Mikrobiologie Zusammenfassung PDF

Mikrobiologie VO1 Mikroorganismen = alle mikroskopisch kleinen Organismen - Sind zu finden in allen drei Domänen der Lebewesen: Prokaryoten (Bakterien, Archaea) und Eukaryoten) - Kommen in fast allen Lebensräume vor (extreme Temp. und ph-Bereiche) - Entstehung: erste...

Mikrobiologie VO1 Mikroorganismen = alle mikroskopisch kleinen Organismen - Sind zu finden in allen drei Domänen der Lebewesen: Prokaryoten (Bakterien, Archaea) und Eukaryoten) - Kommen in fast allen Lebensräume vor (extreme Temp. und ph-Bereiche) - Entstehung: erste Organismen auf der Erde v. 3,8 Milliarden Jahren Unterschied Prokaryoten-Eukaryoten Prokaryoten (Bakterien, Archaea) → Einzeller Eukaryoten (Protozoen, Algen, Pilze) Besitzen Nucleotid (Zellkernäquivalent ohne Besitzen Zellkern (gen. Inform. m. Doppelmembran Doppelmembran) Organellen m. Doppelmembran Freie Ribosomen im Zytoplasma Ribosomen frei u. gebunden 70S Ribosomen 80S Ribosomen DNA als ringf. Molekül DNA in linearen Chromosmen Keine Introns Introns Gene in Operons Keine Operons mRNA polycistronisch mRNA monocistronisch 1 RNA-Polymerase 3 RNA-Polymerasen Shine-Dalgarno-Sequenz Transkription u. Translation simultant Transkription (im Zellkern) und Translation (im Zytoplasma) räumlich getrennt Unterschied Bakterien-Archaea →Unterschiede im Aufbau v. Zellwand u. Membran (andere Lipidaufbauweisen), Stoffwechsel und DNA/RNA- Sequenzen Bakterien: - Alle krankheitserregenden Prokaryoten sind Bakterien - Sensitivität gegenüber Antibiotika - Bsp. Escherichia coli, Staphylococcus, Bacillus subtilis Archaea - Unterschiede in Zellwandaufbau sind Grund f. hohe Tolerant bei extremen Umweltbedingungen (hohe Temp., hoher Salzgehalt, extreme ph-Werte) - Keine Sensitivität ggüber vielen Antibiotika (aber nicht schlimm, da Archaeen generell keine Krankheiten übertragen) - Archaeen sind Eukaryoten ähnlicher als den Bakterien (z.B. bei Protein- und Nukleinsäure- synthetisierenden Enzymen) - Bsp. viele extreme Thermophile und Methanproduzenten: Picrophilus torridus, Methanocaldococcus Viren Bsp. HIV, Ebola Virus - Bestehend aus Erbinformation (DNA, RNA) von Kapsel umgeben - Keinen eig. Stoffwechsel - Keine Vermehrung - Keine Bewegung (Übertragung d. Blut, Tröpfeninfektion) ➔ Wirtszelle wird für Stoffwechsel, Vermehrung benutzt Medizinische Bedeutung - Mensch besteht aus 10 Billionen Zellen (1013) Zellen → 99% davon in der Darmflora (Verdauung, Immunsystem, Produktion v. Vitaminen) - Bakterien als Krankheitserreger (Entzündungen, Sepsis) Hilfsmittel in der Mikrobio - Mikroskop - Stereomikroskop (getrennter Strahlengang f. beide Augen, 40-fache vergr.) - Lichtmikroskop (zwei Linsensysteme: Objektiv u. Okular, 10-fache vergr. M. Objektiv 1000- fach) - Elektromikroskop - Molekularbiolog. Methoden: Sequenzierung d. DNA, Analyse d. Genexpression - Biochem. Techniken: Untersuchung v. Proteinen mit der Westernblattanalyse → Extrakt aus Zelle m. unterschiedl. Proteinen in einem Gel → Strom durch Gel → Proteine können ihrer Größe nach aufgeteilt u. eingefärbt werden Makroskopische Untersuchung v. Bakterien - Farbe, Pigmentbildung - Größe, Durchmesser → schnelles Wachstum - Geruch - Konsistenz, Oberfläche, Kolonierand Typ. Bakterienformen - Kokken (kugelförmig)  - Stäbchen (langgezogen) - Schraubenförmig - Helikale Form Vorkommen v. Bakterien - Freilebend (planktonisch) - In Biofilmen (99,9% aller Bakterien gehören zu heterogenen Biofilmen) o Biofilm zum Schutz gg. äußere/mechan. Einflüsse, Hunger, Sonnenstrahlen o Schicht v. angesiedelten lebenden u. abgestorbenen Kleinstlebewesen o Mikroorganismen hüllen sich in schleimige, extrazelluläre Substanz aus Polymeren (EPS) → viele Nährstoffe enthalten o Bildung: einzelne Bakterien heften sich an Grenzfläche an → EPS wird gebildet → Wachstum u. Reife, Bildung v. Untergruppen Quorum Sensing = Signalübertragung v. Zelle zu Zelle in einem Biofilm → Steuerung d. Genexpression in Abh. v. der Populationsdichte - Mikroorganismen schneiden kleine, diffusionsfähige Signalmoleküle aus → anhand dieser Substanz stellen sie fest, wie viele andere Mikroorganismen sich in der Nähe befinden - Austausch v. genet. Material über horizontalen Gentransfer (auch über Artgrenzen hinweg) Wachstumsbedingungen - Vermehrung 2n Lag-Phase/Verzögerungsphase: steriles Medium, was mit Bakterien angeimpft wird → kein sofortiges Wachstum, sondern erst Gewöhnung an neue Umgebung (Temp.) → Adaption Log-Phase/exponentielles Wachstum: Vervielfachung Stationäre Phase: Konzentration d. Substrate nehmen stetig ab, Zellen teilen sich nicht mehr, Nährmedium ist aufgebraucht → Einstellung d. Wachstums, keine weitere Vermehrung Zelltod: Absterbephase m. abnehmender Lebenszahl Ernährungsgewohnheiten v. Bakterien Heterotroph: benötigt organ. Material als Nahrung f. Energiegewinnung Autotroph: erzeugen ihre Nahrung aus CO2 Photoautotroph: benutzen Licht (z.B. Cyanobakterien) Chemoautotroph: benutzen chem. Energie (z.B. Eisenbakterium) Auxotrophie: mutierte Zellen/Bakterien, die die Fähigkeit verloren haben eine Substanz selber herstellen zu können → für Wachstum muss dieses Medium zugesetzt werden → Bsp. Stoffwechselprodukt wie AS Prototrophie: Bakterienzellen benötigen nur Kohlenstoff-Quelle (C-Quelle) und ein paar Salze zum Wachstum → können AS, Vitamine selbst synthetisieren Was brauchen Bakterien zum Wachstum? - Kohlenstoffquelle: Zucker, Alkohole, Fettsäuren - Stickstoffquelle: Pepton (Proteine mit freien AS), anorg. Salze, Luftstickstoff (N2) - Anorganische Salze: meist in Leitungswasser, enthalten Phosphate PO43-, Magnesium Mg2+, Eisen Fe2+, Calcium Ca2+, Schwefel S-, Kalium K+ - Spurenelemente: Magan Mn, Cobalt CO, Zinn Zn, Kupfer CU, Nickel Ni, Se, Si, Wo - Evtl. stoffe f. auxotrophe Mikroorganismen - Optimaler ph-Wert - Optimale Temp. (oft 37 grad) Stoffwechselvielfalt bei Mikroorganismen: Aufbau einer Bakterienzelle - Schleimkapsel: Schutz v. Umwelteinflüssem, UV-Strahlung, Austrocknung - Chromosom: doppelsträngiges, ringförmiges DANN-Molekül, haploid, frei im Zytoplasma - Ribosomen auch frei im Zytoplasma (untersch. Zu eukaryot.) - Häufig Einschlüsse im Zytoplasma → Speicher v. Stoffen f. Notzeiten - Pili: Zellfortsätze f. Kommunikation - Geißel: schnelle Rotation → hohe Geschw. Aufbau eukaryot. Zelle - Erbinf. Im Zellkern lokalisiert → echter Zellkern m. Doppelmembran m. Poren f. Austausch zw. Zytoplasma u. Zellkern - DNA in Chromosomen, diploid - Mitochondrien → Energiegewinnung d. Zelle → Produktion v. ATP (=wichtiger Energielieferant f. andere Zellen) - Ribosomen (frei oder an raues ER gebunden) - ER → Synthetisierung/Modifizierung v. Proteinen - Dictyosom/Golgi-Apparat: Transport v. Proteinen an Bestimmungsort - Zytoskelett aus Aktinfilamenten, Intermediärfilamente, Mikrotubuli - Zytoplasmamembran Zusätzl. bei pflanzl. Zellen: - Zellwand - Vakuole (wichtig f. Überdruck) - Chloroplasten → Lichtenergie in chem. Energie Die Zytoplasmamembran - Spezif. Transport v. Stoffen - Semipermeabel - Aufbau v. Gradienten (bsp. Protongradient) - Wichtig f. Energiestoffwechsel - Phospholipid-Doppelschicht mit eingelagerten Proteinen → Ausbildung v. Tunneln u, Poren - Verankerung v. Geißeln u. Proteinen Aufbau eines Phospholipids: - Bestandteile: Glycerin, Fettsäure, Phosphat Phospholipide sind untersch. Aufgebaut - bei Archaea (können häufig extremophil leben): o durch Phytayl-Seitenketten → verleiten dem Phospholipid eine höhere Stabilität o Fettsäurereste sind mit Glycerol verethert (= Fettsäuren sind über ihren Alkoholrest m. Alkoholresten des Glycerols verethert → zwei Alkohole, die sich verbinden, sind verethert)  - Bei Bakterien o Fettsäuren werden mit Glycerol verestert (= Säure reagiert m. Alkohol: typ. Ester- Verbindung) Zytoplasmamembran - Membrane u. Proteine sind ständig in Bewegung → „Flüssig-Mosaik-Modell“ - Aufgabe auf wechselnde äußere Signale zu achten Transport über Membran Sekundärer Transport: - Diffusion: spontaner Prozess der Ausbreitung v. Stoffen einem Konzentrationsgradienten folgend → hohe Konz. eines Stoffes auf der einen Seite, niedr. Konz. auf der anderen Seite -> bestreben Konz. Gefälle auszugleichen - Uniport: erleichterte Diffusion mit Carrier (dem Konz.gradienten folgend) bsp. Kalium-Uniport - Symport: gekoppelter Transport von zwei