Polymerabbau Flashcards
Nennen Sie die 5 Klassen/Hauptgruppen von biologischen Polymeren. (2.5 P)
- Polysaccharide
- Lignin
- Proteine
- Nukleinsäuren
- Lipide
Was sind die häufigsten beiden Polysaccharide, und wo kommen sie vor? (2 P)
Cellulose (Pflanzen)
Chitin (Indekten, Pilze)
Aus welchen vier Polymeren besteht die Pflanzenzellwand? (2 P
Cellulose
Hemicellulose
Pektin
Lignin
Wie können Sie ein zellulose-abbauendes Bakterium isolieren? (2 P)
Im Medium darf sich nur Cellulose als Kohlenstoffquelle (Substrat) befinden (Minimalmedium)
Aus Komposthaufen Probe nehmen
Große Polysaccharide können nicht aufgenommen werden. Welche zwei grundsätzlich verschiedenen Strategien haben sich bei Bakterien daher entwickelt, um Polysaccharide, z.B. Zellulose aus der Pflanzenzellwand, zu hydrolysieren? (2 P)
- direkten Zell-Oberflächen-Kontakt (Enzyme auf Zelloberfläche)
- Sekretion löslicher Enzyme (Exoenzyme)
Wieso verläuft das Wachstum des thermophilen Bakteriums Caldicellulosiruptor bescii auf Zellulose nicht exponentiell? (2 P)
Prinzipiellen Problem: Moleküle > Organismen
Wachstum limitiert durch enzymatischen Abbau (pseudo-linear) => bedingt begrenzte Substraverfügbarkeit
Was ist die katalytische Funktion eines exo- bzw. eines endospaltenden Enzyms? Warum benötigen z.B. Stärke abbauende Bakterien beide? (2 P)
Sind zwei Typen von Exozymen
Endospaltend = spalten polymeres Substrat dort in der Bausteinkette, wo das Substrat leicht zugänglich ist
Exospaltend = spalten von einem Ende der Bausteinkette Bausteine einzelnd oder paarweise ab
Stärkeabbauende Bakterien benätigen beide, weil durch die Endospaltung Grenzdextrine entstehen, die nicht weiter so gespalten werden können, weshalb Exospaltende Enzyme benötigt werden
Aus welchen Molekülen ist Zellulose aufgebaut, wie sind diese verbunden, und warum ist kristalline Zellulose besonders schwer abzubauen? (2 P)
beta-D-Glukose-Einheiten
Verzweigung: beta-1,4-glykosidisch
Kristalline Cellulose hat sehr starke und dichte Struktur, was den abbauenden Enzymen Schwierigkeiten macht die glykosidischen Bindungen zu erreichen
Welche beiden Zellulose-spaltenden Enzymtypen müssen zusammenarbeiten, um die C10000 – Moleküle in Monomere oder Dimere umzusetzen, die dann in die Zellen aufgenommen werden? Wie nennt man das berühmte Enzym, was Cellobiose zu Glukose umsetzt? (2 P)
Endo- und Exocellulasen
Cellobiosen werden dann durch die beta-Glukosidase gespalten
Welches Monomer bildet das Rückgrat der Hemizellulose? (1 P)
beta-D-Xylose (Pentose)
Warum ist der anaerobe Abbau von Lignin schwieriger als der anaerobe Abbau von Zellulose? (1 P)
Abbau eigentlichen nur aerob durch Weiß- und Braunfäulepilze
Lignin ist hochgradig verzweigt, dadurch schlecht zugänglich für die Hydrolyse
(vs. Cellulose ist lineare Kette)
Beschreiben Sie den Weg der Lignozellulose zu Bioethanol durch GanzzellBiokatalyse inklusive wichtiger Zwischenschritte. Welche Organismen/welchen Organismus würden Sie verwenden und warum? (3 P)
- Vorbehandlung: aufbrechen der Cellulose- und Hemicellulosestruktur für die Fermentation (mechanisch, chemisch, thermisch)
- Hydrolyse: Umwandlung von Hemicellulose und Cellulose in Zuckerbausteine (Cellulasen, Xylanasen)
- Fermentation: Zuckerbausteine durch MO in Ethanol umgewandelt
- Abtrennung: Bioethanol von Fermentationsrückständen getrennt und gereinigt
Verwendung von Caldicellulosiruptor sp.
-> anaerob (kein O2) & thermophil
-> produzieren viele Cellulasen
-> können Glukose und Xylose fermentieren (=> hohe Ethanolausbeute)
Beschreiben Sie den heutigen Prozess der Umsetzung von Pflanzenbiomasse in Biobrennstoffe in „Pilotkraftwerken“ inklusive der 4 wichtigen Schritte? In der Welt von morgen spart „consolidated bioprocessing“ Kosten – warum? (3 P)
- Vorbehandlung (hohe Temperaturen + pH-Extreme)
- Fest/Flüssig-Phasentrennung
- Enzymhydrolyse von Cellulose
- Hexose Fermentation
consolidates Bioprocessing:
- hier keine Seperation/Phasentrennung mehr nötig, thermophile CBP-MO können direkt aus der Biomasse den Bioethanol herstellen
=> vereinfacht, Effizient, Energiesparer
Wozu dient ein Zellulosom, wo befindet es sich
=> extrazelluläre Multienzym-Komplexe
mit der Zelloberfläche verbunden
bindet an unlösliche Cellulose-Substrate und spaltet sie in lösliche Produkte, die dann von der Zelle absorbiert werden können
Beschreiben Sie den Aufbau eines sekretierten Zellulase aus Caldicellulosiruptor-Arten – aus welchen vier prinzipiell unterschiedlichen Domänen besteht solch ein Enzym? (2 P)
4 prinzipiell unterschiedle Domänen
-> Signalpeptid (SP)
-> Glykosyl-Hydrolase (GH)
-> Pectate-Lyase (PL)
-> Carbohydrate binding domain (CBM)
