Mikrobiologie Vorlesung Teil 7: Zucker und Zellwand PDF

MIKROBIOLOGIE VORLESUNG TEIL 7 ZUCKER & ZELLWAND Hochschule Geisenheim University Institut für Mikrobiologie und Biochemie Prof. Dr. Jürgen Wendland 1 Topic of the day Alles über Zucker ▪ Zuckerformen ▪...

MIKROBIOLOGIE VORLESUNG TEIL 7 ZUCKER & ZELLWAND Hochschule Geisenheim University Institut für Mikrobiologie und Biochemie Prof. Dr. Jürgen Wendland 1 Topic of the day Alles über Zucker ▪ Zuckerformen ▪ Zellwände ▪ Gramfärbung ▪ Gram positive und Gram negative Bakterien ▪ Antibiotica, die den Zellwandaufbau von Bakterien hemmen: Lysozyme, Penicillin, Vancomycin 2 Zuckerformen ▪Mono-, Di-, Oligosaccharide ▪Polysaccharide: Cellulose, Stärke, Glucan, Chitin. 3 Zuckerformen ▪ Monosaccharide – Oligosaccharide - Polysaccharide ▪ Monosaccharide: Hexosen: C6H12O6 , Glucose, Fructose, Galactose, Mannose Pentosen: C5H10O5 , Ribose ▪ Disaccharide: Maltose (Gluc-Gluc), Saccharose (Gluc-Fruc), Lactose (Gal-Gluc) ▪ Oligosaccharide: Zuckerpolymere die aus 3-10 Monosaccharide bestehen Dextrine: n > 4 ▪ Polysaccharide: n > 10 Zuckereinheiten Cellulose, Stärke, Glycogen, Chitin 4 Monosaccharide: Pyranosen Kohlenhydrate: z.B. C6H12O6 Pyranose ist der Sammelname von Kohlenstoffen, die eine chemische Struktur haben, die einen 6er- In der Natur kommt nur D-Glucose vor Ring aufweisen mit 5 C-Atomen und einem O-Atom. 5  Monosaccharide: Mutarotation 36% 0,02% 64% Alpha-D-glucose: OH-Gruppe am C1 nach unten: a Beta-D-glucose: OH-Gruppe am C1 nach oben 6 https://www.chemie-schule.de/KnowHow/Glucose https://de.wikipedia.org/wiki/Pyranosen Monosaccharide: Furanosen Furanose ist der Sammelname von Kohlenstoffen, Mutarotation bei Fructose die eine chemische Struktur haben, die einen 5er- Ring aufweisen mit 4 C-Atomen und einem O-Atom. Bei 20 °C liegt in Wasser gelöste D- Fructose zu 76 % in der β-Pyranoseform, zu 4 % in der α-Furanoseform und zu 20 % in der β-Furanoseform vor 7 Furanose >>> Five Besonders Fructose-haltige Früchte: Birnen und Äpfel  Monosaccharide: Zuckertransport in Hefen Glucose: 100% in Pyranoseform Fructose: 76% in Pyranoseform S. cerevisiae transportiert die Pyranoseform Das ist ein Grund für die Fructophilie von S. cerevisiae Während der Fermentation steigt der Ethanolgehalt im jungen Wein. Ethanol verändert das Tautomere Gleichgewicht der Fructose hin zur Furanoseform. Carbohydrate Research 288 (1996) 45-56 8 doi:10.1016/j.femsyr.2004.02.005 Fructoseintoleranz ▪ Schätzungsweise 30 bis 40 Prozent der mitteleuropäischen Bevölkerung können Fruchtzucker über den Dünndarm nicht richtig aufnehmen. ▪ Eine FructoseiIm Gegensatz zur erworbenen Fruchtzuckerunverträglichkeit steht die äußerst seltene angeborene Form: hereditäre Fructoseintoleranz (HFI). ▪ Symptome: Bauchgrummeln, Blähungen, Durchfall: Hinter diesen Symptomen kann eine Unverträglichkeit gegenüber Fruchtzucker stecken. Die sogenannte intestinale Fructoseintoleranz lässt sich durch einen Wasserstoff-Atemtest feststellen. ▪ Fructose-Transporter: GLUT-5. ▪ Sind von diesen Proteinen nicht ausreichend viele vorhanden oder sind sie defekt, dann bleibt Fruchtzucker im Nahrungsbrei und wandert weiter in den Dickdarm, der von Bakterien besiedelt ist. ▪ Die freuen sich über die süße Mahlzeit und produzieren daraus ihrerseits Gase wie Wasserstoff oder Methan sowie kurzkettige Fettsäuren, die den osmotischen Druck ansteigen lassen. ▪ So entstehen Beschwerden wie Blähungen, Völlegefühl und Durchfälle. 9 Wasserstoff-Atemtest Prinzip: ▪ Wasserstoff (H2) entsteht im menschlichen Körper nur durch bakterielle Zersetzung von Kohlenhydraten im Dickdarm entsteht. ▪ Dieser Wasserstoff wird ins Blut aufgenommen und über die Lunge abgeatmet. Durchführung: ▪ Der Patient ist nüchtern und gibt eine erste Atemprobe ab (Basalwert). ▪ Dann trinkt er eine Testlösung mit einem bestimmten Zucker (z.B. Laktose, Fruktose). ▪ In regelmäßigen Abständen (alle 15-30 Minuten) über 2-3 Stunden werden weitere Atemproben genommen. Messung: ▪ Die Wasserstoffkonzentration in der Ausatemluft wird gemessen (ppm: in parts per million). Resultat: ▪ Ein deutlicher Anstieg der H2 -Konzentration (über 20 ppm) deutet darauf hin, dass der Zucker nicht vollständig im Dünndarm resorbiert wurde >>> Unverträglichkeit oder Malabsorption. Einsatzgebiete: ▪ Diagnose von Laktoseintoleranz, Fruktosemalabsorption, Sorbitintoleranz 10 ▪ Nachweis einer bakteriellen Fehlbesiedelung des Dünndarms  Fructoseintoleranz Anders als bei einer Lactoseintoleranz gibt es gegen Fructoseintoleranz keine Tabletten. Besserung durch Auslassdiät H₂-Wasserstoffkurven in der Ausatemluft nach Laktulosebelastung (gelb), Laktosebelastung (pink) und Glukosebelastung (blau). Hier ist neben dem normalen Anstieg nach Laktulosebelastung (gelb; Laktulose ist für uns unverdaulich) und dem (auch normalen) Fehlen eines Anstiegs nach Glukosebelastung (blau) der für eine Laktoseintoleranz typische Anstieg nach Laktosebelastung (pink) gut und einfach zu erkennen. 11 https://gastroenterologie-hl.de/leistungen/funktions%C2%ADdiagnostik/ doi.org/10.1007/s00112-007-1540-7 Fructose: Das süßeste Karbohydrat 2⅓x 12 Süßer als Zucker? ▪ Stevia ist ein Süßstoff und Zuckerersatzstoff der aus den Blättern der Steviapflanze Stevia rebaudiana, die in Brasilien und Paraguay zu finden ist, extrahiert wird. Source: Wikipedia ▪ Die aktiven Komponenten sind Steviolglycoside, die 30-150 x süßer als Zucker sind. ▪ Darüberhinaus sind sie hitzestabil, pH-stabil und nicht fermentierbar. ▪ Sie enthalten genau 0 Kalorien, ähnlich wie einige künstliche Süßstoffe. ▪ Der Geschmack von Stevia hat einen langsameren Beginn und eine längere Dauer als der von Zucker. Einige Extrakte können einen bitteren lakritzähnlichen Nachgeschmack in hohen Konzentrationen verursachen. ▪ Stevia Glycosidextrakte sind GRAS: generally recognized as safe (GRAS) seit 2008 und deshalb als Nahrungszusatzstoffe erlaubt. Aber: Stevia Blätter und Rohextrakte haben diesen GRAS Status nicht und deswegen auch keine Zulassung. ▪ In der EU ist Stevia als Additiv seit 2011 erlaubt: Stevia-Glycoside E960; Höchstmenge: 4mg/kg ▪ In Japan wird Stevia schon seit vielen Jahren als Süßstoff benutzt. 