Welche Aussagen sind richtig? (2 P)
Um Bacillus megaterium aus einer Umweltprobe gezielt anzureichern, können folgende spezifischen Eigenschaften dieses Organismus gezielt ausgenutzt werden:
Strikt aerobes Wachstum
Fähigkeit zur Stickstofffixierung
Besitz von Mitochondrien
Endosporenbildung
Stärkeverwertung
-> nur 1, 4 & 5 sind richtig
Bakterien der Gattung Azotobacter sind häufig in den oberen Bodenschichten zu finden und können z.B. aus Ackererde leicht isoliert werden. Welche Aussagen über diese Gattung sind falsch? (2 P)
Obligate Symbiose mit Leguminosen
Wachstum auf Mannit als einziger Kohlenstoffquelle
Obligat anaerobes Wachstum
Bildung von dicken Schleimkapseln um die Zellen
-> nur 2 & 4 sind falsch
Das Bakterium Streptococcus slivarius lässt sich gut vom eigenen Körper isolieren. Wo würden Sie diesen Organismus suchen (0,5 P)? Welche Infektionskrankheit kann dieses Bakterium auslösen? (0,5 P)
Mund(flora)
Karies-Erreger
Nenen Sie mindestens vier biologische Makromoleküle, die durch bakterielle Exoenzyme abgebaut werden können (je 0,5 P)!
Polysaccharide (z. B. Stärke, Cellulose) -> abgebaut durch Amylasen, Cellulasen
Proteine -> abgebaut durch Proteasen
Lipide -> abgebaut durch Lipasen
Nukleinsäuren (DNA, RNA) -> abgebaut durch Nucleasen
In einem mikrobiologischen Wachstumsexperiment (37°C) wurde in den ersten 120 min folgende Kurve für E. coli aufgenommen:
Ermitteln Sie die Verdopplungszeit anhand der vorliegenden Wachstumskurve! (1 P)
Erklären Sie die niedrige Wachstumsrate in den ersten 40 Minuten! Wie nennt man diese Phase? (2 P)
Verdopplungszeit (g) = t2 - t1 / log(x2) - log(x1)
lag-Phase -> Anpassung an neue Bedingungen
Bakterien leben auf Oberflächen häufig in Biofilmen. (2 P)
Was versteht man unter einem Biofilm?
Welche Vorteile bietet ein Biofilm für die Mikroorganismen?
(Nennen Sie vier Vorteile, je 0,5 P)
= sessile Lebensform von MO -> siedeln sich auf festen Oberflächen an
MO in schützende Matrix eingebettet
erlaubt Kommunikation
erhöhte Resistenz gegenüber Antibiotika, Desinfektion und Immunsystem
Bsp:
Plaque auf Zähnen (Streptococcus mutans)
Biofilm in Kathetern (Staphylococcus epidermidis)
Gezeigt sind typische Zellanordnungen kokkenförmiger Bakterien – benennen Sie diese (2,5 P)! Wie entstehen diese Muster (0,5 P)?
Ketten -> wiederholte Teilung in einer Ebene
Diplokokken -> 1mal Teilung in einer Ebene & bleiben paarweise verbunden
Tetraden -> Teilung in 2 Ebenen senkrecht zueinander
Peketkokken -> Teilung in 3 Ebenen senkrecht zueinander
Haufenkokken -> unregelmäßige Teilung in versch. Ebenen & unregelm. Zusammenbleiben von Zellen
Sie nehmen ein neues Lichtmikroskop in Betrieb und möchten wissen, wie hoch das maximale Auflösungsvermögen des Gerätes bei 400-fachter Vergrößerung ist. Am Gerät können Sie ablesen, dass die numerische Apertur des Objektivs (40-fach) 0,5 beträgt. Die Apertur des Kondensors bestimmen Sie mit 1, die Wellenlänge des Lichts, mit dem Sie mikroskopieren, beträgt 300nm.
