Mikrobiologie Zusammenfassung PDF

# Mikrobiologie Zusammenfassung ## VO1 ### Wichtige Wissenschaftler sind * **Van Leeuwenhoek** 1684, stellte eine Linse her mit welchen Mikroorganismen sichtbar wurden * **Luis Pasteur** fand heraus, wie der Stoffwechsel von Mikroorganismen funktioniert, wie Krankheiten hervorgerufen werden und w...

# Mikrobiologie Zusammenfassung ## VO1 ### Wichtige Wissenschaftler sind * **Van Leeuwenhoek** 1684, stellte eine Linse her mit welchen Mikroorganismen sichtbar wurden * **Luis Pasteur** fand heraus, wie der Stoffwechsel von Mikroorganismen funktioniert, wie Krankheiten hervorgerufen werden und widerlegte die spontane Generationshypothese, welche besagte das Bakterien einfach aus dem nichts entstehen. * **Robert Koch** zeitgleich mit Pasteur fand er heraus das Mikroorganismen Krankheiten hervorrufen können und beschrieb die 4. Koch'schen Postulate 1. Der mutmaßliche Erreger muss in allen kranken Tieren vorliegen und darf nicht in gesunden Tieren zu finden sein 2. Der mutmaßliche Erreger muss in einer Reinkultur kultiviert werden 3. Zellen der Reinkultur müssen bei einem gesunden Tier, die Krankheit auslösen 4. Erreger des zweiten kranken Tieres muss reisoliert werden und mit dem ursprünglichen Erreger identisch sein ### Allgemeine Def.: * **Pathogene:** Krankheitserregende Mikroorganismen * **Apathogene:** nicht- krankheitserregende Mikroorganismen ### Bakterien, Archaeen und Eukaryoten Diese 3 werden voneinander unterschieden, da sie enorme Unterschiede in ihrer rRNA aufweisen. ### Kennzeichen für zelluläres Leben 1. **Metabolismus:** Aufnahme von Nährstoffen aus der Umgebung, deren Transformation in der Zelle und die Abgabe von Abfall in die Umgebung. Die Zelle ist ein offenes System 2. **Reproduktion (Wachstum):** Verschiedene Stoffe aus der Umgebung werden zu neuen Zellen unter der Anleitung von existierenden Zellen 3. **Differenzierung:** Bildung einer neuen Zell-Struktur als Teil eines zellulären Lebenszyklus (z. B. Sporen) 4. **Kommunikation:** Zellen kommunizieren miteinander auf Basis von chem. Reaktionen 5. **Bewegung:** Viele Lebewesen können sich aktiv Bewegen 6. **Evolution:** Zellen beinhalten Gene und entwickeln sich weiter * **Kodierende Funktionen** sind nötig für die Reproduktion und somit Transkription und Translation * **Maschinen Funktionen** sind nötig, um den Metabolismus aufrecht zu erhalten, d.h. um Produkte abbauen zu können und Energie zu gewinnen (in Form von ATP). Auch müssen sie anderen Moleküle aufbauen (Fette, Zucker, Enzyme,...) ## VO2 ### Wachstum von Bakterien * Da sie im Vergleich zu ihrem Volumen eine große Oberfläche besitzen führt es zur vermehrten Aufnahme von Nahrung und damit zum erhöhten Metabolismus und damit zu schnellem Wachstum, dass zur schnellen Zweiteilung (nur) bei Bakterien führt * Bakterien wachsen durch Zweiteilung durch Septumformation * Bei optimalen Umweltbedingungen wachsen Bakterien exponentiell * Komponenten die notwendig sind zum Wachstum: * **FtsZ ring:** Proteine die das Septum bilden und dort schnürt sich die Zelle in zwei identische Tochterzellen ab. (unter ATP verbrauch) 1. **DANN Replikation** 2. **Bakterienzelle verlängert sich** 3. **Protein FTsZ bildet einen ring und