Alt- MAP Fragen Flashcards
Nennen Sie 3 Methoden zur Quantifizierung von Bakterien
Gesamtzellzahl (Zählkammer),
Lebendzellzahl (Ausplattieren von Verdünnungen),
Trübungsmesser (Photomer)
Zeichnen Sie die typische Wachstumskurve einer statischen Bakterienkolonie und erläutern Sie die einzelnen Phasen.
Lag-Phase: Eingewöhnungsphase einer Kultur an ein Medium. Je nach Wachstumsbedingungen ist diese Phase länger oder kürzer.
Exponentielle Phase: Phase der exponentiellen Zellteilung. Zellen am agilsten und zur Untersuchung ihrer Zellbestandteile am geeignetsten. Geschwindigkeit des Wachstums hängt von genetischen Bedingungen des Organismus und von Umwelteinflüssen ab.
Stationäre Phase: Wachstum der Population stagniert aufgrund von fehlenden Nährstoffen oder Anhäufung von Abfallprodukten es Organismus. Zellfunktionen finden weiterhin statt. Möglich, dass einige Zellen weiterwachsen, aber dafür sterben andere ab.
Absterbe Phase: Lyse der Zellen beginnt
Definieren Sie primäre und sekundäre Transportsysteme und nennen Sie je ein Beispiel.
Aktiver Transport: Transport eines Substrates entgegen seines Konzentrationsgradiente unter Energiezuführung.
Primäre Transporter: nutzen chemische oder Lichtenergie direkt für den Transport -> ABC-Transport
Sekundäre Transporter: nutzen einen, von einem Primärtransporter aufgebauten, Gradienten Lactose-Permease bei E.coli
Passiver Transport: Transport eines Substrates entlang seines Konzentrationsgradienten. Energie wird nicht zugeführt.
Unter welchen Bedingungen wir ein Autoklav standardmäßig eingesetzt?
2 bar, 121° Wasserdampftemperatur, 15-20 min Bedampfzeit
Nennen Sie Proteinkomponenten der Atmungskette von E. coli unter sauerstoffgesättigter und Sauerstofflimitierter Umgebung.
Sauerstofflimitiert (-> Citratzyklus/EMP): Hexokinase, Phosphofructokinase, Aldolase, Enolase, Pyruvat-Kinase
Sauerstoffgesättigt (-> oxidative Phospholierung)
Nennen Sie 2 toxische Sauerstoffverbindungen und die Enzyme, die diese unschädlich machen.
2 H2O2: Katalase
H2O2 + NADH + H: Peroxidase
Wasserstoffperoxid H2O2
- Katalase (H2O2 + H2O2 -> 2 H2O + O2)
- Peroxidase (H2O2 + NADH + H+ -> 2 H2O + NAD+)
Superoxid O2
- Superoxiddismutase (O2- + O2- + 2 H+ -> H2O2 + O2)
- Superoxide Reduktase (O2- + 2 H+ + cyt cred -> H2O2 + cyt cox)
Welche sind die wesentlichen Unterschiede in der Photosynthese von Cyanobakterien und Purpurbakterien?
Oxygene Photosynthese: 2 Photosysteme (Z-Schema), Chlorophyll a und b, Synthese von ATP (PSII) und NADPH2 (PSI), Wasserspaltung (Freisetzung von O2) an PSII -> Cyanobakterien
Anoxygene Photosynthese: 1 Photosystem, zyklischer Elektronrntransport, Bacterioclorophyll a und b. externe Energiequellen (Elektronendonoren) (Schwefel, Schwegelwasserstoff, Wasserstoff) -> Purpurbakterien
Definieren Sie den Begriff Chemolithotrophie und geben Sie ein Reaktionsbeispiel.
Form des Stoffwechsels, bei dem anorganische Verbindungen als Elektronendonor verwendet werden.
H2+O2 -> H2O und dabei entsteht ATP
Was ist ein Bakteroid? Warum wird Leghämoglobin gebildet?
Besondere Wuchsform, welche sich von der normalen Form des Bakteriums unterscheidet. Meist in Symbiose lebend (vergrößerte, teilungsunfähige Zellen mit zusätzlichem Zellwandmaterial von der Pflanze)
Leghämoglobin wird von der Pflanze gebildet, bindet O2 und schützt so die Nitrogenase vor Inaktivierung. Da Nitrogenase in Bakteroiden sehr O2 empfindlich ist, würde eine Symbiose sonst nicht funktionieren.
(Da die Nitrogenase in den Bakteroiden sehr O2 emfindlich ist, bindet Leghämoglobin in der Pflante freien O2 und macht somit eine Symbiose möglich.)
Wie unterscheiden sich Gärung und anaerobe Atmung mechanisch?
Gärung: nutzt relativ energiereiche Zwischenprodukte des Glukoseabbaus zur Übernahme von Elektronen und scheidet die Produkte aus.
