Inoculum
In medicine, the infectious material or a part of a pathogen that acts as an antigen is referred to as inoculum. These can be, for example, virus particles, bacterial cells or fungal spores.
siderophores
Siderophore sind eisenbindende Verbindungen, die von Bakterien und Pilzen freigesetzt und zur Eisenaufnahme genutzt werden.
Siderophor ist der Überbegriff einer zu den niedermolekularen Verbindungen gehörenden Stoffgruppe, die sich aus rund 200 stark eisenbindenden Oligopeptiden zusammensetzt. Siderophore werden von bestimmten aeroben Bakterien, Pflanzenwurzeln und Pilzen synthetisiert und in das umgebende Medium – also für gewöhnlich den Boden – abgegeben. Es folgt eine Komplexierung der Eisen-Ionen, mit anschließender Wiederaufnahme der Eisentransporter über spezifische Transportmechanismen in die Zelle der Produzenten. Siderophore besitzen eine außerordentlich geringe Molekülmasse, die im Bereich von 350 bis etwas über 2.000 Dalton einzuordnen ist. In der Humanmedizin besteht die Möglichkeit, Siderophore als Chelatoren im Rahmen einer Schwermetallvergiftung einzusetzen.
Microaerophilic
can live only at low O2-concentrations
Aerotolerant
can live in presence of O2 – but don’t use O2
Growth rate
- change in cell number per time
Doubling/generation time
time required to form two cells from one
Wie groß ist ein Bakterium?
- 1 μm
Nennen Sie die drei Domänen des Lebens
- Archaeen, Eukaryoten, Bakterien
In welchen Umweltbedingungen kann man auf Mikroorganismen treffen?
- Fast überall, da sie sehr anpassungsfähig sind
- Auch in extremen Umweltbedingungen (eisenhaltige Wässer, oxische + anoxische Bedingungen)
Wie sieht die Struktur der prokaryotischen Zelle aus?
Wie hoch ist der Wassergehalt einer Zelle?
70-80%
Wieso spielt die Oberfläche bei Mikroorganismen eine große Rolle?
- größere Oberfläche im Verhältnis zum Volumen
- Adsorption
- Interaktion mit der Umgebung: Mikroben-Mineral-Interaktionen
- > ermöglicht eine effizientere Aufnahme von Nährstoffen und anderen Substanzen aus der Umgebung
- Mikroorganismen sind oft auf eine hohe Stoffwechselrate angewiesen, und eine größere Oberfläche erleichtert den Gasaustausch und die Entsorgung von Stoffwechselabfällen
- hohe Stoffwechselaktivität (hohe Nährstoffaufnahme und Wachstumsrate)
Nennen Sie 4 verschiedene Biomoleküle
- Proteine
- Nukleinsäuren
- Lipide
- Kohlenhydrate
Nennen Sie die 6 wichtigsten Elemente, aus denen Lebewesen bestehen
- Kohlenstoff C (50 %)
- Sauerstoff O (20 %)
- Stickstoff N (14 %)
- Wasserstoff H (8 %)
- Phosphor P (3 %)
- Schwefel S (1 %)
Auf was weisen Hopane hin, wenn sie in einer Gesteinsprobe gefunden werden?
Biomarker
Nennen Sie die 3 Hauptfunktionen einer zytoplasmatischen Membran
- Permeabilität/ Durchlässigkeitsbarriere
- Proteinanker
- Energiekonservierung
Welche drei Hauptbestandteile finden sich im Zytoplasma eines Prokaryoten?
- Ribosomen
Permeabilität der zytoplasmatischen Membran – Was kann durchgehen und was nicht?
- durchlässig: kleine unpolare Teilchen (z.B. N2, O2, H2, Benzene)
- weniger durchlässig: große polare Moleküle (CO2, Glycerin, Harnstoff)
- undurchlässig: Geladene (polare) Teilchen (Ionen, ATP, Aminosäuren)
Welcher Teil der zytoplasmatischen Membran ist hydrophil und welcher ist hydrophob?
