Mikrobiologie (Fach) / Bak. Aufbau/Wachstum (Lektion)

Aufbau & Struktur der Prokaryoten. Wachstum. Metabolismus. Replikation. etc.

Diese Lektion wurde von violetta91 erstellt.

Lektion lernen

Diese Lektion ist leider nicht zum lernen freigegeben.

zurück  |  weiter 1 / 4

• Def. Mikrobiologie Mikrobiologie ist die Lehre von den MikrobenZu den Mikroben gehören Prokaryoten und Eukaryoten: Prokaryoten: Bakterien (Bacteria = Eubakterien) und Archaea (= Archaebakterien)Eukaryoten: einzellige Algen, Hefen, Pilze, Protozoen
• Formen der Bakterien KokkenStäbchenVibrionenSpirillenSpirochaeten
• Vorkommen MO Mikroorganismen sind überall massiv vertreten:1 g Boden bis zu 10^9 Bakterienzellen( = 40 kg/ha)und 10-100 m Pilzmycel( = 400 kg/ha)Sie nutzen alle ökologischen Nischen (mit zeitweise flüssigemWasser) und besiedeln auch extremste Standorte, wie z.B.die Tiefsee, Meereis, Wüsten und Vulkane.
• Einfluss auf die Biologie und die gesamte Geosphäre der Mikroben: • Verantwortlich für Stoffkreisläufe, "Recycling" der Elemente(z.B. Stickstofffixierung, Celluloseabbau, Methanbildung etc.)• Wechselwirkung mit Tieren, Pflanzen und anderen Mikroben(von Symbiose bis Pathogenität (Killer)• Ursprung der Mitochondrien und Chloroplasten• Wichtige "Nutztiere" der Biotechnologie
• Spurenelemente Sie sind Bestandteil im Enzymsystem der Zelle Cobalt, Mangan, Kupfer, Zink, Molybdän, Chrom, Nickel, Vanadium, Bor, Selen, Silicium, Wolfram, Chlor, Jod
• Aufbau Bakterium DNARibosomZellwandZellmembranCytoplasmaGranulumPlasmidKapselPilimFlagella
• Bakterienchromosom Die gesamte genetische Information einer Bakterienzelle ist auf einem einzigen Faden gespeichert, welcher Bakterienchromosom genannt wird.Das Bakterienchromosom liegt ringförmig vor und beträgt eine Längevon 0,25-3mm.
• Pilum Manche Bakterien haben auf ihrer Oberfläche eine Großzahl dünner,langer Fäden, welche als Pili bezeichnet werden. Diese Pili haben unterschiedliche Aufgaben. Zum Bsp. dienen sie zur Anheftung oder auch dem horizontalen Gentransfer und werden dann F-Pili (F=fertil, fruchtbar) genannt.
• Cytoplasmamembran An der Cytoplasmamembran läuft die Energiegewinnung der Bakterien ab, welche bei den eukaryotischen Zellen in den Membranen der Mitochondrien und Chloroplasten geschieht. 6-8 nm dick und umhüllt das Cytoplasmahauptsächlich aus Lipiden (ca. 40%) und Proteinen (ca. 60%)fließende Struktur (Proteine können sich meist in ihr wandern)äusseren Kopfenden sind hydrophil & inneren Enden (Fettsäuregruppen) sind hydrophobSemipermeabilität für H2OPermeabilität für lipophile und amphiphile SubstanzenUnpermeabilität für polare Substanzen
• Zellwand Die Zellwand ist ein wichtiger Faktor zur Gliederung der Bakterien.Sie ist bei Gram-positiven Bakterien anders als bei Gram-negativenBakterien.
• Ribosom Die Ribosomen sind die Orte der bakteriellen Proteinbiosynthese undliegen im Cytoplasma. Sie unterscheiden sich von den eukaryotischenRibosomen in ihrer Svedberg-Größe. Die bakteriellen Ribosomen ha-ben 70 Svedberg-Einheiten, wohingegen die eukaryotischen Riboso-men bei 80 Svedberg-Einheiten liegen. Eine bakterielle Zelle enthältca. 5000-50000 Ribosomen.
