Mibi 11: MO Wachstum 2

Okay, hier sind die Studiennotizen zum bereitgestellten Text, geschrieben auf Deutsch:

Mikrobiologie Vorlesung Teil 11: Wachstum von Mikroorganismen II

• Die Vorlesung behandelt Medien, Wachstum in Bezug auf Sauerstoff und Wasser.

Kultivierung von Mikroorganismen

• Hefen benötigen Kohlenstoff- und Stickstoffquellen für das Wachstum wie Glukose, Fruktose, Ethanol, Acetat, Ammonium und Aminosäuren.
• Weitere wichtige Elemente sind Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor.
• Salze wie Kalzium, Magnesium, Kalium und Natrium werden benötigt.
• Spurenelemente wie Eisen, Mangan, Zink, Molybdän, Kupfer, Kobalt, Nickel, Vanadium, Bor, Chlor, Silizium und Selen werden benötigt.
• Vitamine, besonders der B-Gruppe, sind wichtig.
• Der pH-Wert muss angepasst werden.
• Wasser ist ein notwendiger Faktor.
• Das Kulturmedium muss an die Bedürfnisse der Mikroorganismen angepasst werden, daher sind viele Mikroorganismen nicht kultivierbar.

Definierte und komplexe Medien

• Definierte Medien enthalten bekannte Inhaltsstoffe und Konzentrationen.
• Komplexe Medien haben eine nur teilweise bekannte qualitative und quantitative Zusammensetzung.
• Es kann beträchtliche Unterschiede zwischen einzelnen Chargen geben.
• Medien mit Hefeextrakt oder Protein Hydrolysaten gehören zu komplexen Medien.

Komplexe Medien: YPD-Medium

• YPD-Medium ist ein flüssiges Wachstumsmedium für Hefe, enthält 20g/L Pepton, 10g/L Hefeextrakt und 20g/L Glukose.
• YPD-Medium ist nicht selektiv für Candida, Pichia, Saccharomyces und Zygosaccharomyces.
• Für die Herstellung werden 50g in 1L destilliertem Wasser suspendiert und für 15 Minuten bei 121°C autoklaviert.
• Mikrobiologischer Basisinhaltsstoff ist Pepton (Proteinquellen).
• Pepton und Zellextrakte sind natürliche Quellen von Aminosäuren, Peptiden und Proteinen in Wachstumsmedien.
• Peptone werden meist durch enzymatische oder saure Hydrolyse von Naturprodukten gewonnen.
• Most und Stammwürze sind komplexe Medien.

Definierte Medien / Synthetische Medien: YNB-Formulierung

• Synthetisches Minimalmedium enthält YNB (Yeast Nitrogen Base) ohne Aminosäuren.
• Ammoniumsulfat (5000 mg/L) wird als Stickstoffquelle verwendet.
• Als Salze werden Kaliumphosphat (monobasisch) (1000mg/L), Magnesiumsulfat (500mg/L), Natriumchlorid (100mg/L) und Kalziumchlorid (100mg/L) verwendet.
• Als Vitamine werden Biotin (0.002 mg/L), Kalzium Pantothenat (0.4 mg/L), Folsäure (0.002 mg/L), Inositol (2 mg/L), Niacin(0.4 mg/L), PABA (0.2 mg/L), Pyridoxin (0.4 mg/L), Riboflavin (0.2 mg/L) und Thiamin (0.4 mg/L) verwendet.
• Als Spurenelemente werden Borsäure (0.5 mg/L), Kupfersulfat (0.04 mg/L), Kaliumjodid (0.1 mg/L), Eisenchlorid (0.2 mg/L), Mangansulfat (0.4 mg/L), Natriummolybdat (0.2 mg/L) und Zinksulfat (0.4 mg/L) verwendet.
• Die Gesamtzusammensetzung beträgt 6.7 g/L.
• Es gibt auch Complete Synthetic Medium (CSM) welches YNB mit Aminosäuren enthält.