13 Monosaccharide: Hexosen und Pentosen Pentosen 14 Disaccharide ▪ Sucrose (Saccharose): besteht aus α-D-Glucose and β-D-Fructose. α-D-Glucopyranosyl-β-D-Fructofuranoside Glycosidische Bindung C1-α-O-C2-β Bei 20 °C kann man 203,9 g Zucker in 100 ml Wasser lösen Bei 100 °C sind es 487,2 g in 100 ml >>> 80°Oechsle sind 203,29 g/L Zucker 15 Disaccharide ▪ Saccharose ist der Haupt-Transportzucker, welche in den Pflanzen von einem Pflanzenteil zum andern transportiert werden kann. ▪ In den Trauben finden wir Glucose und Fructose in ziemlich genau gleichen Mengen. ▪ Die Saccharose hydrolysiert unter Anwesenheit stärkerer Säuren in den Beeren (Weinsäure und Äpfelsäure). 16  Analysis ▪ Wann ist ein Apfel reif? Test nach Streif! ▪ Fruchtfleischfestigkeit (F, mittels Penetrometer), dem Gehalt an löslicher Trockensubstanz (=Refraktometerwert R) und dem Stärke-Abbauwert (S). Dieser Wert wird als Reifeindex nach der Formel F / (R * S) berechnet. Beim Mischen von Iod und Kaliumiodid in wässriger Lösung entsteht ein Iodid-Polymer (Polyiodid), das aus einer langen Kette miteinander verbundener Iodid-Ionen besteht. Das Polyiodid ist im reinen Zustand farblos. Durch einen Iod- Überschuss erscheint die Lösung gelblich. Das Polyiodid reagiert Jod-Stärke-Test mit den Hydroxy-Gruppen in den spiralförmigen Molekülen der Stärke zu einem Polyiodidstärke- Komplex, der erscheint blau Tropft man Iod-Kaliumiodid-Lösung auf ein stärkehaltiges Nahrungsmittel, erfolgt eine Blau- oder Violettfärbung, die auf Stärke hinweist. 17 Ein Penetrometer ist ein Instrument zur Messung der Fruchtfestigkeit, insbesondere bei Äpfeln. Hier ist eine Erklärung, wie es bei Äpfeln verwendet wird: Funktionsprinzip: ▪ Das Penetrometer misst die Kraft, die benötigt wird, um eine standardisierte Spitze in das Fruchtfleisch des Apfels zu drücken. Aufbau: ▪ Ein typisches Penetrometer besteht aus einem Kraftmesser mit einer angebrachten Eindringspitze. ▪ Es gibt verschiedene Spitzengrößen, für Äpfel wird meist eine 11 mm Spitze verwendet. Durchführung der Messung: ▪ Die Schale des Apfels wird an der Messstelle entfernt. ▪ Das Penetrometer wird senkrecht auf die geschälte Stelle aufgesetzt. ▪ Die Spitze wird mit gleichmäßigem Druck in das Fruchtfleisch gedrückt. ▪ Das Gerät zeigt den maximalen Widerstand in kg/cm² oder Newton an. Messbereich: ▪ Für Äpfel liegt der typische Messbereich zwischen 5,5 und 7,5 kg/cm², je nach Sorte. ▪ Zum Beispiel: Stark Delicious etwa 6 kg/cm², Golden Delicious etwa 5,5 kg/cm². Interpretation: ▪ Höhere Werte deuten auf festeres Fruchtfleisch hin. ▪ Niedrigere Werte zeigen weicheres Fruchtfleisch an, was auf fortgeschrittene Reife hindeuten kann. Anwendung: ▪ Penetrometer werden in der Qualitätskontrolle, bei der Ernte und in der Lagerung von Äpfeln eingesetzt. ▪ Sie helfen bei der Bestimmung des optimalen Erntezeitpunkts und der Überwachung der Fruchtreife während der Lagerung. Hinweis: ▪ Es sollten mehrere Messungen an verschiedenen Stellen des Apfels durchgeführt werden, um einen Durchschnittswert zu erhalten. 18 Penetrometer >> Fruchthärte-Tester ▪ A peeler was used to remove the peel from a spot ▪ and the firmness was measured with a Wagner (Wagner Instruments, Greenwich, CT) Fruit Test FT Series Fruit Tester equipped with an 11-mm diameter penetrometer tip ▪ and with the Fruit Test instrument in a motor driven penetrometer mount that advanced the tip at a constant speed (1.33 mm/s) into the fruit (Fig. 3). ▪ When the penetrometer force gage reached a constant reading, the motor was switched off and the force gage reading, in kilograms-force, was recorded. ▪ Four readings were obtained for each apple. 19 DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2007.04.009 Disaccharide ▪ Lactose: besteht aus D-Glucose and D-Galactose. 4-O-β-D-Galactopyranosyl-D-Glucopyranoside Glycosidische Bindung C1-β-O-C4 - reduzierend Grund für die mangelnde oder fehlende Aufspaltung der Lactose ist meist eine verminderte Aktivität des Enzyms Lactase (= ß-Galactosidase). 20 Disaccharide ▪ Maltose: besteht aus zwei Molekülen α-D-Glucose. 4-O-α-D-Glucopyranosyl-D-Glucopyranosid glycosidic bond C1-α-O-C4 - reduzierend >>>Unterschied zwischen Lager und Wein Hefen 21 Disaccharide ▪ Trehalose: besteht aus zwei Molekülen α-D-Glucose und wird durch eine α-1,1-glycosidische Bindung gebildet Nicht-reduzierender Zucker, da die glycosidischen OH-Gruppen beider Monosaccharideinheiten miteinander reagiert haben, ebenso wie Saccharose. 