Mikrobiologie - Einführung PDF

Mikrobiologie - Einführung 1. Cytologie - Bau und Funktion von Zellen - Hauptsätze. Alle 1...

Mikrobiologie - Einführung 1. Cytologie - Bau und Funktion von Zellen - Hauptsätze. Alle 1 Lebewesen sind aus zellen aufgebaut Elementarorganismus. viele 2 Organismen sind Einzeller ↳ die Zelle ist die kleinste lebens- und. die meisten 3 Mikroorganismen sind Einzeller vermehrungsfähige Einheit 4. Vielzeller durchlaufen in ihrer Entwicklung ein einzelliges Stadium II Mikroben. - winzige lebewesen : zu klein um sie mit bloßem Auge zu sehen - in Natur ↳ Wasser , Erde , Luft - Im menschlichem Körper ↳ z B.. Escherichia Coli im Darm - 2. 1030 Mikroben auf der Erde · mehr Bakterien auf Erde als Sterne im Universum - viele verschiedene Erscheinungsformen I 2 B.. einzelne Zellen Bakterienkolonien mit strukturierter Oberfläche (aus 100ten mio. Zellen Zellfäden - In der Umwelt zusammenleben in Komplexen Gemeinschaften : hohe Diversität : Austausch von Nährstoffen II I.. pathogene Bakterien ↳ Krankheitsverursachend" Bsp. Listeria monocytogenes ↳ Listerose kontaminierte Ene- Nahrung ↓ barm > - - III. Ein-us Mehrzeller. Gemeinsamkeiten Unterschiede - Zellwand - Bakterien besitzen ein Nukleoid - Membran - Prokaryoten keine Mitochondrien etc. - Ribosomen - grundlegend anderer Aufbau - beide besitzen Ebgut > - in unterschiedlichen Formen m -Zellwand Ribosomen Nukleoid Endoplasmatisches Ritikulum IV. Mikroskopie - Techniken - Erste Beschreibung von Mikroorganismen 1664 ) Robert Hooke ↳ : Pilzsporen auf Ledergürtel - Erste Visualisierung/Veröffentlichung 1684 ↳ Antoni van Leeuwenhoek IV I.. Lichtmikroskopie - Hellfeld-Mikroskopie - meist 1000-Fache Vergrößerung - Auflösungsgrenze 0, 2um ↳ wenn 2 Linien enger als 0, 2 m Vergrößerung zusammenliegen verschwimmen sie zu einer ↳ Fähigkeit eines Mikroskops ein Bild zu vergrößern - Beobachtung lebender zellen möglich Auflösung : Kontrastsverbesserung ↳ Fähigkeit zwei benachbarte Objekte als verschieden Farbstoffen und getrennt zu unterscheiden -Verwendung von z. B. Safranin , Methylen-Blau , Kristallviolett - Dunkelfeld -Phasenkontrast  IV Il Elektronenmikroskopie.. - Anstelle von Licht Verwendung von Elektronen - Magneten dienen als Linsen - System arbeitet im Vakuum - Probe muss Komplett getrocknet werden sonst Verbrennung - nur Beobachtung von toten zellen - Hohe Vergrößerung und Auflösung ↳ bis zu 0, 2 um - Proteine und Nukleinsäulen können sichtbar gemacht werden 2. Transmissions-EM. b Scanning-EM - Elektronen schießen direkt - 3D-Ansicht auf Objekt ↳ Zelloberfläche sichtbar - nur 2D-Ansicht v. Gram-Färbung Zellfärbung ↳ Hans Christian Gram (1853-1938) Probe verteilen 1. und trocknen - differenzielle Färbemethode. Fixieren 2 (Bunsenbrenner) : unterschiedliche Zellen werden unterschiedlich angefärbt 3 Färben a Gram-positive Bakterien b Bakterien... Gram-negative mit Ö 4. Objektträger - lila/violett - pink 2. B. Bacillus subtilis 2 B.. Escherichia coli - Prozedur mit Kristallviolett fürmin. 1 Färbung der Zellen ↳ alle zellen violett für 1 min 2. Hinzugabe einer Jodlösung ↳ alle zellen violett. 