Prokaryoten Flashcards
Was versteht man unter kompatible Solute?
Kompatible Solute ist in der Zellbiologie die Bezeichnung für organische Verbindungen hoher Löslichkeit in Wasser und geringer molarer Masse, die damit den osmotischen Zustand einer Zelle beeinflussen, bei physiologischem pH-Wert jedoch elektrisch neutral und mit dem Zellstoffwechsel gut verträglich (kompatibel) sind.
Mit der Bezeichnung kompatible Solute wird auf die Eigenschaft dieser Osmolyte verwiesen, auch bei hohen osmotisch wirksamen cytoplasmatischen Konzentrationen nicht mit dem Stoffwechsel zu interferieren.
Osmolyte: Substanzen bezeichnet, die den osmotischen Zustand eines Systems beeinflussen, also osmotisch aktiv sind
-Wirkt sich die Anwesenheit osmolytischer Substanzen (im Gegensatz zu Elektrolyten) nicht auf den Zellstoffwechsel und die Funktion der Zellproteine aus, so werden jene auch als kompatible Solute bezeichnet.
z.B. kompatible Stoffe, Bez. für Substanzen, die sich bei Dürrestress oder Salzstress im Cytoplasma von Blatt- bzw. Wurzelzellen in beträchtlichen Mengen ansammeln, um der Akkumulation von Ionen im Zellsaft der Vakuole entgegenzuwirken, ohne jedoch die Funktion der dort vorhandenen Enzyme zu beeinträchtigen. Zu den k.S. zählen Prolin, Sorbitol und das quartäre Amid Glycinbetain.
Grundlegender chemischer Aufbau von Aminosäuren in Fischerprojektion
Zur Klasse der Aminosäuren zählen organische Verbindungen, die zumindest eine Aminogruppe (–NH2 bzw. substituiert –NR2) und eine Carboxygruppe (–COOH) als funktionelle Gruppen enthalten, also Strukturmerkmale der Amine und der Carbonsäuren aufweisen.
Chemisch lassen sie sich nach der Stellung ihrer Aminogruppe zur Carboxygruppe unterscheiden – steht die Aminogruppe am Cα-Atom unmittelbar benachbart zur endständigen Carboxygruppe, nennt man dies α-ständig und spricht von α-Aminosäuren.
Ausgewählte α-Aminosäuren sind die natürlichen Bausteine von Proteinen. Sie werden miteinander zu Ketten verknüpft, indem:
die Carboxygruppe der einen Aminosäure mit der Aminogruppe der nächsten eine Peptidbindung eingeht. Die auf diese Weise zu einem Polymer verketteten Aminosäuren unterscheiden sich in ihren Seitenketten und bestimmen zusammen die Form, mit der das Polypeptid im wässrigen Milieu dann zum nativen Protein auffaltet. Durch seitenketten unterscheiden sie sich in apolar, polar, säurisch, alkalisch
Eine Peptidbindung ist eine amidartige Bindung zwischen der Carboxygruppe einer Aminosäure und der Aminogruppe des α-Kohlenstoffatoms (α-C-Atom) einer zweiten Aminosäure. Zwei Aminosäuren können (formal) unter Wasserabspaltung zu einem Dipeptid kondensieren.
Dipeptid: chemische Verbindung, die aus zwei Aminosäureresten zusammengesetzt ist und durch Hydrolyse in zwei Aminosäuren gespalten werden kann.
Fischer Projektion: Raumstruktur einer linearen, chiralen chemischen Verbindung eindeutig zweidimensional abzubilden.
Symbiosen zwischen Tieren/Pflanzen und Bakterien
z.B. Termitendarm, Wurzelknöllchen, Bakteriome und Leuchtorgane von Meeresfischen
Symbiose: Vergesellschaftung von Individuen zweier unterschiedlicher Arten, die für beide Partner vorteilhaft ist.
