am Flashcards
Peptidoglykan:
a) Wann wird es im Zellzyklus gebildet?
laut ChatGPT:
In der Regel wird Peptidoglykansynthese während der __________phase der B________ durchgeführt, wenn sie sich aktiv _______ und ihre Z________ erweitern müssen, um mit dem _____________ Schritt zu halten. Es ist auch während der Zellt_______, insbesondere während der Zellw___________ und der Zyto_______, wichtig
laut Folie:
vor der Zell_________
laut ChatGPT:
In der Regel wird Peptidoglykansynthese während der Wachstumsphase der Bakterien durchgeführt, wenn sie sich aktiv teilen und ihre Zellwand erweitern müssen, um mit dem Zellwachstum Schritt zu halten. Es ist auch während der Zellteilung, insbesondere während der Zellwandbildung und der Zytokinese, wichtig
laut Folie:
vor der Zellteilung
Peptidoglykan:
b) Was ist dessen (chemischer) Aufbau und Funktion?
PG besteht aus einem linearen/verzweigten G_______-Backbone (N-Acetyl_________ (___ ___), N-Acetyl___________ (___ ___)) und P_______.
Die Glykanketten setzten sich aus alternierenden β-_,_-glykosidisch verknüpften ___ _ __ (N-Acetylg_________) und ___ _ __ (N-Acetylm____________) Resten zusammen.
Die Glykanketten tragen außerdem zusätzlich Peptidketten
_-A_______,
_-G____________,
_-L_____/ _-O______/ - _ _,
_-A_____)
→ __saccharid-_____petide (in Biosynthese entstehen daraus __saccharid-______peptide).
Über die Peptide erfolgt dann ein Zusammenbinden der Glykanketten, im Englischen bezeichnet auch als “c______-l______”
→ diese Struktur sorgt für bessere/schlimmere Stabilität?
Ist die Art dieser Bindung allgemein oder unterschiedlich?
Funktion:
_____bestandteil von B________, verantwortlich für die ______ der Zellwand, S___heit
Aufbau:
PG besteht aus einem linearen Glykan-Backbone (N-Acetylglucosamin, N-Acetylmuramic acid) und Peptiden.
Die Glykanketten setzten sich aus alternierenden β-1,4-glykosidisch verknüpften GlcNAc (N-Acetylglucosamin) und MurNAc (N-Acetylmuraminsäure) Resten zusammen.
Die Glykanketten tragen außerdem zusätzlich Peptidketten (L-Alanin, D-Glutaminsäure, L-Lysin/ L-Ornithin/ m-DAP, D-Alanin)
→ Disaccharid-Pentapetide (in Biosynthese entstehen daraus Disaccharid-Tetrapeptide).
Über die Peptide erfolgt dann eine Quervernetzung der Glykanketten (cross-linking)
→ Stabilität.
Die Art der Quervernetzung ist unterschiedlich.
Funktion:
Zellbestandteil von Bakterien, verantwortlich für die Stärke der Zellwand, Starrheit
Peptidoglykan:
c) Beschreiben Sie die Biosynthese des Peptidoglykan im Detail:
Die Biosynthese des Peptidoglykan kann in wieviele Abschnitte eingeteilt werden?
- ___ _ __-_____peptid-Synthese
- Verknüpfung des ___ _ __- ____peptids mit ___ _ __
- Einbau in das _ _-Gerüst und Knüpfung der ______bindung
- MurNAc-Pentapeptid-Synthese:
Wo findet die Synthese in der Zelle statt?
Der Ausgangspunkt ist N-A____g_____amin-1-_.
Es findet eine ______tische Bildung eines Lactyl______ statt.
→ wieviele Aminosäuren werden angehängt?
