Mikrobiologie zum 21. (Fach) / Kapitel 1 (Lektion)

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• Leben: Funktion • Ein lebendes System funktioniert nurals abgegrenztes System• Es muss ständig Energie von außenaufgenommen werden• Die Energie wird aufgewendet, um• die innere Ordnung zuerhöhen,• dabei aber außen Unordnungzu erzeugen,• damit in der Summe innenplus außen die Entropie steigt• Notwendigkeit von Zellen• Entropie: Möglichst viele Teilchenmöglichst frei für Translation undRotation in allen drei Raumachsen• Ordnung: Wenige, in der Bewegungeingeschränkte Teilchen.• MAKROMOLEKÜLE!• Leben bedeutet die Synthesevon Makromolekülen in Zellen! Energieaufnahme und- Transport:Abgrenzung innen/außen-> semipermeabel• Leben kann nicht gasförmig sein(keine stabile Abgrenzung)• Leben kann nicht „fest“ sein(keine Makromoleküle, zulangsam)-> Leben muss „flüssig“ sein-> Abgrenzung erfordert einpolares Lösungsmittel
• Definitionen Feuchtmasse: Masse eines Lebewesens mit allem gebundenemWasser: Nativ oder nach Abzentrifugation Trockenmasse: Masse eines Lebewesens nach vollständigerTrocknung. Etwa 30% bis 20% der Feuchtmasse (25 % im Mittel) -> Zusammensetzung dieser Trockenmasse (i) nach der Art derElemente und (ii) nach der Art der Makromoleküle.
• Elemente in Lebewesen: Aufnahme - Spurenelemente: Als Ionen (Ausnahme: Siderophore), z. B. Zn2+- metallische Makrobioelemente: Als Ionen K+, Mg2+, Ca2+, Na+- Phosphor und Schwefel: Meist als Phosphate und Sulfate- Stickstoff: organisch, Nitrat, Ammoniak, molekularer Stickstoff- Wasser für Sauerstoff und Wasserstoff- Kohlenstoff: organisch (heterotroph) oder als CO2 (autotroph)- [fakultativ autotroph, mixotroph] - Autotrophie: CO2 + 2 H2D + Energie -----> <CH2O> + H2O + 2 D
• Makromoleküle in Lebewesen 1. Proteine: ca. 50% TM• aus 20 häufigen und einigen seltenenAminosäuren wie Se-Cys• 3d-Katalyse -> Enzyme• Transport durch Abgrenzung• Strukturfunktionen• Regulations-Funktionen• Summe: momentanes Proteom• Synthese am Ribosom: Translation• Kodierung durch mRNA 2. Nukleinsäuren • ca. 20% TM: 16 % RNA (Bugs: 20%), 4 % DNA.• aus vier häufigen Basen A, T/U, G, C und einigen seltenen Basen• aus Ribose/dRibose und Phosphat• Synthese RNA an DNA (Transkription: Transkriptom)• Synthese DNA and DNA: Replikation.Mol 3. Zucker ZuckerKohlenhydrate 20% TM• Zellwand: Stabilität• Glycogen: Speicher• Idealform von <CH2O> 4. Lipide LipideFette etwa 10% TM• Abgrenzung: Phospholipide• Speicher: PHB• Stark reduziert
• Leben: Energie • Aufbau von Makromolekülen endergon• Daher Kopplung an exergone Reaktionnotwendig: Energie-Einheit 50 kJ/mol (ATP)• Möglichkeit 1: Licht: 200 nm - 2 μm- E = h ν: -600 bis -60 kJ/Einstein- C-C: 607 kJ/mol; H-O: 427.5 kJ/mol- Organismus phototroph• Möglichkeit 2: exergone chemische Reaktion- direkt chemisch:ΔG < - 50 kJ/mol.- ΔG = - n F ΔE, Redox, ΔG < - 20 kJ/mol- ΔE > 200 mV- Organismus chemotroph • kurzfristig: proton motive force (pmf) und andereGradienten: etwa 200 mV = - 20 kJ/mol Ladung: ΔμH+ =ΔΨ + Z Δ pH(Z, 60 mV@ 30°C)= Batterie/Kondensator über Cytoplasma-Membran• mittelfristig: ATP und andere NTPs: -50 kJ/molHydrolyse-Energie• langfristig: Speicherstoffe wie Lipide (Fette, PHB),Kohlenhydrate (Stärke) oder Polyphosphat
• autotrophe Organismen: Produzenten CO2 + 2 H2D + Energie -----> <CH2O> + H2O + 2 D Energie = Licht: Organismus photo-autotrophEnergie = exerg. chem. Reaktion: Organismus chemo-autotrophH2D anorganisch: Organismus litho-autotrophH2D organisch: Organismus organo-autotrophKombinationen: photo-litho-autotroph, photo-organo-autotroph,chemo-litho-autotroph, chemo-organo-autotroph.-> Übergänge zur mixotrophen Lebensweise!Beispiele: photolithoautrotroph: Pflanzen mit Licht und Wasserchemolithoautrotroph: Aerobe Knallgasbakterien
• heterotrophe Organismen: Destruenten <CH2O> + H2O + 2 A -----> CO2 + H2A + Energie Meist: chemo-organo-heterotroph, selten photo/chemo-mixotrophAber: Was ist der Akzeptor der Redox-Kraft?• Akzeptor exogen, kommt von außerhalb: Atmung• Akzeptor endogen; unvollständiger Abbau organischer Substanzendurch ihre Nutzung als internen Akzeptor: GärungBeispiele:• Veratmung von Glukose mit Sauerstoff, Nitrat, Sulfat, Fumarat...• Vergärung von Glukose zu Milchsäure, Buttersäure,... 4 Lebenswelten Skript lernen!!!

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