Substanzen über einen Carrier → zwei Substanzen, parallel, dem Konz.gradienten folgend (bsp. Lactose-Protonen-Symport) - Antiport: Transport v. zwei versch. Molekülen, in gegengesetzte Richtung → unterstützt durch Carrier-Protein (bsp. Natrium-Protonen- Antiporter) Primärer Transport - Nutzen der Energie, die durch chem. Reaktion bereitgestellt wird - Komponente A wird in Komponente B umgewandelt → Entst. v. Energie → die Transporterprotein m. Energie versorgt → Transport auch gg. Konzentrationsgefälle Zellwand - Druckfestigkeit (gg. äußeren Bedingungen/Veränderungen) gegen den osmotisch bedingten Überdruck - Maßgeblich f. Form der Zelle - Wichtig f. Stofftransport u. Enährung d. Zelle - Bei Gram-Positiven-Bakterien: Mureinschicht auf Zytoplasmamembran (aus N-Acetyl- Glucosamin) → wichtig f. Aufbau d. Zellwand - Bei Archeen: anderer Aufbau von Pseudomurein (erhöhte Festigkeit → extremophil) Gram-positive Bakterien - Dicke Peptidoglykanschicht aus Murein → großer Mureinsackulus - Keine zusätzl. Lipidmembran - Alle Gram-pos. Bakterien gehören in ein Phylum/Stamm - Bsp. Bacillus subtilus (Bodenbakterium); Streptomyces coelicolor (Bodenbakterium produziert Antibiotika) → beides Stäbchenbakterien Schematischer Aufbau:  - Cytoplasmamembran mit eingelagerten Proteinen f. Transport v. versch. Komponenten - Auf der Membran: Mureinsackulus aus 40-60-Schichtes des Peptidoglycans (besteht aus den Molekülen N-Acetyl-Glucosamin und N-Acetyl-Muraminsäure → abwechselnd aneinander gekettet) - Schichten des Peptidoglycans sind mit kurzen Peptidketten miteinander verbunden (stabil) - Äußere Anhänge bei Gram-pos. Bakterien: Teichonsäure (spielen bei Infektionen eine Rolle) Gram-negative Bakterien - Alle Gram-neg Bakterien gehören in versch Phyla/Stämme - Dünne Peptidoglycanschicht/Mureinschicht (max. 4 Lagen Peptidoglycan) in periplasmatischem Raum (zw. innerer u. äußerer Membran) - Ankerproteine verbinden die zwei Membranen - Typ. Für Aufbau der Zellwände: Molekül Lipopolysaccarid (LPS) → Grund für massive Fieberschübe bei Gram-negativen Bakterien - Aufbau der Membranschicht dem typ. Phospholipid ähnlich aber Unterschied in wesentlichen strukturellen Merkmalen: 3 Fettsäurereste; Lipid-A verbindet Kernstück des LPS; O- Seitenketten - Unterschiede beim Aufbau der Peptidoglycanschicht: anstatt Lysin → DAP (Meso-Diamino- pimelinsäure; kein Glycyn-Brückenstrang - Bsp. Escherichia Coli (Darmbakterium) → Stäbchenbakterium; Moraxella catarrhalis (Bronchitis) → Kokkenbakterium Wichtig! - Enzym zwischen den Peptidoglycansträngen heißt D-Alanin Transpeptidase (merken!) → wichtiger Angriffspunkt für Penizilin-Antibiotika (Penizilin, Ampezilin) → diese blockieren die D-Alanin Transpepidase → Cytoglycanstränge können somit nicht mehr miteinander verbunden werden Gramfärbung - Sehr wichtig zu wissen ob Gram-pos oder -neg. - Tropfen einer Bakterienkultur wird erhitzt (hitzefixiert) → trocknet an → Anfärben und zugeben einer Lugol´scher Lösung (Jodlösung) → Bakterien dunkel-violet → waschen der Bakterien mit Alkohol (96%) - Gram-pos Bakterien behalten Farbe durch dickes Mureinnetz in der Zellwand; Gram-neg Bakterien werden durch dünne Peptidoglycanschicht sehr schnell ausgewaschen Kapseln und Schleime → einige Bakterien haben eine Schleimhülle (bsp. Pneumokokken, Neisseria) - Schleimhülle: 90% Wasser u. Polysaccariden - Vorteile: Schutz v. äußeren Einflüssen (Aussttrocknung, chem. Einflüsse, Angriff eines Immunsystems) DNA - Träger d. genet. Materials - Prokaryot: ringförmig, einzelnes doppelsträngiges Molekül - Keine Kernhülle → frei im Zytoplasma, bildet Nucleoid Prokaryotische Ribosomen - Ort der Translation (Proteinbiosynthese) - DNA eines Organismus wird unter Transkription in eine mRNA umgesetzt → wandert in Ribosomen → wird dort in eine Polypeptidkette umgesetzt/translatiert - Frei im Zytoplasma - Wichtig f. phylogenetische Untersuchungen - Aufbau: zwei Untereinheiten - Bakterien besitzen: 70 S Ribiosomen (50 S als gr. UE, 30 S als kl. UE (Untereinheit) → wird nicht addiert) ➔ S = Svedberg → Sedimentationsgeschw (geschw. wie schnell Ribosom durchwandern kann?), 1 Svedberg = 10-13 