3 Entfärbung für zosek mit Ethanol ↳ Gram-positive zellen violett ↳ Gram-negative Entfärbt · da Zellwand von Gram + viel dicker 4. Gegenfärbung mit Safranin für 1-2 min ↳ G-zellen violett ↳ Gt zellen pink VI Louis Pasteur. (1822-1895) - französischer Chemiker und Mikrobiologe - Entwicklung von Impfstoffen gegen 2. Anthrax (Bacillus anthracis) b Cholera. (Vibrio Cholerae c. Tollwut (Rabies virus) : fast immer tödliche Gehirnentzündung · Übertragung durch Hunde , Füchse , Fledermäuse etc. : postexpositionelle Impfung nur innerhalb erster Stunde sinnvoll ↳ wenn Virus im Blut zu spät VI II Entsteht das Leben.. spontan ? - Konzept der Spontanen Erzeugung : Leben entsteht spontan aus nicht-lebendem Material ↳ Louis Pasteur Gegner dieser Hypothese Schwanenhalskolben-Experiment (1864) #D -Wasserdampf B * A Abkühlung ↳sung unse D > - > liegen des Abtötung von (nichtkeimfrei) Halses ⑪ Keimen in hier nun wenigen j längerzeit Lagerung für in Tagen Hals eingang kontaminiert Lösung bleibt Keimfrei ! kende Mischung kontaminierter und Di Lösungkompete Steriler Lösungen  VI II Fermentation.. -Verwertung von biologischem Material durch Mikroorganismen - nicht rein chemischer Natur sondern von Mikroben durchgeführt/katalysiert problem : Lebende Organismen produzieren entweder Alkohol oder Milchsäure Wein entsteht ↳ guter oder schlechter VI III.. Antisepsis Steril ↳ Joseph Lister (von Pasteur angeregt) > -keimfrei : Antisepsis = gegen Fäulnis > - frei von Vermehrungsfähigen - überlebensrate operativ behandelter Patienten erheblich verbessert Mikroorganismen VI IV.. Begriff Mikrobiologie , - Pasteur 1881 auf internationalen Medizinkongress in London  VII Ursache einer Infektion. Robert Koch Kochsche Postulate -Deutscher Arzt postulat Laborwerkzeug Experiment - 1843 - 1910 Errungenschaften. Keime müssen in allen 1 unt unt Mikroskopie : Erfindung der Petri-schale von Kranken Tieren vorkommen -Blutzelle -Blutzelle Richard Petri (Mitarbeiter ·Keim · Kochs) ↓ to Die Keime müssen in Probenverteilung kein keim ↳ früher Gelatine heute Agar-2 Bakterien -kolonien auf. - Kultivierung Platte als Nährboden Reinkultur wachsen Agarplatten leinige ↓ titerien Bakterien können Gelatine abbauen 3. Die isolierten Keime : Mikrobielle Taxonomie verursachen die gleiche Versuchstiere u > Bacteria Krankheit ↓ - > - Archea > - Eukarya 4. Identische Keime Kultivierung müssen erneut isoliert Mikroskopie I heim in e > ·Keim - tur werden können ↳ Ursache und Infektionskrankheit entgültig miteinander verknüpfbar Wirkung einer ↳ mit Postulaten als leitfaden Identifizierung vieler wichtiger pathogenen Bakterien durch Koch und seine Schüler VII I.. Kultivierung - Anzüchtung von Bakterien (z B.. aus einem Abstrich) : unter kontrollierten Bedingungen ↳ Grundlegende Prozesse des Lebens können untersucht werden VIII. Gentransfer ↳ 1928 Frederick Griffith , - > Bakterien sind in der Lage genetische Information zu transferieren - Aufnahme und Einbau freier DNA in ein Bakterium : genetische Veränderung des Bakteriums Griffith-Experiment Lungenentzündung Auslöser > - streptococcus preumonide ↳ zwei verschiedene Stämme auf gleichem Nährboden. 