Mikrobiologie (Fach) / Mibi 2014 (Lektion)

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• Formen einzelliger Bakterien Mikrokokken Diplokokken Streptokokken Staphylokokken Sacrinen Stäbchenbakterien Spirillen Vibrionen
• welche rolle spielt calcium bei den Mikrotubuli? Ca: Bindung von Vesikeln an Kinesin und Dynein(das sind motorproteine) ist Ca2+-abhängig.
• Regulation in E. coli findet üblicherweise auf Ebene der Transkription statt. Dennoch gibt es viele Gene/Proteine, die auf weiteren Ebenen reguliert werden. Nennen sie zwei weitere Regulations-Ebenen und erläutern sie, wie die Regulation prinzipiell Regulation: allgemein Endprodukthemmung Isoenzyme oder kovalente Modifikation Kontrolle der Translation (Kontrolle der Transkription) Beispiel: Endprodukthemmung (kovalente/allosterische) erstes Enzym der Biosynthese wird durch das Endprodukt dieser Synthese gehemmt Beispiel: Isoenzyme Enzyme, die den gleichen Biosyntheseschritt katalysieren, aber von unterschiedlichen Endprodukten gehemmt werden Beispiel: Translation Regulationsmechanismen, die die Translation der mRNA beeinflussen z.B. Regulation der Synthese ribosomaler Proteine
• Was ist chemo-, photo-, litho-, organo-, auto-, heterotroph? +Beispiele E.coli: chemo- und heterotorph chemotroph: Energiequelle: chem. Reaktionen (meist Redoxreaktion) Konservierung von chemischer Energie in Form energiereicher Verbindungen Beispiele: Tiere, aerobe Bakterien (z.B.: E.coli, Bacillus) phototroph: Energiequelle: Licht  Konservierung von Lichtenergie in Form energiereicher Verbindungen Beispiele: Pflanzen, Cyanobakterien, Schwefelbakterien, Purpurbakterien Lithotroph: anorganischer Elektronendonor Organitroph: organische Verbindungen als Elektronendonor autotroph: überwiegend CO2 als Kohlenstoffquelle heterotroph: überwiegend organische Verbindungen als Kohlenstoffquelle
• 3 Reiche Eukarya, Bakteria, Archaea
• Formen von Bakterien Stäbchen, Vibrionen, Spirillen, Kokken
• Elementar-Zusammensetzung von Mikroorganisen Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor, Kalium, Natrium, Calcium, Schwefel, Magnesium, Kupfer, Eisen, Mangan
• Abiotische Faktoren chem. Verbindungen, bewegung und Strömung, Druck, Magnetfelder, Nährstoffe, Oberflächen, Redoxpoteltial, Salinität, Sauerstoff, Strahlung, Temperatur, Wassergehalt, Wasserstoffionenkonz
• Was ist Nitrifikation und was Denitrifikation? Nitrifikation: Stoffwechselvorgang bei chemolithotrophen Lebewesen Ammonium als Elektronendonatur durch Nitrosifizierer zu Nitrit oxidiert durch Nitrooxidierer weiter zu Nitrat oxidiert Denitrifikation: Nitrat kann als Elektronenakzeptor, Nitratatmung bei Oxidation von an/organischen Verbindungen anfallende Reduktionsäquivalente werden über Atmungskette auf Nitrat/Nitrit übertragen Energie durch Elektronentransportkettenphosphorylierung Endprodukt: molekularer Stickstoff (N2)  
• In welchen Organismen treten sowohl an- als auch aerobe Atmung auf? Bei fakultative Anaerobier und dentrifizierende Bakterien
• Glykolyse Glucose (C6) --> 2x Pyruvat (C3) + ATP + Elektronen (NADH) Pyruvat (C3) geht entweder in Gärung (NADH wieder zu NAD oxidiert, Substrate reduziert) in den Citratzyklus, die Elektronen in die Atmungskette
