Mikrobiologie: Prokaryoten und ihre Eigenschaften

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Questions and Answers

Welches Molekül trägt das genetische Material in Prokaryoten?

Kreisförmiges Protein

Ringförmiges, doppelsträngiges DNA-Molekül (correct)

Linear doppelsträngige DNA

Einzelsträngige RNA

Wie unterscheiden sich gram-positive von gram-negativen Bakterien in der Färbung?

Gram-positive Bakterien erscheinen lila, während gram-negative hellrot erscheinen. (correct)

Beide Typen sind unsichtbar ohne spezielle Färbung.

Gram-positive Bakterien erscheinen hellrot, gram-negative lila.

Beide Typen erscheinen lila.

Was sind die Hauptbestandteile einer endosporenbildenden Zelle?

Eine Kopie des Genoms und eine Schutzmembran (correct)

Viel Wasser und Polysaccharide

Nichts, sie sind physiologisch aktiv.

Eine Membran und Ribosomen

Was ist der Hauptunterschied zwischen den Ribosomen von Eukaryoten und Prokaryoten?

Prokaryotische Ribosomen bestehen aus einer kleineren und einer größeren Untereinheit. Signup and view all the answers

Wie genau funktioniert die Chemotaxis bei Bakterien?

Bakterien orientieren sich in chemischen Gradienten. Signup and view all the answers

Was sind Fimbrien und welche Funktion haben sie?

Sie sind unbeweglich und dienen der Adhäsion an Oberflächen. Signup and view all the answers

Was trifft auf die Struktur von Geißeln in Prokaryoten zu?

Sie beinhalten einen Filament, Haken und einen Basalkörper. Signup and view all the answers

Wie lange beträgt die Generationszeit von E. coli?

20 Minuten Signup and view all the answers

Was beschreibt die katabole Aktivität bei chemoorganotrophen Organismen?

Abbau energiereicher hochmolekularer Verbindungen Signup and view all the answers

Welche Aussage über die Energiequellen von Mikroorganismen trifft zu?

Es gibt bakterielle Gruppen, die sowohl chemotroph als auch phototroph sind. Signup and view all the answers

Was ist die primäre Stickstoffquelle für Mikroorganismen?

Anorganisches Nitrat Signup and view all the answers

Was ist nicht typisch für heterotrophe Bakterien?

Sie beziehen ihren Kohlenstoff aus CO2. Signup and view all the answers

Wie unterscheiden sich organotrophe von litotrophen Bakterien?

Organotrophe beziehen Elektronen aus organischen Verbindungen. Signup and view all the answers

Was ist die Hauptfunktion von autotrophen Bakterien?

Kohlenstoffdioxid in Zucker umzuwandeln. Signup and view all the answers

Welche Aussage trifft nicht auf Chemotrophe Bakterien zu?

Sie sind auf Lichtquellen angewiesen. Signup and view all the answers

Welches Element ist nicht konstant erforderlich für den Stoffwechsel von Mikroorganismen?

Eisen Signup and view all the answers

Was umfasst die Stoffwechselvielfalt von Bakterien nicht?

Die Produktion von Methan aus Stickstoff. Signup and view all the answers

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

Er unterliegt anaeroben Bedingungen und wird weiter abgebaut. Signup and view all the answers

Welcher Prozess wird zur Desinfektion des geklärten Wassers eingesetzt?

Chlorzugabe Signup and view all the answers

Was ist ein Ziel der blauen Biotechnologie?

Steigerung des Nahrungsmittelangebotes aus dem Meer Signup and view all the answers

Welche Fermentationstyp ist charakterisiert durch die Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen und unsterile Prozessführung?

Spontane Fermentation Signup and view all the answers

Wie erfolgt die Fermentation in traditionellem Verfahren?

Durch Zugabe von Mikroorganismen als Reinkultur Signup and view all the answers

Welches der folgenden Produkte entsteht während des anaeroben Abbaus im Faulturm?

Methan Signup and view all the answers

Was ist eine häufige Gefahr bei der spontanen Fermentation?

Fehlproduktionen Signup and view all the answers

Was beschreibt den Begriff Anabolismus?

Den Aufbau von Zellmaterial durch Synthese hochmolekularer Verbindungen. Signup and view all the answers

Welche Aussage zur freien Energie ∆G ist korrekt?

Freie Energie ist die Energie, die für die Arbeit in einem System verfügbar ist. Signup and view all the answers

Was charakterisiert exergone Reaktionen?

Sie haben eine spontane Natur und führen zu einer Abnahme der freien Energie. Signup and view all the answers

Welche Enzymklasse ist für die Katalyse von Redoxreaktionen verantwortlich?

Oxidoreduktasen Signup and view all the answers

Wie verändert sich die Enthalpie (∆H) während einer endergonischen Reaktion?