→ wachsendes Molekül ist an _ _ _ als T___er gebunden
→ Blockierung A: wenn keine __a____säure zur Verfügung steht (konkretes Aminosäurebeispiel: L_____)
→ Blockierung B: wenn die R___________ung von _-Ala zu _-Ala und ____ische Verknüpfung durch C____serin (O________) gehemmt wird
- Verknüpfung des Muraminsäure-Pentapetids mit GlcNAc:
→ _ _ _ wird gegen B_____prenol ausgetauscht. Und _ _ -_-______peptid reagiert mit _ _ _-___NAc.
→ F________ des Zellwand________ mittels welchem Typ von Proteinen? - Einbau in das Peptidoglykangerüst und Knüpfung der Peptidbindung:
→ ____vernetzung durch _____peptidierung
• Spaltung der Bindung zwischen _-A_____resten
• Verknüpfung der frei gewordenen C_______gruppe mit der A_____gruppe welcher konkreten Aminosäure? (oder mit _ _ _ des _. Oligopeptids)
→ endständiges -A______ wird immer freigesetzt!
→ beim Einbau wird auch B__________yl- _ frei
Die Biosynthese des Peptidoglykan kann in 3 Abschnitte eingeteilt werden:
- MurNAc-Pentapeptid-Synthese
- Verknüpfung des MurNAc- Pentapeptids mit GlcNAc
- Einbau in das PG-Gerüst und Knüpfung der Peptidbindung
- MurNAc-Pentapeptid-Synthese:
Die Synthese findet im Cytoplasma statt. Der Ausgangspunkt ist N-Acetylglucosamin-1-P.
Es findet eine enzymatische Bildung eines Lactylethers statt.
→ Anhängen von fünf Aminosäuren
→ wachsendes Molekül ist an UDP als Träger gebunden
→ Blockierung A, wenn keine Diaminosäure zur Verfügung steht (Lysin)
→ Blockierung B, wenn die Racemisierung von L-Ala zu D-Ala und peptische Verknüpfung durch Cycloserin (Oxamycin) gehemmt wird
- Verknüpfung des Muraminsäure-Pentapetids mit GlcNAc:
UDP wird gegen Bactoprenol
ausgetauscht. Und PP-M-Pentapeptid reagiert mit UDP-GlcNAc.
→ Flipping des Zellwandbausteins mittels Transmembranproteinen
- Einbau in das Peptidoglykangerüst und Knüpfung der Peptidbindung:
→ Quervernetzung durch Transpeptidierung
• Spaltung der Bindung zwischen D-Alanylresten
• Verknüpfung der frei gewordenen Carboxylgruppe mit der Aminogruppe des Lysins
oder mit DAP des zweiten Oligopeptids
→ endständiges D-Alanin wird immer freigesetzt!
→ beim Einbau wird auch Bactoprenyl-PP frei
Peptidoglykan:
d) Welche Antibiotika und Enzyme greifen es an?
• R_________-_NA
• P__________ ist ein Antibiotikum, das die Quervernetzung durch T______________ verhindert
• M_______ase
• M___e___p_______sen
• L______ym
• Ribosomale- RNA
• Penicillin ist ein Antibiotikum, das die Quervernetzung durch Transpeptidierung verhindert
• Muramidase
• Muroendopeptidasen
• Lysozym
Peptidoglykan:
e) Welche Angriffspunkte und Effekte haben sie auf eine Bakterienzelle?
Z___________, Proteinbio_________, N______________-Synthese
Zellwand, Proteinbiosynthese, Nukleinsäure Synthese
Batch Kultur:
a) Definieren Sie den Begriff:
Bakterien wachsen in einer Zellkultur nur so lange, bis ein _______ ins ___________ gerät
→ handelt es sich um ein unendliches oder begrenztes Wachstum? => Welche 2 Tätigkeiten macht man nicht, damit es diesen Typ vom Wachstum erreicht?