2 S-Stamm (S = smooth) b R-Stamm. (R rough = - Bildung kleiner glänzender Kolonien - rau aussehende Kolonien -Schleimhülle , die jeweils zwei - keine Schleimhülle (Mutation) Bakterienzellen umgibt ↳ Immunsystem kann Erreger angreifen ↳ schützt vor Immunsystem des : meiste versuchstiere überleben Infizierten : alle Versuchstiere starben - wenn S-Typ stark erhitzt wird und soSchleimhülle Zerstört wird kann Immunsystem Erleger unschädlich machen - wenn abgetötete S-Bakterien zusammen mit lebenden R-Bakterien injiziert werden sterben Versuchstiere : Blutprobe > - lebende S-Bakterien gefunden ↳ Gentransfer virulente getötete S-Bakterien * Vermischungeion + > ⑳ Virulentes-Bakterien - lebende antivirulente llebend R-Bakterien ⑳ ⑧  IX. Phagenabwehrsystem heftet sich an Zellwand eines Bakteriums und injiziert seine DNA phagen - Phage - Viren , die Bakterienzellen - Restriktionsenzym EcoRI zur Abwehr infizieren können : schneidet an bestimmter Basensequenz (GAATTC : CTTAAG) ↳ Zerstört DNA der Phagen : Schutz der eigenen DNA durch DNA-Methyltransferase ↳ EcorI kann nicht schneiden ECORI & HzC I TTGGTATGTTGAATTCITGG TTGGTATGTTGAATTCITGG > - AACCATACAACTTAAGAACC AACCATACAACTTAAGAA O + HeSNH Y 2 +v F > - ↑ i -- I X. Polymerase-Kettenreaktion - gezielte Vervielfältigung von DNA-Abschnitten in sehr kurzer zeit XI. Genschere - In Bakterien spaltet ein Schneideprotein (Cas) die DNA der eingedrungenen Viren ↳ Bruchstücke werden in kurzen sich wiederholenden Fragmenten in speziellem Abschnitt in Bakterien-Erbgut eingefügt (CRISPR) : bei erneutem Virenbefall wird wird CRISPR verglichen und wenn sie übereinstimmen zerschneidet Cas-Protein Viren-DNA - Funktioniert grundsätzlich in allen lebenden Zellen ↳ Verwendung für gezielte genetische Manipulation  lebender Zellen XII. Eigenschaften. Metabolismus 1 - Zellen nehmen Nährstoffe auf, wandeln sie um und scheiden Abfall" aus ↑ + ↑ X genetischer Stoffwechsel Zelle. 2 - Replikation , Transkription , Translation ↓ ↑ **. Enzymreaktionen b umgebung - Energieumwandlung - Biosynthese 2. Wachstum - aus Umwelt aufgenommene Nährstoffe werden umgewandelt Energie wird · - neben Bereitstellung von neues Zellmaterial zur - > - Bildung neuer zellen genutzt > - Nährstoffverfügbarkeit der Umwelt beeinflusst Wachstum. Evolution 3 - Zellen verändern sich mit der Zeit levolvieren) · - Vorläufer- I · verschiedene - Erlangen/Verlieren von bestimmten Eigenschaften Zelle ⑤ spezies ① - kann mit Stammbaum dokumentiert werden Eigenschaften mancher Zellen - Differenzierung ⑧ : Zellen können sich differenzieren : einige Bakterien-Arten können 2. B. Sporen bilden space > - sporen sind überdauerungsfähig - Kommunikation : zellen leben niemals alleine & ⑨ zellen interagieren immer mit Umwelt *x +X X X ↳ auch mit Artgenossen und autfremden zellen & & : zellen können mit Hilfe chemischer Botenstoffe kommunizieren -Genetischer Austausch : alle Mikroben besitzen genetisches Material (Erbgut) -X ⑤ ⑤ : einige Zellen können Gene austauschen Donorzelle rezipient ↳ unterschiedliche Mechanismen (spenderzelle) (Empfängerzelle) -Beweglichkeit - Zellen können sich bewegen : einige -S ↳ unterschiedliche Mechanismen Flagellum XIII Mikroben auf der Erde. - 80 % der Lebensgeschichte der Erde mikrobiell -Mikroben dominanten Lebensformen der Erde - in Mikroben ca. 350 Milliarden Tonnen Kohlenstoff enthalten ↳ Hundertfaches von Menge CO2 in gesamter Tierwelt -Verteilung auf der Erde Habitat Gesamtzahl in % Schichten unter dem 66 Meeresboden Tiefere Erdschichten 26 Erdoberfläche 4 ,S Ozeane 2 ,2 weitere Habitate 1.0 -Landwirtschaftliche Bedeutung : wesentlicher Beitrag zum Stickstoff-Kreislauf ↳ Fixierung von atmosphärischem Stickstoff an Pflanzen z. B der Sojabohne. : Mikroben in Pansen von großer Bedeutung : Nährstoff-Recycling ~ H N-Zyklus S-Zyklus ↳ Grundlage für Fruchtbarkeit der Erde  XIV Mikrobiom. -Gesamtheit aller mikrobiellen Gene/Genome , die im menschlichen Körper vorkommen ↳ ca. 100 Billionen (100. 1043) kommensalen - besteht aus Zwei Gruppen" a Kommensalen.. b Pathogene = = - das Mikrobiom eines Menschen ist individuell - Menschen enthalten vor Geburt keine Bakterien ↳ Beginn der Bildung des Mikrobioms während Geburt - Hauptteil der Bakterien im Gastrointestinaltrakt - Mikrobiom macht 1-3 % unseres Gewichts aus - Mikrobiom enthält 100-300x mehr Gene als der Mensch - zusammensetzung des Mikrobioms beeinflusst die Gesundheit Dysbiose - Mikrobiom beeinflusst durch - Zerstörung des Darm-Mikrobioms 1. Nahrungsmittel 4. Pathogene 2. Hygiene 5. Antibiotika. 3 Immunsystem G. Partnerschaft Industrie XV. Mikroorganismen in der. 2 Industrielle Mikrobiologie - Kultivierung von Mikroorganismen in großem Maßstab ↳ Herstellung von Enzymen , Chemikalien, Antibiotika. b Biotechnologie -Verwendung genetisch veränderter (Mikro-forganismen (GVOs) ↳ zur Synthese hochwertiger Produkte - vor allem in Lebensmittelindustrie bedeutend ↳ Haltbarmachung von Lebensmitteln > - Konservierung Konservierung durch zucker - Wasser wird durch osmotische Wirkung des Zuckers angezogen ↳ Wasser steht für Aktivitäten der Mikroorganismen nicht mehr zur Verfügung ↳ Herstellung von Riboflavin (Vitamin B2) durch Bacilus subtilis -Produktion von Ethano in großem Maßstab - Bioremediation : verfahren zur biologischen Schadstoffeliminierung ↳ Verstoffwechselung durch Mikroorganismen. 2 B. von Öl , Lösungsmitteln , Pestiziden etc.  Struktur und Funktion mikrobieller Zellen Mikrobiologie - 1. Phylogenetik Domäne Phylogenese Archea Eukarya - stammesgeschichtliche ↓ Bacteria Animals perche Entwicklung der lebewesen Chloroflexi Entamoebae Mitochondrion slime, es Fungi es und Verwandschaftsgruppen auf Protobacteria renarchetaha Plants allen Ebenen der biologischen Pyrodictium Thermopses Ciliates Chloroplast Firmicutes ~ probu Cyanobacteria systematik methan oper Chlorobi LUCA - Last Universal Common Ancestor Thermotoga Thermodesulfobacterium Aquifax Diplomonasvicro ↳ sämtliche lebewesen lassen Root (LUCA) sich aut primitive urform zurückführen Domäne Bacteria ↳ Urform hat vor mind 3, 5 Mrd.. Reich (Regnum) Bacteria Merkhilfe Jahren gelebt stamm (Phylum) Firmicutes DR SKOFGAL Klasse