22 Oligosaccharide: Galaktooligosaccharide - GOS 23  Oligosaccharide: Galaktooligosaccharide - GOS ▪ Galactooligosaccharide (GOS) zählen als unverdauliche Kohlenhydrate zu den Präbiotika, die als Functional Foods zunehmend an Interesse gewinnen. ▪ Fördern Laktobazillen und Bifidobakterien 24 Petschacher B, Humane Milch-Oligosaccharide in … Die Hebamme 2018; 31: 409–414 Oligosaccharide: Galaktooligosaccharide - GOS ▪ Mengenmäßig stellt die Fraktion der HMO (humane Milch-Oligosaccharide) nach Lactose und Fett mit durchschnittlich 10–15 g/L den drittgrößten Bestandteil von Muttermilch dar. ▪ Um ca. 1930 wurde erkannt, dass der sogenannte „bifidogene Effekt“ der Muttermilch, also die Förderung der Vermehrung von nützlichen Bifidobakterien im Darm des Kindes, auf diese Kohlenhydratfraktion zurückzuführen ist. ▪ Die Milch von Tieren wie Kühen, Schafen oder Ziegen weist im Vergleich zu menschlicher Muttermilch 100– 1000-mal geringere Konzentrationen an HMO auf. ▪ HMOs (200 verschiedene Moleküle) werden aus fünf Grundbausteinen aufgebaut, den Einfachzuckern Glukose, Galaktose, N-Acetylglucosamin, Sialinsäure und Fucose. ▪ Milch Sekretor negativer Mütter weisen um 35–45 % weniger HMO auf (α-1-2-fucosyltransferase FUT-2, FUT-3). ▪ Synthetische HMO sind bereits in Amerika und Europa für den Einsatz in Muttermilchersatznahrung zugelassen. ▪ Das dominierende Oligosaccharid bei 80 % aller Frauen ist die 2'-Fucosyllactose, die in einer Konzentration von circa 2,5 g/L in der menschlichen Muttermilch enthalten ist 25 Oligosaccharide: Galaktooligosaccharide - GOS 400 mg/L 26 The milk oligosaccharide 2′-frucosyllactose was synthesised using enzymatically synthesised GDP-L-fucose which was transferred to lactose using the recombinant fucosyltransferase FucT2 Helicobacter pylori. 27 "Meilenstein in der Biotechnologie-Geschichte" „Diese Novel-Food-Zulassung ist nicht nur ein Meilenstein in der Geschichte der Biotechnologie sondern auch ein großer Durchbruch für die künftige Entwicklung der Säuglingsnahrung“, sagt Stefan Jennewein, der Geschäftsführer und Gründer der Jennewein Biotechnologie GmbH, die in Rheinbreitbach südlich von Bonn ihren Sitz hat. Am 20. November bekamen die Biotechnologen das ersehnte Antwortschreiben von der EU- Lebensmittelaufsicht EFSA. Darin wird die Entscheidung mitgeteilt, dass „ 2‘-Fucosyllactose in Puderform und als flüssiges Konzentrat auf dem europäischen Markt als Novel-Food-Produkt zugelassen ist“. Ende 2015 hatte bereits die US-Lebensmittelaufsicht FDA dem Produkt den Status als „Generally Recognized as Safe“ (GRAS) für den unbedenklichen Einsatz in Lebensmitteln bescheinigt – das war der Startschuss für die Vermarktung. 28 Pressemitteilung | Sep 22. 2020 10:10 GMT Chr. Hansen Holding A/S („Chr. Hansen“) hat heute dem Erwerb sämtlicher Anteile von Jennewein Biotechnologie GmbH („Jennewein“), einem führenden Unternehmen im Bereich der humanen Milch-Oligosaccharide („HMO“), zugestimmt. Der Zielmarkt für HMO wird bis 2025 auf über 400 Millionen Euro geschätzt und verfügt langfristig über 1 Milliarde Marktpotenzial. Damit wird sich Chr. Hansen als führender Anbieter behaupten. 29 Oligosaccharide: Blutgruppen ▪ Das zentrale Prinzip des AB0 Systems ist, dass sich bestimmte Antigene, in diesem Fall Zucker, die sich auf der Zelloberfläche der roten Blutkörperchen befinden, zwischen Individuen unterscheiden. ▪ Individuen besitzen eine Toleranz nur gegenüber dem, was auch in ihrem eigenen Körper auftritt. Als Resultat finden wir, dass viele Menschen Isoantikörper produzieren (also Antikörper gegen Isoantigene) gegen natürliche Komponenten die in Körpern anderer Mitglieder der Gleichen Spezies vorkommen, aber nicht bei ihnen selbst. Karl Landsteiner Nobel prize 1930 Für seine Entdeckung der menschlichen Blutgruppen (1900) 14.06 1868 - 26.06 1943 30  Oligosaccharide: Blutgruppen Galactose GalNAc Fucose-Galactose GlcNAc Galactose Glucose H-antigen B-antigen A-antigen Type 0 Galaktosyl- Transferase N-Acetyl-Galactosaminyl-Transferase fügt ein Molekül addiert ein N-Acteyl-Galaktosamin >>>Bombay phenotype hh Galaktose zu Die Blutgruppe h/h, als Bombay Blutgruppe bekannt, ist eine sehr seltene Blutgruppe. Sie wurde zum erstenmal in Bombai (heute Mumbai) in Indien von Dr. YM Bhende in 1952 entdeckt. Sie kommt hauptsächlich in India, Bangladesh, Pakistan, and dem Iran vor. Menschen der hh Blutgruppe können allen anderen Menschen Blut spenden (falls sie Rh compatible sind), aber sie können von keinem Menschen des AB0 Systems Blut erhalten, denn deren Blut enthält immer mindestens eines der A, B oder H Antigene. 31 Für sie kommt nur Blut des Bombay Phänotyps in Frage. Oligosaccharide: Blutgruppen Das Alter des AB0-Systems: Es existiert seit mindestens 20 Millionen Jahren. Die Gene für die Blutgruppen A und B stammen also von einem gemeinsamen Vorfahren der Primaten. Die verschiedenen Varianten des AB0-Systems wurde bei allen untersuchten Primatenarten (40) egt3 Die Blutgruppe A-Variante wird als die ältere Form angesehen. Auch Neandertaler und Denisova-Menschen besaßen bereits AB0-Blutgruppen. Theoretisch könnte man beim Menschen also eine Transfusion mit Affenblut vornehmen. Aber: Simian Immunodeficiency Virus Es handelt sich um ein Retrovirus (besteht aus Einzelstrang RNA), das bei verschiedenen Affenarten vorkommt und eine Erkrankung verursacht, die AIDS ähnelt. SIV ist eng verwandt mit dem menschlichen Immunschwächevirus HIV und gilt als dessen Ursprung. SIV kommt in verschiedenen Affenarten, insbesondere in afrikanischen, vor und wurde wahrscheinlich durch den Kontakt mit infiziertem Blut oder Gewebe auf den Menschen übertragen. 