→ Wachstum im vorgegebenen Lebensraum: wie anders kann man noch eine batch-Kultur bezeichnen? (batch-Kultur verhält sich ähnlich wie welcher Organismus? Im welchen Bezug steht dazu der genetische Wachstum)
→ Batch-Kultur ist ein offenes/geschlossenes System und durchlebt verschieden Phasen:
• ______phase (_ _ )
• _______________ Phase ( _ _)
• ____________ Phase
• __________phase
→ zu jedem Zeitpunkt herrschen andere K________bedingungen
→ welcher Prozess ist in statischer Kultur kaum möglich?
Bakterien wachsen in einer Zellkultur nur so lange, bis ein Faktor ins Minimum gerät
→ begrenztes Wachstum
Wenn nun keine Nährstoffe hinzu- oder Stoffwechselprodukte abgeführt werden
→ Wachstum im vorgegebenen Lebensraum: statische Kultur oder batch-Kultur (batch-Kultur verhält sich wie ein vielzelliger Organismus mit einem begrenzten genetischen Wachstum)
→ Batch-Kultur ist ein geschlossenes System und durchlebt verschieden Phasen:
Anlaufphase (lag), logarithmische Phase (log), stationäre Phase, Absterbephase
→ zu jedem Zeitpunkt herrschen andere Kulturbedingungen
→ Automatisierung in statischer Kultur kaum möglich
Batch Kultur:
Beschreiben Sie die Wachstumsphasen (und die Durchführung):
b.1) Anlaufphase (lag-Phase)
Anlaufphase (lag-Phase):
• Zeitintervall zwischen __________ und _________ der maximalen ________rate
• Dauer abhängig von: Vor______, Alter des I___________ (I_______), Eignung des N___________
• Impfmaterials aus a____ V_________ (in welcher der Wachstumsphasen wird diese eingesetzt?)
→ Zellen müssen sich erst durch _ _ _-, R________- und E_____synthese auf die neuen ___________________ einstellen
• Unterscheidet sich welchen 2 Quellen im Nährmedium von der der Vorkultur, damit die Adaption an die neuen Bedingungen mit der Synthese von welchen organischen Makromolekülen verbunden wird? Durch was wird dies induziert?
• Es kommt zur Veränderung der qualitativen/quantitativen Zusammensetzung der Bakterien______?
(v.a. Gehalt an _ _ _; steigt _–__-mal)
Anlaufphase (lag-Phase):
• Zeitintervall zwischen Impfung und Erreichen der maximalen Teilungsrate
• Dauer abhängig von: Vorkultur, Alter des Impfmaterials (Inokulum), Eignung des Nährmediums
• Impfmaterials aus alter Vorkultur (stationäre Wachstumsphase)
→ Zellen müssen sich erst durch RNA-, Ribosomen- und Enzymsynthese auf die neuen Wachstumsbedingungen einstellen
• Unterscheidet sich die Energie- und Kohlenstoffquelle im Nährmedium von der der Vorkultur
→ Adaption an die neuen Bedingungen sind häufig mit Neusynthese von Enzymen (Substrat induziert) verbunden
• Veränderung der quantitativen Zusammensetzung der Bakterienzelle
(v.a. Gehalt an RNA; steigt 8–12-mal)
Batch Kultur:
Beschreiben Sie die Wachstumsphasen (und die Durchführung):
b.2) Exponentielle (logarithmische) Phase
Exponentielle (logarithmische) Phase:
• Phase konstanter/dynamischer maximaler/minimaler G__________zeit
• Generationszeit während der log-Phase ist bei jeder Bakterienart eine gleiche/spezifische, milieu-un/abhängige Größe?
• log-Phase ist am besten geeignet für Bestimmung von was?
• Z___________und P____________ der Zelle sind während der log-Phase konstant/veränderlich
(Kultur besteht aus ____________zellen → exponentiell wachsende Zellen sind in der
Regel am nicht/gesündesten)
• Geschwindigkeit des exponentiellen Wachstums hängt von den U________- bzw. K____________bedingungen ab (T___________, Zusammensetzung des K____________, S__________________)
• wachsen prokaryotische oder eukaryotische MOs generell schneller?
