Biologie der prokaryotischen Zellen
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Questions and Answers

Was beschreibt die Rolle von Geißeln in prokaryotischen Zellen?

  • DNA-Replikation
  • Fortbewegung der Zelle (correct)
  • Lagerung von Nährstoffen
  • Signalweiterleitung innerhalb der Zelle

    • Welche Aussage zur Gram-Färbung von Bakterien ist korrekt?

  • Gram-positive Bakterien haben eine dünne Zellwand.
  • Gram-negative Bakterien haben dicke Mureinschichten.
  • Gram-positive Bakterien bleiben nach der Alkoholbehandlung lila. (correct)
  • Gram-negative Bakterien erscheinen lila.

    • Was ist ein charakteristisches Merkmal von Endosporen?

  • Sie enthalten eine Kopie des Genoms. (correct)
  • Sie sind physiologisch aktiv.
  • Sie sind nichts als eine Membranstruktur.
  • Sie sind empfindlich gegenüber Temperaturänderungen.

    • Worin besteht der Hauptunterschied zwischen eukaryotischen und prokaryotischen Ribosomen?

    <p>Die Sedimentationsgeschwindigkeit unterscheidet sich zwischen beiden.</p> Signup and view all the answers

    Welche Funktion haben Pili in prokaryotischen Zellen?

    <p>Sie sind an der DNA-Übertragung beteiligt.</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Hauptbestandteil der Schleimhülle von Bakterien?

    <p>Polysaccharide</p> Signup and view all the answers

    Wie lange dauert die Generationszeit von E. coli?

    <p>20 Minuten</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt Chemotaxis bei Bakterien?

    <p>Die Orientierung in chemischen Gradienten.</p> Signup and view all the answers

    Welcher Faktor ist nicht als Pathogenitätsfaktor von Escherichia coli aufgeführt?

    <p>Antigen-Antikörper-Komplex</p> Signup and view all the answers

    Welches Merkmal ist charakteristisch für die angeborene Immunabwehr?

    <p>Zelluläre und chemische Barrieren</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Pathogenitätsinseln in Mikroorganismen?

    <p>Tragen Virulenzgene und fehlen in nicht-pathogenen Stämmen</p> Signup and view all the answers

    Welche Funktion haben Fimbrien und Adhäsine bei pathogenen Mikroben?

    <p>Sie ermöglichen die Haftung an Zellen oder Geweben</p> Signup and view all the answers

    Welches dieser Mechanismen zählt zu den physikalischen Barrieren der Immunabwehr?

    <p>Haut und Schleimhäute</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über die erworbene Immunität ist korrekt?

    <p>Sie erfordert Zeit zur Entwicklung eines immunologischen Gedächtnisses.</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Hauptfunktion der DNA-Methylierung im Kontext von Restriktionsenzymen?

    <p>Schutz der DNA vor eigenen Restriktionsenzymen</p> Signup and view all the answers

    Welches Antigen ist spezifisch für gramnegative Bakterien wie Escherichia coli?

    <p>O-Antigen</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage beschreibt am besten die Rolle von Primer in der PCR?

    <p>Sie lagern sich an die DNA und initiieren die Synthese.</p> Signup and view all the answers

    Welches dieser Plasmidtypen ist optimiert für die Expression einer neuen Sequenz?

    <p>Expressions-Plasmid</p> Signup and view all the answers

    Welcher Begriff beschreibt den Prozess, bei dem Gene zwischen Bakterienzellen mithilfe von Pili übertragen werden?

    <p>Konjugation</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht während der Denaturierung in der PCR?

    <p>Die DNA-Stränge trennen sich.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Isoschizomer in Bezug auf Restriktionsenzyme?

    <p>Ein Enzym, das denselben Erkennungsschnittpunkt hat.</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage beschreibt am besten die Rolle von Ligase bei der Ligation von DNA-Fragmenten?

    <p>Sie verbindet die DNA-Stücke durch Entzug von Wasser.</p> Signup and view all the answers

    Welcher Schritt in der PCR folgt direkt nach der Annealing-Phase?

    <p>Elongierung</p> Signup and view all the answers

    Welcher der folgenden Begriffe beschreibt die schnellere Migration kleinerer DNA-Fragmente im Gel?