• Citratzyklus Pyruvat (C3) --> Acetyl-CoA (C2) +  CO2, vollständige Oxidation -->2x CO2 + Elektronen +ATP
• Atmungskette Elektronen schrittweise auf niedirgstes Energie-Niveau transferiert dabei PMF aufgebaut zum Schluss O2 übertragen --> Wasser
• S. cerevisiae  Bäckerhefe Ascomyceten kein Mycel sondern einzellig asexuelle Phase: Vermehrung durch Sprossung nacheinander bis zu 30 Knospen, die durch Abschnürung an der Mutterzelle deutliche Narben hinterlassen haploider Chromosomensatz von 16 Chromosomen
• Wie wird die Lebenzellzahl bestimmt? 3 Verfahren   Hefezellen werden so weit verdünnt, bis aus Nachkommen jeweils einer Zelle distinkte Kolonien wachsen können Ausgangssuspension wird unter sterilen Bedingungen zunächst schrittweise verdünnt Dann mit Hilfe des Kochschen Plattenguss-Verfahrens Vereinzelungen durchgeführt: Nährboden ausplattiert und bebrütet Unter Berücksichtigung des eigesetzten Volumes, der verdünnten Zellsuspension und des Verdünnungsfaktors der Suspension wird die Lebendzahl pro ml Ausgangsuspension bestimmt 1. Ausplattieren auf Nährboden 2. Kosches Plattengussverfahren 3. Membranfiltermethode  
• Phasen des Wachstums von Zellpopulationen Anlauf-(Iag)-Phase, Expotentielle-(Ig)-Phase, stationäre Phase, Absterbephase
• Wie wird die Gesamtzellzahl bestimmt? Mikroskopische Aufzählung in Zählkammern Relativzählung Elektronische Zählgeräte Membranfiltermethode
• Warum schädigt kurzwelliges UV-Licht DNA? kann photochemische Demerisierung zweier auf einem Strang benachbart liegender Pyrimidinbasen (z.B. Thymin)  induzieren Diese Thymin-Dimere verursachen dann Fehler bei der Replikation, die sich dauerhaft in Mutatuionen manifestieren können
• Beispiele für Bakterien, die sich aus der Luft anreichern lassen Micrococcus luteus Mycobakterium Nocardia
• Wie groß ist die Gesamtkeimzahl im Trinkwasser? Darf 100 Keime pro ml nicht überschreiten keine E.coli-Zelle darf sich darin bedfinden
• Was ist ein Indikator für fäkale Verschmutzung? E.coli typischer (aber nicht dominanter) Bewohner des menschl. Darms zeigt mögl. Vorhandensein pathogener Keime  
• IMViC-Reaktionen (bunte Reihe)  Idolbildung pH-Indikator Methylrot Voges-Proskauer-Test Citrat-Verwertung Test mit E.coli und Klebsiella terrigena 1. E.coli: positiv (roter Ring)     Klebsiella terrigena: negativ 2. E.coli: rosa ++     Klebsiella terrigena: orange + 3. E.coli: negativ     Klebsiella terrigena: positiv 4. E.coli. negativ     Klebsiella terrigena: positiv  
• Idolbildung Entsteht beim Abbau der Aminosäure Treptophan lässt sich durch kirschrote Anfärbung mit dem sog. Ehrlich-Reagens kenntlich machen
• pH-Indikator Methylrot Enterobakterien sind fakultativ anaerob: Energie durch Gärung Säurebildung als Gärprodukt (Succinat, Lactat, Acetat, Formiat) pH-Indikator färbt sich rot wenn mehr als 4.5
• Voges-Proskauer-Test Nachweis für Acetoinbildung aus Glucose Acetoin reagiert mit aus Nährlösung (Pepton) freigesetzten Kreatin bei stark alkalischer Behandlung zu rotem Farbstoff Empfindlichkeit wird durch Kreatin und a-Naphtol gesteigert
• Citrat-Verwertung Citrat als Kohlenstoff-, Energiequelle durch Farbänderung des Nährbodens mit Bromthymolblau wird sichtbar gemacht, ob Citrat verwertet wurde  um Bakterien Kolonien herum