Anaerobe Atmung: nutzt oxidierte chemische Verbindungen als Endlager für Elektronen in Spezieller Atmungskette.
Was ist der wesentliche Unterschied zwischen der Nitratatmung von E. coli und der Denitrifikation z.B. bei Pseudomonas sturzeri?
Nitratatmung -> Umsetzung von Nitrit zu Ammonium durch Multihelm c- Nitritreduktase
Denitrifikation -> Umsetzung von Nitrit zu elementaren Stickstoff über Nitratreduktase, Stickstoffmonoxid-Reduktase und Distickstoffmonoxid-Reduktase
Welche Endprodukte entstehen bei der heterofermentativen Verwertung von Glucose? Wie viel ATP entsteht Netto?
1 ATP, 1 Lactat, 1 CO2, 1 Ethanol
Welche Zwischenprodukte liefert dabei die Phosphoketolase-Reaktion?
Xylolose-5-Phosphat wird durch Phosphoketolase zu Glycerinaldehyd-3-Phosphat und Acetylphosphat gespalten.
Wie viel ATP entsteht bei der Verwertung von Ribose durch die heterofermentative Gärung? Begründen Sie Ihre Aussage.
Ribose ist ein C5-Zucker und kann deshalb besser von Bacterien verarbeitet werden. Im Endprodukt der heterovermentativen Milchsäuregärung entstehen 2 ATP, 1 Lactat, 1 Acetat.
Die Reduzierung einer Hexose auf eine Pentose erfordert die Abspaltung eines C unter Aufbringung von ATP und Reduktion von NAD. Das Reduktionsäquivalent muss später wieder oxidiert werden und deshalb kann Acetylphosphat nur zu Ethanol reduziert werden. Dieser Schritt entfällt bei Pentosen und daher kann Acetylphosphat durch Phospholierung, von ADP zu ATP, zu Acetat reduziert werden.
Nennen Sie drei Angriffsorte von Antibiotika.
Zellwand, Ribosomen, DNA
Erläutern Sie die Wirkmechanismen von Peniccilin und Lysozym.
Peniccilin blockiert die Zellwandsynthese. Alpha-Lactam-Ring öffnet sich, bindet an Transpeptidase und hemmen deren Aktivität. Querverbindungen des Peptidoglycans sind nun nicht mehr möglich.
Lysozym wird auch als Muramidase bezeichnet und spaltet Beta-1,4-glycosidische Bindungen im Pertidoglycsngerüst der Bakterienwand. Die Lyse der Zelle ist die Folge.
Ordnen Sie die Enzyme Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase, Kohlenmonoxid Degydrogenase und Fumarat-Reduktase den folgenden CO2-Fixierungswegen zu: reduktiver Citratcyclus, Acetyl-CoA-Weg, Calvin-Zyclus
Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase -> reduktiver Citratzyklus
Kohlenmonoxid Dehydrogenase -> Acetyl-CoA-Weg
Fumarat-Reduktase -> Calvin-Zyklus
Welche Vorstufenmoleküle für den Baustoffwechsel werden im Pentosephosphatzyklus gebildet?
Pentosephosphate, Glycerinaldehyd-3-P, Pyruvat, NADPH
Nennen Sie 3 Enzyme, die am Einbau von Ammonium in organischen Zellverbindungen beteiligt sind.
Ammonium-Monooxygenase, Hydroxylamin-Oxidoreduktase, Nitritoxidoreduktase
Nennen Sie 3 verschieden Sterilisationsverfahren und deren Anwendungsbereiche.
Trockene Hitze: Geräte aus Glas, Metall, Keramik, Teflon
Feuchte Hitze: Lösungen, Nährmedien, Gummi, einige Kunststoffe, infektiöses Material
Sterilfiltration: Impfstoffe
Welche Bakterien stehen am Ende beim Abbau von organischem Material im Faulturm und was produzieren sie?
Methanogene Bakterien produzieren Methan und Kohlendioxid
Was ist die Transduktion? Erklären Sie die einzelnen Schritte genau.
Übertragung von DNA von einem Bakterium auf ein anderes oder auf eine eukaryotische Zelle durch Phagen
Ein Phage infiziert eine Bakterienzelle
Die Wirts-DNA wird zerstückelt, DNA und Proteine des Phagen werden hergestellt
Fragmente Bakterieller DNA werden gelegentlich in Phagencapsid eingebaut
Transduzierende Phagen infizieren neue Wirtszelle, wo durch Crossing-Over Rekombination stattfindet
Nennen Sie wichtige Kohlenstoffverbindungen.
Anorganisch: Kohlendioxid, Kohlensäure, Bicarbonationen, Carbonationen
Organisch: Kohlenwasserstoffe (Alkane, Alkine, Alkene) Hydroygruppe (Alkohole) Carbonylgruppe (Aldehyde, Ketone) Carboxylgruppe (Carbonsäure) Aminogruppe (Amine), organische Phosphate
Erklären Sie die Homofermentative Milchsäuregärung.