Welche Formel wenden Sie an? (1 P) Berechnen Sie das Auflösungsvermögen! (1 P)
d = λ / A(0) + A(k)
λ = Wellenlänge des Lichtes
A(0) = numerische Apertur des Objektivs (Luft: ~1; Immersionsöl: ~1,5)
A(k) = numerische Apertur der Beleuchtung (Kondensor)
λ = 300 nm
A(0) = 0,5
A(k) = 1
=> d = 300 / 0,5 + 1 = 300/1,5 = 200 nm
Nennen Sie mindestens vier natürliche Quellen von Lysozym! (je 0,5 P)
Speichel
Nasenschleimhaut
Milch
Eiklar
Welchen enterobakteriellen Stoffwechseltyp weisen Sie mit Hilfe des Methylrot-Tests nach? (1 P)
Welche Verbindung wird mit Hilfe der Voges-Proskauer-Reaktion nachgewiesen? (1 P)
Methylrot-Tests => gemischte Säuregärung (bei Enterobakterien) -> stärkere Säureproduktion bei E. coli als bei E. aerogenes
Voges-Proskauer-Reaktion => Acetoin: Acetoin -> Diacetyl
-> reagiert mit Naphthol in alkal. Lösung zu rotem Farbstoff
-> E. aerogenes bildet pH-neutrale Stoffwechselendprodukte (Acetoin)
Dargestellt ist der Aufbau eines bakteriellen Flagellums und benachbarter Strukturen aus einem Gram-negativen Bakterium. Benennen Sie die einzelnen Komponenten durch Ausfüllen der vorgegebenen Felder (je 0,5 P)!
+ Cytoplasmamembran
Mit welcher Energieform (je 0,5 P) wird der Flagellenmotor angetrieben in
Eubakterien?
Archaen?
Eubakterien -> Protonengradient
Archaen -> ATP(-Hydrolyse)
Skizzieren Sie den schematischen Aufbau von Peptidoglykan und benennen Sie die molekularen Bestandteile (keine Strukturformeln erforderlich, Namen ausreichend)!
Machen Sie auch die Bindungen bzw. Verknüpfungen der Komponenten untereinander kenntlich! (5 P)
Nennen Sie eine Gruppe von prokaryontischen Mikroorganismen, die kein Peptidoglykan besitzen! (1 P)
=> Archäen -> besitzen Pseudomurein
Die Tabelle stellt ausgewählte Mikroorganismen ihren charakteristischen Eigenschaften gegenüber. Vervollständigen Sie diese Darstellung durch Einfügen von je einem eindeutigen und spezifischen Merkmal oder Beispiel! (Gattungs- + Speziesbezeichnung für Organismen!). (5 P)
MO
Merkmal
Agrobacterium tumefaciens
Befällt räuberisch andere Bakterien
Helicobacter pylori
Bildet parasporale Toxine
Borrelia burgdorferi
Pflanzenpathogen: Wurzelhalsgalle
Bdellovibrio bacteriovorus
Resistenz gegen Magensäure
Bacillus thuringiensis
Erreger der Borreliose
Was versteht man unter Nitrifikation? Beantworten Sie dazu folgende Fragen:
Erfordert dieser Prozess die Anwesenheit von Sauerstoff? (1 P)
Wird Nitrat verbraucht oder produziert? (1 P)
Ist dieser Prozess eine Form der anaeroben Atmung oder ein chemolithotropher Prozess? (1 P)
Nennen Sie eine zur Nitrifikation oder eines Teilprozesses befähigte Bakteriengattung (0,5 P)
Ja => aerober Prozess
produziert => NH4^+ -> NO2^- -> NO3^-
chemolithotropher Prozess => Energiegewinnung durch Oxidation anorganischer Verbindungen (NH₄⁺ oder NO₂⁻)
Nitrobacter
Geben Sie die Bezeichnung (ausgeschriebener Trivialname) der dargestellten Verbindung an (1 P)!
An welchem Stoffwechselweg ist diese Verbindung beteiligt? (1 P)
Gehören Bakterien, die diesen Stoffwechselweg betreiben, vorwiegend zu den anaeroben Gärern oder den aeroben Atmern und warum? (1 P)
Pyruvat
Glykolyse
anaerobe Gärer -> Pyruvat ist Endprodukt der Glykolyse, das bei anaeroben Gärungen weiter zu versch. Endprodukten (z. B. Milchsäure, Ethanol) umgesetzt wird, wenn kein Sauerstoff verfügbar ist
Welchem allgemeinen Stoffwechseltyp („XYZ-troph“) gehören die folgenden Mikroorganismen an? Berücksichtigen Sie dabei die Art der Energiequelle, des [H]/e-Donators sowie die Kohlenstoffquelle! (4,5 P)
Beggiatoa (Wachstum mit H2S)
Escherichia coli
Anabaena (Cyanobakterium)
Beggiatoa => chemolithoautotroph
chemo -> chem. Energie(quelle)
litho -> anorg. e-Donor
autotroph -> CO2 (anorgan.)