Sekunden - Eukaryoten besitzen: 80S Ribosomen (60 S als gr. UE, 40S als kl. UE) Pili und Geißeln - Fortbewegung u. Kommunikation - Pili (Fimbrien) → DNA oder Proteine können transportier werden (Konjugation); oder Attesion/Anheftung an Oberflächen o Typische prokariot. Zellfortsätze o Röhrenförmige Gebilde aus Pilin-Protein - Geißeln (Flagellen) → Fortbewegung, Unterschiedl. Aufbau v. bakteriellen u. eukaryot. Geißeln o Besteht aus Filament (Protein Flagellin) o Aufbau: Bild o Geißel kann rotieren u. enorme Geschw. aufnehmen Begeißelung (auslassen? Min 16 bei VO2-2) Speicherstoffe → Einschlüsse in Bakterien - Bsp. Polysaccardide (Stärke, Glycogen), fettartige Substanzen, Proteine,… Sporen v. Bakterien (nicht alle können Sporen bilden) - Reaktion auf Nährstoffmange - Endosporen (gr. Einschlüsse) → sehr resistent (enthalten Kopie des Genoms) → Sporen kann durch Zugabe v. Wasser wieder aktiviert werden - Anhand der anordnung d. Sporen kann man Bakterienart erkennen - Bsp f. Endosporenbildende Bakterien: Anaerob -> Clostridium perfringens (Durchfallerreger); Aerob -> Bacillus anthracis (Erreger Milzbrand) Typische Eukaryotische Strukturen: - Zytoskelett (Formbegung, Migration/Metastasieren v. Krebszellen) - Organellen: Zellkern, Geißeln, ER, Golgi-Apparat, Mitochondrien, Chloroplasten Mitochondrien u. Plastide (Chloroplasten) - Doppelmembran - Eigene Erbsubstanz u. Ribosomen - Ort d. Photosynthese bzw. Atmung (Energiekraftwerke) - Keine de-novo Bildung → sondern Entstehen durch Teilung Endosymbiontentheorie - Plastide sind aus Cyanobakterien; Mitochondrien aus Purpurbakterien - Gemeinsamkeiten v. Chloroplasten/Mitochondrien/Bakterien o Zirkuläre NADANN o Replikation ist unabh. v. Wirtszelle o rRNA ist sequenzverwandt DNA Gen: DNA Teilstück, das für ein Protein (über Bildung v. mRNA), eine tRNA oder eine rRNA kodiert Chromosom: genetisches Element, das für die Zellfunktion lebenswichtige Gene enthält - anzahl d. Chromosomen unterscheidet sich v. Organismus → Menschen: zweimal 26 Chromosomen (diploid) - Bakterien: haploid Genom: Gesamtheit alle Gene einer Zelle Aufbau: - Drei Bestandteile: o Basen: Adenin, Guanin → Purinbasen (heterozyklisches, aromatisches ringgerüst aus 6 N-Atomen und C-Atomen), Cytosin und Thymin/Uracil (in RNA) → Pyrimidinbasen (nur ein heterozyklischer Ring) o (Desoxy)Ribose: Zucker aus 5 C-Atomen o Phosphat ➔ Bestandtile werden zu Nukleotiden zusammengebaut o Hydroxyl-Gruppe des C1- Atoms der Desoxyribose bildet unter Wasserabspaltung mit dem Stickstoff N einer Base eine N-Glykosidische Bindung o Desoxyribose und Base werden als Nukleosid bezeichnet o Am 5. C-Atom wird die OH-Gruppe mit einem Phosphatrest veresthert → Desoxy- Adenosin-monophosphat (dAMP) ▪ Wenn eine zweite/dritte Phosphatgruppe angehängt: dADP; dATP Bausteine d. DNA/RNA DNA DANN-Strang - Nukleotide werden zu DNA-Strang zusammengefügt indem → Esterbindung zw. OH-Gruppe am 3. C-Atom eines Nukleotids u. der Phosphat-Gruppe am 5. C-Atom des nächsten Nukloitids → Abspaltung v. Wasser, beta- u. gamma-Phosphat - Enden heißen 5´und 3´ -Ende - Neues Nukleotid kann nur am 3´Ende synthetisiert werden Strukur des Doppelhelix - Doppelsträngige helix - Zwei komplementäre, antiparallel verlaufende Einzelstränge über Basenpaare verbunden - Antiparallel = ein Strang in 3´-5´-Richtung, der andere in 5´-3´- Richtung - A bilden 2 Wasserstoffbrücken mit T - G bilden 3 Wasserstoffbrücken mit C → viel stabiler - Sprossenleiterstruktur: Basen sind Sprossen, Phosphatreste mit Zucker sind äußerer Rand Chromosomen: Prokaryoten - Einzelnes, kovalent geschlossenes, ringförmiges Chromosom - In dichtem Knäuel angeordnet: Nukleoid ➔ Enzym DNA-Gyrase verdeht und spiralisiert die DNA, führt Doppelstrangbruchein → zieht intakten Strang, durch geöffneten Strang u. verschließt in wieder → somit überspiralisierte DNA Waf DNA-Replikation - Bakterien vermehren sich durch Zweiteilung → geben genet. Inf. an nächste Generation weiter → bakterielles Genom muss verdoppelt werden (=Replikatin) - Genet. Inf. wird auch in Proteine/Moleküle übersetzt (wichtig f. Lebenswichtige funktionen) - 3´-5´-Strang wird in messenger