- Zytoplasmatische Membran = Doppellipidschicht
- Hydrophiler „Kopf“
- Hydrophober „Schwanz“
Aus welchen Molekülen besteht Murein in den Zellwänden von Bakterien?
Es besteht aus Glucosemolekülen, welche mit einer -1,4 Bindung verknüpft sind und an denen Aminosäureketten (Peptide) mit einer Milchsäure-„Brücke“ hängen.
Welche Funktion hat Murein/Peptidoglycan?
Es stabilisiert die Zellen und hält die Form von z.B. Prokaryoten.
Was sind Porine?
Es sind Poren in der Zellwand, welche als Schleusen für kleine, polare Stoffe wirken.
Beschreiben Sie den äußeren Aufbau einer Gram-positiven und einer Gram-negativen Zelle.
Gram-positive Zellen besitzen eine Zellwand, welche zu einem Großteil (30-70% des Trockengewichts) aus mehreren Mureinschichten besteht aber keine äußere Membran, sondern stattdessen eine hydrophile Oberfläche aus Carbohydraten und -proteinen besitzen.
Bei Gram-negative Zellen hingegen macht die eine Mureinschicht weniger als 10% des Trockengewichts der Zelle aus. Sie besitzt hingegen eine Äußere Membran aus Liposacchariden und Lipoproteinen.
Beide besitzen eine innere Zellmembran.
Nenne Unterschiede der Prokaryoten zu den Eukaryoten.
Prokaryoten besitzen keinen echten Zellkern, oder Zellorganellen, ihre Ribosome sind deutlich kleiner als die der Eukaryoten und mache können einen anaeroben Metabolismus durchführen.
Eukaryoten hingegen besitzen einen echten Zellkern, Zellorganellen und sie sind stehts an einen aeroben Metabolismus gebunden.
Unterschiede der Zellmembran von Archaea und Eubacteria.
Die Zellmembranen sind sich sehr ähnlich und unterscheiden sich hauptsächlich durch die Orientierung des Glycerolabschnitts auf den Phospholopiden, welcher bei den Archea von einem L-Glycerol und bei Eubacteria von einem D-Glycerol gebildet wird. Außerdem sind die Kohlenwasserstoffketten der Archea verzweigte Isoprenketten, welche mit einer Etherbindung an das Glycerol binden. Eubacteria andererseits besitzen Fettsäureketten, welche eine Esterbindung mit dem Glycerol eingehen.
Wie können Mikroorganismen gezüchtet werden?
Zunächst müssen die gewünschten Mikroorganismen extrahiert werden. Diese werden dann in einem sterilisierten Gefäß auf einem passenden Nährmedium vermehrt.
Was sind Siderophore?
Siderophore sind Verbindungen aus Peptiden, welche von der Zelle selbst hergestellt werden. Sie lösen Eisen aus anderen Strukturen, binden es und transportieren es in die Zelle.
Nenne zwei funktionelle Gruppen der Siderophore.
Hydroxamatgruppe
Catecholatgruppe
Nenne zwei Siderophore.
Ferric enterobactin
Coprogen
Was sind die 4 Wachstumsfaktoren von Bakterien?
Wasserverügbarkeit, Temperatur, pH-Wert, W Sauerstoff
Unterschied zwischen heterotrophen und autotrophen Bakterien?
Heterotrophe Bakterien nutzen Kohlenstoffverbindungen als Energiequelle, autotrophe Bakterien nutzen eine alternative Energiequelle und reduzieren dabei Kohlendioxid.
Nenne drei essentielle Punkte, die eine Zelle zum Leben braucht Kohlenstoffgewinnung von Mikroorganismen?
- Energie, Kohlenstoff und Elektronen
Was sind die 3 metabolischen Typen von Mikroorganismen?
- Kohlenstoffgewinnung: Autotrop-Heterotroph
- Energiegewinnung: Chemotroph-Phototroph
- Elektronengewinnung: Lithotroph und organotroph
Was bedeutet Chemotroph und Phototroph?