Laktose wird in die Zelle transportiert und zu dem C6-Zucker Glucose umgewandelt. Glucose wird ATP-abhängig zu Fructose 1,6-bisphosphat umgewandelt.
Aldolase spaltet Fructose 1,6-bisphosphat in die beiden C3-Verbindungen Glycerinaldehy-3-phosphat und Dihydroxiacetonphosphat.
Dihydroxiacetonphosphat wird zu Glycerinaldehy-3-phosphat isometrisiert.
2 Glycerinaldehy-3-phosphat werden durch die Glycerinaldehyd-3-phosohat-Dehydrogenase zu 2 1,3-Bisphosphoglycerat dehydrogeniert. Dabei werden 2 NAD zu 2 NADH reduziert.
Durch Übertragung von 2x2 Phosphatgruppen auf 2x2 ADP entstehen 4 ATP.
Es entstehen 2 Pyrovat, welche durch Oxidation von 2 NADH zu 2 NAD zu 2 Lactat reduziert werden
Lactat kann nun wieder aus der Zelle heraustransportiert werden.
Die Endprodukte der Homofermentativen Milchsäuregärung sind 2 ATP, 2 Lactat
Wie kann man E. coli und Raultella terrigena (Ursprungsfrage war Klebielle terrigena, aber wir haben im Praktikum 2017 mit Raultella gearbeitet) unterscheiden? Erklären Sie die nötigen Tests und nennen Sie die jeweiligen Ergebnisse.
Man kann beide Bakterien anhand des IMViC-Tests unterscheiden.
Im Indol Test reagiert E. coli positiv. In diesem Test wird auf Tryptophanase getestet. Tryptophanase ist ein Enzym, welches Tryptophan in seine Bestandteile zerlegt. Eines davon ist Indol und auf dieses reagiert die zur Zellsuspension hinzugefügte Ehrlichs-Reagenz mit Bildung einer kirschroten Farbe.
Im Methylrot-Test reagiert e. coli positiv. E. coli vollführt unter anaeroben Bedingungen eine gemischte Säuregärung aus Zuckern. Durch die Ansäuerung der Nährlösung unter einen PH-Wert von 4,5 färbt es den zur Zellsuspension hinzugefügten PH-Indikator Methylrot rot.
Im Vosges-Proskauer-Test reagiert Raultella terrigena positiv. Raultella terrigena vollführt unter anaeroben Bedingungen eine 2,3-Butandiol-Gärung. Die Vorstufe des 2,3-Butandiol ist Acetoin. Diese reagiert mit Kreatin aus einem Peptonmedium in stark alkalischer Lösung und ergibt eine Rotfärbung. Verstärkt wird diese Reaktion durch Hinzufügen von Alpha-Naphtol.
Im Citrat-Test reagiert Raultella terrigena positiv. Raultella terrigena ist in der Lage Natriumcitrat als Einzige Energiequelle aus dem Minimalmedium in die Zelle zu schleusen und alkalisiert damit den Citratagar. Der beigemischte PH-Indikator Brothymolblau färbt sich von grün zu blau.
Erläutern Sie detailliert den Aufbau von grampositiven und gramnegativen Bakterien und geben Sie Nachweisreaktionen an.
Gramnegative Bakterien haben eine einschichtige Mureinschicht, welche weniger als 10% der Trockenmasse der Zellhülle ausmacht. Diese befindet sich in periplasmatischem Gel zwischen der Plasmamembran und der äußeren Membran, welche Porine als Poren enthält, durch die der Eintritt wasserlöslicher, niedermolekularer Substanzen erfolgen kann. Es handelt sich um eine asymmetrische Membran. Die innere Hälfte besteht aus Phospholipiden und die äußere aus Lipopolysacchariden.
Die Zelle kann aufgrund des geringen Mureinanteils in der Zellwand den entstehenden Lack aus Kristallviolett und Jod nicht zurückhalten und die Farbe wird bei Waschung mit Alkohol wieder entfernt. Eine Gegenfärbung mit Safranin hat eine Rot-Färbung zur Folge.
Grampositive Bakteien besitzen ein Mureinnetz, welches sich aus 25-40 Schichten zusammensetzt und 30-70% der Trockenmasse der Zelle darstellt. Es schließt direkt außerhalb der Cytoplasmamembran an.
Der hohe Mureinanteil der Zellwand begünstigt das Zurückhalten des Farblackes aus Kristallviolett und Jod. Die Zellen erscheinen Violett.
Bei einem Gram-Schnelltest wird 3%-ige Kalilauge auf die Bakterien gegeben. Gramnegative Bakterien Lysieren aufgrund der dünnen Mureinschicht und geben die DNA frei. Diese bildet beim Herausziehen der Impföse Fäden.