RNA (mRNA) umgeschrieben = Transkription - mRNA wird in Protein übersetzt = Translation DNA-Synthese mittels DNA-Matritze - elterlicher Doppelstrang/Parentalstrang gilt als Matritze - Entstehung v. zwei identischen Tochtersträngen Semikonservative Replikation - DNA-Doppelstrang wird aufgetrennt → 5´-3´-Strang und 3´-5´-Strang werden wieder zu Doppelstrang aufgefüllt (beide Tochterstränge haben elterlichen Stang u. neu-synthetisierten Strang) Enzym DNA-Polymerase spielt in der Replikation eine gr. Rolle - Vermittelt Esterbindung zw. 5´-Phosphatgr. eines Nukleotids und der 3´-OH-Gruppe des vorherigen Nukleotids → sprich: fügt Nukleotide an Esterbindungen - Bildung einer langen Kette in 5´-3´-Richtung DNA-Polymerase in E.coli Drei DNA-Polymerasen: - DNA-Polymerasen I: DNA-Reperaturmechanismen, 3´5´- und 5´3´-Exonuclease-Aktivität - DNA-Polymerasen II: Rolle bei Replikation geschädigter DNA - DNA-Polymerasen III: Haupt-Polymerase in der Replikation der genomischen DNA vor der Zellteilung; verfügt über 3´-5´- Exonuclease-Aktivität, die Korrekturlese ermöglicht (kann vom 3´-Ende „rückwärts“ Nukleotide entfernen, wenn ein falsches eingebaut wurde) 1. Schritt der DNA-Replikation - DNA-Kette kann nur in 5´-3´-Richtung wachsen - DNA-Polymerasen können keine neue Synthese ohne ein vorrausgehendes 3´-OH-Ende der DNA durchführen - Primer aus DNA oder rNA wird benötigt! Mit dem wird das erste/neue Nucleotid verknüpft - Primer = Nukleinsäure-Molekül, an das die Polymerase das erste Nukleotid binden kann  - DNA-Polymerase kann jetzt neue Nukleotide an die wachsene DNA-Kette anhängen, die komplementär zum Matritzestrang sind RNA-Primer - wird v. RNA-Polymerase synthetisiert (=Primase) - komplementär zur DNA-Matritze Primase → hat viele Fehler → RNA Primer muss wieder entfernt werden → dies bewirkt die DNA- Polymerase → eliminiert den Primer in 5´-3´-Richtung u. füllt entstandene Lücke wieder auf → Enzym Ligase verbindet 3´-OH-Ende und 5´-Phosphat-Ende → DNA-Strang fertig Replikation ringörmiger DNA - Replikation beginnt in AT reicher Region → Replikationsstart - Ursprung wird oriC genannt - DNA-helix wird geöffnet/aufgebrochen und für den Replikationsapparat zugänglich → Entstehung zweier Repikationsgabeln mit jeweils Leit- und Folgestrang - da DNA rinförmig → Bildung einer Replikationsblase → Replikationsgabeln treffen sich am Ende - auch hier Folgestrang u. diskontinuierlicher Stang - diese Art v. Replikation: effizient u. schnell, Chr. kann schneller verdoppelt werden Replikationsgabel = der Abschnitt, der nach dem Auftrennen der Stränge entsteht - Enzym Helikase wandert helixabwärts und trennt mit ATP die Stränge vor der Replikationsgabel - Nach auftrennen der Doppelhelix entstehen zwei gegensätzlich verlaufende DNA-Stränge (3´- 5´- und 5´-3´-Strang) - Werden durch Einzelstrangbindeproteine getrennt gehalten - DNA-Synthese kann jetzt an den jeweiligen Strängen erfolgen  - Beide Stränge binden Primase → fügen kleine RNA-Abschnitte als Ansatzstellen komplementär an die Stränge an → hier kann DNA-Polymerase ansetzen, welche freie Nukleotide komplementär zum vorhandenen DNA-Strang miteinander verknüpft - Neue Stränge werden am 3´-Ende verlängert Replikation an beiden Strängen unterscheidet sich voneinander - Leitstrang kann kontinuierlich synthetisiert werden o Primase muss nur einen Primer setzen o Synthese von 5´ zu 3´ o Komplementärer Strang wird also 3´-5´gelesen - Folgestrang wird diskontinuierlich synthetisiert o Primase setzt viele Primer in kleineren Abständen o DNA-Polymerase hat immer neue Ansatzstellen nach dem Aufbrechen der DNA o = Okazaki-Fragmente Mutationen → Fehler in der DNA-Replikation führen zu Mutationen - Geringe Rate an Fehlern, da Polymerase I und III eine Korrekturlesefunktion haben: 3´-5´- Exonuklease-Aktivität (enft. falsches Nukleotid u. setzt richiges ein) - Achtung: 5´-3´Exonuklease-Aktivität ist für Entfernung d. RNA-Primers zuständig Transkription (= Übersetzung DNA in RNA) Prinzipien, die bei der Transkription gelten - Im DNA-Doppelstrang liegt der 5´-3´-Strang oben und der 3´-5´-Strang unten - 3´-5´-Strang wird als Matritze genutzt (da