Mikroorganismen als Destruenten

Question 1

Biodegradation

Answer 1

Chemischer Abbau organischer Verbindungen durch biologische Aktivitäten

Question 2

Mineralisation

Answer 2

Umwandlung organischer Stoffe in anorganische Substanzen (Konsumenten, Destruenten)

Question 3

Primärproduktion

Answer 3

Aufbau von Biomasse

Question 4

Cometabolismus

Answer 4

Transformation eines nicht zum Wachstum verwertbaren Substrats in Gegenwart eines zweiten zum Wachstum nutzbaren Substrats (Bedeutung beim Abbau von Xenobiotika)

Question 5

Was passiert bei der physiologischen Reaktion der Methanmonooxygenase (methanotrophe Bakterien)?

Answer 5

Methan wird zu Methanol oxidiert, dabei wird NADH und O2 zu NAD+ und H20 umgesetzt

Question 6

Welche cometabolische Oxidation kann noch von Methanmonooxygenase katalysiert werden? Warum?

Answer 6

Abbau von Trichlorethen aufgrund geringer Substratspezifität der Methanmonooxygenase

Question 7

Was bedeutet es, dass Bakterien osmotroph sind?

Answer 7

“bioverfügbar” sind gelöst vorliegende Verbindungen (z.B. Exoenzyme, die Polymere abbauen zu Monomeren)

Question 8

Nenne 4 Substanzbedingte Faktoren bei mikrobiellem Abbau in der Umwelt

Answer 8

• Wasserlöslichkeit
• Tendenz zu Sorption (Boden, Sedimente)
• Konzentration, Toxizität
• xenobiotischer (naturfremder) Charakter

Question 9

Wodurch bekommen Substanzen naturfremden (xenobiotischen) Charakter?

Answer 9

• kondensierte Benzol-/Pyridinringe, Polyzyklen
• dreifach substituerte N-Atome, quartäre C-Atome
• “unphysiologische” Bindungen/Substituenten wie F, Cl, Br

Question 10

Wie hängen Abbaubarkeit und Anzahl der Substituenten zusammen?

Answer 10

je mehr Substituenten, desto langsamer ist der Abbau

Question 11

Woraus war “agent orange” im Vietnamkrieg zusammengesetzt?

Answer 11

50:50 aus 2,4,5-T und 2,4-D (Spätfolgen: fruchtschädigend, Krebserkrankungen, Toxine)

Question 12

Nenne 3 Beispiele für abiotische Umweltfaktoren, die die Abbaurate/Persistenz beeinflussen

Answer 12

• Bodentyp/-Struktur
• pH
• Temperatur
• Wasserverfügbarkeit
• O2-Verfügbarkeit

Question 13

Nenne 2 Beispiele für biotische Umweltfaktoren, die die Abbaurate/Persistenz beeinflussen

Answer 13

• Typ und Anzahl vorhandener MO

- Räuberische Organismen wie Nematoden, Protozoen

Question 14

Was kann man zusammenfassend über Abbaurate/Persistenz sagen?

Answer 14

sie ist substanz- und standortspezifisch

Question 15

Xenobiotika

Answer 15

Verbindungen, die biochemischen Stoffwechselwegen fremd sind, die in dieser Form nicht in Naturstoffen vorkommen

Question 16

Biodegradation

Answer 16

partieller Abbau - keine Mineralisation

Question 17

Biomagnifikation

Answer 17

Anreicherung in der Nahrungskette (z.B. Hydrophobe in Fettgewebe)

Question 18

Was machen methanotrophe Bakterien?

Answer 18

oxidieren Methan, um Reduktionskraft zu gewinnen und C-Quelle zu haben

Question 19

Wie können die physikalischen Eigenschaften von Erdöl variieren?

Answer 19

physikalische Eigenschaften (braun bis schwarz, transparent und dünnflüssig bis tiefschwarz und dickflüssig)

Question 20

Biosurfactants

Answer 20

bilden Tröpfchen (Micelle) und fusionieren mit Membran für leichtere Verfügbarkeit für die MO (werden von Bakterienzelle gebildet)

Question 21

Wo ist der Methanabbau dem Alkanabbau analog?

