Biologie und Genetik: OMICS und Elektronentransport

Vorlesung 1

• Die frühe Erde: Entstehung aus Staub- und Gaswolke, Abkühlung Erde, Kondensation Wasserdampf
• Ursprung des Wassers: Vulkanische Ausgasungen, Kometen- und Asteroidenkollisionen
• Erste Hinweise auf mikrobielles Leben: Ausfällungen im Zusammenhang mit Meeresboden, hydrothermalen Quellen (3,770-4,280 Mio. Jahre)
• Stromatolithen: Versteinerte mikrobielle Matten, aus Schichten prokaryotischer Filamenten
• Moderne mikrobielle Matten: Querschnitt zeigt grüne Schicht mit photosynthetischen Zellen (Synechococcus)
• Moderne Stromatolithen: Hypersaline Seen & Meereslagunen, extreme Bedingungen verhindern Beweidung

Vorlesung 2

• Kultivierung von Bakterien: Nährmedium, exponentielles Wachstum, Koloniebildung
• Mikrobielle Energiestoffwechselarten: Chemotroph (an-/organische Substanze) und Phototroph (Licht als Energiequelle)
• Chemotroph: Chemolithotroph (anorganische Substanzen) und Chemoorganotroph (organische Substanzen), Mixotroph
• Phototroph: Photoautotroph (CO2) und Photoheterotroph (organische Substanzen)
• Mikrobielle Häufigkeit: Ein Gramm Erde > 1 Milliarde Zellen, >100.000 Spezies
• Verborgene Kräfte von Mikroben: Sanierung, Energieerzeugung, Stoffumwandlungen, Globale Gesundheit
• Bakterien im Menschen: Vielzahl von Arten im Darm, Einfluss auf Immunsystem, Einfluss auf Krankheitsrisiken

Vorlesung 3

• Standard-Wasserstoffelektrode (SHE): Normierung auf Ionenaktivität 1 mol/l und Wasserstoffdruck 1013 hPa
• Redox-Turm: Maß für das Reduktionspotential von Redoxpaaren (Standardbedingungen,pH 7)
• Elektronenfluss (anoxygene Photosynthese): Nur ein Photosystem, zyklische Photophosphorylierung,
• Oxidationen/Reduktionen: Reduktion (Gewinn von Elektronen) vs. Oxidation (Verlust von Elektronen)
• Coenzym Q: Elektronenübertrager in der anoxygenen Photosynthese ( drei unterschiedliche Oxidationszustände)
• Cytochrom: Proteine die Elektronen transportieren, in verschiedenen Komplexen zur Energiegewinnung

Vorlesung 4

• Ursprung des zellulären Lebens: Semipermeable FeS Membranstrukturen zur Reduktion und pH-Gradienten,
• RNA-Lebenhypothese: Sich selbst replizierende RNAs, katalytisch und informativ
• Sieben Wege der Autotrophen CO2-Fixierung: Der Calvin-Zyklus, Reverse Citric Acid Cycle
• Photosynthese & Atmung: Zusammenspiel von Energiegewinnung und Energieverbrauch in Pflanzen
• Archaeen: Nicht photosynthetisch, aber Nutzung von Lichtenergie mittels Bakterienrhodopsinen möglich
• Lichtbetriebene ATP-Erzeugung: Durch Bakterienrhodopsine (Archaeen), Energiegewinnung mithilfe von Licht
• Organismenarten: Phototroph (Lichtquelle), Chemolithotroph (Anorganische Quellen) vs. Chemoorganotroph (Organische Quellen).

Vorlesung 5

• Urease: Enzyme, das Harnstoff in Ammoniak und Kohlenstoffdioxid spaltet
• Aerobe Wasserstoffoxidation: Knallgasreaktion, Energiegewinnung durch Oxidation von Wasserstoff, Hydrogenase
• Oxidation von reduziertem Schwefel: Umwandlung von H2S etc. zu Schwefel oder Sulfat
• 3 Wege zur Sulfidoxidation: Zwei Sulfidoxidationswege mit Sulfit als Zwischenprodukt, ein Weg ohne Sulfit.
• Kabelbakt.: Elektronentransport über lange Entfernungen, Symbionten mit Bakterien, die Schwefelwasserstoff oxidieren
• Eisenoxidation: Chemolithotrophe, Energiegewinnung durch Oxidation von Eisen

Vorlesung 6

• Nitrifikation: Ammonium-Oxidation zu Nitrit, Nitrit-Oxidation zu Nitrat, wichtige Rolle in Kläranlagen
• Commamox Bakterien: Nitrifikation in einem Lebewesen (Ammonium -> Nitrat)
• Anaerobe Lebensweise: Anaerobe Atmung wichtig in Abwesenheit von Sauerstoff
• Nitratreduktion: Assimilatorisch / Dissimilatorisch (Energiegewinnung)
• Anammox: Anaerobe Oxidation von Ammonium via Anammoxosome (Vermeidung von schädlichen Zwischenprodukten)

