oxalacetat (Acetylakzeptor) ‐ Citratzyklus: bioenergetische und biosynthetische Funktion ‐ Gewinnung von ATP in der Atmungskette
- Funktion der Atmungskette ‐ Umwandlung der freien Energie der Reduktionsäquivalente [H] in den Protonengradienten und das Membranpotenzial ‐ Kaskadenartig ablaufende Redoxreaktionen, bei denen Energie „dosiert“ abgegeben
- Anaerobe Atmung Vollständige Substratoxidation zu CO2 und H2O mit alternativen Elektronenakzeptoren (Nitrat, Sulfat) Beispiele: Nitratatmung : Pseudomonas, Bacillus Sulfatreduktion : Desulfovibrio
- Gärung L.Pasteur: „Gärung ist Leben ohne Sauerstoff Gärungen sind der Energiebereitstellung dienende Prozesse, bei denen auf Grund des Mangels an anorganischen Elektronenakzeptoren die während der Substratoxidation anfallenden Elektronen (Reduktionsäuqivalente) auf organische Akzeptoren übertragen werden.
- Prinzip der alkoholischen Gärung (z.B. Saccharomyces cerevisiae ‐ Start mit EMP‐ Weg ‐ Pyruvat wird decarboxyliert ‐ Acetaldehyd fungiert als Akzeptor für Reduktionsäquivalente ‐ NADH dient als Wasserstoff‐ Carrie ‐ Von insgesamt 4 ATP‐Molekülen dienen 2 der Glucoseaktivierung = pro Molekül Glucose werden 2 ATP ‐Moleküle gewonnen =< Pasteur‐Effekt
- Milchsäure‐Gärung Milchsäurebakterien: Pflanzen Milch Schleimhäute (Mensch, Tier) ‐ Verwertung von Glucose und Lactose ‐ Spezifische Funktion der β‐Galactosidase ‐ Homo‐ und heterofermentative MS‐Gärung ‐ Konservierende Bedeutung der Milchsäure
- Andere Gärungen ‐Propionsäuregärung =>Propionibacterium, Veillonella ‐Ameisensäuregärung (Gemischte Säuregärung, 2,3‐Butandiol‐Gärung) =>Enterobacteriaceae (E.coli, Salmonella, Erwinia etc.) -Buttersäuregärung =>Clostridien, Eubacterium, Fusobacterium -Essigsäure“gärung“ =>Ruminococcen, Essigsäurebakterien