Mikrobiologie: Nährstoffe und Antibiotika

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Questions and Answers

Welche Nährstoffquelle ist für heterotrophe Mikroorganismen nicht geeignet?

CO2 (correct)

Alkohole

Fettsäuren

Zucker

Welcher pH-Bereich ist für alkalophile Mikroorganismen optimal?

Mittel

Variabel

Niedrig

Hoch (correct)

Welches Medium fördert die schnellste Bakterienkultur-Dichte?

Minimalmedium

Selektivmedium

Differentialmedium

Vollmedium (correct)

Welche Kategorie beschreibt Mikroorganismen, die keinen Sauerstoff benötigen, aber tolerieren können?

Aerotolerante Signup and view all the answers

Welche Art von Mikroorganismen wächst am besten bei Temperaturen über 70 °C?

Hyperthermophil Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über organotrophe Mikroorganismen ist korrekt?

Sie benötigen organische Verbindungen als Reduktionsäquivalente. Signup and view all the answers

Welche Art von Abstrichtechnik wird verwendet, um Mikroorganismen auf Nährmedium zu übertragen?

Drei-Ösenausstrich Signup and view all the answers

Welches Element gehört nicht zu den typischen Spurenelementen für Mikroorganismen?

Sauerstoff Signup and view all the answers

Welches der folgenden Antibiotika ist besonders effektiv gegen Milzbrand, der von penicillin-resistenten Stämmen verursacht wird?

Ciprofloxacin Signup and view all the answers

Welche der folgenden Mechanismen wird durch Tigecyclin umgangen?

Effluxpumpe Signup and view all the answers

Was sind die Hauptwirkungen von Carbapenemasen?

Spalten Carbapeneme und andere beta-Lactam-Antibiotika Signup and view all the answers

Welche Eigenschaft zeichnet Kanamycin unter den genannten Antibiotika aus?

Lagert sich an die 30S-Untereinheit der Ribosomen an Signup and view all the answers

Was kann eine Resistenzmechanismus gegen Erythromycin hervorrufen?

Methylierungsveränderungen in Ribosomen Signup and view all the answers

Was ist eine Hauptursache dafür, dass Penicillin zunehmend nicht mehr verabreicht wird?

Medikamentenresistenz der Erreger Signup and view all the answers

Wie wirkt Tetracyclin auf bakterielle Zellen?

Blockiert die Anlagerung von Aminoacyl-tRNA an die mRNA Signup and view all the answers

Was geschieht mit der LacZ-Genexpression, wenn ein Insert in die MCS eingefügt wird?

Die LacZ-Genexpression wird inaktiviert. Signup and view all the answers

Welche Rolle spielt die tra-Region in der Konjugation?

Sie enthält Gene, die die Bewegung von Plasmiden regulieren. Signup and view all the answers

Was bezeichnet der Begriff 'intermediärer Stoffwechsel'?

Die Wege, die dem Auf-, Ab- und Umbau wichtiger Metabolite dienen. Signup and view all the answers

Welche Funktion hat das Fertilitätsplasmid (F+) während der Konjugation?

Es ermöglicht die Bildung des F-Pilus zwischen Bakterien. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen zum Metabolismus ist korrekt?

Der Metabolismus umfasst alle chemischen Umwandlungen in einer Zelle. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Substanzen zählt nicht zu den anorganischen Salzen, die für heterotrophe Mikroorganismen wichtig sind?

Kohlenhydrate Signup and view all the answers

Wie beeinflusst der pH-Wert das Wachstum heterotropher Mikroorganismen?

Ein optimaler pH-Wert um 7 ist ideal für das Wachstum. Signup and view all the answers

Was ist das Ergebnis, wenn E. coli beim Transformationsexperiment keinen Hitzeschock erhält?

Es findet kaum oder keine DNA-Aufnahme statt. Signup and view all the answers

Warum ist x-Gal wichtig im Prozess der Blau-Weiß-Selektion?