Bacilli ordnung Bacillales Familie Bacillacede Beispiel Gattung Bacillus ↳ Bacillus subtilis Art subtilis unterart subtilis 11. Viren - nicht lebendig - parasitischer Lebensstil - kein Stoffwechsel - keine Energie-Konservierung - können alle Lebensformen infizieren ↳ Tiere , Pflanzen , Mikroben (Bakterien und Archeen) - zahlreichste , biologische Einheit" der Erde - binäre Nomenklatur wird bei Viren nicht angewendet  III. Zellmorphologien von Prokaryoten ken, eine Beispiele : Streptococcuspneumon Bacillus subtilis s Beispiele : Escherichia coli - - Spirillen (Spirillum) Beispiele : Magetospirillum gryphiswaldense - in dem Spirochaeten (Spirochetel Beispiele : Borrelia burgdorferi wi ⑧StakundHyphakterien Beispiele : Caulobacter crescentus mit Anhängsel * filamentos Beispiele : Streptomyces griseus IV. Oberfläche und volumen S/V-Prinzip r= 1 r = 1/m /m ⑪Oberfläche surface/ volume Oberfläche (4Hr2) = 12 , 6 m2 - = 3 volumen gilt auch fürStäbchen (ETr3) 4 , 2 m3 - volumen = ↳ fast perfekte Zylinder um = zum obere Größengrenze Oberfläche Oberfläche = 50 , 3 um - - = 1 ,5 volumen - bestimmt durch abnehmende volumen = 33 , 5 m3 Fähigkeit der Zelle stoffe mit der Umgebung auszutauschen IV I.. Vorteile vom klein sein untere Größengrenze - großes S/V-Verhältnis ermöglicht raschen Austausch von Nährstoffen und Abfall" - freilebende Zelle muss alles ↳ bestimmt Wachstum überlebenswichtige enthalten : kleine Zellen wachsen tendenziell schneller : Proteine , DNA , Ribosomen : je kleiner die Mikroben desto größer der Selektionsvorteil ?  V Membran der Bakterien und. Eukaryoten Glyzerin Nicht alle Prokaryoten haben zellmembran H go-c-H I Menum eine Zellwand > retsäuren - HzC ↳ 2. B. HzC - 0 - c - H · Ethanolamin + WHy hydrophild  VI Membran der Archeen. - Strukturell ähnlich , chemisch anders aufgebaut als bakterielle Membranen Phosphoglyzerin - Diether - C CHz Hz q = - = dH3 Isophen-Einheit Grundeinheit von Phytan opo-ung : CHy-Gruppen ↳ 3. Isopren = Phytan ↳ hydrophobe Region der Membran der Archeen ist aus mehreren Isopren-Einheiten aufgebaut crenarched m HOHzC I 0 cY H) - - I I C - O - CHz Hx 0 - CH - Y c-o- I CH2H - I porin Lipidmembran - in Zellwand Gram-Bakterien - als Kanäle für Import und Export von Substanzen Lipidmembranen 11 S  VII Funktionen der. Cytoplasma-Membran :. Gelöste - OH- Stoffe (Hydroxid-Anion) · insport. (Proton) + + H Ankerproteine und Enzen 6 Verhindert , dass lipophile Antibiotika und andere.. - : schädliche substanzen eindringen Ent... VIII. Peptidoglykah- murein - Makromolekül (großes Molekül) aus Zuckern und Aminosäuren - größer Bestandteil in Zellwänden der meisten Bakterien : nicht in Archeen oder Eukaryoten ! - sorgt für Stabilität Gram-positiv Gram-negativ - dicke Mureinschicht - dünne Mureinschicht I N-Acetylmuraminsäu ~ etylgukosamin - CHzOH H +O Ho · Glykan-Polymer - - Peptidquervernetzung - Ha-CH--Alanin Beispiel ↳ Ecoli -Chich - D-Glutamat NHz NH HOOC-C- CH2-CHz-CHz- CH-c & Diaminopimelin-säure i I NH Hac-CH-COON -D-Alanin. IX Lysozym > - Muramidase - Entdeckt von Alexander Flemming Alexander Flemming - Enzym 4 1881 