Termiten (Tier/Bakerien)
Bei Pflanzenfressern und Termiten besteht die Nahrung überwiegend aus Cellulose (Bei Termiten aus Holz). In den Gärkammern ihres Verdauungskanals befindet sich große Population von symbiontischer Bakterien und Protisten. Besitzen Enzyme zum Abbau von Cellulose zu einfachen Zuckern und weiteren Verbindungen, welche das Tier resorbieren kann.
Wurzelknöllchen (Bakterien/Pflanzen)
Rhizobien/Knöllchenbakterien sind häufige und verbreitete Bodenbakterien. Fähigkeit, mit Pflanzen aus der Familie der Hülsenfrüchtler (Fabaceae) eine mutualistische Symbiose einzugehen. Enge Lebensgemeinschaft führt bei den Rhizobien zu umfassenden morphologischen und physiologischen Veränderungen, bei den Pflanzen zur Ausbildung spezieller Organe. Rhizobien besitzen die Fähigkeit, elementaren, molekularen Stickstoff (N2) zu binden, indem sie ihn zu Ammoniak (NH3) bzw. Ammonium (NH4+) reduzieren und damit biologisch verfügbar machen. Unter natürlichen Bedingungen können weder
Leguminosen noch Rhizobien allein molekularen Stickstoff fixieren. Diese Symbiose ist von großer sowohl biologischer als auch wirtschaftlicher Bedeutung!
Bakteriom:
Spezielle Organe (oder Teile von Organen oder Zellen), in denen symbiotische Bakterien leben. Spezielle Zellen für einen solchen Zweck nennt man Bakteriozyten.
z.B. Menschen und vielen anderen Tieren wird der Darm als Bakteriom angesehen
Tiefsee-Anglerfische: (Tier/Bakterium)
Besitz eines Leuchtorgans an der als Beuteattrappe oder auch zum anlocken von potentiellen Paarungspartnern fungierenden Esca. Licht entsteht mit Hilfe symbiotischer Leuchtbakterien. anaerob und halophile, marine Bakterien, die unter bestimmten Bedingungen Licht aussenden, durch gemischte Säuregärung. Bakterien werden mit Nährstoffen versorgt.
Grampositive Gramnegative Bakerien Hülle im Vergleich
Grampositiv:
dicke Zellwand aus mehreren Peptidoglykanschichten, Periplasmatischer Raum, Plasmamembran mit Intermembran und peripheren membranproteinen.
symmetrische hochselektive Phospholipiddoppelmembran dient als Diffusionsbarriere.
Penicilline entfalten ihre Wirkung vor allem gegenüber grampositiven Erregern
Gramnegativ:
Zellwand: äußere assymetrische Phospholipiddoppelmembran mit LPS und Porinen, periplasmatischer Raum, Peptidoglykanschicht (Murein) periplasmatischer Raum, Plasmamembran (symmetrisch) mit Intermembran und peripheren Proteinen.
Gramfärbung
Nach der Gramfärbung erscheinen gram-positive Bakterien blau, da das mehrschichtige Murein die Farbe zurückhält. Gram-negative Bakterien dagegen haben nur eine Schicht Murein, so dass die Farbe wieder herausgewaschen werden kann und sie schliesslich rot erscheinen.