Es wird von β-Galactosidase in ein blauer Farbstoff zerlegt. Signup and view all the answers

Was sind typische Bestandteile der Nährstoffe für heterotrophe Mikroorganismen?

Kohlenstoffquellen, anorganische Salze und Spurenelemente. Signup and view all the answers

Was beschreibt den divergenten Anabolismus?

Er besteht aus etwa 2000 verschiedenen Reaktionen und komplizierten Regulationsmechanismen. Signup and view all the answers

Welches der folgenden Moleküle ist ein Zwischenprodukt der Glykolyse und dient als Ausgangsprodukt in der Gluconeogenese?

Phosphoenolpyruvat Signup and view all the answers

Was passiert mit dem Klärschlamm, nachdem er in Faultürme gepumpt wird?

Anaerobe Bakterien bauen weitere Stoffe ab. Signup and view all the answers

Welches Ziel verfolgt die Blaue Biotechnologie?

Steigerung des Nahrungsmittelangebotes und Schutz mariner Ökosysteme. Signup and view all the answers

Wie werden Pentosen gebildet?

Durch die Abspaltung eines Kohlenstoffatoms von einer Hexose. Signup and view all the answers

Was ist der Hauptzweck der UDP-Glucose in der Glykogensynthese?

Sie ist ein Baustein der Glykogensynthese und benötigt keine zusätzliche Energie für die Bindung. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen beschreibt die spontane Fermentation?

Mikroorganismen sind bereits im Produkt vorhanden oder gelangen aus der Umgebung hinzu. Signup and view all the answers

Wofür ist die Ribose-5-phosphat eine Vorstufe?

Für die Synthese von Nucleotiden und Nucleotidcoenzymen. Signup and view all the answers

Was ist ein wesentlicher Bestandteil des Fermentationsprozesses?

Die Umwandlung von biologischen Materialien durch Mikroorganismen. Signup and view all the answers

Welche Produkte entstehen durch den Prozess der anaeroben Zersetzung im Faulturm?

CO2 und Methan. Signup and view all the answers

Welche Beschreibung trifft auf die Struktur von Aminosäuren zu?

Aminosäuren können hydrophobe, hydrophile, saure oder basische Eigenschaften besitzen. Signup and view all the answers

Was beschreibt die traditionelle Fermentationsverfahren?

Zugabe von Mikroorganismen als Reinkultur zur konzentrationsarmen Prozessführung. Signup and view all the answers

Was ist die Rolle des Enzyms Ribonukleotid Reduktase?

Es reduziert Ribose und wandelt sie in Desoxyribose um. Signup and view all the answers

Wie wird das vorgeklärte Wasser nach dem Absetzbecken weiterbehandelt?

Es fließt in Belüfterbecken zur weiteren Behandlung. Signup and view all the answers

Welche Aussage über die hydrophoben Residuengruppen in Aminosäuren ist korrekt?

Sie sind nicht wasserlöslich und bleiben in der Regel verborgen innerhalb der Proteinstruktur. Signup and view all the answers

Worin liegt die Gefahr bei der spontanen Fermentation?

Es besteht eine hohe Gefahr von Fehlproduktionen. Signup and view all the answers

Was passiert mit der Glucose während der Gluconeogenese?

Sie entsteht aus organischen Nicht-Kohlenhydratvorstufen wie Pyruvat. Signup and view all the answers

Was passiert mit dem Klärschlamm nach der Trocknung?

Er wird deponiert oder als Dünger eingesetzt. Signup and view all the answers

Wie erfolgt die Aktivierung von Glucose-1-phosphat?

Durch die Aktivierung durch Uridintriphosphat (UTP). Signup and view all the answers

Welches Verfahren beschreibt den Prozess der Fermentation am effektivsten?