32 Oligosaccharide: Blutgruppen-Konversion Galactose GalNAc ▪ Es gibt Enzyme, die die charakteristischen Antigene der Blutgruppen A und B entfernen können, wodurch Blut der Gruppe 0 entsteht. ▪ Diese Enzyme wurden in Darmbakterien gefunden, insbesondere in Akkermansia muciniphila und Flavonifractor plautii. ▪ Diese Methode könnte die Verfügbarkeit von Spenderblut erhöhen und die Blutlogistik für seltene Blutgruppen vereinfachen. ▪ Einige Experten zweifeln derzeit noch am klinischen Nutzen dieser Methode und weisen auf mögliche Komplikationen hin 33  DTU and Lund Univ ▪ Matching donor and recipient blood groups based on red blood cell (RBC) surface ABO glycans and antibodies in plasma is crucial to avoid potentially fatal reactions during transfusions. ▪ Enzymatic conversion of RBC glycans to the universal group O is an attractive solution to simplify blood logistics and prevent ABO-mismatched transfusions. ▪ The gut symbiont Akkermansia muciniphila can degrade mucin O-glycans including ABO epitopes. ▪ Here we biochemically evaluated 23 Akkermansia glycosyl hydrolases and identifed exoglycosidase combinations which effciently transformed both A and B antigens and four of their carbohydrate extensions. ▪ Enzymatic removal of canonical and extended ABO antigens on RBCs signifcantly improved compatibility with group O plasmas, compared to conversion of A or B antigens alone. ▪ This study demonstrates the potential utility of mucin-degrading gut bacteria as valuable sources of enzymes for production of universal blood for transfusions. 34  Microbe of the day Akkermansia muciniphila ▪ Strikt anaerobes, nicht-motiles, nicht-sporenbildendes, Gram-negatives Bakterium ▪ Macht 3-5% aller Darmbakterien im menschlichen Dickdarm ausmacht. ▪ Wurde erst 2004 entdeckt. ▪ Dieses Bakterium ernährt sich vom Schleim (Mucin) der Darmwand, regt aber gleichzeitig die Mucinproduktion an und trägt so zur Erhaltung einer gesunden Darmschleimhaut bei. ▪ Darüber hinaus produziert es kurzkettige Fettsäuren wie Propion- und Essigsäure, die für die Darmgesundheit wichtig sind. ▪ Es scheint eine Rolle bei der Vorbeugung von Stoffwechselerkrankungen wie Typ-2-Diabetes und Adipositas zu spielen. ▪ Die Anzahl von A. muciniphila im Darm lässt sich durch eine ballaststoffreiche Ernährung fördern. ▪ Probiotisch wirkendes Bakterium. 35 Oligosaccharide: Blutgruppen 36  Oligosaccharide: Blutgruppen ▪ Als Anti-D-Prophylaxe bezeichnet man die passive Immunisierung (Impfung) Rhesus-negativer Schwangerer zur Verhinderung eines Morbus haemolyticus neonatorum im Rahmen einer Folgeschwangerschaft. ▪ 1969 wurde der Impfstoff in westlichen Ländern eingeführt. 37 https://de.wikipedia.org/wiki/Rhesusfaktor Oligosaccharide: Blutgruppen 38 Oligosaccharide: Blutgruppen 39 Polysaccharide 40 Polysaccharide GLUCOSE als Grundbaustein für Zellwände Glucose GlcNAc Murein Chitin Cellulose Bacteria Fungi (Insekten) Pflanzen 41 Polysaccharide: Pflanznezellwände ▪ Cellulose: lineare Kette von β-1-4-Glucose, wasserunlöslich. ▪ Menschen besitzen keine Enzyme (Cellulasen), die β-glycosidische Bindungen spalten können. ▪ Cellulose ist ein Strukturpolysaccharid. Es kommt in den Zellwänden von Pflanzen vor und ist das häufigste organische Molekül auf der Welt. ▪ Cellulose ist ein geradkettiges Polymer: es treten keine Windungen auf, ebenso verzweigen Celluloseketten nicht. Die Moleküle besitzen eine steife stäbchenartige Konformation. ▪ Die Zellwand von Pflanzen enthält etwas 50% Cellulose, Baumwollfasern sind beinahe reine Cellulose (98%). Das Disaccharid wird auch Cellobiose genannt 42  Polysaccharide http://www.heimtierwissen.de/Seiten/Futtermittelkunde/Naehrstofferohfaser.html 43 Polysaccharide: Reststromverwertung circular economy Brewer's Spent Grain (BSG): Biertreber Hauptbestandteile von Brewer's Spent Grain (BSG), Feuchtigkeitsgehalt von 85% Pro Hektoliter Bier entstehen etwa 20 kg nasser Biertreber. Hemicellulose: 28.8% der Trockenmasse (Pentosen: Xylose, Arabinose) Cellulose: 21.3% der Trockenmasse Proteine: 22.3% der Trockenmasse Lignin: 15.7% der Trockenmasse Lipide: 8.1% der Trockenmasse Mineralien 3.8% der Trockenmasse Kalium, Phosphor, Magnesium, Calcium und Silicium 44 https://brotandbreaddeutsch.blogspot.com/2017/04/bierbrauer-brot-mit-trester.html Polysaccharide ▪ Amylose: ist ein helikales Polymer aus α-D-glucose Einheiten, die durch α(1→4)-glycosidische Bindungen verknüpft sind. ▪ Amylose ist ein Energiespeichermolekül in Pflanzenstärke. Es macht etwa 30% in stärke aus. Das Enzym α-Amylase zerlegt Amylose in Maltotriose und Maltose-Einheiten. 45 Polysaccharide ▪ Stärke: besteht aus zwei Hauptkomponenten: Amylose (20-30%) und Amylopektin (70-80%) ▪ Amylopektin enthält α(1→6)-glycosidische Bindungen, die von Amyloseketten abzweigen. ▪ Glykogen: ist ein Stärkeanalog. Es hat strukturelle Ähnlichkeit mit Amylopektin ist aber viel häufiger verzweigt und kompakter als Stärke. Es dient der Energiespeicherung in Tieren und Pilzen. ▪ Das Amylose-Amylopektin- Verhältnis ist ein Schlüsselfaktor, der die Stärkeeigenschaften beeinflusst und auch für die Anwendung von Stärke in der Lebensmittel- und Bioindustrie wichtig ist. ▪ Stärke mit niedrigem Amylosegehalt ist für die Optimierung industrieller Anwendungen sehr wichtig. 