Exponentielle (logarithmische) Phase:
• Phase konstanter minimaler Generationszeit
• Generationszeit während der log-Phase ist bei jeder Bakterienart eine spezifische, milieu-abhängige Größe
• log-Phase ist am besten geeignet für Bestimmung der Wachstumsrate
• Zellgröße und Proteingehalt der Zelle sind während der log-Phase konstant
(Kultur besteht aus Standardzellen → exponentiell wachsende Zellen sind in der
Regel am gesündesten)
• Geschwindigkeit des exponentiellen Wachstums hängt von den Umwelt- bzw. Kultivierungsbedingungen ab (Temperatur, Zusammensetzung des Kulturmediums, Sauerstoffversorgung)
• Prokaryotische MOs wachsen generell schneller als eukaryotische
Batch Kultur:
Beschreiben Sie die Wachstumsphasen (und die Durchführung):
b.3) Stationäre Phase
Stationäre Phase
• Wenn Zellen nicht mehr wachsen können (konstante Zell____): K____________Wachstum
→ Zellen ______en in demselben Ausmaß ab wie ____e gebildet werden
• Wachstumsrate ist abhängig von der S________konzentration
→ bei abnehmender Substratkonzentration kommt es zur Reduktion oder Expansion von der Wachstumsrate? → dies zeichnet den Übergang von exponentieller Phase in welche weitere Phase?
• Einleitung der stationären Phase: ____ Populationsdichte (__10 Zellen/ml), niedriger Sauerstoff___________, Ansammlung von toxischen Stoffwechselprodukten)
• Nur sehr ______________ Zellen sterben ab
• In stationärer Phase erreichte Bakterienmasse: E_______oder A_________
• Bei vielen mikrobiellen Prozessen findet hier die eigentliche __________phase für ____________metaboliten statt
(z.B.: zum Beispiel welches Antibiotikum?)
Stationäre Phase
• Wenn Zellen nicht mehr wachsen können (konstante Zellzahl): Kryptisches Wachstum
→ Zellen sterben in demselben Ausmaß ab wie neue gebildet werden
• Wachstumsrate ist abhängig von der Substratkonzentration
→ bei abnehmender Substratkonzentration Reduktion von Wachstumsrate
→ Übergang von exponentieller Phase in stationäre Phase
• Einleitung der stationären Phase: hohe Populationsdichte (1010 Zellen/ml), niedriger Sauerstoffpartialdruck, Ansammlung von toxischen Stoffwechselprodukten)
• Nur sehr empfindliche Zellen sterben ab
• In stationärer Phase erreichte Bakterienmasse: Ertrag oder Ausbeute
• Bei vielen mikrobiellen Prozessen findet hier die eigentliche Produktionsphase für Sekundärmetaboliten statt
(z.B.: Penicillin)
Batch Kultur:
Beschreiben Sie die Wachstumsphasen (und die Durchführung):
b.4) Absterbephase
Absterbephase
• Absterbephase und Ursache für das Absterben von Bakterienzellen in n___________Nährmedien noch wenig untersucht
• Oft Zell-_____
• Absterbephase verläuft konstant/exponentiell (Geschwindigkeit des Z_____________ist meist schneller/langsamer als das exponentielle W__________)
Absterbephase
• Absterbephase und Ursache für das Absterben von Bakterienzellen in normalen Nährmedien noch wenig untersucht
• Oft Zell-Lyse
• Absterbephase verläuft exponentiell (Geschwindigkeit des Zelltodes ist meist langsamer als das exponentielle Wachstum)
Batch Kultur:
d) Was sind die Wachstumsparameter und Berechnungsgrundlagen?