Fermentation nutzt mikrobiologische Transformation von Stoffen. Signup and view all the answers

Study Notes

Mikrobiologie - Einführung

Mikroorganismen existierten vor ca. 3,8 Milliarden Jahren.
Vielzeller entstanden vor ca. 600 Millionen Jahren.
Homo sapiens existierte vor ca. 130.000 Jahren.
Urvorstufe (Progenot) hat 3 Domänen: Bakterien, Archaea, Eucaryoten (Einteilung basierend auf RNA-Sequenz).
Mikroorganismen umfassen Bakterien, Archaea, Pilze, Mikroalgen, Protozoen, Viren.
Phylogenese ist die Stammesgeschichte zwischen 2 Arten.
Phylogenetischer Stammbaum: Knoten = gemeinsamer Vorfahre, Kantenlänge = Zeitverhätlnis.

Systematische Kategorien der Bakteriologie

Systematische Kategorien: Domäne, Abteilung/Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung, Art.

Unterschiede zwischen Bakterien und Archaea

Zellwände, Membranen, Lipide und Stoffwechsel unterscheiden sich.
Archaea sind gegenüber Antibiotika weniger empfindlich.
Archaea weisen mehr Ähnlichkeiten mit Eukaryonten auf als mit Bakterien.

Bedeutung von Mikroorganismen

Mikroorganismen machen 70% der Biomasse aus.
Sie sind wichtig für Ökologie, Medizin, Biotechnologie, Gentechnik und Evolution.
Sie spielen eine Rolle in der Agrarbiologie und im Stoffwechsel.

Koch'sche Postulate

Der Erreger muss im infizierten Tier nachgewiesen werden.
Der Erreger muss in Reinkultur gezüchtet werden.
Der „reine“ Erreger muss bei einem gesunden Tier die gleiche Krankheit auslösen.
Der Erreger muss wieder isoliert werden können.

Bedeutung der Medizin und der Ökologie

Mikroorganismen sind wichtig für die Stoffkreisläufe (z. B. Bodenbakterien als Destruenten).
Sie beeinflussen das globale Klima (CO2- und N-Kreisläufe).
Sie spielen eine Rolle in der Photosynthese und in der Nahrungskette (Cyanobakterien).
Sie können als Symbionten in der Verdauung und Physiologie von Lebewesen vorkommen.

Biotechnologische Bedeutung

Mikroorganismen spielen eine Rolle in der Produktion von Antibiotika, Enzymen und Antikörpern.
Sie helfen bei der Abwasserreinigung und der Beseitigung von organischen Substanzen.
Sie werden in der Industrie eingesetzt, z. B. bei Enzymen in Waschmitteln.

Gentechnologische Bedeutung

Mikroorganismen werden in der Gentechnologie verwendet, um Organismen genetisch zu verändern.
Sie ermöglichen die Isolierung, die Charakterisierung und die Neukombination von Erbmaterial.
Sie sind wichtig in der Forschung, z. B. bei der Herstellung von Insulin.

Makroskopische Unterscheidung von Bakterienkolonien

Kriterien zur Unterscheidung von Bakterienkolonien: Farbe, Geruch, Größe, Oberfläche, Konsistenz, Kolonierand und Profil.

Bakterienformen

Kokken (rund): Streptokokken, Diplokokken, Staphylokokken, Sarcinen.
Stäbchen (bacillus).
Andere Formen (z. B. vibrio, spirale, filamentöse Formen).

Biofilm

Biofilme sind Schichten von lebenden und toten Mikroorganismen an Grenzflächen.
Sie bilden eine Schutzhülle aus extrazellulären Polymeren (EPS).
Diese Schutzschicht ist wichtig für die Anheftung und das Überleben der Mikroorganismen.

Quorum Sensing

Kommunikation zwischen Mikroorganismen in Biofilmen.
Kleine Signalisierungsmoleküle regulieren die Genexpression entsprechend der Populationsdichte.

Ernährungsgewohnheiten von Bakterien

Heterotrophe Bakterien: benötigen organisches Material als Nahrung (z. B. Zucker, Aminosäuren).
Autotrophe Bakterien: produzieren ihre eigene Nahrung aus CO2.
Chemoautotrophe Bakterien: verwenden chemische Energie als Energiequelle.
Auxotrophe Bakterien: müssen bestimmte organische Moleküle aufnehmen.