- Chemotroph: Gewinnung von Energie durch Redox-Reaktionen an-/organischer Verbindungen
- Phototroph: Gewinnung von Energie durch Photosynthese (aerob und anaerob)
Über welche zwei Strategien können Elektronen generiert werden?
- Lithotroph: Oxidation anorganischer Verbindungen
- Organotroph: Oxidation organischer Verbindungen
Klassifizierung von Mikroorganismen hinsichtlich Sauerstoff?
- Obligatorisch aerob: Benötigt Sauerstoff zur Energieerzeugung
- Obligatorisch anaerob: Sauerstoff ist giftig/lebensgefährlich
- Fakultativ: anaerob: Bevorzugt Sauerstoff zur Energieerzeugung, kann aber auch in anaeroben Bedingungen produzieren
Was bedeutet obligatorisch aerob?
- Benötigen Sauerstoff für Energiegewinnung
Bevorzugen fakultativ anaerobische Mikroorganismen eine Umgebung mit viel oder wenig Sauerstoff?
- Können in beiden Umgebungen leben, bevorzugen aber sauerstoffreiche Verbindungen
- Why?: Mit Sauerstoff ist der Energiegewinn höher
Warum kann man nur sehr wenige Mikroorganismen im Labor kultivieren?
- Es ist schwierig passende Mikrohabitate zu erzeugen
- IN der Natur gibt es viele Interaktionen und Abhängigkeiten zwischen den Mikroorganismen, welche im Labor schwer nachzubilden sind
Nenne drei Verfahren wie das Bakterienwachstum gemessen werden kann.
- Trockengewicht der Zellmasse bestimmen, Proteingehalt messen, Trübe messen, Zellen zählen, „Most probable number“: Verdünnung, „Count viable cells“: Verdünnung und auf Platte ausstreichen und zählen
Warum ergibt „viable cell counting“, meistens kleinere Anzahlen an Zellen als das Zellenzählen unter dem Mikroskop?
- Unter dem Mikroskop werden auch tote Zellkolonien mitgezählt
- Beim „Viable cell counting“ werden nur lebende Zellkolonien gezählt
Definiere die Verdopplungsrate.
- Zeit bis sich eine Zelle verdoppelt hat
Welche Art von Wachstum beschreibt die Wachstumsrate von Bakterienkulturen (typisch: z.B. E. coli) zu Beginn ihres Lebens?
- Exponentielles Wachstum/logarithmisches wachstum?
Nenne die Gleichung für das exponentielle Wachstum und benenne die Parameter.
weil ich faul bin ok katin??
Was sind die 4 Wachstumsphasen?
- Lag phase/Eingewöhnungs Phase: Zellen gewöhnen sich and das Medium/Substrat und beginnen Aktivität langsam
- Exponential phase/Wachstumsphase: Konstante Generationenzeit und Wachstumsrate
- Stationary phase/Stationäre Phase: Kein Wachstum, limitiertes Substrat, toxische Produkte, Sporen mancher Zellen
- Death Phase/Sterbephase: Abnahme der Zellen
Definiere Metabolismus
- Anabolismus: Benötigt Energie, um Biomasse aufzubauen
- Katabolismus: Energieerzeugende Komponente des Metabolismus
Was ist das Redox Potential?
- Das Red-Ox-Potential ist ein quantitatives Maß für die Tendenz eines RE-Ox-Paares Elektronen aufzunehmen bzw. abzugeben i der einheizt Millivolt.
- E-Akzeptor, wenn
- E-Donor, wenn
Welche Funktion hat NADH?
- Wichtig für die Elektronenübertragung beim Metabolismus
- NADH beim Katabolismus
- NADPH beim Anabolismus
Was können ATP und NAD+/NADH bzw. NADP+/NADPH speichern?
- ATP speichert Energie
- NADH+H+ speichert Elektronen
Welche zwei Wege gibt es, um ATP herzustellen?
- Zwei Phosphorylierungen
o Substratstufen-Phosphorylierung
o Elektronentransport- Phosphorylierung
Was ist die Substrat-Stufen-Phosphorylierung?
