Umweltmikrobiologie

Question 1

Archaea

Answer 1

• Zellwand: Membran und S-Schicht => Pseudomurein (Kette aus alternierenden N-Acetylglucosamin und N-Acetyltalosaminuronsäure-Einheiten)
• > Esterbindung und Isoprenoide als hydrophober Kern verzweigt und stabiler als FS
• > enthalten sn-Glycerin-3-phosphat

-S-Schicht: Proteinmembran, monomolekular, besitzen Fähigkeit der Selbstorganisation

Question 2

Wachstum und Temperatur der Archaea

Answer 2

1. psychrophil (4°C)
2. mesophil (39°C)
3. thermophil (60°C)
4. hyperthermophil (88°C bis 106°C)

Question 3

Hyperthermophile Bakterien Eigenschaften

Answer 3

1. wachsen bei 80°C oder darüber
2. maximales Wachstum bei ca 113°C
3. überwiegend Archaea (va Crenarchaeota -> streng anaerober, aerobar oder fakultativ anaerober oft chemolithoautotropher Schwefel Stoffwechsel)

Question 4

Hyperthermophile Bakterien Beispiele

Answer 4

1. methanopyrus kandleri: produziert Methan: 4H2 + CO2 -> CH4 + H2O
2. ferroglobus: eisenoxidierend, chemolitho-autotroph
3. thermoproteus: chemolithotroph (H2 +S0 -> H2S)
   auch chemoorganotroph-> S0 Elektronenakzeptor
4. pyrodictium: chemolitotroph
5. thermophile Eubakterien: thermus aquatics (produziert thermostabile DNA Polymerase) und aquifex pyrophilus (O2 -> H2O)

Question 5

Psychrophile Bakterien Habitate und Organismen

Answer 5

1. Habitate: alpine/polare Regionen
   mit Temp von min -5 bis max 20
2. Mikroorganismen:
3. Bakterien
4. Archaea
5. Pilze
6. Mikroalgen

Question 6

Psychrophile Bakterien Salzkonzentrationen

Answer 6

1. nicht halophil (E.coli -> keine Natriumionenkonz.)
2. halotolerant (staphylococcus aureus)
3. halophil (vibrio fischeri)
4. extrem halophil (halobacterium salanarum, allgemein: Halobacterium & Natronobacterium)

Question 7

Azidophile Bakterien

Answer 7

Thiobacillus ferrooxidans, Sulfolobus, Thermoplasma
-> mikrobielle Erzeugung: Kupfergewinnung -> Oxidation mit anschließender Reduktion
=> Bakterium nutzt unterschiedliche Wasserstoffpumpen zB O2, Fe2+ oder Schwefel. Ist Bakterium aerob finden mehr Oxidations- ist es anaerob mehr Reduktionsprozesse statt

Question 8

Anwendungsmöglichkeiten für Extremophile

Answer 8

1. Thermophile haben Amylasen, Xylanasen, Proteasen und DNA-Polymerasen und sind daher einsetzbar in Lebensmittelindustrie, zum Waschen und in Gentechnologie
2. Psychrophile haben neutrale Proteasen, Amylasen, Lipasen, mehrfach unges. FS und “ice-protein” sind einsetzbar in Käse- und Molkeherstellung, bei Detergentien, Arzneimitteln, künstl. Schnee
3. Azidophile können Schwefel oxidieren und werden für Entschwefelung von Kohle gebraucht
4. Alkaphile haben Proteasen, Amylasen, Lipasen, Cyclodextrine und Antibiotika und werden daher für Detergentien und zur Stabilisierung von flüchtigen Verbindungen und für Arzneimittel benötigt
5. Halophile haben Carotin, Glycerol, “kompatible Solute”, Membranen und werden als Farbstoff und für Arzneimittel verwendet

Question 9

Auswirkung der Temperatur auf Zelle

Answer 9

1. Minimum: Membrane gelieren; Transportprozesse zu langsam für Wachstum
2. Zunahme: enzymatische Reaktionen nehmen an Geschwindigkeit zu
3. Optimum: enzymatische Reaktionen finden mit maximaler Geschwindigkeit statt
4. Maximum: Denaturierung der Proteine, Zusammenbruch der Cytoplasmamembran (zu flüssig); thermische Lyse

Question 10

Temperaturanpassung der Membran

Answer 10

Membranfluidität ist temperaturabhängig.
Niedrige Temperaturen: noch in Bewegung
Hohe Temperaturen: noch stabil (Hopanoide)

Question 11

Wie wird die Hitzestabilität vermittelt?

Answer 11

Wie FS miteinander verbunden sind -> Ether hitzestabiler als Ester

Question 12

Hitzestabilisierende Faktoren bei Proteinen

Answer 12

1. hydrophober Kern
2. dichte Packung der Atome im Molekül
3. wenige/keine loops an Oberfläche
4. kürzere AS Ketten
5. höhere Anzahl elektrostatischer Ww
6. Hsp (Chaperone) helfen!

-> DNA/RNA: viel GC (stabilere Bindung)

Question 13

Kältestabilität

Answer 13

• cold shock Proteine
• polare AS für Flexibilität
• mehr alpha Heilces als beta-Faltblätter
• tiefe Temperaturen = höhere Salzkonzentration => halotoleranz durch kompatible gelöste Substanzen
• ungesättigte und verzweigte FS in Membranlipide
• exopolymere Substanzen
• Oxidationsschutzmittel (Katalanen, Peroxidasen)

Question 14

Leben im Öl - limitierende Faktoren

Answer 14

1. Temperatur
2. Salz
3. pH und Verfügbarkeit von Elektronendonoren und -akzeptoren

Question 15

Wer kann in Öl leben?

Answer 15

-> mesophile, thermophile, Sulfat-reduzierende Bakterien größtenteils halotolerant mit Temp. Optimum bei 30-75°C
oder
-> mesophile, thermophile, methanogene Bakterien
schwach halotolerant mit Temp. Optimum bei 35-65°C