Stoffwechselvielfalt

Energiequelle: Licht (phototroph) oder chemische Verbindungen (chemotroph)
Reduktionsäquivalente: Organische Verbindungen (organotroph) oder anorganische Verbindungen (lithotroph).
C-Quelle: Organische Verbindungen (heterotroph) oder CO2 (autotroph).
Temperaturbereich: Psychrophile, Mesophile, Thermophile, Hyperthermophile.
pH-Bereich: Acidophile, Neutrale, Alkaliphile.

Anlegen von Bakterienkulturen

Abstrichnehmen.
Abstrich verflüssigen.
Mit Impföse auf Nährmedium ausrollen.
Ausspateln von Bakteriensuspensionen/Gußverfahren

Medien für Mikroorganismen

Vollmedium: hoher Nährstoffgehalt für schnelles Wachstum und hohe Populationsdichten.
Minimalmedium: niedrige Nährstoffkonzentration, nur für eine bestimmte Spezies effektiv.
Selektivmedium: fördert das Wachstum bestimmter Organismen durch Antibiotika.
Differentialmedium: unterscheidet Mikroorganismen anhand beobachtbaren Merkmalen.

Drei Ösen-Ausstrich

Methode zur Gewinnung von Reinkulturen.
Verfahren mit Impföse und wiederholtem Übergang auf neune Agarplatten.

Aufbau von Bakterienzellen

Zellwand: schützt die Zelle vor mechanischen Beanspruchungen.
Zellmembran: semipermeabel, ermöglicht Stoffaustausch.
Chromosom(e): enthalten die genetische Information.
Plasmide: extrachromosomale DNA-Moleküle.
Ribosomen: Ort der Proteinbiosynthese.
Pili / Geißeln: Anhaftung, Fortbewegung.

Transport über die Membran

Diffusion: Spontaner Prozess entlang Konzentrationsgradienten.
erleichterte Diffusion: Carrier-vermittelter Transport entlang des Konzentrationsgradienten (z.B.Uniport).
Primärer Transport: Energieabhängiger Transport gegen Konzentrationsgefälle (z.B. Pumpe).
Sekundärer Transport: Konzentrationsgradient eines anderen Moleküls wird ausgenutzt, um ein zweites Molekül gegen sein Konzentrationsgefälle zu transportieren (z.B. Symport und Antiport).
Transport gekoppelt an eine chemische Reaktion:

Positive und negative gram-positive Bakterien

Gram-positive Bakterien: Zellwand vorwiegend aus Peptidoglykan.
Gram-negative Bakterien: Zellwand mit zusätzlichen äußeren Membran, geringer Peptidoglykan.

Sporen von Bakterien

Endosporen: hitzeresistente Dauerformen von Bakterien, oft in Reaktion auf Nährstoffmangel.
Sie sind widerstandsfähig gegenüber Hitze, Trockenheit, chemischen Substanzen und anderen Umweltfaktoren.
Sie ermöglichen ein Überleben der Bakterien in ungünstigen Bedingungen.

Endosymbiontentheorie

Plastiden (Chloroplasten) und Mitochondrien sind Eukaryoten entstanden.
Eukaryoten waren amöboide Lebewesen, die Prokaryoten aufgenommen und in ihr System integriert hatten

Genetische Information

Gen: DNA- Abschnitt für ein Genprodukt (mRNA, tRNA, rRNA).
Chromosom: genetisches Element, enthält genetische Information der Zelle.
Genom: Gesamtheit der Gene einer Zelle.

Nukleotide

DNA-Bausteine, die aus Base, Desoxyribose (Zucker) und Phosphat bestehen.
4 Nukleotidbasen: Adenin, Thymin, Cytosin, Guanin.