    <p>Elektrophoretische Trennung</p> Signup and view all the answers

    Was wird unter TA-Zwischenklonierung verstanden?

    <p>Fügen von A-Enden durch Taq-Polymerase an 3'-Enden.</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Hauptquelle für das Kohlenstoffskelett der meisten Aminosäuren?

    <p>Zitronensäurezyklus, Glykolyse oder Pentosephosphatweg</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über die Biosynthese von Nukleotiden ist korrekt?

    <p>Es handelt sich um einen komplexen Vorgang, der schrittweise erfolgt.</p> Signup and view all the answers

    Welches Produkt wurde dabei nicht in der zweiten Phase der Mikrobiologie erwähnt?

    <p>Penicillin</p> Signup and view all the answers

    Was definiert die Pyrimidine unter den Nukleotiden?

    <p>Heterocyclische, aromatische Verbindung mit zwei Stickstoffatomen</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die Aminosäure-Synthese ist falsch?

    <p>Menschen können alle Aminosäuren unabhängig synthetisieren.</p> Signup and view all the answers

    Was ist keine Funktion von Nukleotiden?

    <p>Bauen Proteine direkt auf</p> Signup and view all the answers

    Was charakterisiert Ribonukleotide?

    <p>Sie sind nucleosidische Bestandteile von RNA.</p> Signup and view all the answers

    Was ist keine Raschelinformation zur dritten Phase der Mikrobiologie?

    <p>Entwicklung von Milchsäure.</p> Signup and view all the answers

    Welches Element ist nicht Teil der Struktur von Purinen?

    <p>Sauerstoff</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Verbindungen wird als Ausgangssubstanz für DNA und RNA betrachtet?

    <p>Nukleotid</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Medikamente ist das erste gentechnisch hergestellte Produkt?

    <p>Humaninsulin</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Therapeutika wird typischerweise in der Krebstherapie eingesetzt?

    <p>Interferon</p> Signup and view all the answers

    Was passiert während der Behandlung mit der Anti-Matsch-Tomate?

    <p>Die Bildung von PG wird reduziert.</p> Signup and view all the answers

    Welches Verfahren wird typischerweise in der biologischen Sanierung eingesetzt?

    <p>Anwendung von stickstoffreichen Düngern</p> Signup and view all the answers

    Was ist eines der Hauptziele der braunen Biotechnologie?

    <p>Umweltfreundliche Produktionsprozesse</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine Konsequenz der gentechnischen Herstellung von Medikamenten?

    <p>Erhöhung der Sicherheit der Medikamente</p> Signup and view all the answers

    Wie funktioniert die festphasenbiosanierung?

    <p>Kompostierung von kontaminiertem Boden</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Optionen beschreibt am besten ein Plasmid in der Gentechnik?

    <p>Ein extra-chromosomales DNA-Molekül in Bakterien.</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage beschreibt den Einsatz von Biotechnologie in der Landwirtschaft am besten?

    <p>Steigerung der Haltbarkeit von Früchten.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Nachteil der traditionellen Insulinproduktion aus Tieren?

    <p>Allergien und Unverträglichkeiten</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Mikrobiologie - Einführung

    • Mikroorganismen existierten vor ca. 3,8 Milliarden Jahren, Vielzeller vor ca. 600 Millionen Jahren und der Homo Sapiens vor ca. 130.000 Jahren.
    • 3 Domänen: Bakterien, Archaea und Eukaryoten (Einteilung aufgrund RNA-Sequenzvergleich)
    • Mikroorganismen umfassen Bakterien, Archaea, Pilze, Mikroalgen, Protozoen und Viren.
    • 1837 skizzierte Darwin einen Stammbaum des Lebens.
    • Phylogenetische Stammbäume zeigen die evolutionäre Beziehung zwischen Arten.
    • Systematische Kategorien in der Bakteriologie: Domäne, Abteilung/Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung und Art.
    • Actinobacteria und deren Familie/Gattung sind oft in Verbindung mit Mycobacterium (z.B. M. tuberculosis) und Campylobacteriaceae (z.B. Helicobacter oder H. pylori)
    • Mikroorganismen machen 70% der Biomasse aus.