Vitamin nicht vergessen

• S. cerevisiae benötigt kein Vitamin B12.
• Thiaminhydrochlorid, Calcium-D-Pantothenat, Nicotinamid, Pyridoxinhydrochlorid, Riboflavin-5-Phosphat (R-5-P), Riboflavin, Pyridoxal-5-Phosphat (P-5-P), D-Biotin, 5-MTHF (Quatrefolic®) und Methylcobalamin sind Bestandteile.
• Vitamin B1 (Thiamin), Vitamin B2 (Riboflavin), Vitamin B3 (Nicotinamid), Vitamin B5 (Pantothensäure), Vitamin B6 (Pyridoxin), Vitamin B7 (Biotin), Vitamin B9 (Folsäure, aktiviert, 5-MTHF (Quatrefolic®)) und Vitamin B12 (aktiviert, Methylcobalamin) sind wichtige Vitamine.
• Biotin/Vitamin B7 (2 µg) und Calcium Pantothenat/Vitamin B5 (400 µg) sind wichtige Vitamine.
• Folsäure/Vitamin B9 (2 µg), Inositol (2000 µg), Niacin/Vitamin B3 (400 µg), Para-Aminobenzoesäure Difco (200 µg) und Pyridoxinhydrochlorid/Vitamin B6 (400 µg) sind wichtige Vitamine.
• Riboflavin/Vitamin B2 (200 µg) und Thiaminhydrochlorid/Vitamin B1 (400 µg) sind wichtige Vitamine.

"Drop out"-Medien

• Complete Synthetic Mixture (CSM) gibt es auch als "drop out"-Medien, bei denen bestimmte Komponenten weggelassen wurden.
• Zum Beispiel enthält CSM-Leucin kein Leucin.

Die Herstellung von Kulturmedien

• Der pH-Wert ist zu kontrollieren und gegebenenfalls anzupassen.
• Für Bakterien ist ein pH-Wert über 7,0 optimal, für Hefen und Pilze unter 7,0.
• Der pH-Wert sollte vor der Sterilisation angepasst und einzelne Komponenten getrennt autoklaviert werden.

Maillard-Reaktion

• Die Maillard-Reaktion ist eine Bräunungsreaktion zwischen Aminosäuren und Zuckern, bei der neue aromatische Verbindungen entstehen.
• Sie wurde nach Louis Camille Maillard (1878-1936) benannt.
• Sie tritt in fast allen erhitzten Lebensmitteln auf und kann positive (geröstet, Kaffee) und negative (bitter, verbrannt) Aromen erzeugen.
• Beispielsweise tritt sie beim Frittieren von Pommes Frites oder Rösten von Kaffee auf.
• Bei Weinen führt sie zur Bernsteinfarbe bei Trockenbeerenauslesen und zur Aromenbildung bei Schaumweinen.
• Pommes: Glukose + Asparagin >>> Acrylamid

Proteine

• Proteine sind aus Aminosäuren aufgebaut, es sind Aminosäurepolymere.
• Aminosäuren (aa) sind eine Klasse von Molekülen mit einer Carboxy- und einer Aminogruppe.
• Es gibt 20 Standardaminosäuren und 3 zusätzliche AA in Proteinen.

Aminosäuregruppen

• Lysin, Arginin und Histidin sind positiv geladene R-Gruppen.
• Aspartat und Glutamat sind negativ geladene R-Gruppen.
• Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan sind nicht-polare, aromatische R-Gruppen.
• Glycin, Alanin und Valin sind nicht-polare, aliphatische R-Gruppen.
• Serin und Threonin sind polare, ungeladene R-Gruppen und Cystein ist eine Schwefelhaltige R-Gruppe.
• Prolin, Asparagin und Glutamin sind polare, ungeladene R-Gruppen.

Unterschied Asparagin zu Arginin

• Asparagin: Die Amidgruppe in der Seitenkette ist neutral und wird nicht protoniert oder deprotoniert im physiologischen pH-Bereich
• Arginin: Die Guanidingruppe in der Seitenkette hat einen sehr hohen pKa-Wert (12.48), was bedeutet, dass sie bei physiologischem pH (ca. 7.4) fast immer protoniert und damit positiv geladen ist.

Essentielle Aminosäuren für den Menschen

• Essentielle Aminosäuren müssen über die Nahrung aufgenommen werden, während nicht-essentielle Aminosäuren im Körper synthetisiert werden können.
• Es gibt ALIPHATISCHE, AROMATISCHE, AROMATISCHE, ACIDISCHE, BASISCHE, HYDROXYLICHE, SCHWEFEL-ENTHALTENDE und VERBUNDENE Aminosäuren.

Aminosäuremangel

• Serotonin wird aus der essentiellen Aminosäure Tryptophan synthetisiert.
• Serotonin-Dysfunktion wurde mit impulsivem und gewalttätigem kriminellen Verhalten in Verbindung gebracht.