DNA und RNA

DNA: doppelsträngige Helix mit komplementären Basenpaaren.
RNA: einzelsträngige Nukleinsäure.
RNA- Arten umfassen mRNA, tRNA und rRNA in einer großen Anzahl

DNA-Replikation

Semikonservativ: Jede neue DNA enthält einen Elternstrang und einen neu synthetisierten Strang.
Replikationsrichtung: 5' → 3'.
Schlüsselenzyme: DNA-Polymerasen, DNA-Gyrase.

DNA-Polymerasen

DNA-Polymerasen sind Enzyme, die an der DNA-Replikation beteiligt sind.
Sie kopieren den bestehenden DNA-Strang als neuen Strang.
Sie haben auch eine 3' → 5' Exonuklease-Aktivität (Korrekturlesen).

Mutationen

Fehler bei der DNA-Replikation können zu Mutationen führen.
DNA-Polymerasen haben eine Korrekturlesefunktion (3'→5' Exonuklease), um Fehler zu vermeiden.

Transkription

RNA-Synthese: RNA-Polymerasen kopieren einen Abschnitt der DNA, um mRNA zu erzeugen.
RNA-Polymerasen benutzen einen DNA-Strang als Vorlage und bauen einen komplementären RNA-Strang auf.
RNA-Bausteine (Ribo-Nukleotide) werden verwendet.

Schritte der RNA-Synthese

Initiationsstelle der DNA (Promotorregion) ist die Startposition.
Der Sigma-Faktor der RNA-Polymerase erkennt die Promoterregion.
Der RNA-Polymerase-Komplex lagert sich in die DNA ein und startet die Synthese
Der Sigma-Faktor wird freigesetzt und die RNA-Polymerase bewegt sich entlang der DNA.
Terminationsstelle: Abbruchpunkt der Transkription.
RNA-Transkript enthält nicht mehr alle benötigten Bausteine für eine Funktionelle mRNA
RNA wird nach Synthese bearbeitet, bevor sie für Translation verwendet wird.

Mikrobiologie - Gentechnik

Gentechnik beinhaltet die Anwendung moderner molekularbiologischer Methoden zur Veränderung genetischer Eigenschaften von Organismen.
Ziel ist die Gewinnung von Proteinen, Herstellung von transgenen Organismen, Gendiagnostik und Gentherapien.
Werkzeuge der Gentechnik sind Spender-DNA, Vektoren ( Plasmide), Restriktionsenzyme ( Schneiden), Ligasen ( Verbinden) und DNA-Transfermethoden.

Klonierung

DNA-Fragmente, die gentechnisch verändert wurden, werden in Plasmide eingeschleust.
Die Plasmide werden in Wirtszellen eingeschleust und vermehrt.
Klonieren führt zu Reinkulturen mit identischen genetischen Eigenschaften.

Genetischer Austausch

Transformation: Aufnahme freier DNA in eine Zelle.
Konjugation: Übertragung von DNA zwischen Bakterienzellen über ein Konjugations-Pilus.
Transduktion: Übertragung von DNA durch Viren.

Mikrobiologie - Stoffwechsel

Metabolismus: Alle chemischen Reaktionen in einem Organismus
Katabolismus: Abbau energiereicher Verbindungen zur Gewinnung von Energie.
Anabolismus: Aufbau energiereicher Verbindungen aus einfachen Molekülen.

Bioenergetik

Die Bioenergetik befasst sich mit den Energieumwandlungen in Organismen.
Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung beschreibt den freien Energieinhalt.
Enzyme sind Proteine, die die Aktivierungsenergie chemischer Reaktionen senken.

Enzym-Klassen

Oxidoreductasen: Redoxreaktionen
Transferasen: Gruppenübertragungen
Hydrolasen: Hydrolysen
Lyasen: Addition/Eliminierung
Isomerasen: Isomerisierungen
Ligasen: Bildung von Bindungen unter ATP- Verbrauch

Redoxreaktionen

Redoxreaktionen sind chemische Reaktionen, in denen Elektronen übertragen werden.
A wird oxidiert, B wird reduziert.
Elektronentransportkette, Coenzyme (NAD+/NADH, FAD/FADH2)

Biochemischer Energiespeicher ATP

ATP (Adenosintriphosphat): Energieträger für viele zelluläre Prozesse in Zellen.
Spaltung von ATP liefert Energie.