Es wird ein Farbstoff-Iod-Komplex in den Bakterien gebildet. Dieser Farbkomplex ist im Gegensatz zum primären Farbstoff wasserunlöslich
Grampositive Gramnegative Bakerien Vergleich
Gram-positive Bakterien
- Erscheinen nach der Gramfärbung blau
- Haben eine dicke Zellwand mit mehrschichtigem Murein
- Besitzen in die Zellwand verankerte Teichonsäuren
- Haben nur eine Membran (zytoplasmatische Membran), in die Lipoteichonsäuren verankert sind
- Aufgrund der fehlenden äusseren Membran sind gram-positive Bakterien für exogene Substanzen gut permeabel
- Bei gram-positiven Bakterien handelt es sich hauptsächlich um Kokken
z.B. Mycobakterien
Gram-negative Bakterien
- Erscheinen nach der Gramfärbung rot
- Haben eine dünne Zellwand mit einschichtigem Murein
- Enthalten zwei Membranen (äussere Membran und zytoplasmatische Membran)
- Besitzen in der äusseren Zellmembran verankerte Lipopolysaccharide, welche beim Zerfallen der Bakterien als Endotoxine wirken
- Die äussere Membran weist zwar eine geringe Permeabilität auf, enthält aber Porine
- Bei gram-negativen Bakterien handelt es sich hauptsächlich um Stäbchen
z.B. Enterobakterien, z.B. E. coli, Salmonelle
Wirkung von Penicillinen
Penicilline greifen im Bereich der Zellteilung in den Stoffwechsel der Bakterien ein und blockieren die Synthese der bakteriellen Zellwand:
Irreversible Bindung an das bakterielle Enzym D-Alanin-Transpeptidase. Auf diese Weise kann dieses Enzym nicht mehr die Alaninreste der Zellwand verknüpfen, das befallene Bakterium stirbt dadurch schließlich ab.
Bakterielle DNA-Replikation:
Aufgaben der daran beteiligten Enzyme
Helicase: Entwinden der zu replizierenden Doppelhelix im Bereich der Replikationsgabel.
Einzelstrang bindendes Molekül: Bindet und stabilisiert die getrennten EInzelstränge der DNA, bis diese als Matrize verwendet werden.
Topoisomerase:
Katalysiert die Entspannung der übermäßig verwundenen Stränge vor einer Replikationsgabel durch lösen kovalenter Bindungen des Zucker Phosphat Gerüsts. Also Entwindung der Stränge und erneute verknüpfung.
Primase:
Synthese eines RNA Primers am 5´ ende des Leitstrangs und der RNA-Primer aller Okazaki Fragmente des Folgestrangs.
DNA Polymerase 3:
Synthetisiert anhand eines Matrizenstranges einen komplementären neuen Strang durch kovalente Anknüpfung von Nukleotiden an das aktuelle 3` ende des Strangs. Synthese beginnt an RNA Primer.
DNA Polymerase 1:
Entfernung der RNA Primer (Oligonucleotide) und Auffüllen der Lücken durch kovalent verknüpfte Desoxyribonukleotide.
DNA Ligase:
Kovalente Verknüpfung der 3 und 5 Enden von DNA Fragmenten, bei der Replikation hauptsächlich der Okazaki Fragemente.
Bakterielle DNA-Replikation: Mechanismus
- Helicase entwindet die ursprüngliche Doppelhelix
- Proteine die an DNA Einzelstränge binden stabilisieren den entwundenen Matrizenstrang
- Primase heftet RNA Primer an 5` ende des Leitstrangs
- Leitstrang wird von der DNA Polymerase 3 kontinuierlich in 5
zu 3Richtung synthetisiert. - Folgestrand verläuft antiparallel und kann nur diskuntinuierlich synthetisiert werden, da das Kettenwachstum immernur in 5
zu 3Richtung erfolgen kann. Daher nur Schrittweise und mit Unterbrechungen. Lässt Okazaki Fragmente entstehen (ca. 1000 Nucleotide). - Durch Polymerase 1 werden RNA Nukleotide der Primer durch DNA Nukleotide ersetzt.
- DNA Ligase verknüpft die Zucker Phosphat-Gerüste aller Okazaki Fragmente.
äußere Membran gramnegativer Bakterien
Haben eine der Zellwand aufgelagerte zweite äußere Membran. es handelt sich um eine asymmetrische Lipiddoppelschicht, bestehend aus einer äußeren Lage aus Lipopolysachariden (LPS) und innerer Lage aus Phospholipiden. Bei Lipopolysachariden unterscheidet man in in 3 strukturelle Komponenten:
Lipid A, die Kern-Polysacharid Region und O-spezifische Seitenkette.