- Bei der SLP wird ATP ohne Elektronenübertragung gewonnen. Dabei wird von einem Glycerinsäuremolekül eine Phosphatgruppe abgespalten. Diese geht auf ADP über und ATP wird gebildet.
Was ist das Ziel aerober Atmung und in wie vielen Stufen geschieht dies?
- ATP wird in 3 Stufen gewonnen
Was ist eine andere Bezeichnung für den Embden-Meyerhof-Parnas-Weg und welche Stoffe werden dabei ineinander umgewandelt?
- Glycolyse
- Glucose wird zu 2 Pyruvat Molekülen abgebaut
- Im ersten Schritt mit ATP-Verbrauch, im zweiten Schritt mit NADH?
Von was hängt der Abbau von Pyruvat ab und was geschieht dabei?
- Abbau hängt von Anwesenheit von O2 ab
o aerobe Atmung
o Fermentation/Gärung/anaerobe Atmung
Wieviel ATP können bei aerober Atmung gewonnen werden und wieviel bei Gärung?
- Aerob 38 ATP
- Anaerob 2 ATP
Wieso ist die aerobe Atmung effizienter als die Gärung?
- Energie vollständig in ATP umgesetzt bei anaerober verbleibt ein Großteil in den Produkten
- Produkte werden auf ein niedrigeres Red-ox-Potential gebracht
Wie heißen die hydrophilen Kanäle in der äußeren Zellmembran und welchen Durchmesser weisen sie auf?
- Porine: 1nm
Was ist ein Exoenzym?
- Enzyme, die von der Zelle ausgesandt werden, um Stoffe zu zersetzen
- Ermöglicht den Transport der Abbauprodukte in die Zelle
Nennen Sie 3 Moleküle, die leicht durch die äußere Membran diffundieren.
- O2, H2, N2, Benzen
Was ist der Unterschied zwischen passivem und aktivem Transport?
- Aktiv: Kanäle unter Energieaufwand von ATP
- Passiv: Verlagerung entlang des Konzentrationsgefälles
Wann betreibt die Zelle Gärung?
- Wenn kein O2 vorhanden ist
Über welche Art der Phosphorylierung wird ATP im Falle der Fermentation hergestellt?
- Substratstufen-Phosphorylierung
Nenne zwei Beispiele für Gärungen.
- Milchsäure- und Alkoholische Gärung
Welche zwei Enzyme sind wichtig für die Milchsäure/ alkoholische Gärung?
- Laktatdehydrogenase
- Pyruvat-Decarboxylase
Was dient im Falle der Milchsäuregärung als Elektronenakzeptor?
- Pyruvat
Können folgende Moleküle durch die zytoplasmische Membran diffundieren? O2, CO2, Glucose, Glycerin, ATP
- O2, CO2, Glycerin
Was ist der wesentliche Unterschied zwischen aerober und anaerober Atmung?
- Der Elektronenakzeptor bei aerober Atmung ist Sauerstoff, sonst nicht
Wofür steht die Abkürzung TEA?
- Terminal elektron acceptor
Was sind bei der anaeroben Atmung 4 klassische Elektronenakzeptoren und zu welchen Stoffen werden sie jeweils reduziert?
Was ist die Denitrifikation?
Welcher Prozess dient chemolithotrophen Mikroorganismen zur Energiegewinnung?
- Elektronentransportphosphorylierung (ETP)
Gibt es einen Unterschied in der Energieausbeute der H2-Oxidation mit O2 als Elektronenakzeptor im Vergleich zu H2-Oxidation mit SO42- als Elektronenakzeptor?
- Sulfat hat eine geringere Enthalpie und damit eine geringere Ausbeute
Wie lässt sich das natürliche Habitat chemolitotropher Organismen beschreiben?
- An der Grenze von oxischer und anoxischer Umgebung (z.B. Vulkane, Minen, Kläranlagen)
Nenne drei chemolitotrophe Verbindungen und die Produkte, die durch die Oxidation mit O2 entstehen.
Was sind zwei Schritte bei der Nitrifikation?