Grampositive Bakterien werden durch die dickere Mureinschicht geschützt und lysieren nicht. Sie ziehen keine Fäden.
Nennen Sie 4 essentielle Komponenten für Biolumineszenz.
LETZTE VON FK
Luciferase mit Flavinmononucleotid, O2, Aldehyd
Nennen Sie 3 Wege für den Abbau von Glukose zu Pyruvat in Prokaryoten und geben Sie die jeweilige ATP-Ausbeute an!
Embden-Meyerhoff-Parnas-Weg (EMP) – 2 ATP
Entner-Doudoroff- (KDPG)-Weg – 1 ATP
Oxidativer Pentose-Phosphat-Weg – 1 ATP
Definieren Sie den Begriff „anaplerotische Reaktion“ und geben Sie 2 Beispiele!
= sind zuliefernde Stoffwechselwege für den Citratzyklus
zB. Synthese von Oxalacetat aus Pyruvat und Kohlenstoffdioxid, katalyisiert durch Pyruvat-Carboxylase
z.B. Glutamat durch oxidative Desaminierung zu alpha-Ketaglutarat
Erklären Sie den Begriff „Glukoneogenese“ und nennen Sie ein Substrat, bei dessen Verwertung E. coli diesen Prozess benötigt!
Neusynthese von Glucose aus organischen Nicht-Kohlenhydratvorstufen
Substrate: Pyruvat, Oxalacetat
Beschreiben Sie ausgehend von Pyruvat die unterschiedlichen Mechanismen der Ethanol-Produktion im Gärungsstoffwechsel von Saccharomyces cerevisae und Escherichia coli!
S. cerevisae bildet unter Decarboxylierung zunächst Acetaldehyd, welches dann zu Ethanol reduziert wird
E. coli bildet mit Hilfe des Enzyms Pyruvat-Formiat-Lyase oder Pyruvat-Ferrodoxin-Oxidoreduktase Acetyl-CoA, wobei je nach Enzym Formiat oder CO2 abgespalten werden; Acetyl-CoA wird dann zu Acetaldehyd reduziert, welches dann ebenfalls zu Ethanol reduziert wird
Erklären Sie, wie das strikt anaerobe Bakterium Propiogenium modestum bei Wachstum auf Succinat ATP bildet!
- Succinat wird aufgenommen und durch Decarboxylierung zu Propionat umgewandelt, welches zusammen mit Na+ aus der Zelle gepumpt wird (Symport) -> Aufbau eines elektrochem. Ionengradienten
- Na+-Gradient (außen viel, innen wenig) treibt die Na-ATP-Synthase an
- ohne Elektronentransport (Unterschied zur Atmung)
- ohne Substratstufenphosphorylierung (Unterschied zu einer echten Gärung)
Nennen Sie 2 Gattungen Endosporen bildender Bakterien und 2 weitere Bakteriengruppen, deren Sporen einen anderen Aufbau und eine andere Funktion besitzen!
Bacillus und Clostridium
Beschreiben Sie sinnvolle Verfahren zur Sterilisation einer großvolumigen NaCl-Lösung, einer kleinvolumigen Lösung eines hitzeempfindlichen Vitamins und von Glaspipetten!
NaCL-Lsg. Nährmedien, Gummi – thermisch durch feuchte Hitze
Kleinvol. Lsg., Impfstoffe – Sterilfiltration
Glaspipetten, Metall, Keramik, Teflon – thermisch durch trockene Hitze
Nennen Sie 2 prokaryotische Prozesse mit globaler Bedeutung, die in Sedimenten unter Sauerstoffausschluss die Mineralisation von Acetat gewährleisten! Bzw. Welche zwei Prozesse gibt es zur Mineralisation von Gärungsendprodukten?
Sulfatreduktion und Methanogense
Definieren Sie den Begriff „rückläufiger Elektronentransport“ und nennen Sie je eine Gruppe von phototrophen und von chemolithoautotrophen Bakterien, deren Wachstum auf CO2 davon abhängig ist!
Elektronenfluss zur Gewinnung von NAD(P)H
Phototrophe: Grüne Nichtschwefelbakterium und Purpurbakterien
Chemolithotrophe: Nitrosobakterien und Nitrobakterien
Erläutern Sie den Begriff „Photosynthetische Antennensysteme“
Antennensysteme = Ansammlung von Membranproteinen, die als Lichtsammelkomplexe dienen und Lichtenergie zu Reaktionszentren leiten
beschreiben Sie den Aufbau dieser Antennen in Cyanobakterien und in Purpurbakterien
Cyanobakterien:
- > Phycobilisomen
- Phycoerythrin- und Phycocyaninstapel, welche 3 Allophycocyanine umgben
Purpurbakterien: light harvesting Komplexe
- LH II und LH 1 leiten Energie zu RC
Erläutern Sie den Begriff „Photosynthetische Antennensysteme“ und beschreiben Sie den Aufbau dieser Antennen in Grünen Bakterien!