Sie nimmt zu. Signup and view all the answers

Was ist ein charakteristisches Merkmal von Enzymen?

Sie haben eine spezifische Konformation im aktiven Zentrum. Signup and view all the answers

Welches Element wird bei Redoxreaktionen übertragen?

Ein Elektron Signup and view all the answers

Was stellt bei einer chemischen Reaktion einen Energieverlust dar?

Ein Teil der Energie wird als Wärme verloren. Signup and view all the answers

Wie wird ATP im katabolen Stoffwechsel verwendet?

Es wird abgebaut, um Energie freizusetzen. Signup and view all the answers

In welcher Einheit wird Energie in der Bioenergetik gemessen?

Joule Signup and view all the answers

Welche Aussage über NAD+ ist korrekt?

NAD+ kann zwei Elektronen und ein Proton aufnehmen. Signup and view all the answers

Was beschreibt die Rolle von ATP in biologischen Prozessen?

ATP ist die primäre Energieeinheit des Stoffwechsels. Signup and view all the answers

Was geschieht bei der Hydrolyse von ATP?

ADP und Phosphat werden gebildet. Signup and view all the answers

Wie viel Prozent der Energie aus der Hydrolyse von ATP wird konserviert?

30-40% Signup and view all the answers

Was beschreibt die protonenmotorische Kraft (pmf)?

Die ungleiche Verteilung von Protonen an Membranen. Signup and view all the answers

Welche Funktion hat die ATP-Synthase?

Sie nutzt die protonenmotorische Kraft zur ATP-Synthese. Signup and view all the answers

Welche Eigenschaften hat eine Protonenpumpe?

Sie bewegt Protonen gegen das Konzentrationsgefälle. Signup and view all the answers

Wie wird NADH gebildet?

Durch Aufnahme von H+ und Elektronen durch NAD+. Signup and view all the answers

Was beschreibt der Begriff chemisches Potential?

Die Differenz der Molekülanzahl in zwei Kompartimenten. Signup and view all the answers

Was geschieht, wenn ATP in ADP und P umgewandelt wird?

Ein hoher Energiebetrag wird freigesetzt. Signup and view all the answers

Study Notes

Mikrobiologie - Einführung

Mikroorganismen existierten vor ca. 3,8 Milliarden Jahren, Vielzeller erst vor ca. 600 Millionen Jahren.
Homo sapiens gab es vor ca. 130.000 Jahren.
Progenoten sind die Urformen von Mikroorganismen.
Mikroorganismen werden in drei Domänen eingeteilt: Bakterien, Archaea und Eucaryoten (basierend auf RNA-Sequenzvergleichen).
Die wichtigsten Gruppen von Mikroorganismen sind Bakterien, Archaea, Pilze, Mikroalgen, Protozoen und Viren.
1837 skizzierte Darwin einen ersten Stammbaum des Lebens.
Phylogenetik befasst sich mit der Stammesgeschichte von Lebewesen.
Der phylogenetische Stammbaum zeigt die evolutionäre Geschichte zwischen zwei Arten.
Knoten im Stammbaum repräsentieren gemeinsame Vorfahren.
Die Kantenlänge des Stammbaums gibt das Verhältnis der Zeit an.

Systematik der Bakteriologie

Die wichtigsten Kategorien der Bakteriologie sind Domäne, Abteilung/Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung und Art.

Unterschiede zwischen Bakterien und Archaea

Zellwände, Membranen und Lipide unterscheiden sich.
Stoffwechselvariationen bestehen.
DNA/RNA-Sequenzen weisen Unterschiede auf.
Archaea sind resistenter gegen Antibiotika als Bakterien.
Archaea weisen mehr Gemeinsamkeiten mit Eukaryoten auf als mit Bakterien.
Typische Beispiele für Bakterien sind Escherichia coli, Staphylococcus aureus und Bacillus subtilis.
Typische Beispiele für Archaea sind extremophile und methanproduzierende Mikroorganismen wie Picrophilus torridus und Methanocaldococcus jannaschii.

Größen- und Zeitvergleiche

Der Durchmesser von Bakterien variiert; einige Beispiele sind Escherichia coli (1µm), Staphylococcus aureus (1-3µm).
Die Generationszeit von Bakterien variiert, sie liegt zwischen 0,3-1 Stunden oder mehr.

Bedeutung von Mikroorganismen

Mikroorganismen stellen einen großen Teil der Biomasse (70%) dar.
Sie spielen in Ökosystemen, Medizin, Biotechnologie, Gentechnologie, Evolution und Agrarbiologie eine wichtige Rolle.

Koch'sche Postulate

Ein Erreger muss in kranken Tieren identifiziert sein.
Der Erreger muss in reiner Kultur isoliert werden.
Der rein isolierte Erreger muss bei einem gesunden Tier die gleiche Krankheit hervorrufen.
Der Erreger muss aus dem infizierten Tier wieder isoliert und identifiziert werden können.