Welche Konsequenzen ergibt sich aus der Oxidation reduzierter Schwefelverbindungen?
- Produktion von Schwefelsäure )
- Versauerung des Bodens->Auflösung von Mineralien z.B. CaCo3
Nennt 2 Beispiele für Sulfit oxidierende Organismen.
- Beggiatoa, Ryftia pachyptila (Rohrwurm)
Nennt 2 Faktoren, die darüber bestimmen, wie Eisen sich verhält.
- pH-Wert und Sauerstoffgehalt
Nennt zwei eisenoxidierende Bakterien.
- Gallionella ferruginae und Leptothrix ochracea
Welche 2 Probleme betreffen neutrophile aerobe Eisen oxidierende Mikroorganismen und welche Lösungen gibt es dafür?
- Konkurrenz mit der natürlichen chemischen Redox-Reaktion zwischen Eisen und Sauerstoff (Bildung von Rost durch Oxidation von Fe(II) zu Fe(III)
- Umgang mit den Produkten, die bei der Oxidation entstehen z.B. Eisen-Minerale
- 2. Vorkommen in Habitaten, die wenig Sauerstoff und Eisen haben, die Mikroorganismen jedoch noch überleben können
- Um die Ablagerung der Minerale rund um die Zelle zu vermeiden, scheidet diese organische Struktur ab, auf welchen die Minerale ablagert werden können
Definiere die Licht- und Dunkelreaktion.
Lichtreaktion: Katabole Komponente, aus Lichtenergie wird chemische Energie gewonnen.
Dunkelreaktion: Anabole Komponente, Kohlenstoff für Wachstum wird durch Fixierung von CO2 gewonnen.
Welche Stoffe können bei der Lichtreaktion der Photosynthese statt Wasser verwendet werden, um Elektronen zu generieren?
H2S
Fe2+
Wenn kein Sauerstoff vorhanden ist und keine aerobe Atmung stattfindet, was entscheidet, ob Gärung oder anaerobe Atmung abläuft?
Abhängig vom terminalen Elektronenakzeptor. Mit TEA findet anaerobe Atmung statt, sonst Gärung.
Was sind Carotenoide?
Hydrophobe Pigmente
Lange Ketten mit konjugierten Doppelbindungen
haben im Sediment unterschiedliche Farben
Was ist der Zweck von Carotenoiden?
Transportieren Energie zu Reaktionszentren
Fangen durch Doppelbindungen Radikale auf-> Schutz der Membranen
Wie entstehen verschiedene Farben im Sediment?
Unterschiedliche Lichtwellenlängen dringen unterschiedlich tief in Sedimente ein
Unterschiedliche Phototrophe mit unterschiedlichen Pigmenten absorbieren diese unterschiedlichen Lichtwellenlängen-> Schichtungen in Sedimenten
Sind Pigmente gute Biomarker?
Ja, das Grundgerüst ist unpolar und ungeladen-> stabil
Doppelbindungen und funktionelle Gruppen können verschwinden
Wo und wie lagern „purple sulfur bacteria“ Schwefel?
Innerhalb der Zellmembran in Form von Schwefel-Kügelchen (Globuli)
Welche Mikroorganismen betreiben anoxygene Photosynthese und welche oxygene Photosynthese?
Oxygen: Cyanobakterien
Anoxygen: Grüne Schwefelbakterien, (Nicht) Schwefelpurpurbakterien
Nennt drei anoxygene phototrophe Bakterien, welche unterschiedlich mit Schwefel umgehen
Purple, sulfur bacterie (Chromatium sp.): nehmen Schwefel auf und speichern diesen, generieren durch Oxidation Elektronen
Purple non-sulfur bacteria (Rhpdpbacter sp.): Oxiadtion findet außerhalb der Zelle statt, keine Speicherung
Green sulfur bacteria (Chlorobinum sp.): Können Schwefel oxidfieren, speichern die Globuli jedoch außerhalb
In welchem Photosystem wird Wasser gespalten?
Im Photosystem II wird Wasser zu Sauerstoff und Wasserstoffionen gespalten
Was sind Thylakoide?