Elektrochemische Potenziale

Chemisches Potential: Differenz der Konzentration von Molekülen ( Ionen).
Elektrisches Potential: Differenz der Ladungsmenge
Protonenpumpe: transportieren Protonen über eine Membran.
ATP-Synthase: produziert ATP mit Hilfe der protonenmotorischen Kraft.

Chemoorganotrophe

Abbau von organischen Verbindungen (z. B. Kohlenhydraten, Proteinen, Fetten) zur Energiegewinnung und zum Aufbau von Zellstoffen.

Polysaccharid Stärke/Glykogen

Viele Bakterien verwenden Glykogen als Kohlenstoff- und Energiequelle.
Glykogen besteht aus vielen Glucose-Einheiten, die über α-1,4- und α-1,6-glycosidische Bindungen verknüpft sind.

Glykolyse

Abbau von Glucose zu Pyruvat unter Energiegewinnung.
Es werden 2 ATP pro Glucosemolekül erzeugt.

Oxidation des Pyruvats

Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA durch oxidative Decarboxylierung.
Acetyl-CoA tritt in den Citratzyklus ein.

Vollständige Oxidation von Glucose

Aerob: Glucose + Sauerstoff → Wasser + Kohlendioxid + ATP

Gärung

Anaerob, alternative Energiegewinnung ohne Sauerstoff.
Bildung von Produkten wie Alkohol oder Milchsäure

Milchsäuregärung

Anaerobe Gärung, die Glucose zu Milchsäure abbaut.
Wichtig in der Lebensmittelindustrie und für einige medizinische Anwendungen.

Alkoholische Gärung

Anaerobe Gärung, die Glucose zu Ethanol und CO2 abbaut.
Wichtig in der Getränkeindustrie.

Mikrobiologie – Keimreduktion und Antibiotika

– Keimreduktion: Maßnahmen zur Verminderung und Abtötung von Mikroorganismen. – Prozesse zur Inaktivierung von Mikroorganismen. – Autoklavieren (Dampfsterilisation): Abtötung von Mikroorganismen durch hohen Druck und Temperatur. – Desinfektion: Prozess zur Abtötung oder Inaktivierung von Krankheitserregern von Oberflächen oder medizinischen Instrumenten.

– Desinfektionsmittel: Flüssige/festen Substanzen zur Verminderung von Mikroorganismenpopulationen.

Antibiotika

– Antibiotika: Substanzen, die das Wachstum von Bakterien hemmen oder abtöten.

Isollierung und Identifizierung von Pathogenen

– Methoden zur Isolierung und Identifizierung von Krankheitserregern. – Kulturmethoden (z. B. Agarplatten): Kultivierung von Mikroorganismen aus Proben unter kontrollierten Bedingungen. – Seriologische Methoden (z. B. ELISA) zur Antikörperdiagnostik: Nachweis von Antikörpern oder Antigenen, um Krankheitserregern zu identifizieren.

Nosokomiale Infektionen

– Nosokomiale Infektionen: Krankenhausinfektionen, die durch medizinische Interventionen (z. B. Operationen) verursacht werden. – Pathogenitätsstrategien: Mechanismen, die Krankheitserregern ermöglichen, den Körper zu besiedeln. – Koch'sche Postulate: Kriterien, die erfüllt sein müssen, um einen Mikroorganismus als Ursache einer Krankheit zu identifizieren.

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Description

Dieses Quiz testet Ihr Wissen über heterotrophe Mikroorganismen, ihre Nährstoffquellen und optimale Wachstumsbedingungen. Es werden auch Fragen zu Antibiotika und deren Wirkmechanismen gestellt. Überprüfen Sie Ihre Kenntnisse in der Mikrobiologie!