Bedeutung von Mikroorganismen in Medizin und Ökologie

Mikroorganismen sind Teil des Stoffwechsels und der chemischen Kreisläufe in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen.
Cyanobakterien betreiben Photosynthese.
Mikroorganismen spielen eine wichtige Rolle im Stoffwechsel von C und N unter anderem im Boden.
Bakterien können als Symbionten in Organismen leben, beispielsweise im Darm.

Biotechnologische und gentechnische Bedeutung

In der biotechnologischen Nutzung sind Bakterien wichtig für die Produktion von Stoffen wie Antibiotika und Enzymen, sowie zur Wasseraufbereitung.
Gentechnische Anwendungen:
Modifikation der Gene in Organismen, Herstellung von Proteinen, Erstellung von transgenen Tieren und Pflanzen.
Diagnostik, Gentherapie und somatische Gentherapie.

Molekularbiologische Methoden in der Mikrobiologie

Sequenzierung von DNA und RNA.
Analyse der Genexpression.

Makroskopische Unterscheidung von Bakterienkolonien

Die Form und Farbe der Bakterienkolonien können zur Unterscheidung genutzt werden.
Andere Eigenschaften sind Geruch, Konsistenz, Form der Kolonieränder, Profil (Oberfläche).

Bakterienformen

Kokken (runde Formen, z.B., Diplokokken (Paare), Streptokokken (Ketten))
Stäbchen (z.B., Kokkobazillen, Bazillen, Streptobazillen)
Andere Formen z.B., Spirillen (spiralförmig), Spirochäten

Biofilm

Biofilme sind Schichten von Mikroorganismen, die an Grenzflächen ansiedlung, eingebettet in eine gelartige Matrix von extrazellulären Polymeren.
Biofilme schützen vor Strahlung, chemischen Substanzen oder anderen Umwelteinflüssen

Quorum Sensing

Signalübertragung zwischen Bakterien in einem Biofilm.
Die Konzentration der Signalmoleküle steuert die Genexpression.

Wachstum von Bakterien

Lag-Phase, Log-Phase, Stationäre Phase, Zelltod-Phase

Ernährungsgewohnheiten von Bakterien

Photoautotroph: Energie aus Licht, CO2 als Kohlenstoffquelle
Chemoautotroph: Energie aus chemischen Reaktionen, CO2 als Kohlenstoffquelle
Heterotroph: Energie und Kohlenstoff aus organischen Verbindungen
Auxotroph: benötigt andere organische Verbindungen als Nährstoffe
Prototroph: kann alle benötigten Nährstoffe selbst herstellen

Stoffwechselvielfalt von Bakterien

Energie(Quelle): Chemotroph (chemisch) oder Phototroph (Licht)
Reduktionsäquivalente (Quelle): Organotroph (organisch) oder Lithotroph (anorganisch)
Kohlenstoffquelle: Autotroph (CO₂) oder Heterotroph (organisch)

Anlegen von Bakterienkulturen

Abstrich
Wattestäbchen, Impföse
Gußplattenverfahren

Medien für Bakterienkulturen

Vollmedium und Minimalmedium
Differenzierung und Selektivität von Lebensmitteln

Drei Ösausstrich

Vereinfachte Isolierung von Mikroben

Gußplattenverfahren (Keimzahlbestimmung)

Verdünnung der Proben, Aussaat auf Agarplatten.
Messung der Kolonienzahlen.

Molekularbiologische Methoden

Sequenzierung von DNA und RNA
Analyse der Genexpression
Western Blot-Analysen (Proteinuntersuchung).

Aufbau einer Bakterienzelle

Zellwand, Zellmembran, Zytoplasma, Chromosom, Ribosomen, Plasmide, Pili, Geißeln.

Transport über die Zellmembran

Diffusion (passiv)
Primärer Transport (Aktiver Transport)
Sekundärer Transport (Carrier-vermittelt)
Antiport, Symport, Uniport.

Gram-Färbung

Unterscheidungsmerkmal: Zellwandaufbau (Gram-positiv vs. Gram-negativ)

Sporen von Bakterien (Endosporen)

Ruheform, hitzeresistent
Spezialisierte Form, die zur Überlebensfähigkeit dient
Entfaltung (Keimung)- Reaktion auf ungünstige Bedingungen.