• Reservestoffe Bakterien können Stoffe, wie Polysaccharide, Fette, Polyphosphateund Schwefel in inerter Form speichern.
• Bakeriengeißel/ Flagella Durch Rotation der Geißeln können sich Bakterien bewegen. Die Gei-ßeln sind helical gewunden und können unterschiedlich angeordnetsein. Sie sind aus dem Protein Flagellin aufgebaut und bestehen ausGeißelfilament, Haken nahe der Zelloberfläche und dem Basalkörper.
• Phospholipide der Zellmembran Die häufigsten in einer Zellmembran auftretendenPhospholipide sind Phosphatidylcholine (auch Lecithine),Phosphatidylethanolamine und Phosphatidylserine
• Unterschied Zytoplasmamembran bei Bacteria und der ursprünglichen Archea Bacteria: Esterbindung zwischen Glyzerin & Fettsäuren (Fettsäuren als Seitenketten)Archea: Etherbindung zwischen Glyzerin & Seitenketten (sich wiederholende Einheiten des Isoprens) Glyzerindeether und Glyzerintetraether als wichtigste Lipide
• Proteine der Membran Proteine der Membran können peripher (aufsitzend) oder integral (sie ganz oder teilweise durchdringend) sein, ausserdem können sich meist frei in der Cytoplasmamembran bewegen (Bsp. Permeasen, Biosynthese-Proteine, Proteine der Sekretionssysteme, Sensorproteine (auch Signalproteine) und Enzyme der Atmungskette)
• Funktion der C.Membran Grenze zwischen Zellinnerem und –Äußerem Hauptort für die Energiespeicherung kann durch Trennung von Wasserstoff-Ionen (H+) und Hydroxyl-Ionen (OH-) energetisch geladen vorkommen - transportiert die Protonen während der Zellatmung nach außen, die negativ geladenen Hydroxyl-Ionen bleiben innen = Protonenmotorische Kraft Permeabilitätsbarriere Sitz vieler Proteine - für Transport und bioenergetischen Vorgängen Sie verleiht der Zelle Festigkeit: Die Cytoplasmamembran kann allein dem osmotischen Druck nicht standhalten (der Zellinnendruck kann sehr hohe Werte erreichen, beispielsweise 0,15 mPa bei E.Coli, bei Bacillus subtilis 2,4 mPa).Die starre Zellwand kann dem Zellinnendruck (Tugor) standhalten und eine Lyse der Zelle verhindern.  Schutz vor Phagozytose
• Transportproteine einfache Transporter = Uniporter, Symporter, Antiporter Gruppentranslokation/ PTS (Phosphotransferase-System) ABC-System (ATP-Bindungscasette)
• Einfache Transporter - Symporter, Antiporter Symporter transportieren eine Substanz zusammen mit einer anderen (meist H+) durch die Membran.Antiporter dagegen transportieren eine Substanz in die eine und eine andere Substanz in die entgegengesetzte Richtung durch die Membran.Uniporter, die nur ein Molekül in eine Richtung durch die Membran transportieren.  Ein Beispiel für einen einfachen Transporter wäre die sog. Lac-Permease von E. coli, die als Symporter funktioniert.
• Gruppentranslokation / PTS = Phosphotransferase-Systerme Transport mit Phosphorylierung des Substrates (Phosphat Übertragung aus PEP)Bei der Gruppentranslokation findet eine chemische Veränderung der transportierten Verbindung statt. Die dafür benötigte Energie wird über Phosphoenylpyruvat gewonnen. So werden beim Phosphotransferasesystem von E. coli verschiedene Zucker wie Glucose oder Mannose während der Aufnahme phosphoryliert.
• ABC-System (ATP-Bindungscasette) schließt periplasmatische, integrale und ATP hydrolisierende Proteine ein. Die periplasmatischen Proteine können Substrate von besonders geringer Konzentration aufnehmen, die dann in die Zelle transportiert werden. Die dafür benötigte Energie kommt vom ATP.