Asparagin: Die Herkunft und Bedeutung in Lebensmitteln

• Asparagin ist für Menschen nicht essentiell, da sie es selbst herstellen können
• Asparagin reagiert mit reduziertem Zucker (Glucose oder Fructose) beim Erhitzen (Backen oder Frittieren) zur Bildung von Acrylamid, das gesundheitsschädlich sein kann.
• Acrylamid ist ein wichtiges Beispiel für die Anwendung von chemischen Wissen zur Verbesserung der Gesundheit der Bevölkerung.

Die Translation von Aminosäuren

• Die Translation an Ribosomen verbindet Aminosäuren zu Proteinen anhand der Information der mRNA.
• Polypeptidketten und Proteine haben eine Richtung: N-Terminus am Anfang; C-Terminus am Ende der Kette.

Proteinformen im Mikrobiereich

• Proteine können unterschiedliche Konformationen annehmen, die als Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur bezeichnet werden.
• Linderstrøm-Lang ist berühmt für die Einteilung von Proteinen in diese vier Strukturen.

Die Primärstruktur - Das erste Niveau der Proteinformung

• Die Primärstruktur eines Proteins ist seine einfache Abfolge von Aminosäuren.

Die Sekundärstruktur - Das zweite Niveau der Proteinformung

• Die Sekundärstruktur eines Proteins ist die Art und Weise, wie Aminosäuren in einer lokalen Region des Proteins interagieren.
• α-Helix: Die Carbonyl-O-Atome interagieren mit Amid-H-Atomen, die vier Aminosäuren entfernt sind.
• Die Seitenketten (Reste) ragen von der Helix nach außen ab.
• β-Faltblatt: Carboxyl- und Aminogruppen bilden Wasserstoffverbindungen zwischen Aminosäuren.

Tertiärstruktur - Das dritte Niveau der Proteinformung

• The spezifische 3D-Struktur einer Polypeptidkette ist ihre Tertiärstruktur.
• Diese Struktur wird durch eine Reihe von Wechselwirkungen stabilisiert: hydrophobe Wechselwirkungen, lonenbindungen und Kovalente Bindungen.

Quartärstuktur - Das vierte Niveau der Proteinformung

• Viele Proteine liegen in Komplexen vor, d. h. sie bestehen aus mehreren Einzelproteinen, die man oft als Proteinuntereinheiten bezeichnet.

Stickstoffgehalt für Wein

• Gesamtstickstoff (Gesamt-N) gibt den Stickstoffgehalt aller stickstoffhaltigen Verbindungen in Traubenmost an (Proteine, Peptide, Aminosäuren, Ammoniumsalze).
• Der Gehalt beträgt 0,3 bis 1,7 g/l in Traubenmost.
• Neuere Untersuchungen fanden zwischen 319-760 mg/L. heraus.
• Der Gesamtstickstoff wird nach Kjeldahl bestimmt.
• YAN (yeast assimilable nitrogen) wird durch die Messung von Ammonium (NH3) und des Alpha-Amino Nitrogen (aAN; auch free-amino nitrogen oder FAN) bestimmt.
• Ammonium-Analyse: enzymatisch (Megazymes Ammonia assay procedure)
• FAN-Analyse: NOPA (Nitrogen by o-phthalaldehyde) misst den primären Amino-Stickstoff
• Hefeverwertbarer Stickstoff = die Summe von Ammonium und Aminosäuren (ohne Prolin).
• Verwertbare Stickstoffquellen sind Oligo-Peptide, biogene Amine und Proteine.
• Bestimmte Aminosäuren werden von Hefen bevorzugt assimiliert.
• Eine Gassenbegrünung senkt den Gehalt an Aminosäuren im Traubenmost; ebenso wie frühe Lese oder anhaltende Trockenheit und Warme Reifemonate liefern bei ausreichender Bodenfeuchtigkeit die höchsten Aminosäuregehalte.

Die PH-Skala

• Die pH-Skala wurde 1909 von Søren Peder Lauritz Sørensen vom Carlsberg Laboratory eingeführt.
• Nach der Carlsberg Foundation steht pH für „power of hydrogen“= pondus hydrogenii.
• Bei 25° C sind Lösungen mit einem pH-Wert <7 sauer und mit einem pH-Wert > 7 basisch.
• pH-Skala: Eine Lösung mit pH 4 ist 10x saurer als eine Lösung mit pH 5 und 100x saurer als eine Lösung mit pH 6

Sørensen's Arbeit

• Die Arbeits von Sørensen führte zu: Genauen, definierten Standartlösungen, um beim Mischen Pufferlösungen mit einen festen pH-Wert zu bilden und colorimetrische Methodem, um den pH-Wert zu bestimmen.