• Gram-Färbung und Unterschiede Gram +: z.B. Micrococcus luteus   Mureinnetz aus etwa 40 Schichten aufgrund der vielschichtigen Zellwand halten die Zellen den Farbstoff-Jodkomplex zurück und färben blau Zelle dunkelblau/schwarz Gram -: E.coli Murein einschichtig auf Zellwand sind Lipoproteine und Lipopolysaccaride aufgelagert zur Erhaltung der Schicht ist Calcium erforderlich schützt Zellwand, schwerer für Angriff zugänglich zweite Schicht aufgelagert aus Porinen (Proteine) dünne Zellwand, werden von Alkohol vollständig entfärbt Zelle rot/rosa  
• Aufgabe der Membran und der Zellwand Membran reich an Lipiden --> Doppelschicht hier: Proteine eingelagert, dienen der Stoffaufnahme osmotische Schranke (semipermeabel) Zellwand: Stabilität: bewirkt stabile Zellkonformation für Salze und niedermolekulare Substanzen durchlässig  
• Aufbau der Zellwand Peptidoglycan oder Murein Heteropolymer aus Zuckerbausteinen N-Acetyl-Glucosamin und N-Acetyl-Muraminsäure (in alternierender Folge zu Ketten verknüpft) Muraminsäter über Lactylgruppe mit Tetrapeptid verbunden über Diaminosäurem werden verschiedenen Ketten durch Peptidbindungen quervernetzt
• Was entdeckte Fleming? 1922: entdeckte bakterientötendes Enzym (Lysozym), was hydrolytisch Peptidoglycan spaltet 1928: beobachtete, dass Penicillium das Wachstum von Staphylokokken hemmt --> Verbindung: Penicillin
• Wie wirkt Penicillin? nur auf wachsende - nicht ruhende - Bakterien verhindert Quervernetzung durch Transpeptidierung 
• In welche drei wesentlichen Abschnitte kann die Isolierung der chromosomalen DNA aus B.subtilis untergliedert werden? Zellaufschluss: DNA/RNA wird aus den Zellen freigesetzt Reinigung der DNA von den anderen Zellbestandteilen Konzentration der DNA durch Alkohole
• Genaustausch bei Prokaryonten Transformation: Übertragung von Erbmaterial in Form freier DNA Transduktion: Übertragung von DNA durch bakterien-spezifische Viren Konjugation: gerichtete Übertragung von genet. Merkmalen durch direkten Zellkontakt
• Was bedeutet Kompetenz? Besonderer physiologischer Zustand von Empfämgerzellen, um freie DNA-Stücke aufnehmen zu können. im Übergang von expotentieller zum stationären Phase  kann bis zu 4 Stunden erhalten bleiben genetisch determiniert geht mit Synthese einiger besonderer Proteine einher (Kompetenzfaktoren)
• Wie wird die Transformationsfrequenz berechnet? Anzahl der Transformanden / Lebenzellzahl
• Definition: Viren Viren sind nichtzellulär organisierte, sehr kleine Partikel, die Bakterienfilter passieren können und aus DNA oder RNA (einzel-/doppelsträngig) und einer Proteinhülle (Capsid) bestehen. sich nicht selbstständig vermehren (nur in lebenden Zelle)
• Unterschied zwischen virulenten und temperenten Phagen. virulent: im Anschluss an Infektion setzt sofort Phagenvermehrung ein temperent: Phagen-DNA wird in Wirtsgenom integriert
• Wie kann man Phagen nachweisen? für Phagen sensitive Bakterienart wird mit Hilfe eines Phagenlysats infiziert Bakteriensuspesion ohne Phagen: geschlossenen Bakterienrasen mit Phagen: Bakterienrasen mit Plaques (Löchern)