Escherichia coli => chemoorganoheterotroph
organo -> organ. e-Donor
heterotroph -> organ. C-Verbindungen
Anabaena => photoautotroph
photo -> Lichtenergie
Nennen Sie 4 Verbindungen, die als Elektronenakzeptoren für mikrobielle Atmungsprozesse genutzt werden können (je 0,5 P). Ordnen Sie diese in der Reihenfolge an, in der sie von verschiedenen Mikroorganismen entsprechend der energetischen Hierarchie bevorzugt genutzt werden! (1 P)
Sauerstoff (O₂) — höchste Energieausbeute (aerobe Atmung)
Nitrate (NO₃⁻) — Denitrifikation, anaerobe Atmung
Sulfat (SO₄²⁻) — Sulfatatmung, anaerob
Kohlenstoffdioxid (CO₂) — bei Methanogenese als Elektronenakzeptor, geringste Energieausbeute
Nennen Sie drei der Gründe, warum das humane Mikrobiom essentiell für die menschliche Gesundheit ist! (3 P)
Schutz vor Krankheitserregern
Unterstützung des Immunsystems
Verdauung & Nährstoffversorgung
Was ist der Erreger der Tuberkulose? (vollständiger Name, 1 P)
Durch welchen Mikrobiologen wurde dieser entdeckt und erstmalig isoliert? (1 P)
Welche besonderen Eigenschaften bzw. Bestandteile zeichnen die Zellwand dieses Bakteriums aus? (1 P)
Mycobacterium tuberculosis
Robert Koch
Mycel -> Mycolsäure (?)
Was sind bakterielle Virulenzfaktoren? (1 P)
Nennen Sie drei Beispiele! (je 1 P)
Strukturelement oder Stoffwechselprodukt -> verleiht Pathogenität
-> ermöglichen Überwindung von Abwehrmechanismen des Wirts
-> Adhäsine
-> Toxine
-> Kapsel
Geben Sie die Summenformel für die biologische Stickstofffixierung an (2 P)!
Wie gelingt es Stickstoff-fixierenden Mikroorganismen, das äußerst empfindliche Enzym Nitrogenase vor der Inaktivierung durch Sauerstoff zu schützen? Nennen Sie zwei der möglichen Mechanismen! (je 1 P)
N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2
-> Heterozysten
-> Leghämoglobin
-> erhöht Atmungsrate
Geben Sie 3 Beispiele für Strukturen, die im Cytoplasma von Bakterien vorkommen können sowie deren jeweilige Funktion (kurz!) an! (3 P)
Ribosomen -> Proteinbiosynthese
Plasmide -> kodieren nicht-essentielle Funktionen (z.B. Antibiotika-Resistenzen)
Gasvesikel: spindelförmige, gasgefüllte Proteinhülle -> Auftrieb
Das Alter der Erde wird auf ca. 4,6 Milliarden Jahre geschätzt. Wann datieren Sie etwa das Auftreten erster prokaryontischer Zellen? Welche Lebensweise (anaerob oder aerob) hatten diese wahrscheinlich und warum? (2 P)
erste prokaryontischr Zelle: vor 3,8 Mrd. Jahren
aerob -> Atmosphäre frühen Erde enthielt noch keinen oder nur sehr wenig Sauerstoff
In einem dichten Bakterienrasen von E. coli auf einer Nähragarplatte beobachten Sie nach Bebrütung klare runde Zonen („Plaques“) von wenigen Millimetern Durchmesser. Worauf könnte diese Beobachtung hindeuten? Erklären Sie kurz das zugrundeliegende Phänomen! (3 P)
Lyse von E. coli Zellen
Lysozym spaltet 1,4-ß-glykosid. Bindungen -> Abbau von Murein -> Lyse der Zelle
klarer Hemmhof => ß-Hämolyse (vollst.) -> Hämoglobin vollst. abgebaut zu Hämolysin -> zerstört Erythrozyten
Sie stellen fest, dass Ihre Laborkultur von Bacillus subtilis mit Zellen von Escherichia coli verunreinigt ist. Wie können Sie in einem Schritt und ohne Zuhilfenahme von Mikroskop und Impföse wieder zu einer Reinkultur gelangen? Begründen Sie Ihr Vorgehen kurz!
Bacillus subtilis -> bildet Endosporen -> hitzeresistent
E. coli -> keine Sporen -> hitzeempfindlich
=> Erhitzen (80 °C) -> Abtöten von E. coli Zellen
Nennen Sie ein Beispiel für ein biotechnologisch bedeutsames Pharmaprotein, das gentechnisch mit Hilfe von Mikroorganismen hergestellt wird! (1 P)
=> Insulin -> wird gentechnisch mit Hilfe von Escherichia coli oder Saccharomyces cerevisiae hergestellt
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