Nutzen der PH-Skala

• Man kann Mikroorganismen anghand ihrer optimalen Wachstumsraten in Acidophile, Neutrophile und Alkaliphile einteilen.
• Neutrophile sind gut ausgerüstet, um im menschlichen Körper zu überleben. Sie besitzen einen pH 7.2 +- 0.2
• Die meisten humanpathogenen Bakterien auch Neutrophile.

Wachstum von Microorganismen bei unterschiedlichem pH

• Sacharomyces cerevisiae wächst beine pH von 3-7, Acetobacter acidophilus bei einem pH von 3-6 und Campylobacter jejuni bei einem pH von 6-8.

Aspargagine

Glutamine, Asparagine und Ammonium sind gute N-Quellen für S. cerevisiae und führen zu optimalem Wachstum. Addition von NH4+ hemmt die Verwendung anderer Stickstoffquellen und stark reduziert nach Zugabe von NH4+. Synthese der generellen Aminosäure-Permease Gap1 ist stark reduziert nach Zugabe von NH4+, und vorhandenes Gap1 Protein wird inaktiviert und durch das Proteasome abgebaut

Sauerstoff und Hefenwachstum

• Hefen benötigen Sauerstoff für die aerobe Zellatmung (oder Respiration) oder können unter anaeroben Bedingungen Fermentationen durchführen (alkoholische Gärung)
• Anders als Bakterien gibt es keine Hefeart, die obligat anaerob ist, das heißt nur unter Abschluss von Sauerstoff wächst. -Die meisten Hefen wachsen am besten in leicht saurem Milieu
• Hefen benötigen Sauerstoff zur Synthese von Zellmembranen.
• Sterole und einige ungesättigte Fettsäuren können nur mit Sauerstoff hergestellt werden
• Zur Synthese EINES Moleküls Cholesterol oder Ergosterol werden 11 bzw. 12 Moleküle Sauerstoff benötigt -Dies könnte eine Adaptation der Eukaryoten an sich verändernde Bedingungen auf der Erde gewesen sein.
• Zu einer Zeit als die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre zunahmen, könnten die Zellen
• die Sterolbiosynthese erfunden haben, wodurch sie nun diese aus dem Cytoplasma entfernten

Die Arbeit mit Mikroorganismen

• Einige Tage vor der eigentlichen Lese ernten wir bereits einige Trauben und verarbeiten sie direkt im Weinberg zu einer Art Hefeansatz „der Fuss des Fasses“. Dieser bleibt dann einem kleinen Fass direkt im Weinberg und beginnt spontan, nur mit den vor Ort vorhandenen Hefen, zu gären. Dieser Hefeansatz wird dann zur eigentlichen Lese der Maische zugesetzt und impft sozusagen den neuen Wein mit den ganz ursprünglichen Hefen des jeweiligen Weinbergs. Reines Terroir – Pur!

Isolierung von Reinkulturen

• Eigenschaften von Selektionsmedien:*
• Durch die Wahl geeigneter Komponenten bietet das Selektionsmedium nur Mikroorgansimen mit spezifischen Metabolismuseigenschaften gute Wachstumsbedingungen
• Je härter der Selektionsdruck, desto weniger Mikroorganismen sind in der Lage, zu wachsen

Sterilisation

• Die Verwendung eines solchen Verfahren ermöglicht die vollständige Kontrolle des mikrobiellen Wachstums der Sterilisation.

• Das Ziel ist eine vollständige Desorption aller Keime,vegetativen Zellen und Sporen.

• In seltenen Fällen werden antivirale Maßnahmen eingesetzt.

Selektions-Komponenten

• O2
• Temperatur
• PH-Wert
• Quelle
• Stichel
• SalzKonzentration
• Licht
• Supplement bedarf
• Antibiotika
• Toxine
• Es können also alle Faktoren sein die das Wachstum beinflussen

Stammhaltung

• Das Problem bei der Stammhaltung sind die hohen Kosten für steriles arbeiten.

Das menschliche Darm-Mikrobiom

• Die Zusammensetzung der Darmbakterien variiert entlang des Verdauungstraktes
• Mehr als 99% der Darmbakterien sind Anaerobier

Ich hoffe, diese Notizen sind hilfreich für dein Studium!

Dieses Quiz befasst sich mit Serotonin, seiner Synthese und seinem Einfluss auf das Verhalten. Es untersucht auch die Proteinstruktur, einschliesslich Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstrukturen. Schliesslich werden Schlüsselpersonen und Entdeckungen in der Proteinforschung hervorgehoben.