46 Polysaccharide ▪ Amylose führt zu einer besseren Gelbildung, d.h. Sachen gelieren besser und sind dadurch stabiler (in Lebensmitteln wie Puddings und Saucen). ▪ Hoher Amylopektingehalt = höhere Viskosität = geringere Gelbildungsfähigkeit>> wichtig für Papierherstellung ▪ Amylopektin zeigt weniger Retrogradation als Amylose. Retrogradation ist das Phänomen, bei dem Stärkegele im Laufe der Zeit fest werden und Wasser abgeben. Eine geringere Retrogradation bedeutet, dass Produkte länger frisch bleiben und ihre gewünschte Textur behalten ▪ Retrogradation ist besonders bei Brot und Backwaren ein Problem: führt zu Verhärtung und Verlust der Teigelastizität 47  Der Stärkeabbau durch Enzyme 48 https://www.megazyme.com/focus-areas/starch-portal Der Stärkeabbau durch Enzyme Definitionen Amylasen sind Enzyme, die α-1,4-glykosidische Bindungen der Stärke in Oligosaccharid- bzw. Disaccharid- Einheiten aufspalten können. Wir unterscheiden α-Amylasen (syn. Endoamylasen) und β-Amylasen (syn. Exoamylasen). α-Amylasen: generieren Oligosaccharide, die aus 6-7 oder weniger Glucoseeinheiten bestehen. Als Endoenzym greifen α- Amylasen α-1-4-glykosidische Bindungen im Inneren der Stärke-Moleküle an. So werden nicht angreifbare alpha- 1,6-glykosidische Bindungen des Amylopektin umgangen. β-Amylasen greifen Amylose und Amylopektin nur von "außen" an, d.h. von ihrem nicht reduzierenden Ende. Beta-Amylase kann daher α-1,6-glykosidische Bindungen nicht umgehen. Sie spalten vom Kettenende her jeweils ein Maltosemolekül nach dem anderen ab. Sie können daher umso besser wirken, je mehr Kettenenden durch die α- Amylase bereits entstanden sind. α-Glucosidasen greifen α-1-4-glykosidische Bindungen ebenfalls vom nicht-reduzierenden Ende an und liefern D-Glukose 49 Der Stärkeabbau durch Enzyme Definitionen Limit dextrinase Amylopectin-1,6-glucosidase, katalysiert die Hydrolyse von α-1-6-glucosidischen Bindungen in Amylopektin und Glykogen. Pullulanase Es wird als extrazelluläres, zelloberflächenverankertes Lipoprotein von gramnegativen Bakterien der Gattung Klebsiella produziert. Pullulanasen vom Typ I greifen spezifisch α-1,6-Bindungen an Pullulanasen vom Typ II sind auch in der Lage, α-1,4-Bindungen zu hydrolysieren. Pullulanase wird als Verarbeitungshilfsmittel in der Getreideverarbeitungsbiotechnologie (Herstellung von Ethanol und Süßungsmitteln) eingesetzt. Pullulanase ist auch als Debranching-Enzym bekannt. Sein Substrat, Pullulan, wird als eine Kette von Maltotriose-Einheiten angesehen, die durch alpha-1,6-glykosidische Bindungen verbunden sind. 50 Zucker in der Stammwürze Limit-Dextrinase barley enzyme; STA1 S. cerevisiae diastaticus ▪ Diastatische Stämme von Saccharomyces cerevisiae besitzen die Fähigkeit, langkettige Oligosaccharide wie Dextrin und Stärke zu hydrolysieren und zu fermentieren. ▪ Die STA1-kodierte Glucoamylase ermöglicht eine effiziente Verwendung von Maltotriose. 51 Dextrine sind Stärkeabbauprodukte mit n > 3 Glucoseeinheiten Polysaccharide: Pilzzellwände ▪ Die Pilzzellwand macht etwa 40 % des gesamten Pilzzellvolumens aus. ▪ Die Zellwand bildet ein dehnbares und robustes Kerngerüst, an dem eine Vielzahl von Proteinen und oberflächlichen Komponenten mit faserigen und gelartigen Kohlenhydraten Polymere bilden, die eine starke, aber flexible Struktur bilden. ▪ Die meisten Zellwände bestehen aus zwei Schichten: (1) Die innere Schicht besteht aus einem relativ konservierten Strukturgerüst aus Chitin und Glucan, in dem 50–60 % des Trockengewichts der Zellwand aus β-(1-3) Glucan besteht und (2) die äußere Schicht besteht aus stark mannosylierten Glykoproteinen mit modifizierten N- und O- verknüpften Oligosacchariden. Funktionen: (1) Erhaltung der Zellform. Auf diese Weise bestimmt die Wand die Morphologie einer Hefezelle, einer Hyphe oder der Sporen. (2) Die Stabilisierung der inneren osmotischen Bedingungen; die Wand ist stabil und elastisch und erzeugt einen Gegendruck zum osmotischen Druck der Zelle. (3) Schutz der Zelle. (4) Gerüst für Glykoproteinen. Diese ermöglichen z.B. die Erkennung von Paarungspartnern, Substraten und Adhäsion von Zellen.​ 52  Pilzzellwände Structural organization of the cell walls of fungal pathogens. The upper panels show transmission electron micrograph sections of the cell walls, revealing mannoprotein fibrils in the outer walls of C. albicans, the fibril-free cell wall of an A. fumigatus hypha, and the elaborate capsule of C. neoformans. 53 DOI: 10.1038/nrmicro.2015.21 54 Joke of the day Why couldn’t yeast escape prison? Because their cells were surrounded by walls. 55 Polysaccharide: Pilzzellwände ▪ Die Hauptkomponente der Zellwände von Pilzen besteht aus β-1,3- and β-1,6-glucan, ebenfalls ein Glukosepolymer. ▪ Pflanzen besitzen kein β-1,6-glucan (einige Ausnahmen bei den Oomyceten). Das Pilzglucan ist demnach ein MAMP (Microbe-associated molecular pattern). 56 Pathogene Pilze Zellwände von Pilzen sind exzellente Angriffspunkte für antifungale Substanzen, da menschliche Zellen keine Zellwände besitzen. Echinocandine sind antifungale Substanzen. Sie inhibieren die Zellwandsynthese und greifen das Enzym β-(1-3) Glucansynthase an. Caspofungin (1989). Echinocandine müssen intravenös appliziert werden. Sie wirken fungicidal gegen Candida, fungistatisch gegen Aspergillus, und wirken nicht gegen Cryptococcus. 57 Polysaccharide - Chitin ▪ Chitin: ist ein langkettiges Polymer aus β-1,4 -verbundenem N-acetylglucosamin, und kommt an vielen Stellen vor. ▪ Es ist eine charakteristische Komponente der Pilzzellwände und des Exoskeletts von Arthropoden (z.B. Krabben, Hummer) und natürlich aller Insekten. ▪ Chitin ist das zweithäufigste Polymer auf der Welt. Glucose 58 Polysaccharide – Chitin vs Cellulose Stickstoff Chitin enthält Stickstoff, während Cellulose keinen Stickstoff enthält. Funktionelle Gruppen Der zweite Kohlenstoff der Glucose bindet an eine Acetylamingruppe im Chitin, während der zweite Kohlenstoff der Glucose an eine Hydroxylgruppe in der Cellulose bindet. Stärke der Polymermatrix Die Festigkeit der Chitin-Polymermatrix ist aufgrund der erhöhten Wasserstoffbindungskapazität höher, während die Festigkeit der Cellulose-Polymermatrix vergleichsweise gering ist. Daher verleiht Chitin den Strukturen eine größere Steifigkeit als Zellulose. Evolution Chitin entwickelte sich später als Cellulose. 