RNA 5´-3´verläuft) RNA-Synthese - Gene die im Genom enthalten sind codieren entweder f. RNA-Moleküle und/oder überlebenswichtige Proteine  - RNA-Polymerasen katalysieren die Bildung von Phosphodiesterbindungen und nutzt DNA als Matritze - Bausteine: ATP, GTP, UTP, CTP - Syntheserichtung 5´-3´ → Matritzenstrang läuft dann antiparallel zum neuen mRNA Strang - Transkriptionsprodukte: mRNA, tRNA, rRNA - Bakterien u. Archaea haben eine RNA-Polymerase → Eukaryoten haben 3 Ablauf - DNA-Stränge trennen sich - RNA-Molekül wird in 5´-3´-Richtung von der RNA-Polymerase gebildet Schritte - Initiationsstelle ist eine spez. Nukleotidsequenz → Promotor - Polymerase bindet → sigma-Faktor wird während der Elongation (Verlängerung d. RNA-Kette) freigesetzt - Abwärts Transkription des Strangs durch Anhängen v. Nukleotiden - Beim erreichen einer Terminationstelle werden mRNA u. Polymerase frei gesetzt Rho- unabhängige Termination in Bakterien - RNA-Produkt selbst beendet Transkription - Aber RNA muss während Synthese eine best. Sekundärstrukur annehmen → wird durch umgekehrte Wiederholungssequenzen bewirkt → Wiederholungssequenzen können komplementäre Bindungen eingehen → Bildung einer Haarnadelschleife am 3´-Ende (hier leigt RNA doppelsträngig vor) - Haarnadelschleife bewirkt kurzen Stillstand der RNA-Polymerase → in dieser Zeit löst sich RNA-Polymerase von DNA → gibt Transkriptionsprodukt frei Rho- abhängige Termination in Bakterien - Transkriptionsabbruch nur mit Rho-Protein - Bestimmte DNA-Sequenzen bremsen Transkription → Rho-Faktor kann bis an die RNA- Polymerase wandern - RNA-Polymerase fällt ab, Transkription wird beendet Unterschied RNA v. DNA - RNA enthält Ribose als Zucker (DNA: Desoxyribose) - Base Uracil statt Thymin - RNA ist meist einzelsträngig - Synthese kann de-novo beginn (kein Primer nötig) - RNA ist weniger stabil (OH-Gr am C2 Atom) Genpromotoren ➔ Nicht alle Gene könne gleichzeitig exprimiert werden → es muss eine Genregulation in Bakterien geben, die definiert welche DNA-Abschnitt in RNA-Moleküle transkripiert werden - In Bakterien bestehen Gene aus drei Bereichen: Promotor (Kontrolle d. Transkription); DNA- Abschnitt, der transkripiert wird, Terminator (Ende d. Transkription) Proteinsynthese – Aminosäuren (=Bausteine d. Proteine) - Entstandene mRNA (dient als Matrize) wird wird anhand der RNA-Sequenz durch Translation in ein Protein übersetzt → Prozess heißt Translation (Protein wird translatiert) - Proteine = Ketten aus AS - Immer 3 Nukleotide (Basentriplett) codieren für eine AS → Codon - Grundstruktur: o R: Rest o COOH: Säuregruppe (kann ein Wasserstoff/Proton abgeben) o NH3 (kann Wasserstoff/Proton aufnehmen)  - Wenn AS miteinander verbunden werden → werden Peptidbindungen ausgebildet (Carboxylgruppe reagiert mit Aminogruppe unter Wasserabspaltung) - Amino-Ende (Anfang d. Proteins) → N-Terminus; und Carboxyl-Ende (Ende d. Proteins) → C- Terminus - 2 AS miteinander verbunden = Dipeptid - 3 AS = Tripeptid - Weniger als 10 AS = Oligopeptid - 10 – 60 = Polypeptid - Mehr als 60 = Protein Masse eines Proteins wird in Dalton (d) angegeben Codon-Sonne: - Einige Codons codieren f. keine AS: UAA,UAG,UGA → Stoppcodons, die Biosynthese beenden; und AUG (Methionin) →kennzeichnet Beginn d. Translation - Bereich zw. Start- u. Stopcodon = offener Leserahmen „open reading frame” tRNA (transfer-RNA) - um Codons erkennen u. ablesen zu können → vermitteln während der Translation die richtige AS zum entsprechenden Codon auf der mRNA - ist ein Transkriptionsprodukt - besteht aus RNA - Kleeblattähnliche Stuktur - Wobble-Prinzip: tRNAs können mehr als nur ein Codon erkennen →tRNA bilden Standardpaarungen an den beiden ersten Positionen aus, die dritte Position toleriert eine unregelmäßige Paarung - tRNA hat Anticodon und eine zum Anticodon passende AS (die mehrfach verwendet werden kann) - Enzyme Aminoacyl-tRNA-Synthetase: verbindet tRNA mit entsprechender AS Translation Beginn d. Translation → bestimmte Bereiche auf der mRNA werden vom Ribosom erkannt → wichtig: Shine-Dalgarno Sequenz auf mRNA (=5´-nicht codierende Sequenz, liegt vor dem Startcodon) → Abfolge: AGGA („leader sequence“) → danach variable Sequenz v. 6-9 Nukleotiden vor dem Startcodon Schritte d. Proteinbiosynthese: - Initiation o Untereinheiten d. Ribosoms trennen sich (Struktur d. Ribosoms: A-(Akzeptor)Stelle, P-(Peptid)Stelle, E-(Ausgangs)Stelle o Kleine Untereinheit bindet an die mRNA o Initaitor-t-RNA (F-Met-tRNA) bindet an Startcodon AUG → indem Wasserstoffbrücken zw Anticodon u. Startcodon ausgebildet werden o Prozesse im Ribosom: Initiationskomplex ▪ Kl. UE bildet Komplex m. Initiationsfaktoren (IF) 1 und 3 ▪ IF1 behindert vorzeitiges Anlagern der großen Ribosomen ▪ IF3 verdrängt alles was nicht fmet-tRNA ist vom Ribosom ▪ IF2 wird durch GTP aktiviert → bindet an fmet-tRNA → führt diese zum 30S ▪ 50S-UE kann sich anlagern → Proteinbiosynth. kann beginnen - Elongation (Verl. d. ASkette) o Nächste tRNA kann an A-Stelle binden o Peptidbindung zw fmet und nächstem triplett wird augebildet - Translokation o Fmet-tRNA löst sich vom Femyl-Metheotin o Ribosom rückt ein Triplett weiter o Leere tRNA wird in E-Stelle gerückt o A-Stelle wird f. nächste beladene tRNA frei o Bis Stop-Codon erreicht wird - Termination o Keine passende tRNA f. Stopcodon o Ribosomen fallen v. mRNA ab o Fertiges Protein wird freigesetzt Um Schnelligkeit u. Effizienz d. Proteinbiosynth. zu steigern (bei wechselnen Umweltbedingungen) → mehrere Ribosomen können an einer mRNA translatieren → führt zur Bildung einers Polysoms Gentechnik = moderne, molekularbiologische Methode zur Änderung d. genet. Eigenschaften v. Organismen Rekombinante DNA-Technologie (gezielte Neu- oder Rekombination v. Genen) Bsp. Herstellung v. Proteinen f. med-techn. Anwendung (Herstellung v. Antikörpern), Herstellung v. transgenen Pflanzen/Tiere (Sojaprodukte), Gendiagnostik u. somatische Gentherapie, CRISPR/Cas9 CRISPR/Cas9 - Direktes verändern v. Genom in tier. Zellen, gezielte Mutationen Erworbene Immunität v. Bakterien - Bakterien erhalten Fremddna durch einen Virus (gibt DNA in Zelle hinen) - Bakterien können Fremddna in Stückchen zerschneiden und in speziellen Locus im Genom inserieren/hineinsetzen - Wenn Virus dann erneut kommt und DNA in Bakterienzelle gibt → Bakterienzelle kann jetzt diese DNA erkennen → über Transkription pre-crisperRNA produzieren und zurechtschneiden → crispertückchen mit viraler RNA u. Wiederholungssequenz→ Wiederholungssequenzen können Enzyme rekrutieren → wenn virale DNA gleiches Virus wiederfindet wird sie erkannt über komplementäre Sequenzen → DNA-schneidendes Enzym wird an virale DNA geführt und kann sie zerschneiden → so kann virale DANN in Bakterien untätig gemacht werden Genom Editing bei eukaryotischen Zellen (tier./menschl. Zellen) - Guide-RNA wird synthetisiert → findet Ziel-DNA in Genom v. Mensch → über spezielle Sequenz, kann Cas9-Protein (auf Plasmiden enthalten) über die Erkennung der Ziel-DNA dahingeführt werden, wo es schneiden soll - Reparatursystem d. tier. Zellen kann dies nicht mehr fehlerfrei flicken → Zellen bleiben übrig → Verbschobenes Leseraster → Stop bei Proteintranslation → Somit kann die Produktion v. einem Protein gestoppt werden → nicht erlaubt in Keimbahn einzugreifen! Werkzeuge der Gentechnik (Was braucht man dafür?) - Spender DNA (Gen oder Nukleotidsequenz) - Vektor – oder Plasmid-DNA (fungieren als Genfähren, um Gene in Bakterien einzubringen oder Protein zu synthetisieren) - Restriktionsenzyme (Proteine, die DNA schneiden können: „genetische Scheren“) - Ligasen (Enzyme, fungieren als genet. Kleber → DNA-Strang oder -Ring entsteht) - DNA-Transfermethoden (DNA in Organsimen hineinbringen) - Wirtsorganismen (Bakterien, eukaryot. Zellen) Klonierung - DNA-Fragment aus Genom wird eingefügt in Plasmid = Ligation - Entstandenes Plasmid ist ein rekombiniertes Plasmid - Über versch. Methoden: einschleusen in Wirtszelle - Einzelne Bakterien haben jetzt zusätzlich dieses neue Plasmid - Selektionieren: hauptsächlich Bakterium m. neuem Plasmid soll vermehrt werden Mikroorgansimen in der Genetik - Eignen sich sehr gut in der Genetik → ideale Vorraussetzungen: o Sehr klein o Schneller Wachstum/Vermehrung o Genom lässt sich manipulieren (weil Genetik gut bekannt