Vorlesung 7

• Sulfatreduktion: Reduktion von Sulfat zu Sulfid, mit organischen/anorganischen Substraten oder/und H2S als
• Acetogene Organismen / Wasserstoffatmung: Nutzen CO2 als Elektronenakzeptor, spezialisierte biochemischen Reaktionen
• Methanogene Bakterien: Methanproduktion aus CO2/Acetat/H2, wichtiger Schritt im anaeroben Abbau
• Methanogenese: Biosynthese von Methan aus CO2, Acetat, oder methylierten Verbindungen, anaerobe Atmung, wichtig in
• Schlüsselcoenzyme der Methanogenese: Tetrahydromethanopterin (MP), Methanofuran (MF), Coenzym M

Vorlesung 8

• Systembiologie: Von Genomik zur Physiologie
• Vom Molekül zur Anthropologie:
• Erwin Schroedinger: Verantwortung für die Gesetze der Physik für Verständnis des Lebendigen
• Entropie: Mas für die Unordnung
• Ludwig von Bertalanffy: Offene Systeme und Gleichgewichtszustand in der Lebenswissenschaft

Vorlesung 9

• Endomembransystem: Zellkern, glattes & raues ER, Golgi-Apparat, Lysosomen, Vakuolen, Endosomen
• Ribosomen: Proteinbiosynthese im Cytosol und an rauen ER
• Zellkernhülle: Doppelmembran mit Poren für Transport, enthält Chromatin
• Chromosomen/Nucleolus: Strukturen im Zellkern
• Mikrofilamente/Mikrotubuli: Organisation des Cytoskeletts

Vorlesung 10

• Zellwand-Biosynthese: Cellulose (beta-1,4-Bindung), Stärke (alpha-1,4-Bindung), Glykogen (tierische Zellen, alpha-1,6- und alpha-1,4-Bindung).
• Struktur der Zellwand: Cellulosemikrofibrillen, Crosslinks durch Xyloglucan und Arabinogalactan
• Zellwandproteine: Extensine, Glycinreiche Proteine, Prolinreiche Proteine, arabinose/galactose-reiche Proteine
• Lipid-Biosynthese: Ablauf im Stroma der Plastide, beteiligt verschiedene Enzyme

Vorlesung 11

• Energiefluss & Recycling in Ökosystemen: Grundumsatz, Leistungsumsatz, Gesamtumsatz
• Respiratorischer Quotient (RQ): Verhältnis von ausgeatmetem CO2 zu eingeatmetem O2
• "Kleibers Gesetz": Beziehung zwischen Stoffwechselrate und Körpermasse
• Gleich- und Wechselwarme Organismen: Regulation der Körpertemperatur, Differenzierung

Vorlesung 12

• Hormone: Endokrine, parakrine, autokrine Signalübertragung
• Signalamplifikation: Beispiel adrenerger Rezeptor für Adrenalin/Noradrenalin, Aktivierung von Enzymen
• Steroidhormone: Wichtige Funktionen.
• Lipoproteine: VLDL, LDL, HDL, Transport von Lipiden im Blut

Vorlesung 13

• Zellwand-Biosynthese: Struktur der Zellwand, Aufbau und Funktion von Cellulose und Pectin
• Lipid-Biosynthese: Ablauf im Stroma der Plastide, Beteiligung verschiedener Enzyme
• Phototaxis: Lichtwahrnehmung in Chlamydomonas reinhardtii, Rhodopsin und Signalkaskade

Vorlesung 14

• Coenzym Q vs. Cytochrom: Struktur und Funktion der Moleküle, unterschiedliche Oxidationszustände
• Q-Zyklus: Detaillierte Beschreibung der Elektronentransfers, Protonentransport und Bedeutung im Redox-Gleichgewicht.
• ATP-Synthase: Aufbau und Rolle als molekularer Motor für die ATP-Synthese
• Oxidative Phosphorylierung: Zusammenspiel von Elektronenfluss, Protonengradienten und ATP-Synthese

Vorlesung 15

• Chlorosom: Struktur und Funktion des Chlorosoms in Chlorobi und Chloroflexi, Elektronentransport in Photosynthese
• Elektronenfluss in der anoxygenen Photosynthese: Fotosynthese ohne Sauerstoff-Freisetzung, zyklischer und nicht-zyklischer
• Oxidations-Reduktions-Reaktionen: Redox-Potentialwerte von verschiedenen Redoxsystemen (z.B. H2S/S0, Fe(2+)/Fe(3+)
• Reaktionszentren: Struktur und Funktion, Bespiel von Bacteriochlorophyll (BChl) und Pigmentmolekül
• Das Reaktionszentrum violetter Phototrophe: Aufbau elektronentransportkette

Vorlesung 16

• Standard-Wasserstoffelektrode (SHE): Normierung, Elektrodenpotential, Redoxsysteme, Redoxpotenziale Vergleich
• Redox-Turm: Redoxpotenziale von Redoxpaaren, chemische Gleichgewichte
• Elektronenfluss: in der anoxygenen Photosynthese
• ATP-Synthase: Aufbau, Funktion und Mechanismus.

Testen Sie Ihr Wissen über OMICS-Techniken, die Funktion von Cytochromen in der Elektronentransportkette und die Geschichte der Genomsequenzierung. Beantworten Sie Fragen zu wichtigen biologischen Konzepten und Experimenten, die das Verständnis der modernen Genetik prägten.