1955 - - Verbreitetes vorkommen : Pflanzen : Viren : Bakterien : Mensch ↳ in unterschiedlichen Körperflüssigkeiten - Bauen Zellwand von Bakterien ab : greift zuckerketten der Mureinschicht an ↳ Trennung der 11 , 4-glykosidischen Bindungen zwischen N-Acetyl-D-Mureinsäure und N-Acetyl-D-Glucosamin  Wachstum und Wachstumskontrolle Mikrobiologie-Mikrobielles I. Binäre Teilung ↳ jede einzelne Bakterienzelle teilt sich in zwei genetisch identische Tochterzellen : z. B. bei B Subtilis und E Coli.. ! - -erse eine Generation Septum S -Fertigstellung des Septum ↓ - Bildung der Zellwand -Trennung der zellen 3 II Knospung. Produkten ↳ Zellteilung mit ungleichen : weniger verbreitet. einfache 1 Knospung ↳ Mutterzelle bleibt komplett erhalten : Pivellula , Blastobacter - - - 2. Knospung an Hyphen Hyphen. Hyphomicrobium ; Rhodomicrobium , pedomicrobium - fadenförmigezellen ---es III. Zellteilung bei gestielten Organismen ↳ Organismus der an festen stellen angeheftet ist ↳ Teilung immer an der Spitze : carlobacter - IV Polares Wachstum. - ohne große Veränderung der zellgröße : Rhodopseudomonas ; Nitrobacter , Methylsinus - -  V Lebensstile von Bakterien. ↳ z. B B subtilis kann verschiedene Zustände einnehmen.. Peristente Zelle Ruhezustand = - · ↳ metabolisch inaktiv Beweglich I zzz spore A - zur ungeschlechtlichen Vermehrung kompetente persistente Bakterium I Zelle Zelle * I Kompetente Zelle nnibale * - können freie DNA aufnehmen Erkundende spore Zelle VI Biofilm. ↳ dünner schleimfilm in dem Populationen von Mikroorganismen organisiert vorliegen - Schützt Bakterienpopulationen vor schädlichen substanzen - schwer zu bekämpfen , da Antibiotika offt nicht ins innere kommt Wasserkanäle ⑭ charide * - e ↓ - = Oberfläche Im. Kolonisation 1. Anheftung 2. 3 Entwicklung 4. Auflösung ↳ Adhäsion an ↳ Zell-zell Kommunikation ↳ Wachstum ↳ gesteuertdrein eine mehr.B 2 Nährstoffe Polysaccharid-Bildung. ↳ Oberfläche ↳ polysaccharide ↳ Zellen mutieren : werden beweglich  VII Wachstum einer Bakterienkultur. Populationsgrößen ↳ Fehlerfreie Übertragung des Erbguts in sehr kurzer zeit - Im Labor off >109 Zellen pro ↳ Zellzahl einer exponentiell wachsenden Population kann mathematisch durch geometrischen Fortschritt der Zahl 2 mm Bakterienkultur ausgedrückt werden - max. Populationsgröße hängt von : 20 + 2 -> 22. Wachstumseigenschaften der - Bakterien haben unterschiedliche Verdopplungszeiten Bakterien und Anzahl der zellen Anzahl der Wachstumsbedingungen ab zum Zeitpunkt 1 Generationen/Zellteilungen Wichtig um 2 B. Einfluss. - toxischer substanzen auf XNy 2 z = Ne. 2n Bakterien zu untersuchen = -> y = - Anzahl der zellen Zelle = - zum Zeitpunkt O - z Generationszeit VIII Mikrobieller. Wachstumszyklus ↳ Organismen in Kolben/Gefäßen wachsen nicht stetig exponentiell Phase 1. Lag - Anlaufphase/Latenzphase sich zu nächst an Gegebenheiten an - Organismen passen - Länge hängt von Historie der Zellen ab (Alter Nährstoffe) ,. 