schnürt ein Septum ab** 4. **Nach der Vollendung des Septums bilden sich komplette Zellwände auf beiden Seiten** 5. **Zellen seperieren** * Aufgrund der schnellen Vermehrung existieren in einem Bakterium unter idealen Bedingungen immer mehrere DNA's * Das Bakterium hat verschiedene Wachstumsphasen 1. **Exponentielle Phase** bei optimalen Bedingungen 2. **Stationären Phase** (Gram+ bilden Sporen, Gram- haben andere Mechanismen) 3. **Absterbe Phase** (Log) z. B. weil Ph Wert sich ändert, Platzmangel etc. * Das Wachstum/Zellzählung kann gemessen werden durch 1. **Durch Raster Zählung** * Auf Objektträger mit Kästchen befinden sich Bakterien, mittels Mikroskop kann nun ermittelt werden wie viele sich in den Kästchen befinden. * -> Dabei wird die Gesamtkeimzahl bestimmt, es wird nicht zwischen lebenden und toten Keimen unterschieden. 2. **Photometrische Methode/Trübungsmessung** * Bakterien werden mit Licht bestrahlt, sie absorbieren Teile des Lichts und Photometer interpretieren diesen Vorgang. * -> Bestimmung der Gesamtkeimzahl 3. **Lebendkeim- Analyse** * Es wird die Anzahl der Bakterien pro Millimeter ausgerechnet (Titer). * Die Kultur wird verdünnt, aufgeteilt, danach wird zurückgerechnet * Um zu wachsen benötigen Bakterien C/N/P/S/H/K/Mg/Ca/Na, Spurenelemente, Vitamine um Makromoleküle herzustellen [nicht genau] ## VO 3 ### Metabolische Regulation in Bakterien * Eine Regulation ist immer eine Konformationsänderung, also eine räumliche Strukturänderung von Proteinen als Teil ihrer Funktion/en auszuführen * Es gibt 3 Ebenen der Genregulation 1. **Transkriptionsebene** (keine mRNA- Synthese) 2. **Translationsebene** (keine Enzymsynthese) schneller Vorgänge; RNA und teilweise mRNA 3. **Proteinaktivität** [Posttranslationsebene] Kontrolle der Enzymaktivität ### Transkriptionsebene Wenn ein Produkt bereits auf der Translationsebene nicht mehr benötigt wird, ist es sinnvoll auf Transkriptionsebene zu regulieren * **Globale Regulation der Transkription = Stringent response** * Zellen, die in einem gutem Medium wachsen und werden auf Minimalen- Medium geshifted → Stagnation, kaum Protein- und RNA Synthese * Dabei wird das Guanosinpenta (tetra) phosphat (ppGpp, Alamone oder „Magic spot") gebildet [immer gebildet wenn es den Zellen schlecht geht] * **Entstehung:** * Bei nicht geladenen tRNA (keine Aminosäure) setzt das Enzym RelA ein, welches nun aus GTP mit Hilfe von ATP das ppGpp (Guanosin-3',5'- bispyrophosphat) macht * Wann ungeladene tRNA? -> Wenn nicht ausreichend Aminosäure vorhanden, passiert wenn Zellen hungern * ppGpp kann an die RNA-Polymerase binden, und dieses so modifizieren, dass es jetzt keine rRNA's oder tRNA's mehr synthetisiert (erkennt nicht mehr; da keine Aminosäure, Ribosome nicht nötig & nicht produziert) * Gleichzeitig bewirkt das ppGpp die Stimulierung der Aminosäurebiosynthese * Somt spart man sich Energie * Balance zwischen Anabolismus & Katabolismus * rRNA tRNA Synthese verringert; Aminosäure Biosynthetic Operons aktiviert * **Transkriptionskontrolle durch Sigma Faktoren** * Sigma Faktoren sitzen auf der RNA- Polymerase und erkennen ganz bestimmte Sequenzen auf der DNA. * Jeder Sigma- Faktor ist für die Regulierung anderer Produkte verantwortlich * **Transkriptionskontrolle durch DNA- bindende Proteine** * Sie bestimmen ob ein Gen transkribiert (Aktivatoren) oder nicht transkribiert wird (Repressoren) * Binden an die DNA (passt in große Furche der DNA) i.d.R. als Dimere * Binden durch Helix-turn- Helix (am häufigsten, binden Proteine mit C-Terminus in Furche und N-Terminus dimerisieren sie), Zink- Finger an die DNA oder durch Leucin- Zipper(Erkennungshelixe können an Große Furchen der DNA binden und Verbindungen der DNA Polymerase verhindern) #### 1. Transkriptionskontrolle: Repression und Induktion (bei DNa- Bindeproteine) * **1.1 Repression** = Gen wird abgeschalten * Repressor kann als „freier" Repressor normalerweise nicht an die DNa binden daher bildet er Co- Repressor und passt dann in die Hauptfurche der DNa (Konformationsänderung) * Setzt sich oft auf die 3' Seite der Polymerase und behindert transkription dadurch * **1.2 Induktion** = Gen wird aktiviert * Gene sind abgeschalten und müssen wieder aktiviert werden * Ein Repressor bindet direkt an die DNA und behindert an der passenden Sequenz z.B. die Spaltung von Lactose, wenn im Körper zu wenig Lactose vorhanden ist * Muss die Spaltung von Lactose wieder aktiviert werden, bindet ein Induktor (z.B. Laktose) an den Repressor und löst ihn von der DNA → die Polymerase kann wieder transkribieren * lacPromoter, lacOperator, lacz, lacy, lacA -> RNA Polymerase * **1.2.1 negative Induktion** * Repressor bindet ohne Corepressor und verhindert Transkription. * in diesem Fall muss fehlender Stoff (Inducer/Aktivator) an Repressor binden, damit Repressor sich von Genabschnitt löst und Stoff wieder transkribiert werden kann bsp. Laktose * **1.2.2 positive Induktion** * Aktivatorprotein bindet an Gen und fördert Transkription wenn Stoff als Coaktivator an Aktivatorprotein bindet * Muss nicht immer linear sein. Die transkriptionelle Aktivator kann auch weit weg vom Promotor binden → durch Schlaufenbildung bindet das Aktivator- Protein trotzdem an die Polymerase * **Lac-Operon:** (positive und negative Kontrolle) * Im Medium ist Lactose und Glucose vorhanden * Lactose wird in Galactose und Glucose gespalten, wird Glykolyse zugeführt, Laktose wird Repressor abgelöst * Zuerst wird Glukose verbraucht (zyklische cAMP niedrig), dann erst Lactose (zyklische AMP hoch) * **Negative Kontrolle:** Repressor geht weg durch Bindung von Lactose (das aber zu wenig es benötigt noch einen Aktivator) * **Positive Kontrolle:** CAP= Aktivator; kann nur binden, wenn cAMP gebunden ist * Für die absolute Induktion des Lac-Operons benötigt man: CAMP, CAP, Lactose * solange Glukose vorhanden wird Transporter für Laktose geblockt (keine weitere Laktose aufgenommen) #### Andere Art der Regulation: * **durch 2 Komponenten-System** * Für erkenne von Umweltbedingungen * 2 Komponenten: Sensor Kinase und Response Regulator (beides Proteine) * **Response:** kann transkriptionelle Repressor oder Aktivator sein. Name: weil ein Signal aufgenommen, verarbeitet durch Kinase und Response antwortet * **Sensor Kinase** sitzt in der inneren Memebran und empfängt (bindet) Umweltsignal und wird autophosphoryliert und kann dadurch Response Regulator phosphorylieren. → Dieser kann nun in phosphorylierter Form an einen Operator