    Unterschiede zwischen Bakterien und Archaea

    • Unterschiede in Zellwand, Membran, Lipiden und Stoffwechsel.
    • Archaea sind gegenüber Antibiotika nicht empfindlich.
    • Archaea sind Eukaryoten ähnlicher als Bakterien.
    • Typische Bakterien: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis
    • Typische Archaea: extrem thermophile und methanproduzierende Organismen (z.B. Picrophilus torridus, Methanocaldococcus jannaschii)

    Bedeutung von Mikroorganismen

    • Anzahl übertrifft alle anderen Spezies
    • Stellen 70% der Biomasse.
    • Wichtig für Ökologie, Medizin, Biotechnologie, Gentechnologie und Evolution.

    Koch'sche Postulate

    • Erreger muss im kranken Tier nachgewiesen werden.
    • Erreger muss in Reinkultur gebracht werden.
    • "Reiner" Erreger muss in gesundem Tier gleiche Krankheit auslösen.
    • Erreger muss wieder isolierbar sein.

    Bedeutung in Medizin und Ökologie

    • Geochemische Stoffkreisläufe
    • Beeinflussung des globalen Klimas
    • Fotosynthese
    • Symbiose mit Lebewesen

    Biotechnologische Bedeutung

    • Produktion von wichtigen Stoffen (Antibiotika, Enzyme, Gentherapien, Antikörper)
    • Nahrungsmittelproduktion
    • Beseitigung von Abfällen (z.B. Abwasserreinigung, Gifte)
    • Industrie (Enzyme in Waschmitteln)

    Gentechnologische Bedeutung

    • Änderung genetischer Eigenschaften von Organismen
    • Herstellung von rekombinanten Stoffen (z.B. Insulin)
    • Biotechnologie-Forschung (z.B. Untersuchung von Proteinen)

    Molekularbiologische Methoden

    • Sequenzierung von DNA und RNA
    • Analyse der Genexpression
    • Biochemische Techniken (Western Blot Analysen)

    Makroskopische Unterscheidung von Bakterienkolonien

    • Farbe (abhängig von Temperatur, Sauerstoff, Licht, Nährmedium)
    • Größe
    • Geruch
    • Oberfläche
    • Konsistenz
    • Kolonierand
    • Profil

    Bakterienformen

    • Kokken (rund): Streptokokken, Diplokokken, Sarcinen, Staphylokokken
    • Stäbchen (bacillus): Streptobazillus, Diplobazillus, Palisaden
    • Andere Formen (z.B. Vibrio, Helikale, Spirochäte)

    Biofilm

    • Schicht von angesiedelten lebenden und abgestorbenen Kleinstwesen
    • Bildung an Grenzflächen, Schutz vor äußeren Faktoren.

    Quorum Sensing

    • Signalübertragung zwischen Zellen in Biofilmen
    • Steuerung der Genexpression basierend auf Populationsdichte
    • Kommunikation auch über Artgrenzen hinweg.

    Wachstum von Bakterien

    • Lag-Phase
    • Log-Phase: exponentielles Wachstum
    • Stationäre Phase
    • Zelltod

    Ernährungsgewohnheiten von Bakterien

    • Heterotroph: benötigen organische Materialien
    • Autotroph: erzeugen Nahrung aus CO2
    • Chemoautotroph: verwenden chemische Energie
    • Auxotrophie/Prototrophie: Anpassung bei Stoffwechseldefiziten

    Stoffwechselvielfalt

    • Energiequelle variiert (chemische Reaktion - Chemotroph / Lichtreaktion - Phototroph)
    • Reduktionsäquivalenz (organische/anorganische Verbindungen)
    • Temperaturbereiche (psychrophil, mesophil, thermophil, hyperthermophil)
    • pH-Bereiche (acidophil, neutrophil, alkalophil)

    Anlegen von Bakterienkulturen

    • Abstriche
    • Ausdünnen mit Impföse
    • Auftragen auf Nährmedien
    • Drei-Ösenausstrich
    • Gußplattenverfahren

    Medien für Mikroorganismen

    • Vollmedium: hohe Nährstoffkonzentration, schnelleres Wachstum
    • Minimalmedium: minimale Nährstoffe, Identifizierung wichtiger Nährstoffe
    • Selektivmedium: Wachstum bestimmter Organismen
    • Differentialmedium: Unterscheidung verschiedener Organismen

    Drei Ösenausstrich

    • Probenentnahme und Ausstrich auf Agarplatte.