59 Polysaccharide: Cellulose >>> Lignin Lignine sind Polymere, die durch Verknüpfungen phenolischer Vorstufen entstehen 60 Lignin-Abbau durch Pilze ▪ Gut untersuchte ligninolytische Enzyme finden sich in Phanerochaete chrysosporium und anderen Weißfäulepilzen. ▪ Einige Weißfäulepilze wie Ceriporiopsis subvermispora können das Lignin in Lignozellulose abbauen, anderen fehlt diese Fähigkeit. ▪ Der Ligninabbau durch Pilze erfolgt größtenteils über abgesonderte Peroxidasen. Es werden auch viele Laccasen von Pilzen abgesondert, die den Abbau phenolischer Ligninverbindungen erleichtern. ▪ Holzzersetzende Pilze können nach der Art der Fäule, die sie verursachen, klassifiziert werden. ▪ Die bekanntesten Arten sind Braunfäule und Weißfäule. ▪ Jeder produziert unterschiedliche Enzyme, kann unterschiedliche Pflanzenmaterialien abbauen und unterschiedliche Umweltnischen besiedeln. ▪ Braunfäulepilze (Echter Hausschwamm (Serpula lacrymans), Lärchenporling (Laricifomes officinalis), Rotrandige Baumschwamm (Fomitopsis pinicola) verdauen beide die Zellulose und Hemizellulose eines Baumes, nicht jedoch dessen Lignin. ▪ Weißfäulepilze verdauen Lignin, z.B. Zunderschwamm und nicht die Cellulose. 61 Polysaccharide Evolution ▪ Einblicke in die evolutionäre Entwicklung von Weißfäulepilzen ergeben sich aus der Evolution des Ligninkatabolismus. ▪ Lignin ist ein Vorläufer für die Entwicklung von Kohle. ▪ Während des Karbons (360–300 Millionen Jahre) und des Perms (300–250 Millionen Jahre) kam es zu einer sehr hohen Kohlenstoffanreicherung im Boden. ▪ Gegen Ende des Perm kam es jedoch zu einem starken Rückgang der Kohlenstoffanreicherung. ▪ Zu dieser Zeit entwickelten sich Weißfäulepilze und ihre Fähigkeit, Lignin zu spalten. Inkohlung 62 Inkohlung, auch bekannt als Kohlenstoffisierung oder coalification, ist der natürliche Prozess der Entstehung von Kohle aus pflanzlichem Material: Torf-Braunkohle-Steinkohle-Anthrazit-Graphit-Diamant. Dabie führen Dehydratisierung (Entfernung von Wasser) und Decarboxylierung (Entfernung von Kohlendioxid) zu einer Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes und einer Verminderung flüchtige Bestandteile.  Polysaccharide ▪ Braunkohle ist ein relativ junges Produkt dieser Inkohlung. Ihre Entstehung fand in der Kreidezeit und im Tertiär vor 20 bis 40 Mio. Jahren statt. ▪ Daher hat Braunkohle höher gelegene Lagerstätten und kann aus höheren Erdschichten im so genannten Tagebau gewonnen werden. ▪ Steinkohle hingegen liegt aufgrund Ihres Alters (ca. 280-345 Millionen Jahre) weit tiefer. Sie muss aus zum Teil Kilometer tiefen Kohleminen, unter Tage abgebaut werden. ▪ Steinkohle hat aufgrund seines höheren Kohlenstoffgehalts einen weit höheren Energiegehalt als Braunkohle (ca. 3 Mal so viel). 63 https://www.steinkohle.biz/Steinkohle-und-Ihre-Entstehung https://elearning.izt.de/files/onlinekurse/powerado_plus/2h_Nicht_erneuerbare_Energien/comp/Aufgaben/VAB0404.htm https://www.sofatutor.com/geographie/videos/entstehung-von-steinkohle-2 Polysaccharide 64 Climate cycles: 100x in 40 Millionen Jahren = 1x alle 400.000 Jahre >>> Milanković-Zyklen ▪ Bei den Milanković-Zyklen (nach dem serbischen Mathematiker Milutin Milanković, 1879–1958) handelt es sich um langperiodische Veränderungen der globalen Verteilung der auf der Erde eintreffenden Sonnenstrahlung über die jährliche Schwankungsbreite hinaus. ▪ Die Erdbahn um die Sonne, die Präzession der Erdrotationsachse sowie die Neigung der Erdachse und damit die wechselnden Einfallswinkel der Sonneneinstrahlung auf der Nord- und Südhemisphäre unterliegen verschiedenen Orbitalzeitskalen mit einer Dauer von 25.800 bis etwa 100.000 beziehungsweise 405.000 Jahren. ▪ Sie erklären teilweise die natürlichen Klimaveränderungen vor allem während des Quartärs und sind daher für die Klimatologie und Paläoklimatologie von großer Bedeutung. ▪ Die Grundidee von Milanković bestand darin, dass die astronomisch bedingte Variabilität der nordhemisphärischen Sonneneinstrahlung das Wachstum und Abschmelzen großer Eisschilde in hohem Maße mitbestimmte und damit – unter Mitwirkung der Eis-Albedo-Rückkopplung – eine Steuerfunktion für den Beginn und das Ende der verschiedenen Kaltzeitphasen ausübte. ▪ Somit entstand mit der Milanković-Theorie erstmals ein allgemein akzeptiertes Erklärungsmodell für die Ursache der pleistozänen Vereisungsprozesse. 65 Kohlebildung – atm. Sauerstoffgehalt 66  Chitinabbau durch Chitinasen 67 https://www.sigmaaldrich.com/life-science/metabolomics/enzyme-explorer/learning-center/carbohydrate-analysis/carbohydrate-analysis-ii.html Chitinanreicherungen in der Pilzzellwand 68 Chitin Biosynthese in Pilzen 69 Bioengineering von S. cerevisiae 70 Hefezellwände und unser Immunsystem 71 Hefezellwände und unser Immunsystem 72 Polysaccharide ▪ Yeast β-glucans have well known immune modulating properties improving the innate but also the adaptive immune responses. ▪ Consequently, β-glucans improve the resistance of livestock against microbial infections. Moreover, β-glucans are known to bind mycotoxins facilitating the decontamination of mycotoxin containing feed. 73 Topic of the day Bakterien-Zellwände ▪ Gram positive und Gram negative Bakterien ▪ Antibiotica, die den Zellwandaufbau von Bakterien hemmen: Lysozyme, Penicillin, Vancomycin 74 Die Zellwand von Bakterien: Die Gram-Färbung Hans Christian Joachim Gram 13.09.1853 15.11 1938 75 Gramfärbung: Gram(+) vs Gram(-) 76 ▪ Kristallviolett (CV) Ionen dringen durch die Zellwand und Zellmembran von Gram (+) und Gram (-) Zellen ein und färben die Zellen violet. ▪ Jod-Ionen interagieren mit CV+ und bilden große Komplexe (CV–I) in den inneren und äusseren Lagen der Zellwände. Jod ist ein Fixierstoff der das Auswaschen des CV–I Komplexes verhindert. ▪ Wenn man ein Entfärber wie Alkohol oder Aceton zufügt, interagiert dieser mit den Lipiden der Zellmembran. Die Gram (-) Zellen verlieren ihre äussere Lipopolysaccharid-Membran und die CV–I Komplexe werden ausgewaschen. ▪ Dagegen bleiben die CV–I Komplexe in Gram (+) Zellen in der Zellwand fixiert. ▪ Nach dem Entfärben bleiben die Gram (+) Zellen violet, während die Gram (-) ihre violette Farbe verloren haben. Durch Gegenfärben – meist mit positive geladenem Safranin oder basischem Fuchsin, werden 77 die Gram (-) Zellen pink oder rot gefärbt.  