2 Exponential Phase au - regelmäßige Zellteilung & - MS O. 3 Stationary phase - Nährstoffmangel giftige Ausscheidungen , - M = 0 (Wachstum = 0) 4. Death Phase - Nährstoffe verbraucht Zellen können jedoch überleben - einige IX. Kultivierung Kulturmedien (Nährstofflösungen zur Bakterienkultivierung) ↓ ↓ Definierte Medien Komplex-Medien zusammensetzundie -genaue - genaue zusammensetzung unbekannt bestimmteZuckerKonzentrationin. - unterschiedliche Organismen können wachsen - für bestimmten Organismus hergestellt - einfach herzustellen - Aufwendiger in der Herstellung der Zellzahl X. Bestimmung a. Zellkammern - Grate , die Deckglas mit zellsuspension tragen - volumen der Zellkammern bekannt ↳ Zellen können unter Mikroskop gezählt werden Nachteil ↳ auch tote Zellen werden gezählt. b Verdünnung der Probe - mehrfaches Verdünnen - Kolonien auf Platte. Verdünnungsfaktor Nachteil ↳ Ungenauigkeit , da nicht alle Zellen aus Umwelt auf in Labor verwendeten Medien wachsen C. Messung der Trübung - Zellmasse u Zellzahl Trübung - schnell und einfach Nachteil ↳ auch tote Zellen werden bestimmt XI Kardinaltemperaturen. von Mikroben ↳ Bereich in dem ein bestimmtes Bakterium wächst a Minimum. : Membran wird fest : langsame Transportvorgänge : kein Wachstum möglich. Optimum b : maximale Geschwindigkeit der Enzymreaktionen C. Maximum : Denaturierung der Proteine : Kollaps der Zellmembran - jeder Organismus hat Charakteristische Kardinaltemperaturen - Eingruppierung in Temperaturklassen 40 Psychophile > - Anpassungen der Enzyme (flexibler) und Zellmembran (kürzer , mehr ungesättigt) 390 Mesophile 60° Thermophile 880 Hyperthermophile Enzyme mehr ionische Bindungen zwischen sauren und basischen > - Aminosäuren 1060 Extrem Hyperthermophile Zellmembran Phosphoglycerin Di/Tetraether - stabiler XII. Sauerstoffversorgung - je nach Habitat variiert Sauerstoffkonzentration stark ↳ jede Bakterienzelle muss mit verschiedenen Sauerstoffverfügbarkeiten zurechtkommen : Anpassungsfähigkeit XIII Wachstumskontrolle. - mikrobielles Wachstum ist in vielen Bereichen unerwünscht 2 B.. Lebensmittelherstellung Gastronomie --- Arztpraxen Dekontamination - Behandlung eines Objekts/Oberfläche damit mikrobielles , Wachstum gehemmt wird ↳ Entfernung von Nahrungsmittelresten samt Mikroben Desinfektion - Abtötung von Mikroben durch Agenzien um gezielt pathogene Bakterien zu entfernen - mit 70 % iger Ethanol-Lösung Sterilisation - Abtötung sämtlicher Organismen (auch viren) - längere Hitzebehandlung HitzeSterelisation - feuchte Hitze effektiver - Reduktionszeit D ↳ benötigte Zeit um bei bestimmter Zeit die 10-fache Reduktion der Keimzahl zu erreichen - Thermische Todeszeit t ↳ Zeit bei bestimmter Temp. um alle Keime zu entfernen Pasteurisierung - Verringerung der Keimzahl in Flüssigkeiten ↳ durch erhitzen. 2 B. bei Milch 1-2 sek. 135 0 C -Lebensmittel so länger haltbar Tyndallisation - Keimreduktion in hitzeempfindlichen Lebensmitteln ↳ in mehreren schritten z. B. 2x 1000 30 min lang Strahlung - UV-Strahlung oder Gamma-Strahlung (gefährlich) Filtration  Mikrobieller Stoffwechsel und Regulation Metabolit I. Nährstoffe -Zwischenprodukt eines 2. Makro-Nährstoffe. Mikro-Nährstoffe b werden in größeren Mengen benötigt werden in kleineren Mengen benötigt Stoffwechselwegs - - - liefern Energie - kein energetischer Wert für Organismus (55% Spurenelementu und Vitamine. 