    Gußplattenverfahren/ Keimzahlbestimmung

    • Verdünnung der Probe mit flüssigem Nähragar
    • Aushärten bei Raumtemperatur
    • Inkubation auf 37 Grad Celcius
    • Zählung der Kolonien

    Aufbau von Bakterienzellen

    • Zellwand: Struktur
    • Zellmembran: semipermeabel
    • Chromosom: ringförmige DNA
    • Plasmid: kleine DNA-Ringe
    • Ribosomen: Proteinsynthese
    • Pili: Adhäsion an Oberflächen
    • Geißeln: Fortbewegung
    • andere Strukturen (Kapsel, Speicherung Stoffe...)

    Stoffwechseltypen

    • Photoautotroph (Licht, CO2)
    • Chemoautotroph (Chemikalien, CO2)
    • Photoheterotroph (Licht, organische Verbindungen)
    • Chemoheterotroph (organische Verbindungen)

    Sporen von Bakterien

    • Hitzeresistente Dauerformen (in Reaktion auf Nährstoffmangel)
    • Schutzhülle, Keimfähigkeit bleibt lange erhalten

    Endosymbiontentheorie

    • Plastiden und Mitochondrien haben prokayotische Ursprung.
    • Zirkuläre DNA in Nukleoiden ohne Histone
    • rRNA ist sequenzverwandt
    • Eigene Polymerasen und Ribosomen

    Genetische Information

    • Gen: DNA-Abschnitte
    • Chromosom: geordnetes Erbmaterial
    • Genom: Gesamtheit aller Gene einer Zelle

    DNA-Replikation

    • Semikonservative Replikation (ein alter Strang, ein neuer)
    • Replikationsrichtung 5' -> 3'
    • Enzyme an DNA-Replikation beteiligt (DNA-Polymerasen)

    DNA-Polymerasen

    • verschiedene Typen mit unterschiedlichen Aufgaben (Reparatur, Replikation)
    • Korrekturlesen durch 3' -> 5' Exonuklease Aktivität

    Transkription

    • RNA-Synthese
    • RNA weniger stabil
    • RNA-Polymerase als Enzym
    • Bindeposition von RNA-Polymerase = Primer
    • Ablauf des Transkriptionsvorgangs wird beschrieben

    Schritte der RNA Synthese

    • Initiation (Sigmafaktor findet Promoter und Initiationsstelle, dann beginnt an der Initiationsstelle die Transkription und Sigmafaktor wird freigesetzt)
    • Elongation (Transkription weiterführen)
    • Termination (Terminationstelle erreicht)

    Mikrobiologie - Gentechnik

    • Herstellung von Proteinen
    • Herstellung von transgenen Pflanzen und Tieren
    • Gendiagnostik
    • Somatische Gentherapie
    • CRISPR/Cas9-Technologie

    Restriktionsenzyme (Endonukleasen)

    • Schneiden von DNA an bestimmten Sequenzen
    • verschiedene Typen mit unterschiedlichen Anforderungen
    • Verfahren zum Klonieren von DNA-Fragmenten

    PCR Polymerase-Kettenreaktion

    • Verfahren zur Vervielfältigung spezifischer DNA-Abschnitte
    • benötigt DNA-Template, 5'- und 3'-Primer, dNTPs, Pufferlösung, etc.
    • Schritte: Denaturierung, Annealing, Elongierung

    Klonierung

    • DNA-Fragmente werden in ein Vektor eingeschleust
    • Vektor = z.B. Plasmid
    • Selektion von transformierten Zellen

    Genetischer Austausch

    • Transformation: Aufnahme freier DNA
    • Konjugation: Genübertragung zwischen Bakterienzellen
    • Transduktion: Übertragung von Genen mithilfe von Viren

    Homofermentative und heterofermentative Milchsäuregärung

    • Abbau von Glucose zu Milchsäureunter anaeroben Bedingungen
    • homofermentierend: Glucose -> 2 Laktat + ATP
    • heterofermentierend: Glucose -> 2 Laktat, CO₂, Ethanol + ATP

    Alkoholische Gärung

    • Abbau von Glucose zu Ethanol und CO2
    • Zwei Schritte: 1. Decarboxylierung von Pyruvat, 2. Reduktion von Acetaldehyd zu Ethanol.

