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Mikrobiologie 1 (Fach) / 1.Vorlesung Fetzner (Lektion)
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- Mikroorganismen als Schädlinge -Infektionen, Toxine -> pathogene Mikroorganismen -Verderb von Lebenmitteln -Korrosion von Materialien -Freisetzung von Treibhausgasen -> CO2,CH4, N2O
- Mikroorganismen als Nützlinge -Lebensmittelmikrobiologie -> Konservierung und Veredelung von Lebensmitteln -Biotechnologie -> Stoffproduktion (z.B. Antibotika, Humaninsulin, Citronensäure) -> Erzeugung von Energie (z.B. Methan, Wasserstoff, Ethanol) -> Biokonversion (Umwandlung) nachwachsender Rohstoffe -Geochemische Kreisläufe, Umweltmikrobiologie -> Abbau von Schadstoffen -Methodenentwicklung (mit Modelorganismen) -Quelle für Gene -Untersuchung und Veränderung von Genen höherer Organismen
- Leistungspotentiale der Mikroorganismen -hohe Stoffwechselaktivität -> hohe Umsatzraten + geringe Verdopplungszeiten -große Stoffwechseldiversität -> einzigartige Synthese- und Abbauleistung -hohe Stoffwechselflexibilität -> komplexe Regulation -Toleranz extremer Bedingungen -> Extremophile -große Zellzahl pro Volumen -> große Populationen auf kleinstem Raum
- Längenmaß der Mikrobiologie Mikrometer 10-6
- Unterschiede zwischen Eukaryonten und Prokaryonten: Chromosomen Lokalisation: Zellkern/frei im Cytoplasma Anzahl der Chromosomen: viele, mehr als 4/meist 1 + Plasmid Struktur der Chromosomen: linear, um Histone gewunden (Nucleosom)/meist ringförmig,stark überspiralisiert (Nucleoid) Größe des Genoms: Zahl*106/ Millionen Genstruktur: Exons und Introns/ Introns selten Organisation von Genen: i.d.R. keine Operons/Operons DNA-abh. RNA-Polymerase: 5(Pol. 1bis5) komplex/Bacteria eine; Archeae komplex Organell: Mitochondrien,Plastiden/fehlen Cytoskelett: Tubulin,Aktin/FtsZ (Tubulinähn.),MreB (Aktinähn.) Größe der Ribosome: 80S (40S+60S) in den Organellen 70S (30S+50S) / 70S (30S+50S) Zellwand: Pflanzen:Cellulose mit Hemicellulosen,Pektinen;Lignin; Tiere: ohne; Pilze: Chitin / Bacteria: Murein,selten ohne; Archaea: Pseudomurein,Polysaccharide, (Glyco)proteine, ohne Cytoplasmamembran: Phospholipide, Steroide / Bacteria: Phospolipide,Hopanoide; Archaea: Alkylglycerinether
- Cytoplasmamembran bei Eubakterien Phospholipid-Doppelschicht: 2Fettsäuren+Glycerin+Phosphat+Ethanolamin Verbindung relativ pH-labil
- Cytoplasmamembran von Archaea (normale Bedingungen) Dialkylether / Tetraalkylether Etherverbindungen aus 2Alkoholresten Glycerin+2Alkylalkohol (verzweigte Seitenketten möglich) -> sehr steif, beeinflusst chemische Eigenschaften der Membran inerter als Membran der Bakterien relativ pH und thermo stabil
- Cytoplasmamembran von Archaea (schwierige Bedingungen) Diglycerintetraether -> kovalente einschichtige Membran (sehr stabil) -> undurchlässig für Protonen -> optimiert für hohe Temperaturen Cyclopentanringe versteifen Membran noch mehr
- Membranverstärkung Eukaryonten vs. Bakterien Bakterien: Hopanoid Eukaryonten: Sterol (auch Cholesterin)
- Funktion der Cytoplasmamembran: -Permeabilitätsbarriere für chemische Verbindungen und Protonen (verhindert unkontrolliertes ein- und ausdringen) -Proteinanker für Transportprotein und Proteine der Atmungskette -Energiespeicher -> Protonenpotential -> Energiekonservierung durch Atmungskettenphosphorylierung
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- Osmotrophe Ernährungsweise von Prokaryonten KEINE Endocytose und Exocytose möglich !! -nur gelöste Verbindungen können aufgenommen werden -> keine Patikel -Enzyme werden nach außen transportiert um Stoffe zu zersetzen und aufzunehmen Problem: Diffusionsverlust der Enzyme Lösung: Coenzymen helfen Enzymen zurück zu finden; Biofilme verhindern Diffusionsverluste Transportsystem und Diffusion
- Verhältnis Oberfläche zu Volumen Prokaryonten: relativ große Oberflächen durch geringe Zelldimensionen -> kleine Größe führt zu mehr Oberfläche im Verhältnis zum Volumen Die Oberfläche ist der kritische Faktor bei Tranportprozessen -> Vorteil Bakterien
- Stoffe, die durch Membranen diffundieren: Gase, Wasser, unpolare/ wenig polare/ lipophile Verbindung, Benzol und Aromaten, kurzkettinge Alkohole, protonierte Säure KEINE Diffusion: -geladene Verbindungen und große polare Verbindungen
- Aufgaben von Transportsystemen in Zellmembranen 1. Aufnahme von Nährstoffen ins Cytoplasma 2. Exkretion von Stoffwechsel-Endprodukten und toxischen Verbindungen 3. Aufnahme und Efflux von Ionen 4. Sekretion von Proteinen (Exoenzymen !), komplexen Kohlenhydrate 5. Abgabe/Aufnahme von Signalmolekülen 6. Antibotika-/Toxinproduzenten: Sekretion dieser Sekundärmetabolite 7. Transfer von Nukleinsäuren (horizontaler Gentransfer)
- Gram-negative Bakterien (Zellwandeigenschaften) Leben bei 0,2-0,5 MPa; 1-2 schichtige Zellwand aus Lipopolysaccharide, äußerste Membren
- Gram-positive Bakterien (Zellwandeigenschaften) Leben bei einem Druck von 2-2,5 MPa; bis zu 25 schichtige Mureinzellwand mit Teichonsäure und Teichuronsäure
- Archaea (Zellwandeigenschaften) Zellwand aus Pseudomurein, Polysaccharide und Proteine, S-Schicht als Hüllstruktur auf der Zellwand (parakristallin, Proteine, Glykoproteine)