Die Zellwand von Bakterien: Die Gram-Färbung 78 https://www.youtube.com/watch?v=sxa46xKfIOY https://www.youtube.com/watch?v=Jvo6IGKTvxA Gram (+) und Gram(-) Bakterien 79  Besser und schneller: KOH-Schnelltest ▪ Eine kleine Menge Bakterien wird mit einer Impföse in einem Tropfen 3%-iger Kaliumhydroxid-Lösung suspendiert. ▪ Bei Gram (+) Bakterien ist diese Lauge zu schwach, um die Zellen zu lysieren. ▪ Zieht man die Impföse durch das Gemisch... Passiert nichts... ▪ Bei Gram (-) Bakterien ist die Zellwand sehr viel dünner. Diese Zellen lysieren in der KOH-Lösung. Dadurch wird DNA freigesetzt. Wird die Impföse durch diese Lösung gezogen, bilden sich aufgrund der erhöhten Viskosität Fäden. 80 https://www.slideshare.net/SaySinith/kohtest https://focusedcollection.com/160567636/stock-photo-inoculation-loop-sterilizing-bunsen-burner.html Bakterielle Zellwände: PEPTIDOGLUCAN ▪Die Zellwände von Bakterien unterscheiden sich klar von denen der Pilze und Pflanzen. ▪Bakterien Zellwände enthalten Peptidoglucan, das aus Wiederholungen von GlcNAc (β-1→4) MurNAc besteht. ▪Das ist dem Chitin ähnlich, das ja ein GlcNAc (β-1→4) GlcNAc Homopolymer ist. Allerdings enthält jedes 2 GlcNAc Molekül einen Laktatrest an der Hydroxylgruppe des C3 >>> und wird als N- Acetylmuraminsäure bezeichnet 81  Bakterielle Zellwände: PEPTIDOGLUCAN ▪ NAM und NAG bilden das Glucangrundgerüst. ▪ Die einzelnen Fibrillen sind über Peptidbrücken miteinander verbunden (‚crosslinked‘). Das macht die Peptidkomponente des Peptidoglucan aus. 82 Die Zellwand von Gram (+) Bakterien ▪ Gram-positive Zellwände bestehen aus vielen Schichten des Peptidoglucans und enthalten Teichonsäure. ▪ Teichonsäure dient der Stärkung der Zellwand. 83 Die Zellwand von Gram (-) Bakterien ▪ Gram-negative Bakterien haben eine zweite, äußere Membran auf der dünnen (manchmal einschichtigen) Peptidoglucan Zellwand. Gram-negative Zellwände enthalten keine Teichonsäure. 84 Die Funktionsweise von Teichonsäure 85 https://www.bauzeit.info/tag/bewehrung/ Peptidoglucan 86 Peptidbindung in Proteinen Kondensationsreaktion 87 https://en.wikibooks.org/wiki/An_Introduction_to_Molecular_Biology/Function_and_structure_of_Proteins  Bakterielle Zellwände: PEPTIDOGLUCAN Gram (+) 88 https://mmbr.asm.org/content/63/1/174  Bakterielle Zellwände: PEPTIDOGLUCAN Ein genauerer Blick auf den Peptidanteil: Ein Tetrapeptid (Ala-D-isoGlu-Lys-D-Ala) ist mit einer Amidbindung an der Carboxylgruppe des Laktats am MurNAc verankert. ▪In Gram (+) Zellwänden sind die GlcNAc (β-1→4) MurNAc Stränge covalent über Pentaglycinbrücken zwischen dem Lys eines Stranges und dem D-Ala des anderen Tetrapeptides miteinander verbunden. ▪In Gram (-) Zellwänden sind die GlcNAc (β-1→4) MurNAc Stränge direkt miteinander verbunden. Es gibt keinen Pentaglycin-Spacer. 89 https://www.youtube.com/watch?v=fJ3pVJoJDv8 Bacterial cell wall synthesis 90 https://www.youtube.com/watch?v=fJ3pVJoJDv8 Lysozyme: Mode of action; MoA ▪ Lysozymes: auch als Muramidasen bekannt sind Glycosid- Hydrolasen. ▪ Diese Enzymes schädigen die bakterielle Zellwand, in dem sie die Hydrolyse der GlcNAc (β-1→4) MurNAc Bindung katalysieren. 91 Lysozyme: Mode of action; MoA ▪ Lysozyme kommt sehr häufig in Sekreten vor: Tränenflüssigkeit (etwa 1,4 mg/mL), Speichel (etwa 0,6 - 1,4 mg/mL), Muttermilch und Mucus, z.B. Nasenschleimhaut. ▪ Grosse Mengen Lysozym finden sich im Eiweiß, was von Laschtschenko in 1909 entdeckt wurde. ▪ In 1923 gab Alexander Fleming (1881–1955) dem Enzym den Namen Lysozym. ▪ Maximale Höchstmenge: In der EU ist eine maximale Höchstmenge von 500 mg/L für die Verwendung von Lysozym in Traubenmost und Wein festgelegt. (10 g – 50 g/hL) 92 Lysozyme Die Lysozym-Konzentration bei Kinder, Jugendlichen, Erwachsenen und älteren Menschen war 1.7 mg/mL, 1.95 mg/mL, 2.13 ▪ Die durchschnittliche Lysozymkonzentration in 15 normalen Patienten war 1.4 ± 0.5 mg/mL. mg/mL, und 1.76 mg/mL ▪ Tränenlysozym ist ein Enzym mit hohem Molekulargewicht, das von der Tränendrüse abgesondert wird. ▪ Unter den identifizierten Tränenproteinen macht Lysozym etwa 20–40 % des gesamten Tränenproteins aus und seine Konzentration im Tränenfilm ist höher als in jeder anderen Körperflüssigkeit (Fleming 1922). ▪ Aufgrund dieser bakteriziden Wirkung gilt Lysozym als eines der wesentlichen Elemente der schützenden Tränenfilmbarriere gegen Augeninfektionen. 93 Lactobacillus: hier mal negative Auswirkungen 94 Lactobacillus: hier mal negative Auswirkungen ▪ Kann durch Hygiene, Sauberkeit, pH-Kontrolle und SO2-Verwendung (0,8 mg/L; 40-50 mg/L nach dem BSA) verhindert werden. ▪ Wachstum von Lactobacillen wird bei einem pH > 3,5 und einer Temperatur > 18°C gefördert. ▪ Sterilfiltration über Membranen mit 0,45 µm Durchmesser entfernt Bakterien komplett. 