    Bioenergetik

    • Gesamtheit der Energieumwandlungen in lebenden Organismen
    • Prinzip: Erhaltung der Energie
    • Gibbs-Helmholtz-Gleichung (freie Energie)

    Enzyme

    • Proteine, biochemische Reaktionen katalysieren, Aktivierungsenergie senken

    Oxidoreduktasen, Transferasen, Hydrolasen, Lyasen, Isomerasen, Ligasen

    • Unterschiedliche Klassen von Enzymen nach katalysierender Reaktion

    ATP-Synthasen

    • Membranproteinkomplex, synthetisiert ATP durch Energie von Protonengradienten

    Aerobe Atmung (oxidativer Stoffwechsel)

    • Oxidation organischer Verbindungen unter Verwendung von Sauerstoff
    • Elektronentransportketten
    • ATP-Synthese

    Gärung

    • Energiegewinnung unter anaeroben Bedingungen
    • Unterschiedliche Endprodukte (z.B. Ethanol, Milchsäure)
    • Reduktion von NADH mittels organischer Verbindungen

    Mikrobiologie - Infektionstraktheiten

    • Definition: Infektiöse Erkrankung
    • Klassifizierug von Krankheiten (Endemie, Epidemie, Pandemie)
    • Ursachen: Bakterien, Viren, Pilze, Protozoen
    • Typische Infektionen (Luftwegsinfektionen, AIDS, Diarrhoe)
    • Pathogenitätsstrategien (Adharenz, Invasion, Spreading, Transcytose)
    • Koch'sche Postulate

    Nosokomiale Infektion

    • Infektionen im Krankenhaus
    • Pathogenitätsstrategien
    • Koch'sche Postulate im Zusammenhang mit Beispielorganismen (Streptococcus, Bacillus)

    Allgemeine Daten

    • 1919 entdeckt, Gram negativ, stäbchenförmig, peritrich begeisselt, Virulenzfaktoren (z. B. H-, O-Ant.

    Infektionstraktheiten

    • Infektion der Atemwege/des Verdauungstrakts (Beispiel: Escherichia coli)
    • Abwehrstrategien des Wirts
    • Pathogenitätsfaktoren: Infektionstraktheiten der Bakterien
    • Pathogenitäts-Inseln: Vorkommen in pathogenen Stämmen; Fehlen in nicht-pathogenen; große genomische DNA

    Antikörper

    • Proteine, die spezifisch an Antigene binden
    • Immunantwort

    Pathogenität

    • Fähigkeit eines Erregers, eine Krankheit hervorzurufen.
    • Virulenz: Grad der Pathogenität.

    Oberflächenstrukturen

    • Fimbrien/Pili
    • Geißeln
    • Kapseln (Schleim)
    • Zellwandstrukturen

    ELISA

    EIA

    KEIMREDUKTION UND ANTIBIOTIKA

    • Keimreduktion und Sterilisation durch Wärmezufuhr (Autoklavierer)
    • Desinfektion durch chemische Methoden (Alkohol, Aldehyde)
    • Antibiotika als Antibiotika-Resistenz

    Antibiotika

    • Wirkungsmechanismen (Zellwandsynthese, Proteinsynthese, DNA-Synthese usw.)
    • Resistenzmechanismen (z.B. Enzyminaktivierung, Veränderung der Zielstruktur), Antibiotika- Resistenz
    • Arten von Antibiotika (Beispiele für Klassen und Wirkungsweisen)

    Virologie

    • Virologie (Grundlagen, Vermehrungszyklen, Klassifizierung, Erregerbestimmung)

    Immunabwehr, angeborene und adaptive Immunantwort

    • Unspezifische Abwehrmechanismen (z. B. Phagozytose, Komplementsystem)
    • Spezifische Abwehrmechanismen (z. B. Antikörper, T-Zell-Antworten)
    • Pathogene, die Immunabwehr umgehen
    • Entzündungsreaktionen und deren Rolle bei der Abwehr

    Schritte bei einer Schnittwunde

    • Verletzungsmechanismus
    • Eintritt und Ausbreitung der Bakterien
    • Beteiligung der Immunabwehr (entzündliche Reaktionen, spezialisierte Immunzellen usw.)

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