Biotechnologie der Mikroorganismen Flashcards
1
Q
Worauf beruht der “Erfolg” der Mikroorganismen?
A
- Prinzip der Kleinheit
- geringe Abmessungen
- stoffwechselphysiologische Flexibilität
- großer Stoffumsatz
- universelle Verbreitung
- extrem große spezifische Oberfläche
- exponentielles Wachstum
=> enorme Möglichkeiten zur Adaption und Evolution
2
Q
Mikroorganismen in Lebensmitteln
A
- Exopolysaccharid
- Biofilmbildung -> Entfernung von Schwermetallen aus Umwelt
- Verdickung- und Geliermittel
- Schutzfunktion
3
Q
Mikroorganismen in Biotechnologie
A
- mikrobielle Fermentation
- Virusimpfstoffe
- Säugetierproteine (Insulinproduktion)
- Genregulation und Gentherapie
4
Q
Virusimpfstoffe
A
Substanz mit der Immunität gegen infektiöses Argenz injiziert werden kann
- Erbgut mit Bauplan für Protein, welches als Antigen eine Immunreaktion gegen Virus auslöst
- DNA-Stück in Plasmid (DNA-Ring) der Bäckerhefe einfügen
- Hefezellen übernehmen Produktion des Proteins (= Antigen)
- Reinigung und Verabreichung des Antigens als Impfstoff
5
Q
Säugetierprotein Produktion Vor- und Nachteile
A
Vorteile:
- bekannte “molekular tools” für genetische Manipulation
- annotierte Genome und Stoffwechselwege (alle bekannt)
- hohe Zelldichte-Kultivierungskapazität und Wachstumsrate
- hohe Ausbeute an rekombinanten Proteinen (bis zu 80% des Trockengewichts)
Nachteile:
-keine PTM
6
Q
Mikroorganismen in Energie und Umwelt
A
- Umweltbiotechnologie: Abbau von Polymeren, Reinigung von Abwasser/Abluft/Altlasen, Kompostierung, Kohle- und Erdölschwefelung -> Abbau von Stickstoff-Verb.
- Biobrennstoffe
- Biomining- Biooxidation/Biolaugung: Bakterien bauen Metall biologisch ab
7
Q
Mikroorganismen in Landwirtschaft
A
- Kohlenstoffkreislauf
- Stickstoffkreislauf:
1. Niederschlag -> Nitrat -> Aufnahme durch Pflanzen, die von Tieren gegessen werden
2. N2—- Leguminosen ——> Wurzeln
3. organische Reste von Tieren (R-NH2)
4. Mineralisierung -> Ammonium (NH4+) -> Nitrifikation -> Nitrit (NO2)
5. Nitrifikation von Nitrit zu Nitrat
6. Denitrifikation von Nitrat (NO3) zu Verlusten in Gasform (N2, NOx)
7. Ammonium von 4. zu NH3 und an Erdoberfläche oder Mizellenbildung zu Tonmaterialien
8. Auch: Auswaschung von Nitrit und Nitrat
8
Q
Mikroorganismen im Abbau von polyzyklischen aromatischen Kohlenstoffen
A
- Abbau durch Bakterien (Pseudomonas), Pilzen und Algen
- initiale Dioxygenase und Bildung eines cis-Dihydrodiols aus PAK
- Dehydrierung zum Dihydroxyderivat
- extradiole Ringspaltung
- Abspaltung von Pyruvat (Eliminierung des ersten Ringrestes)
- Abbau weiterer Ringgerüste
- Catechol — Catechol-Dioxygenase —-> Ringspaltung (ortho oder meta) => Produkt [Succinat Pyruvat / Acetat]
- Pseudomonas brauchen für schnellen Aromaten Abbau Gegenwart von O2
9
Q
Mikroorganismen im Abbau von Xenobiotika
A
- chlorierte Kohlenwasserstoffe
- reduktive Dechlorierung, streng anerobe Bedingungen
- Dehalobacterium: 3CH2Cl2 + CO2 + 4 H2O –> 2HCOOH + CH3COOH + 6 HCl
- aerober Abbau durch Burkholderia: Chloridfreisetzung, Verwendung von Dioxygenosen -> Succinat und Acetat Produkte
10
Q
Abbau von Cellulose
A
Cellulose sind lineare Ketten aus beta (1->4) Glucosemolekülen und in Cellulosekettten alternieren kristalline Strukturen (Mikrofibrillen) mit nicht-kristallinen. Der Abbau von Cellulose erfolgt durch das Cellulase-System: Exo-beta-1,4-glucanase // Endo-beta-1,4-glucanase // beta Glucosidase
Abbau im Boden: Pilze und Bakterien- aerob: Cytophaga, Sporocytophaga / anaerob: Clostridium
Abbau im Pansen durch:
- Cellulosezersetzer
- Stärkezersetzer
- Lactatzersetzer
- Succinatzersetzer
- Methanogene
- > Reaktion: Fermentation - am Ende fast alle zu Glucose
- > Glucose zu Lactat/Succinat => Acetat/Propionat/Butyrat
- > Glucose zu Format / CO2/ CH4
11
Q
Abbau von Xylan
A
- Hemicellulose
- Abbau durch viele Mikroorganismen: zB Sporocytophaga und Clostridium
- Enzym: Xylanase (Exoenzym)
- Produkte: Xylose, Xylobiose, höhere Oligosaccharide
12
Q
Abbau von Stärke
A
- Amylose (20-30%) [unverzweigt] und Amylopektin (70-80%) [verzweigt]
- Abbau durch alpha-Amylase; beta-Amylase; Amylo-1.6 glucosidase; glucoamylase; Maltase
- Pilze und Bakterien produzieren alpha und beta Amylasen
- Glucoamylase wird von Pilz synthetisiert
13
Q
Abbau von Pektin
A
- Verbindung in Früchten
- Poly-alpha(1->4)-D-galacturonsäure
- Abbau durch Pilze und Bakterien => ohne Sauerstoff- anaerob => 1. Pectinesterasen und 2. Polygalacturonsäure-Hydrolasen
14
Q
Abbau von Chitin
A
- Glucosamin (beta 1,4)
- Abbau durch bakterielle Chitinase: Chitobiose und höhere Oligosaccharide
- weiterer Abbau durch Chitobiase zu Monomeren
- Bakterium: Bacillus, Pseudomonas, Serratia, Flavobakterium, Streptomyces
15
Q
Abbau von Lignin
A
- phenolische Makromoleküle in Zellwand wenn Verholzung stattfindet
- biolog. Abbau durch Pilze via Depolymerisierung (Weiß- und Braunfäule)
- Lignin-Abbau unter aeroben Bedingungen
- co metabolischer Prozess: brauchen andere C- und Energiequellen -> energieintensiver Prozess
- Bakterien (Actinomyceten) können Spaltprozesse
- aber auch Abbau von Lignozellulose im Enddarm von Termiten durch beta-D-Glucosidase, alpha-L Arabinosidase und beta-D Xylosidase