Spezielle Membranen in Eukaryoten, welche Chlorophyll transportieren
In eukaryotischen Zellen befinden sich diese in Chloroplasten
Welches ist das häufigste Enzym der Erde und in welchem Prozess spielt es eine Rolle?
Rubisco (Ribulose-bisphosphat-carboxylase)
Schlüsselrolle im Calvinzyclus, fixiert CO2 und macht es organisch nutzbar
Nennt drei Wege, wie Mikroorganismen CO2 fixieren
Ribulose-bisphosphat-cycle (Calvin-Bassham-Cycle)
Reductive TCA-Cycle (Reverse-TCA-Cycle)
Reductive Acetyl-CoA-pathway (hydroxypropionate pathway)
Wie unterscheidet sich ein Habitat von einem Ökosystem?
Habitat: Der Ort eines speziellen Organismus innerhalb eines Ökosystems
Weshalb können viele physiologisch verschiedene Gruppen von Mikroorganismen in einem einzelnen Habitat leben?
Habitate sind heterogen und bieten verschiedene Mikroumgebungen
Nennt drei Faktoren, welche die Art und das Ausmaß mikrobieller Aktivität im Boden beeinflussen.
ph-Wert, Licht, Temperatur, Wassergehalt, Sauerstoffgehalt, Salinität
Nennt 3 extreme Habitate
Tiefsee, Hydrothermalquellen, Gletscher, Salzsee
Welche Habitate kennen Sie?
Terrestrische Lebensräume: Boden, Pflanzen, Tiere
Süßwasser Lebensräume: Seen, Flüsse, Sediment
Marine Lebensräume: Meerwasser, Sediment, Tiefsee
Oberflächen: Biofilme
Extreme Lebensräume: ph, Temperatur, Druck, Salinität
Nennt 4 physikalisch-chemische Gradienten, die es in einem Habitat geben kann und dafür typische Habitate.
Wärmegradient in bspw. Thermalquellen
Saustoffgehalt in bspw. Seesediment
Lichtgradient bspw. Im Meer
Salzgehalt im Boden bspw. an der Küste
Nennen Sie die 3 Entwicklungsstufen von Biofilmen
Anhaftung: Zellen haften sich an geeigneter Oberfläche an
Besiedlung: Interzelluläre Kommunikation, Wachstum und Polysaccharidbildung
Entwicklung: mehr Wachstum und Polysaccharide
Was bedeutet „Quorum sensing“?
Zell-Zell-Kommunikation
Organismen schneiden Signal-Moleküle aus, wodurch Organismen mit demselben Stoffwechsel erkannt werden können (extrazelluläre Polymere Substanzen EPS)
Wo im Haushalt und in der Natur finden sich Biofilme?
Waschbecken, Kühlschrank auf Steinen in Flüssen
Welche Vorteile hat es für Mikroorganismen in einem Biofilm zu leben?
Schutz vor Giftstoffen, Wasserspeicherung, Bindung von Exoenzymen, Kohlenstoffspeicherung
Beschreibt die Redoxzonierung in einem See.
Ganz oben: Sauerstoff und Sonnenlicht-> Aerobe Atmung (oxygene Photosynthese)
Unten: Kein Sauerstoff evtl. noch wenig Sonnenlicht->Aerobe Atmung (anoxygene Photosynthese)
Ganz unten: in der Schlammschicht, kein Sauerstoff, kein Licht vorhanden-> Chemolithotrophe Organismen
Ist eine Eisendüngung im Ozean zur Fixierung von CO2 erfolgreich oder nicht?
Zugabe von Eisen in Ozean->Algen Wachstum an Wasseroberfläche
- aus Atmosphäre wird gebunden (Photosynthese)
- Sauerstoffreiche Umgebung
- Biomasse wird durch aerobe Atmung abgebaut
- wird wieder an Umgebung abgegeben-> Düngung nicht erfolgreich
Wie viele Zellen sind in einem ml Meerwasser enthalten?
Zwischen 10^5 und 10^6 Zellen
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