• Aufbau Murein besteht aus dem Peptidoglykan Murein Es ist ein makromolekulares Heteropolymer In der Mureinketten wechseln sich alternierend N-Acetylglucosamin und N-Acetyl-Muraminsäure ab Sie sind ß-1,4-glycosidisch miteinander verknüpft. Die Ketten sind gerade und unverzweigt. An die Lactylgruppe der Muraminsäure sind 4 Aminosäuren peptidisch gebunden (L-Alanin, D-Glutaminsäure, meso-Diaminopimelinsäure/L-Lysin und D-Alanin). Die Mureinkette ist über die Oligopepidkette mit der Oligopeptidkette der nächsten Mureinkette verbunden. Die Mureinketten bilden einen Mureinsacculus (ein sackförmiges Riesenmolekül), der bei den verschiedenen Bakterien unterschiedlich ausgebildet ist.
• Zellwand Gram-positiver Bak. bis zu 40 Mureinlagen Mureinschicht bis zu 10mal dicker als bei Gram-negativen Bakterien. Mureinnetz ist zu 30-70% an der Trockenmasse der Zellwand beteiligt. Die Oligopeptide der Mureinketten sind durch zusätzliche Peptidbrücken (artspezifisch) miteinander verbunden.  In der Peptidoglykanschicht sind noch Teichonsäuren enthalten (=Ketten von 8-50 Glycerin- und Ribitmolekülen, über Phosphatbrücken miteinander verestert). Sie können in der Zellmembran verankert sein und über die Zellwand hinausragen. Meist befindet sich über der Zellwand noch S-Layer.
• Zellwand Gram-positiver Bak. bis zu 40 Mureinlagen Mureinschicht bis zu 10mal dicker als bei Gram-negativen Bakterien. Mureinnetz ist zu 30-70% an der Trockenmasse der Zellwand beteiligt. Die Oligopeptide der Mureinketten sind durch zusätzliche Peptidbrücken (artspezifisch) miteinander verbunden.  In der Peptidoglykanschicht sind noch Teichonsäuren enthalten (=Ketten von 8-50 Glycerin- und Ribitmolekülen, über Phosphatbrücken miteinander verestert). Sie können in der Zellmembran verankert sein und über die Zellwand hinausragen. Meist befindet sich über der Zellwand noch S-Layer.
• Zellwand Gram-negativer Bak. dünnen Mureinschicht und ist zu weniger als 10% (bei E.Coli) an der Trockenmasse der Zelle beteiligt. Zwischen den Oligopeptiden gibt es keine Interpeptidbrücken wie bei den Gram-positiven Bakterien.  Über der Zellwand liegt noch eine zusätzliche Membran als äußere Begrenzung der Zelle, die aus Lipoproteinen und Lipopolysacchariden besteht. Zwischen der inneren und äußeren Membran ist die Mureinschicht in den periplasmatischen Raum eingelagert. Über Porine können kleine wasserlösliche Moleküle in den periplasmatischen Raum gelangen.
• Zellwand von Archaebakterien Bis auf Thermoplasma besitzen alle Archaea eine Zellwand. Methanbildende Archaebakterien besitzen kein Murein, sondern Pseudomurein, bei dem N-Acetyltalosaminsäure (statt N-Acetylmuraminsäure) und N-Acetylglucosamin ß-1,3-glycosidisch verknüpft sind. Die Quervernetzung enthält keine D-Aminosäuren. Andere Archaebakterien besitzen Zellwände aus Polysacchariden, Glycoproteinen oder nur aus Proteinen. Häufig kommen S-Layer vor. Vertreter der Gattung Thermoplasma sind von einer dreischichtigen Membran aus Etherlipiden begrenzt.
• Def. Antibiotika „Antibiotika sind natürliche, von Mikroorganismen synthetisierte Stoffwechselprodukte mit einem niedrigen Molekulargewicht, die in niedriger Konzentration das Wachstum von anderen Mikroorganismen hemmen (bakterio-/fungistatisch) oder diese abtöten (bakterizid/fungizid).“ Antibiotika sind sogenannte Sekundärmetaboliten, d.h. eine Art Nebenprodukt der Stoffwechselwege der Organismen, die jedoch für diese nicht überlebenswichtig sind.