95 Lysozyme gegen Lactobacillen ▪ Die Wirkung von Lysozym auf die Zellen der LAB-Kulturen wurde unter einem Rasterelektronenmikroskop untersucht. ▪ Es ist offensichtlich, dass Lysozym einen schädlichen Einfluss auf die Zellen dieser Kulturen hatte. ▪ Basierend auf diesen Beobachtungen wird der Schluss gezogen, dass Lysozym für Winzer ein nützliches Werkzeug sein könnte, um das Wachstum von verderblichem LAB zu kontrollieren und die Produktion flüchtiger Säuren zu reduzieren. ▪ Die Zugabe von Lysozym kann auch den Anstieg der flüchtigen Säure während einer stockenden/schleppenden alkoholischen Gärung verhindern. ▪ Dieses Tool ist besonders nützlich bei Weinen mit hohem pH-Wert, bei denen SO2 weniger wirksam ist. 96 Lysozyme gegen Lactobacillen ▪ Die Wirksamkeit von Lysozym gegen einheimische Milchsäurebakterien (LAB) und vier beimpfte verderbniserregende LAB-Kulturen wurde in Laborversuchen zur Chardonnay- Weinherstellung (bei pH 3,8) untersucht. ▪ Zu diesen LAB-Kulturen gehörten Lactobacillus kunkeei, Lactobacillus brevis, Pediococcus parvulus und Pediococcus damnosus. ▪ Es wurden drei Konzentrationen Lysozym verwendet: 0, 125 und 250 mg/L. ▪ Die alkoholische Gärung des Mostes wurde bei 20 ± 0,5 °C mit Saccharomyces cerevisiae durchgeführt. ▪ Lysozym hatte keinen negativen Einfluss auf das Hefewachstum und die Zuckerreduktion. ▪ Es wurde festgestellt, dass dieses Enzym das Wachstum aller vier untersuchten LAB-Kulturen sehr wirksam hemmt. ▪ Unter den gegebenen Versuchsbedingungen wurde bei einigen Stämmen eine Zellreduktion von bis zu 8 log erreicht. ▪ Die Essigsäureproduktion von L. brevis und L. kunkeei war bei den Behandlungen mit 125 und 250 mg/L Lysozymzusatz deutlich reduziert (P < 0,01). 97 OIV zu Lysozym E1105 98 Erbslöh Lysozym ▪ Produkterläuterung BactiCare ist ein aus Hühnereieiweiß gewonnenes Enzym. ▪ Es wird den Trauben, der Maische, dem Most, dem Wein oder dem Sekt zugesetzt, wenn Bakterienaktivitäten unterbunden werden sollen. ▪ Eine Dosierung nach der Gärung, um speziell den biologischen Säureabbau zu verhindern, ist ebenfalls üblich. ▪ Selbst ein Abstoppen eines im biologischen Säureabbau befindlichen Weines ist mit BactiCare möglich. 99 Penicillin: Mode of action, MoA ▪ Penicilline sind β-lactam Antibiotica. ▪ Penicillin wurde 1928 vom Schotten Alexander Fleming entdeckt. Dafür bekam er den Nobelpreis 1945. ▪ Penicillin bindet irreversibel an das aktive Zentrum der Transpeptidase. ▪ In der Folge kann die Transpeptidase die Quervernetzung der Fibrillen nicht mehr knüpfen. Dadurch kommt es in wachsenden Zellen letztlich zum Platzen und zum Tod. ▪ Die geringe Grösse des Penicillin-Moleküls erhöht die Potenz des Antibiotikums, da es die ganze Zellwand durchdringen kann. ▪ Gram-positive Bakterien ohne Zellwand nennt man Protoplasten. ▪ Gram-negative Bacteria verlieren ihre Zellwand nicht vollständig. Nach einer Penicillinbehandlung entstehen Spheroplasten. Penicillin 100  Penicillin: Mode of action, MoA 101 https://slideplayer.com/slide/7731440/ https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2020.112370 Penicillin 102 https://www.youtube.com/watch?v=m0V6DRJBBGY Penicillin 103 https://www.youtube.com/watch?v=q2yd3lGN7xA Nobel prize 06.08.1881 – 19.06.1906 Berlin – 24.09.1898 – 11.03.1955 12.08.1979 21.02.1968 104  Microbe of the day Staphylococcus aureus ▪ kugelförmig, Gram (+) Bakterium, fakultativ anaerob ▪ Kommt in Haufen vor. ▪ Unbeweglich, bildet keine Sporen. ▪ weit verbreitet, gehört beim Menschen zur normalen Besiedlungsflora der Haut und Schleimhaut ▪ kann aber auch pathogen sein: Hautinfektionen, Lungen- oder Hirnhautentzündung, Endokarditis (bis zum Herzstillstand), Sepsis ▪ Kann bei Menschen und Tieren Brustdrüsenentzündung (Mastitis) auslösen ▪ wird in Methicillin-sensible (MSSA) und Methicillin-resistente (MRSA) Stämme eingeteilt. ▪ MRSA sind eine Hauptursache für nosocomiale Infektionen ▪ Das führt in der USA jährlich zu ca 94.000 Infektionen mit 18.000 Toten. 105  Fun fact Etymology of Staphylococcus: ▪ The generic name Staphylococcus is derived from the Greek word "staphyle", meaning bunch of grapes, and "kokkos", meaning granule; “aureus” means golden. ▪ The bacteria, when seen under a microscope, appear like a branch of grapes. 106 https://www.alamy.de/staphylococcus-aureus... https://www.pinterest.com/pin/290763719663140516/ https://en.wikipedia.org/wiki/Staphylococcal_infection Vancomycin ▪ ein Glykopeptid-Antibiotikum. Dosis oral maximal 2g/Tag verteilt auf 4 Einnahmen alle 6 h. ▪ 1955 aus Amycolatopsis orientalis (Streptomyces orientalis) isoliert ▪ ab 1980 gegen multiresistente Staphylokokken eingesetzt. ▪ Es hemmt den Aufbau der Bakterienzellwand, indem es an das L-Lys-D-Ala-D-Ala Peptid bindet und die Quervernetzung der Fibrillen verhindert- 107 https://doi.org/10.1038/ijos.2016.34 108 Vaccination gegen Staphylococcus aureus 109 Klausurfragen: ▪ Nennen Sie Beispiele für Mono-, Di-, Oligo- und Polysaccharide. Was sind Galaktooligosaccharide? Wo kommen Sie vor? Beschreiben Sie das AB0-System der menschlichen Blutgruppen ▪ Beschreiben Sie den unterschiedlichen Zellwandaufbau von Bakterien, Pilzen und Pflanzen. Welche Grundbausteine werden verwendet? Welche Polymere werden gebildet? Welche glycosidischen Bindungen werden geknüpft? Welche Stützsubstanzen kommen vor? ▪ Was ist Peptidoglycan? Welche Enzyme verhindern den Auffbau einer bakteriellen Zellwand? Erklären Sie die molekulare Wirkungsweise dieser Enzyme (Mode of Action). ▪ Welches Enzym, das die Bakterienzellwand angreift, kann man in der Weinbereitung einsetzen? Wann und wofür wird es eingesetzt ? ▪ Welche Enzyme spalten Stärke? Nennen Sie die Enzyme und beschreiben Sie deren Aktivität, d.h. welche Endprodukte entstehen, wie arbeiten diese Enzyme? 110