• Ertragskoeffizient X:
Differenz zwischen der a_____________ Bakterienmasse und der m____________ Bakterienmasse
• Verhältnis des E________ zum S______________ S = Ertragskoeffizient Y
• Exponentielle Wachstumsrate μ (Maß für die G_______________ des Zellwachstums in der lag/exponentiellen/stationären/Absterbe- Phase); errechnet aus den Bakteriendichten __ und __
• V_____________zeit
• Anlaufzeit __
• Ertragskoeffizient X:
Differenz zwischen der anfänglichen Bakterienmasse und der maximalen Bakterienmasse
• Verhältnis des Ertrags zum Substratverbrauch S = Ertragskoeffizient Y
• Exponentielle Wachstumsrate μ (Maß für die Geschwindigkeit des Zellwachstums in der exponentiellen Phase); errechnet aus den Bakteriendichten t0 und t1
• Verdopplungszeit
• Anlaufzeit Tl
Batch Kultur:
e) Was bedeutet der Begriff Diauxie?
• _________________ Wachstum
• Wenn in einer Nährlösung ein _________ aus Nährstoffen vorhanden ist und die zur S________v_________ notwendigen Enzyme von den Bakterien induziert werden müssen
→ Beispiel: Gemisch aus G______ und L______
- E.Coli nutzt zuerst _________
- __________ induziert die zu ihrer Verwertung notwendigen Enzyme und unterdrückt dabei die S_________ der Enzyme zur _________ Verwertung
- Diese werden erst nach dem __________ von _________ induziert
• Zweiphasiges Wachstum
• Wenn in einer Nährlösung ein Gemisch aus Nährstoffen vorhanden ist und die zur Substratverwertung notwendigen Enzyme von den Bakterien induziert werden müssen
→ Beispiel: Gemisch aus Glucose und Lactose
- E.Coli nutzt zuerst Glukose
- Glukose induziert die zu ihrer Verwertung notwendigen Enzyme und unterdrückt dabei die Synthese der Enzyme zur Laktose Verwertung
- Diese werden erst nach dem Verbrauch von Glukose induziert
Mikrobielles Wachstum und Kultivierung:
a) Aus welchen Makromolekülen besteht eine Zelle (mit %- Angaben) (1 Punkt)
• DNA .%
• Lipopolysaccharide .%
• Polysaccharide .%
• Lipide .%
• RNA __._%
• Protein __%
• DNA 3.1%
• Lipopolysaccharide 3.4%
• Polysaccharide 5.0%
• Lipide 9.1%
• RNA 20.5%
• Protein 55%
Mikrobielles Wachstum und Kultivierung:
b) Was sind Makronährstoffe, Mikronährstoffe und Wachstumsfaktoren?
Nennen Sie die entsprechenden Komponenten.
(Allgemeines)
Das Wachstum von MOs ist an welche anorganische Substanz gebunden? Als Nährstoffe dienen im Wasser gelöste S___________, aus denen die MOs was aufbauen können und was gewinnen sie daraus?
Die Anforderungen für die Zusammensetzung der Nährlösung und sonstigen Milieubedingungen sind vorwiegend gleich/oft sehr unterschiedlich.
Minimale Forderungen: Vorhandensein aller Elemente, die am Aufbau der Z______________ beteiligt sind, in v_____________ Form.
Allgemeines:
Das Wachstum von MOs ist an Wasser gebunden. Als Nährstoffe dienen im Wasser gelöste Substanzen, aus denen die MOs ihre Zellwand aufbauen und Energie gewinnen.
Die Anforderungen für die Zusammensetzung der Nährlösung und sonstigen Milieubedingungen sind oft sehr unterschiedlich.
Minimale Forderungen: Vorhandensein aller Elemente, die am Aufbau der Zellsubstanz beteiligt sind, in verwertbarer Form.
Mikrobielles Wachstum und Kultivierung:
b) Was sind Makronährstoffe, Mikronährstoffe und Wachstumsfaktoren?
Nennen Sie die entsprechenden Komponenten.