• Äussere Membran der Gram-negativen Bak. Aufbau weicht sehr von dem der inneren ab. asymmetrisch; das heißt, die innere Schicht der Membran besteht im Wesentlichen aus Phospholipiden, die äußere aber aus Lipopolysacchariden (im Folgenden „LPS“) innere Phospholipidschicht wie Cytoplasmamembran kanalbildenden Proteine = Porine. transport für kleine, wasserlösliche Moleküle, in den enzymreichen periplasmatischen Raum, der sich zwischen dem Murein und den Memranen befindet - Dort können zB eingedrungene Antibiotika unschädlich gemacht werden. Durchmesser Porinkanals ca 1nm. Braunsche Lipoprotein - verbindet Murein und äußere Membran, indem es den C-Terminus des Lipoproteins (Lysin) mit der Carboxylgruppe jeder zwölften Diaminopimelinsäure des Mureins verbindet. Der N-Terminus (S-Glycerylcystein) wird über Esterbindungen an zwei Fettsäuren gebunden und über Amidbindung an eine weitere Fettsäure. Somit ist der Fettsäureteil des Lipoproteins Bestandteil der inneren Seite der äußeren Membran. Bei kapselbildenden Bakterien ist außerdem das Exopolysaccharid mit seinen Fettsäuren in der äußeren Membran verankert.
• Äussere Membran Gram (-) Bereiche der LPS (Lipopolysaccharide) 1. ein Lipoid A mit bis zu sechs Fettsäuren, die durch Ester- oder Amidbindungen mit einem Disaccharid, bestehend aus zwei ß-1,6-glykosidisch verknüpften Glucosaminresten, verbunden sind. Hierbei dienen die Fettsäuren der Verankerung in der Membran. Das Lipoid ersetzt das nicht vorhandene Phospholipid des äußeren Membranteils. 2. die Core-Zone, welche aus einem Oligosaccharid aus hauptsächlich Heptosen besteht. Ein weiterer, typischer Baustein ist hierbei die 2-Keto-3-desoxyoctonsäure „KDO“, welche mit dem Lipoid verbunden ist. 3. das stammspezifische O-Antigen, eine Kette aus identischen Tetra-, Penta- oder Hexasacchariden, welche sich bis zu 30 mal wiederholen können.
• Lipopolysaccharide LPS wirken hauptsächlich als Antigen Freigesetze LPS können als Pathogenitätsfaktoren wirken (Endotoxine), wobei das Lipoid für die Toxizität verantwortlich ist Durch Variation der LPS können Bakterien den Antikörpern des Wirtes entgehenwirken bzw. sie an einer schnellen Erkennung hindern Da LPS (genauer das O-Antigen) stammspezifisch sind, werden sie zur Bestimmung des Bakterienstammes herangezogen LPS sind stark hydrophil. Ihre Wasserhülle formt auf einer Agarplatte den Eindruck einer glatten Kolonie (sog. „S-Form“ für „smooth“). Ist das LPS nicht mehr intakt, bilden sich raue Kolonien (sog. „R-Formen“ „für rough“), welche meist nicht mehr pathogen sind.