–> Chlorosomen
• Intrazelluläre Organellen, eng an der inneren Cytoplasmamembran anliegend (Verbindungsglied: Grundplattenproteine BP)
• Im Inneren Antennenbakteriochlorophyll Bchl in röhrenförmigen Verbänden aufgereiht
• Eingefangene und in elektronische Anregungszustände verwandelte Lichtenergie wird von Bchl an Reaktionszentren RC in Cytoplasmamembran über FMO-Proteine weitergeleitet
Beschreiben Sie das Prinzip der folgenden mikrobiellen Prozesse: Nitrifikation
Nitrifikation = aerobe bakterielle Oxidation von Ammoniak/Ammonium-Ionen zu Nitrat
zwei gekoppelten Teilprozessen:
- Oxidation von Ammoniak zu Nitrit (Nitrosobakterien)
- Oxidation von Nitrit zu Nitrat (Nitratbakterien)
Beschreiben Sie das Prinzip der folgenden mikrobiellen Prozesse: Anammox
Denitrifikation = anaerobe Umwandlung des im Nitrat gebundenen Stickstoffs zu molekularem Stickstoff und Stickoxiden
Beschreiben Sie das Prinzip der folgenden mikrobiellen Prozesse: Denitrifikation
Anammox = anaerobe Ammoniumoxidation durch Planktomyceten = Synproportionierung von Ammonium und Nitrit zu molekularem Stickstoff (in dem großem Organell Anammoxisom)
Beschreiben Sie jeweils einen weit verbreiteten Resistenzmechanismus gegen Penicilline, Tetracykline und Aminoglykoside!
Penicillin (gehören zu beta-Lactam) = Inaktivierung durch Hydrolyse
Tetracykline = Multi-Drug-Resistente-Pumpen (MDR-Pumpen)
Aminoglykoside = Inaktivierung durch Phosphorylierung
Welcher DNA-Abschnitt muss auf einem mobilisierbaren Plasmid zwingend enthalten sein, damit konjugative Übertragung möglich ist?
F-Plamsid der F+-Zelle braucht eine tra-Region, da diese Region den Pilus kodiert
Vergleichen Sie die Energiebilanzen der CO2-Fixierung durch den Calvin-Zyklus, den reduktiver Tricarbonsäure-Zyklus und den Acetyl-Coenzym A-Weg. Warum können die Enzyme der beiden günstigeren Wege nicht universell genutzt werden?
Calvin-Zyklus – 9 ATP
Red. Tricarbonsäure-Zyklus – 5 ATP
Acetyl-CoA-Weg – 4 ATP
je nach Anwesenheit von O2 gehen energetisch günstige Wege nicht!
o Günstigster Weg ist der Acetyl-CoA-Weg, die Acetyl-CoA-Synthase/Decarbonylase ist aber extrem O2-empfindlich
o Red. TCA-Zyklus – kein O2
o Nur Calvin-Zyklus bei O2-Anwesenheit möglich, aber eben der teuerste
Beschreiben Sie den Zellzyklus von Caulobacter!
Dreiphasiger Zellzyklus und asymmetrische Zellteilung
Pro Zyklus entstehen 2 Zelltypen, die sich in Morphologie, Beweglichkeit und der Fähigkeit, einen neuen Zellzyklus einzuleiten, unterscheiden
o Sessile Zelle mit Stiel (stalk) – DNA-Replikation und Zellteilung
o Schwärmerzelle = freischwimmende Tochterzelle mit Flagellum und Pili
• Schwimmt in nährstoffreiche Gefilde und wird dann auch eine sessile Zelle mit Stiel
Nennen Sie 2 Enzyme, die unter Gärungsbedingungen zur Synthese von Acetyl-CoA aus Pyruvat verwendet werden!
Pyruvat-Formiat-Lyase
Pyruvat-Ferrodoxin-Oxidoreduktase
Nennen Sie 3 Mikroorganismen, die unter Gärungsbedingungen aus Glucose Ethanol bilden!
Saccharomyces cerevisiae (Backhefe)
Saccharomyces exiguous
Saccharomyces bayanus
Escherichia coli
Sarcina ventriculi
Zymomonas mobilis
Warum erfolgt die Sulfat-Atmung mit einer ATP-abhängigen Umsetzung von Sulfat zu Adenosinphosphosulfat?
Durch APS an sich kein energetischer Vorteil
Sulfat/Sulfit-Paar kann aber nicht zu einfach zu Sulfat umgewandelt werden. Was durch die Umsetzung von Sulfat zu APS viel einfacher geht
Photosynthetische (a) Pflanzen/ Algen/ Cyanobakterien, (b) Purpurbakterien und (c) grüne Schwefel-Bakterien assimilieren in unterschiedlichen Zonen in geschlossenen Gewässern. Erläutern Sie kurz die Schichtung und die photochemischen Grundlagen bakterieller Chlorophylle und deren Absorptionseigenschaften, die den Gruppen von Organismen die Lichtabsorption ermöglichen.