(Makronährstoffe: Kohlenstoff C)
• Kohlenstoffquelle für chemoorganotrophe Prokaryonten (z.B.: A______säuren, F____säuren, _______ische Säuren, Z______, a___________ Verbindungen, S______________en)
• Ca. __% C-Gehalt bei Zelle (auf T_______________basis)
• C ist am häufigsten vorkommendes Element bei _________molekülen
(Makronährstoffe)
Kohlenstoff (C)
• Kohlenstoffquelle für chemoorganotrophe Prokaryonten (z.B.: Aminosäuren, Fettsäuren, organische Säuren, Zucker, aromatische Verbindungen, Stickstoffbasen)
• Ca. 50% C-Gehalt bei Zelle (auf Trockengewichtsbasis)
• C ist am häufigsten vorkommendes Element bei Makromolekülen
Mikrobielles Wachstum und Kultivierung:
b) Was sind Makronährstoffe, Mikronährstoffe und Wachstumsfaktoren?
Nennen Sie die entsprechenden Komponenten.
(Makronährstoffe: Stickstoff (N))
• ________häufigstes Element bei Bakterien
• Ca. __% der Trockensubstanz
• Wichtiges Element für P______, N_______säuren und andere diverse Zellbestandteile
• Kommt es in der Natur organisch oder anorganisch vor?
→ anorganische Form: ___, ___, __
→ viele Bakterien können ___ und ____ verwerten
→ N2-Verwertung nur durch __-fixierende B________
(Makronährstoffe)
Stickstoff (N)
• Zweithäufigstes Element bei Bakterien
• Ca. 12% der Trockensubstanz
• Wichtiges Element für Proteine, Nukleinsäuren und andere diverse Zellbestandteile
• Kommt in der Natur sowohl organisch als auch anorganisch vor
→ anorganische Form: NH3, NO3–, N2
→ viele Bakterien können NH3 und NO3– verwerten
→ N2-Verwertung nur durch N2-fixierende Bakterien
Mikrobielles Wachstum und Kultivierung:
b) Was sind Makronährstoffe, Mikronährstoffe und Wachstumsfaktoren?
Nennen Sie die entsprechenden Komponenten.
(Makronährstoffe: Phosphor (P))
• In der Natur vorwiegend als o_________ oder a________ Phosphor
• Vorwiegend zur Synthese von N_____________ und P_____________
(Makronährstoffe)
Phosphor (P)
• In der Natur vorwiegend als organische oder anorganisches Phosphor
• Vorwiegend zur Synthese von Nukleinsäuren und Phospholipiden
Mikrobielles Wachstum und Kultivierung:
b) Was sind Makronährstoffe, Mikronährstoffe und Wachstumsfaktoren?
Nennen Sie die entsprechenden Komponenten.
(Makronährstoffe: Schwefel (S))
• Strukturelle Rolle in den Aminosäuren C_______ und M________
• In Vitaminen: B______, C_______ _, T_______, L_________
• Unterliegt in der Natur oft Umwandlungsreaktionen → die meisten durchgeführt von?
• Steht MOs in verschiedenen Formen zur Verfügung: Größtenteils aus an/organischen Quellen wie S____ und S____
(Makronährstoffe)
Schwefel (S)
• Strukturelle Rolle in den Aminosäuren Cystein und Methionin
• In Vitaminen: Biotin, Coenzym A, Thiamin, Liponsäure
• Unterliegt in der Natur oft Umwandlungsreaktionenà die meisten durchgeführt von MOs
• Steht MOs in verschiedenen Formen zur Verfügung: Größtenteils aus anorganischen Quellen wie Sulfat und Sulfid
Mikrobielles Wachstum und Kultivierung:
b) Was sind Makronährstoffe, Mikronährstoffe und Wachstumsfaktoren?
Nennen Sie die entsprechenden Komponenten.
(Makronährstoffe: Kalium (K))
• Von welchen Organismen benötigt?
• Viele _________ benötigen es
(z.B.: für P__________________)
(Makronährstoffe)
Kalium (K)
• Von allen Organismen benötigt
• Viele Enzyme benötigen es
(z.B.: für Proteinbiosynthese)