Answer 21

Einfügen einer funktionellen Gruppe an terminalen C-Atom -> Alkohol, anderes O wird zu Wasser reduziert, Zelle muss zu Beginn NADH investieren

Question 22

Wie wird ein Alkan abgebaut?

Answer 22

Alkohol - Aldehyd - Fettsäure - beta-Oxdidationsweg - Acetyl-CoA

Question 23

Warum sind Cycloalkane schwerer abzubauen?

Answer 23

es gibt kein terminales C-Atom

Question 24

Wie werden Cycloalkane mikrobiell abgebaut?

Answer 24

Keton wird mit Sauerstoff zu zyklischem Ester umgebaut, der dann mit Wasser gespalten werden kann

Question 25

Warum ist der Aromatenabbau eine Herausforderung?

Answer 25

Stabilisierung durch delokalisiertes pi-Elektronensystem (Aromaten sind chemisch relativ inert)

Question 26

Wie kann ein Aromat überhaupt angreifbar sein?

Answer 26

Verbindung muss funktionalisiert werden (funktionelle Gruppe einfügen, die Elektronenverschiebung bewirkt)

Question 27

Wo kommen Aromaten in Naturstoffen vor?

Answer 27

Lignin, aromatische Aminosäuren, pflanzliche Polyphenole, Verbrennung organischer Materialien

Question 28

Wo kommen Aromaten anthropogen vor?

Answer 28

Raffinierieprodukte (BTEX), Detergentien (Alkylbenzolsulfonate), viele Pestizide (z.B. DDT)

Question 29

Wie erfolgt der mikrobielle Abbau von Aromaten?

Answer 29

modular, periphere Wege konvergieren zu zentralen Intermediaten (Catechol, Prokatechusäure)

Question 30

Welche Struktur haben zentrale Intermediate des Aromatenabbaus?

Answer 30

Diol (Investition zur Funktionalisierung)

Question 31

Was passiert mit dem Catechol?

Answer 31

wird zu Verbindungen abgebaut, die man in den Tricarbonsäurezyklus einschleusen kann (Succinat, Acetyl-SCoA)

Question 32

Welche Enzymfunktionen zur Deshalogenierung gibt es (Abbau von Lindan erfordert alle drei)?

Answer 32

HCl-Elimination, hydrolytische Dehalogenierung, reduktive Entfernung (Glutation als Reduktionsmittel)

Question 33

sind halogensubstituierte Verbindungen immer xenobiotisch?

Answer 33

nein, vorallem in marinen Organismen gibt es halogensubstituierte Verbindungen wie Chloramphenicol (Streptomyces venezuelae)

Question 34

Woraus ist Erdöl chemisch aufgebaut?

Answer 34

ca. 80% Kohlenwasserstoffe, bis 2%: Amine/Porphyrine, Alkohole/Chinone, bis 6%: Schwefel, z.B. Sulfide, Thiocycloalkane, Metalle wie Fe, Cu, Ni, Salze, H2O

Question 35

Zusammenhang von Struktur und Abbaubarkeit bei Xenobiotika

Answer 35

je mehr Substituenten, desto schwieriger der enzymatische Angriff (höhere Persistenz)

Question 36

Welcher Schadstoff ist leicht abbaubar und warum?

Answer 36

Methylchlorid, Chlorobenzen (Monooxygenase kann leicht angreifen, weil wenige Substituenten da sind)

Question 37

Welche Schadstoffe sind schwer bis unmöglich abzubauen und warum?

Answer 37

Hexachlorocyclohexan (Angriff durch Monooxygenase unmöglich), Trichlorethylen

Question 38

Was ist Lindan? Wofür wurde es angewendet?

Answer 38

Hexachlorcyclohexan: Kontaktinsektizid (Mottenbekämpfung, gegen Schädlinge im Haushalt)