Schichtung von oben nach unten:
- Algen, Cyanobakterien
- Purpurbakterien
- Grüne Schwefelbakterien
photochem. Grundlagen bakt. Chlorophylle: je nach Resten unterschiedliche Absorption -> Chla absorbiert bei 680 nm, Bchla absorbiert bei 805 und 870 nm -> durch diese Schichtung bekommen alle Bakterien genügend Lichtenergie
Warum wirken beta-Lactam-Antibiotika nur auf wachsende, aber nicht auf ruhende Bakterienzellen?
Wirken nur auf die Neusynthese der Zellwand
Beschreiben Sie kurz 2 außergewöhnliche Eigenschaften von Myxobakterien!
Leben kannibalistisch: Lysieren umgebende Mikroorganismen durch Ausscheidung komplexer Gemische aus Glukanasen, Proteasen, Nukleasen, Lipasen
Bewegung ohne Geißeln:
S-motility: Typ IV-Pili
A-motility: Gleiten an Oberfläche
Was sind die Unterschiede in der Zellhülle von gramnegativen und grampositiven?
- Der Peptidteil variiert zwischen grampositiv und gramnegativ besonders stark z.B. in der Quervernetzung zweier D-Ala-DAP-Stränge
- Gramnegative Zellhüllen bestehen aus einer Cytoplamsamembran, einschichtigen Peptidoglykan, einer äußeren Membran, die asymmetrisch aufgebaut (außen Lipopolysaccharide, Innen Phospholipide) und Braun´sche Lipoproteine, die die äußere Membran mit dem Peptidoglykan verbinden
- Grampositive Zellhüllen bestehen aus mehrschichtigen Peptidoglykan (bis zu 50), L-Lysin und der Cytoplamsamembran
- gramnegative Zellen können aufgrund des geringen Mureinanteils in der Zellwand den entstehenden Lack aus Kristallviolett und Jod nicht zurückhalten und die Farbe wird bei Waschung mit Alkohol wieder entfernt. Eine Gegenfärbung mit Safranin hat eine Rot-Färbung zur Folge.
- Grampositive Zellen: Der hohe Mureinanteil der Zellwand begünstigt das Zurückhalten des Farblackes aus Kristallviolett und Jod. Die Zellen erscheinen Violett.
Wie ist die Zellwand aufgebaut
- Zellwand besteht aus Peptidoglykan
- basische Aminosäuren ermöglichen eine Tail-to-Tail-Verknüpfung der Peptidreste
- Die Zellwand hat eine stabilisierende, schützende und Form gebende Funktion
- Stabilität ist wichtig weil die Zellwand und die Zelle selber den hohen intrazellulären Druck in der Zelle standhalten muss
- Durch die Stabilität gleicht die Zellwand auch die Flexibilität der Phosphodoppellipidschicht aus, weswegen sie die Form der Zelle bestimmt
was macht Lysozym bzw. wo greift es an?
Peptidogylkan besteht aus den zwei Aminozuckern N-Acetylglykosamin und N-Acetylmurameinsäure, die über eine beta-1,4-glykosidische Bindung verknüpft sind
Bei der Bildung dieser Verknüpfung greift Lysozym an und stört diese, was zum Stopp der Zellwandsynthese führt
2 Mechanismen der Regeneration von ATP nennen und kurz beschreiben
Substratkettenphosphorylierung: ein Molekül aktiviert -> ohne Hilfe von ATP bindet ein anorgnisches Phosphat -> Phosphatgruppe wird auf ADP übertragen -> wird zu ATP; Bsp.: Phosphoenolpyruvat + ADP -> Pyruvat + ATP
Elektronentransportkettenphosphorylierung: Elektronencarrier errichten an Membran eine protonenmotorische Kraft (pmf) -> pmf treibt Protonen durch das Enzym ATP-Synthase -> ADP wird phosphoryliert; Bsp: Atmungskette
Nenne 4 Elektronenakzeptoren bei anaerober Respiration (oder 3??)
NADH-Hydrogenase
Cytochrom c
reduzierte Chinone
Experiment beschreiben, um zu zeigen, dass zufällige Mutationen in Bakterien
spontan, auch in Abwesenheit von Selektionsmechanismen geschehen.