Endosymbiontentheorie

Zellorganellen wie Mitochondrien und Chloroplasten sind von Bakterien abgeleitet.
Sie leben in symbiotischer Beziehung mit ihren Wirtszellen.
Gemeinsamkeiten:
Zirkuläre DNA in Nukleoiden
Eigenständige Replikation
rRNA Ähnlichkeit
Polymerase

Genetik der Bakterien

Zellkern (Nukleoid)
Plasmide (extrachromosomale DNA)

DNA-Strukturen, -Replikation und -Polymerasen

DNA-Doppelhelix
Halbkonservative Replikation
DNA-Polymerasen (I, II, III).
Enzyme und Funktion

Transkription RNA-Synthese

RNA-Polymerase
Initiation, Elongation, Termination
Das Ergebnis ist mRNA (messenger-RNA).

Mikrobiologie - Biotechnologie

Geschichte der Biotechnologie bei der Herstellung von Nahrungsmitteln und Getränken.
Biotechnologie zur Herstellung von Proteinen und anderen Substanzen.
Gen-Diagnostik
Gentechnik zur Modifizierung von Pflanzen und Tieren
Gentechnik bei Krankheiten. - CRISPR/Cas.

Restriktionsenzyme

Erkennen spezifische DNA-Sequenzen.
Schneiden der DNA an spezifischer Stelle.
Isolierung und Verwendung von Restriktionsenzymen in der DNA-Manipulation.
Isoschizomere (gleiche Erkennungssequenzen, gleiche Schnittstelle)

PCR (Polymerase-Kettenreaktion)

Vervielfältigung von DNA-Sequenzen.
Nachweis und Analyse von Zielsequenzen.
Schritte: Denaturierung, Annealing, Elongation
Nutzung von Primern, DNA-Polymerase, Nucleotide.

Klonieren von DNA

Herstellung von mehreren Kopien einer bestimmten DNA-Sequenz.
Klonierungsvektoren (Plasmide).
Verwendung von Restriktionsenzymen und Ligasen.

Genetischer Austausch zwischen Bakterien

Transformation: Aufnahme von freier DNA aus der Umgebung.
Konjugation: Übertragung von DNA zwischen Bakterien über eine Verbindung.
Transduktion: Übertragung von DNA durch Viren.

Bakterienwachstum und -Vermehrung

Die Wachstumskurve der Bakterien besteht aus verschiedenen Phasen (z.B. Lag-Phase, exponentielle Wachstumsphase).
Die Kultur wird zu einer höheren Keimzahl heranwachsen.

Homofermentative Milchsäuregärung, Alkoholische Gärung

Energiegewinnung aus Glukose ohne Sauerstoff
Zwei verschiedene Wege, die endogene Produkte (Milchsäure oder Alkohol) produzieren.
Faktoren, die den Stoffwechselweg beeinflussen

Bioenergetik

Definition von Energie, Energieerhaltung, und Beziehung zu Gibbs-Helmholtz Gleichung.
Die Energie für die chemischen Reaktionen wird vom Lebewesen aus der Umwelt bezogen.

Enzyme

Beschreiben Sie die Eigenschaften der Enzyme.
Beschriften Sie die Funktion der einzelnen Enzyme
Energieumwandlung und Gewinnung.
Beschreiben Sie den Prozess der chemischen Reaktionen durch Enzyme.

Stoffwechsel

Katabolismus und Anabolismus
Kohlenstoffquellen für Auto- und Heterotrophe
Energiequellen
Stoffwechselwege: Glykolyse, Citratzyklus, Atmungskette
Prinzipien der Energiegewinnung

Mikrobiologie - Infektion und Immunabwehr

Definition der Infektion.
Kategorien der Infektionen (Endemie, Epidemie usw.).
Ursachen der Krankheiten
Möglichkeiten der Übertragung
Pathogenitätsstrategien, die von Mikroorganismen eingesetzt werden (Adhärenz, Invasion, Spreading)
Untersuchung durch Koch'sche Postulate
Bakterielle und Virale Infektionen
Immunabwehr: Angeborene und adaptive Immunantwort
Antikörper, Antigen, Zytokine, Lymphozyten, Fresszellen

Mikrobiologie - Keimreduktion und Antibiotika

Methoden zur Keimreduktion
Verfahren zur Sterilisation und Desinfektion
Wirkung von Antibiotika
Entstehung von Antibiotikaresistenzen
Nutzung von Antibiotika in der Medizin

Mikrobiologie - Kläranlagen

Verfahren zur Reinigung von Abwässern
Nutzung von Mikroorganismen zur Abwasserreinigung.

Mikrobiologie - Rote, Grüne & Blaue Biotechnologie

Verfahren zur Anwendung von Mikroorganismen
Nutzung der Mikroorganismen in der Industrie.

Isolierung und Identifizierung von Pathogenen

Verfahren zur Isolierung und Identifizierung von Pathogenen.
Anreicherungskulturen
Reinkultur
Identifizierung (morphologische oder serologische Methoden).

EIA (Enzymimmunoassay)

Verfahren zur Bestimmung von Antikörpern oder Antigenen in einer Probe.

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Description

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