2 B Proteine. in Ecoli). B. 2 Lipide (9%) Polysaccharide (5%) DNA (3 %) RNA (20 %) II Vitamine. müssen durch da - Nahrung aufgenommen werden , Körper sie nicht selber herstellen kann. Vitamin B1 2 > - Thiamin ↳ für Kohlenstoff-Metabolismus benötigt. Vitamin Bo b > - Pyridoxal-p ↳ für Aminosäure-Metabolismus... III Nährstoffaufnahme. a. Passiver Transport - es wird keine Energie benötigt - entlang des Konzentrationsgradienten - Diffusion und erleichterte Diffusion über Kanäle/Carrier b Aktiver Transport. - unter Energieverbrauch ablaufender Transportvorgang ↳ entgegen Konzentrationsgradienten 1 Primär aktiv. : Nutzung chemischer Bindungs-Energie. 2 B. ATP-Spaltung ABC-Transporter - zu transportierende Substanz bindet an Bindeprotein -Transporter wird mit ATP aktiviert und Substanz kann passieren. Sekundär aktiv 2 - Energie eines bereits bestehenden Konzentrationsgefälles wird verwendet ↳ ein Teilchen Gefälle eins entgegen entlang z. B. Zuckerpermease  III I.. Gruppentranslokation PTS - aktiver Transport ↳ Phosphotransferase-system ↳ meist von Monosaccharid - System um organische - Substanz wird bei Prozess chemisch verändert Kohlenstoffverbindungen in ↳ kann zelle nicht mehr verlassen Zelle aufzunehmen (Kohlenhydrate und Zuckeralkohole) - Bakterien können mehrere Pis besitzen IV Kohlenstoffquellen. - viele Bakterien bevorzugen Glucose als Kohlenstoffquelle ↳ Glucose enthält viel Energie ↳ schon auf junger Erde verfügbar V. Gärung - Weg der Energiegewinnung bei dem NADH + H + und andere Elektronenakzeptoren mit Hilfe von Metaboliten oxidiert werden. B. 2 Alkoholische Gärung - Abbauvon Pyruvatunterhoxischen Bedingungein Milchsäure-Gärung > - UmwandungvonPyra R NADH + H+ Buttersäure-Gärung VI. Stoffwechselregulation Pasteur-Effekt ↳ Stoffwechsel muss an verschiedene Umweltbedingungen angepasst werden - Hefe verbraucht in Abwesenheit von 2. Allosterische Regulation von Enzymen Sauerstoff mehr Glucose als mit Enzyme sind immer aktiv , wenn ein substrat da ist - nichtregulierte · dessen Anwesenheit substrat < Produkt - allosterisch regulierte Enzyme können durch Effektor aktiviert und inaktiviert werden substrat inhibitiert ohne Effektor > - gehemmt B ⑧ mit Effektor Substrat < Produkt B. b Sequestierung ↳ räumliche Trennung c. Kovalente Modifikation ↳ Übertragung von Phosphatresten  VII Genexpression. - um die Genexpression zu regulieren binden Proteine als Voraussetzung an Sigma-Faktor die Nukleinsäuren - bakterielle Proteine - die Genexpression kann aktiviert und gehemmt werden welche für Initiation der 2. positive Kontrolle Transkription notwendig sind ↳ Aktivierung Bsp. Maltose Anpassung an die Umwelt - wenn Maltose-Aktivator-Protein inaktiv ist kann RNA-Polymerase nicht arbeiten ↓ ↓ - um Malt zu aktivieren muss Induktor Maltose binden Genexpressionguliertession Konstitutive ↳ allosterische Aktivierung ↓ ~. b negative Kontrolle Genexpression Produkte werden nur dann benötigt ↳ Repression wird immer gemacht wenn Substrat vorhanden