• Es wurden E.Coli und Bakteriophagen von E.Coli benutzt
• E.Coli kann durch Mutation resistent gegenüber Phagen werden
• Vorgehensweise:
- 3 unterschiedliche Ansätze mit E.Coli Kolonien
- Bakterien wachsen, aber werden erst ab 3. Generation der Selektion (Phagen) ausgesetzt
• zwei unterschiedliche Hypothese untersucht
- Adaptive Immunitätshypthese (auf Selektion folgt Mutation)
o am Ende von allen drei Ansätzen ähnlich viele Kolonien/ Bakterien vorhanden
- random Mutationshypothese (zufällige Mutationen -> Mutation schon vor Selektion)
o Mutationen passieren zufällig irgendwann während des Wachstums
-> hohe Varianz der Endkolonien zwischen allen drei Ansätzen
-> es gibt eine „Jackpot“-Kolonie = frühe Mutation, alle weiteren Generationen haben auch diese Mutation -> viele Bakterien
• Ergebnis des Experiments: Hohe Varianz -> Random Mutationshypothese bestätigt
3 typische Virulenzfaktoren pathogener Bakterien nennen und in welcher Phase der Wirtsbesiedelung sie wichtig sind.
Flagellen -> erfoderlich für Bewegung zum Wirkort
Exotine -> schädigen Wirtszelle
Eisentransportsysteme/ Siderophore -> Eisenknappheit im Organismus -> ohne eine Vielzahl solcher Systeme ist Wachstum von Pathogenen im Organismus nicht möglich
Physiologische Rolle von Heterocysten in filamentösen Cyanobakterien nennen.
Heterocysten = differenzierte Zellen in filamentösen Cyanobakterien, in denen PS II abgebaut, kaum O2 produziert und Nitrogenase synthetisiert wird
Stickstofffixierung: Verwertung von organischen Verbindungen (gebildet von benachbarten vegetative Zellen)
Fixierter Stickstoff wird als Glutamin zu vegetativen Zellen transportiert
Räuberische Mechanismen von Myococcus und Bdellovibrio erklären.
• Leben kannibalistisch (viele), bilden unter Nährstoffmangel Fruchtkörper
• Lysieren umgebende MOs durch Ausscheidung komplexer Gemische aus Glukanasen, Proteasen, Nukleasen, Lipasen,…
• Outer-Membran Vesikel für den Enzym-Cocktail
o Zielzellen: Grampositive und Gramnegative Bakterien
• Bewegung ohne Geißeln
o S-Mobilität: Typ IV-Pili
o A-Mobilität: Gleiten an Oberfläche
• Bdellovibrio-Spezies sind räuberische Bakterien, die sich im Periplasma gramnegativer Bakterien vermehren und diese anschließend lysieren
In einem Satz COMAMMOX erklären.
Comammox (seit Ende 2015 bekannt) = Umsatz von Ammonium zu Nitrat innerhalb eines einzigen Organismus (im Gegensatz zu der Zweistufigkeit)
3 Resistenzmechanismen gegen beta-Lactam-Antibiotika nennen
Inaktivierung durch Hydrolyse
Biofilmbildung
Multi-Antibiotika-Resistenz-Pumpen
Targetsite-Mutation
Drei Prozesse bei Prokaryoten nennen, die über protonenmotorische Kraft angetrieben werden.
Sekundärer Transport
Flagellenbewegung
ATP-Synthase
Stoffwechselendprodukte von a) EMP-Weg, b) KDPG-Weg und c) Phosphoketolaseweg benennen.
EMP-> 2 Pyruvat, 2 ATP, 2 NADH+ H+
KDPG-Weg -> 2 Pyruvat, 1 ATP, 2 NADH + H+
Pentose-Phoasphat-Weg -> 1 Pyruvat, 1 ATP, 6 NADPH, 1 NADH, 3 CO2
Beschreiben Sie Heterocysten-Eigenschaften im Gegensatz zu denen anderer Zellen der Cyanobakterien. Welchen Stoffwechselprozess betreiben Heterocysten?
Stoffwechselprozess: Stickstofffixierung
Eigenschaften: Nitrogenase wird synthetitisert, es wird kaum O2 produziert, PS II wird abgebaut
Wirkungsorte folgender Antibiotika benennen: i) Ampicillin ii) Fluorchinolone iii) Vancomycin und iv) Streptomycin v) Fluoroquinolone
Ampicillin -> Zellwandsynthese
Fluorchinolone -> DNA-Gyrase
Vancomycin -> Zellwandsynthese, bindet am terminalen Ende von D-Ala-D-Ala Pentapeptid
Streptomycin -> Proteinsynthese
Fluoroquinolone -> DNA-Gyrase
Unterschied zwischen Penicillin und Vancomycin?