• Stäbchen/Bazillen - meistens beweglich- grampositiv- faktultativ anaerobes Wachstum- Bildung von Endosporen- auch pathogene Arten vertreten (Bsp.: Bacillus anthracis)
• Kokken/Mikrokokken - rund bis leicht länglich geformt- grampositiv (demnach alle Kokkenarten)- unbeweglich- aerob- auf der Haut von Mensch und Tier- Bsp.: Mikrococcus luteus
• Kokken/Mikrokokken - rund bis leicht länglich geformt- grampositiv (demnach alle Kokkenarten)- unbeweglich- aerob- auf der Haut von Mensch und Tier- Bsp.: Mikrococcus luteus
• Kokken in Ketten/Diplokokken - paarweise oder in kettenförmig gelagerte Kokken- anaerob- Bsp.: Streptococcus pneumoniae
• Kokken in Paketen/Sarcinen - unbeweglich- aerobes Wachstum bei pH ~ 2- Sedimentwachstum in Flüssigkultur- Wachstum in Gegenwart von Kohlenhydraten- rasch absterbende Kultur (1 -2 Tage)
• Kokken in Trauben/Staphylokokken - unbeweglich- nicht sporenbildend- fakultativ anaerob- Bsp.: Staphylococcus aureus
• Spirillen -starr, wendelig-relativ groß (Länge 14-60µm, ∅1,4-1,7µm)-begeißelt-gramnegativ-aerob-empfindlich gegenüber Wasserstoffperoxid
• Vibrionen -gebogene Stäbchen-gramnegativ-fakultativ anaerob-Sporen werden nicht gebildet-meist gegeißelt-leben meist im Süß- und Meerwasser
• Spirochaeten -schraubenförmig, sich aktiv bewegend-im Gegensatz zu Spirillen, flexibler Körper-besitzen Endoflagellen-gramnegativ-leben in schwefelwasserstoffreichen Abfällen, Schlamms Abwässern-keine Krankheitserreger bekannt
• Mycelbildung / Streptomyceten -Mycel (fasrige, verzweigte Zellanordnung)-grampositiv-kommen hauptsächlich im Boden vor
• Gestielte Bakterien / Planctomyces -runf bis oval-in Meer- und Süßwasser-sprossende Bakterien bilden z.T. auch Stiele auch-einzige freilebende Bakterien, die kein Peptidoglycan besitzen, sondern proteinreichen S-Layer-Planctomyces brasiliensis
• Fruchtkärperbildung / Myxococcus -gramnegativ-bilden Fruchtkörper, welchen Sporen enthält-leben im Boden-bleiben jahrelang keimfähig durch "Rippling"
• Unregelmäßige Formen / Thermoplasmen -in Wasser unregelmäßige Formen, bei Raumtemp. kugelförmig-keine Zellwand, sondern Plasmamembran aus Lipiden-leben in heißen Umgebungen (55-60°C)
• Enzyme Reaktionen, die grundsätzlich thermodynamisch möglich sind, müssen eine Energiebarriere überwinden - Enzyme setzen diese Aktivierungsenergie herab. Sie beschleunigen Reaktionen, ändern aber nichts anden thermodynamischen Rahmenbedingungen biochemischer Katalysator Enzym nimmt an der biochemischen Reaktion teil, geht mit den umzusetzenden Stoffen sogar eine vorübergehende Verbindung (den Enzym-Substrat-Komplex) ein, wird aber durch die Reaktion nicht verändert
• Agar ein Polysaccharid aus Rotalgen bestehend aus D-Galactoseund L-3,6- Anhydrogalactose, war im 19. JH ein beliebtesGeliermittel, insbesondere in tropischen Ländern.Vorteil fest und nicht hydrolysierbar  Agar-Agar (1,5 % - Lösung)  Polysaccharid aus Rotalgen  Schmelzen: 95 – 100°C  Festwerden: 35 – 45°C  Sterilisation: bis 135°C bei 20 min  Eigenschaften: Wird von den meisten Mikroorganismen nicht verwertet  Bleibt bei den üblichen Bebrütungstemperaturen fest  Anwendungen Verfestigung von Nährböden  Elektrophorese  Diffusionstechnik
• Komplexe Nährlösungen Komplexe, natürliche Substrate:Inhalte nicht chemisch bestimmt,z.B.: Malzextrakt, Peptonwasser, Casein
• Synthetische Nährlösung Synthetische, definierte Nährlösungen: Inhalte chemisch definiert und gereinigt
• Kombinierte Nährlösungen aus chemisch reinen Substanzen mit natürlichen Zusätzen wie Milch oder Fruchtsäfte
• Selektivmedium Wachstum von Mikroorganismen mit bestimmten Eigenschaften(Zugabe von: Antibiotika, Fuchsin) ist durch seine Zusammensetzung nur für das Wachstum ganz bestimmter Mikroorganismen (Bakterien, Pilze) oder Zellen geeignet
• Differentialmedium Wachstum mehrerer Organismenz.B. zur Feststellung hämolysefähiger Stämme mit Blutagar odermit Fuchsin, antiseptisch auf grampositive Bakterien ermöglicht, zwei oder mehrere Mikroorganismen durch bestimmte Parameter voneinander zu unterscheiden

zurück  |  weiter 1 / 4