• Welche drei Sorten der "jumping genes" gibt es? Insertions-Sequenzen etwa 800-2000 Basenpaare lang an den Enden kurze gegenläufige Wiederholungen (inverted repeats) Sequenzabschnitte zw. den beiden IR kodiert für ein Protein (Transpoase) Transposons länger als IS-Elemente trägt neben Gene für Transposition noch drei Resistenzgene (gegen Antibiotik) transponierbare Bakteriophagen temperentes Virus erfordert Intergation der Mu-DNA in das E.coli-Genom unter Beteiligung der Transposase
• Eigenschaften von bakteriellen Spore stark dehydratisiert --> hohe Hitzestabilität hohe Lichtbrechung
• Sporenbildung wird Wachstum negativ beeinrächtigt --> vegetative Zelle beginnt Speicherstoffe und Proteine abzubauen synthetisieren Dipicolinsäure verstärkte Aufnahme von Calcium-Ionen mehrschichtige Ummantelung--> erhöhte Thermoresistenz
• Wachstum Zunahme aller chemischen Komponenten der Zelle, die zu einer Vergrößerung und Teilung der Zelle führt.  Bakterielles Wachstum --> Vermehrung der Bakterien
• Nennen sie 4 Angriffsorte antibiotischer Agenzien Zellwandsynthese Cytoplasmamembran Nucleinstoffwechsel verhindert Proteinsynthese durch Bindung an 70S Ribosome
• Nennen Sie Antibiotika-Resistenz-Mechanismen Veränderung der Zellmembran: Aufnahme verhindert/vermindert Synthese von Enzymen, die Antibiotika ab/umbauen Bildung veränderter Enzyme/Ribosomen, die noch stoffwechselaktiv sind, aber vom Antibiotikum nicht mehr beeiflusst werden können aktiver Transport des Antibiotikums aus der Zelle heraus (Efflux) 1 und 3: durch Mutation von chromosomalen Genen 2 und 4: durch Aufnahme plasmidcodierter Resistenzfaktoren
• Nennen Sie Antibiotika-Resistenz-Mechanismen   Veränderung der Zellmembran: Aufnahme verhindert/vermindert Synthese von Enzymen, die Antibiotika ab/umbauen Bildung veränderter Enzyme/Ribosomen, die noch stoffwechselaktiv sind, aber vom Antibiotikum nicht mehr beeiflusst werden können aktiver Transport des Antibiotikums aus der Zelle heraus (Efflux) 1 und 3: durch Mutation von chromosomalen Genen 2 und 4: durch Aufnahme plasmidcodierter Resistenzfaktoren  
• Sterilfiltration Verfahren zu Entkeimung von Flüßgkeiten oder Gasen durch Anwendung bakteriendichter Filter
• Induktion der beta-Galaktosidase in E.coli: Was passiert in Abwesenheit von Laktose? Ø  Repressorprotein bindet an Operator (distaler Abschnitt des lac-Promotors) Ø  Verhindert Transkription des lac-Operons   Ø  Negative Kontrolle
• Induktion der beta-Galaktosidase in E.coli: Anwesenheit von Laktose Ø  Lac-Operon wird induziert Ø  Aus Medium in Zelle transportiert Ø  Durch beta-Galaktosidase zu Allolaktose umglykosyliert Ø  Bindung von Allolaktose (Induktor) an Repressorprotein à Konformationsänderung im Repressor à abdissoziirt vom Operator   Ø  RNA-Polymerase kann jetzt an lac-Promotor binden à lac-Operon wird transkribiert
• Was ist der lac-Promotor?         = regulatorisches genetisches Element, an dem RNA-Polymerase bindet und Transkription der Strukturgene initiiert wird Strukturgen (für beta-Galaktosidase) lacZ liegt (mit lacA und lacY) in einem Operon organisiert auf dem Chromosom von E.coli Unter Kontrolle des lac-Promotors können Strukturgene lacZYA expremiert werden    
• Was verstehen sie unter "Auflösung eines Mikroskops"? Es beschreibt den Abstand, den zwei kreisförmige Strukturen mindestens haben müssen, um noch als getrennte Strukturen wahrgenommen werden zu können.

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