Penicillin= beta-Lactam-Antibiotikum -> Imitator von D-Ala-D-Ala und binden so an Transpeptidasen
Vancomycin= Glykopeptid-Antibiotikum -> binden am terminalen Ende von D-Ala-D-Ala
Biotechnologische Nutzbarkeit und ökologische Probleme des Metallsulfit-oxidierenden Prokaryoten
Nutzbarkeit -> Erzlaugung (Kupfergewinnung, Abbau von Pyrit)
Probleme -> Versauerung der Umgebung
Das RC I reduziert direkt NADP+, beim RC II geht das nicht-Erkläre diesen Befund
RC II braucht zur Reduktion von NADP+ einen rüchläufigen Elektronenfluss, weil das Redoxpotential des Chinon-Elektronenaktzepors für eine direkte Reduktion nicht negativ genug ist
Erklären Sie den Aufbau und Funktion von Bakteriorhodopsin der Haloarcheen
• Bakteriorhodopsin = Protonen pumpendes Chromoprotein mit lichtempfindlichen Cofaktor Retinal
o Nach Beleuchtung wird Cofaktor aktiviert und erzeugt ein Signal -> Isomerisierung des Retinals (all-trans -> 13 cis = Konformationsänderung)
o Durch Konfirmationsänderung erfolgt Transport von H+ aus der Zelle, was einen elektrochemischen Gradienten erzeugt
o Gradient ist Energiequelle für Transportvorgänge und ATP-Synthese -> Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie
Beschreiben Sie Eigenschaften folgender Bakterien in einem Stichwort: a)Agrobacterium tumefaciens b) Caulobacter crescentus c) Bdellovibrio spec. d) Bradyrhizobium japonicum e) Erwinia amylovora
a) Agrobacterium tumefaciens -> verursachen Wurzelhalztumore
b) Caulobacter crescentus -> asymmetrische Zellteilung und dreiphasiger Zellzyklus
c) Bdellovibrio spec. -> sind räuberische Bakterien, die sich im Periplama gramnegativer Bakterien vermehren und diese anschließend lysieren
d) Bradyrhizobium japonicum -> geht mit Pflanzen Wurzelknöllchensymbiose ein
e) Erwinia amylovora -> bewirkt Feuerbrand von Kernobstgewächsen
Was versteht man unter „molekularem Thermometer“? Ein Beispiel nennen.
=nehmen Hitzeschock war z.B. die sekundäre Struktur der rpoH- mRNA
Beschreiben Sie Eigenschaften folgender Bakterien:
a) Agrobacterium tumefaciens
b) Caulobacter crescentus (Bdellovibrio)
c) Myxococcus xanthus
a) A. tumefaciens
- Bilden Wurzelhalstumore
- Infektion an der Verletzungstelle des Sprosses
- Besitzen Tumorinduzierenden Plasmidabschnitt, der an die Pfalnze übertragen wird
b) C. crescentus: Spezies sind räuberische Bakterien, die sich im Periplasma gramnegativer Bakterien vermehren und diese anschließend lysieren, asymmetrische Zellteilung, dreiphasiger Zellzyklus
c) M. xanthus: leben kannibalistisch und bilden unter Nährstoffmangel Fruchtkörper aus, Bewegung ohne Geißeln sondern mit Typ-IV-Pili bzw. A-Mobilität
Nennen Sie den wichtigsten Signaltransduktionsweg in Prokaryoten
a) Nennen Sie die 2 Proteinkomponenten
b) Wie funktioniert dieser Mechanismus?
c) Nennen Sie ein Beispiel für einen Prozess, der durch diesen Mechanismus reguliert wird
- > 2-Komponentensystem (TCS)
a) Nennen Sie die 2 Proteinkomponenten -> His-Sensor-Kinasen, Response-Regulatoren
b) Wie funktioniert dieser Mechanismus? -> SK nehmen Sginal wahr und leiten diesen an RR weiter, bei diesem Prozess wird das regulierende Protein phosphoryliert
c) Nennen Sie ein Beispiel für einen Prozess, der durch diesen Mechanismus reguliert wird -> Chemotaxis
Vertreter welcher Bakterienkategorie sind die wichtigsten Naturstoffbildner (Thema: Antibiotika)?
Streptomyceten und Actinomyceten -> bilden 60% der Antibiotika-Produzenten
intrinsischer Weg von gramnegativen Bakterien für Resistenzen gegen Antibiotika
äußere Membran = Barriere für amphipathische Verbindungen
MDR-Pumpen (Multi-Drug-Resistenz-Pumpen) extrudieren alle Verbindungen, die durch die äußere Membran gelangen
Innere Membran schränkt das Eindringen hydrophiler Substanzen ein
bei einem bestimmten Umweltstress nehmen Bakterien ein bestimmtes Kation auf,
welches? Ablauf der Stressantwort erklären und Beispiel für ein Osmoprotectans
–> Bakterielle Adaptation zu hoher Osmolarität
o Die hyperosmotische Stressantwort hat verschiedene Phasen
1. Einstrom von K+-Ionen
2. Synthese von Konter-Anionen (z.B. Glutamate)
3. Austausch von K+ gegen kompatible gelöste Substanzen
o Kompatible gelöste Substanzen = Osmoschutzmittel, welche aufgenommen oder synthetisiert werden können
o Transporter oder synthetische Enzyme werden bei Osmoveränderung induziert