ist) o Leicht zu kultivieren (keine komplizierten Wachstumsbedingungen - Häufige Klonwirte: Restriktionsenzyme - Kann DNA ganz spezifisch schneiden → Fragmente erzeugen, die man zum Klonieren weiter verwenden kann - Bestehen aus zwei sich-zusammenlagernden-Enzymen (=Dimer) → DNA passt in einer Rinne dazwischen → Dimer fährt an DNA entlang, bis es auf Erkennungssequenz trifft - Drei versch. Typen o Typ I: schneidet DNA an zufälliger Stelle weit weg von der Erkennungssequenz (= spez. Basenabfolge auf der DNA, die v. Restriktionsenzym erkannt wird), braucht relativ viel Energie (wird gewonnen aus Hydrolyse v. ATP) o Typ II („Genscheren“): ▪ schneidet die DNA innerhalb oder in der Nähe d. Erkennungssequenz; benötigt kein ATP ▪ Wird besonders häufig bei Genklonierung eingesetzt ▪ Restriktionsenzyme erkennen bestimmte Sequenz auf DNA, durchtrennt sie auch dort ▪ Jedes Restriktionsenzym hat eine spez. Erkennungsstelle → bei typ II meist eine palindromische Sequenz → bedeutet oberer 5´-3´-Strang liest sich genauso wie der untere in 5´-3´- Richtung 5´-GAATTC-3´ 3´-CTTAAG-3´ o Typ III: schneidet die DNA etwa 20-25 Basenpaare von der Erkennungssequenz entfernt; benötigt ATP - Nomenklausur d. Restriktionsenzyme: - Herkunft d. Restriktionsenzyme: o Bakterien haben Restriktionsenzyme zum Schutz gegen Bakteriophagen (= Viren, die Bakterienzellen infizieren können u. dabei eigenes Erbgut injizieren) o Bakterien m. Restriktionsenzymen können diese DNA zerschneiden u. unfähig machen ➔ Schutz gegenüber eindringenden DNA-Sequenzen u. Infektionen  - Bakterien schützen eigene DNA gegen Verdau durch eigene Restriktionsenzyme → durch Methylierung o DNA-Methyltransferasen haben gleiche Erkennungssequenz wie Restrektionsenzyme → schneiden dort aber nicht, sondern fügen Methylgruppe (-CH3) an Erkennungssequenzen an → Erkennungssequenz wird nicht mehr v. Restriktionsenzym erkannt - Klebrige Enden (sticky ends) – glatte Enden ? S. 22 VO4 - Isoschmizomere = unterschiedl. Restriktionsenzyme mit gleicher Erkennungssequenz u. an der gleichen Stelle schneiden → erzeugen genau die gleichen Ende HindIII: 5´-A/AGCTT → Hsul: 5´-A/AGCTT ➔ Es gibt auch Enzyme die die gl. Erkennungssequenz haben aber an unterschiedl. Stellen schneiden → verschiedene Enden Kpnl: GGTAC/C → Asp718: G/GTACC Polymerase Kettenreaktion (PCR) → Vervielfältigung spezifischer DNA ➔ Bei der Arbeit mit einem DNA-Fragment mit definierten Enden, kann man unabhängig v. Restriktionsenzymen DNA-Sequenzen erzeugen - In vitro Methode - Man braucht: Spender DNA (Template DNA); 5´-Primer u. 3´-Primer, Desoxynukleotide (dNTPs: dATP, dCTP, dTTP, dGTP), Pufferlösung, Wasser, DNA-Polymerase Primer sind wichtig um zu Replizierenden Bereich identifizieren zu können - 5`-Primer: definiert den Bereich am 5´-Ende → DNA-Sequenz ist komplementär zum 3´-5´- Strang - 3´-Primer: definiert den Bereich am 3´-Ende → komplementäre Sequenz zum 5´-3´-Strang Schritte der PCR: Erster Zyklus 1. Denaturierung (95 C): DNA-Doppelstrang wird aufgeschmolzen in 2 Einzelstränge 2. Hybridisierung (54-63 C)/Annealing der Primer: Verminderung d. Temp.; 3´- und 5´- Primer binden an Einzelstränge bei ihrer komplementären DNA 3. Polymerisierung (72 C)/Elongierung: Erhöhung d. Temp.; DNA-Polymerase hängt an 3´-OH-Ende neue Nukleotide an (komplementär zu Einzelsträngen) Zweiter Zyklus: 1. Denaturierung: Erhitzung d.DNA auf 95 Grad, Aufschmelzung d. Doppelstränge 2. Primer Annealing: Primer können bei Annealing-Temperatur wieder anlagern 3. Elongierung: DNA-Polymerase fügt in 5´-3´-Richtung Nukleotide an → Auffüllen zu Doppelstrang Dritter Zyklus: 1. Fragmente werden wieder aufgeschmolzen 2. Primer binden wieder 3. Nach Elongation: Zielfragmente sind jetzt fertig vorhanden Vierter Zyklus: 1. Fragmente werden wieder aufgeschmolzen 2. Primer binden 3. Elongation: 8 Produkte mit richtiger Länge Nachweis d. PCR-Reaktion - Größe des PCR-Fragments ist anhand d. Primer feststellbar durch DNA-Gel aus Aquarose → wird hergestellt → Auftragen d. DNA → Strom anschließen → DNA-Fragmente teilen sich d. Größe nach auf - Prinzip d. Gel-Elektrophorose: Gelmatrix ist porös → gr. Fragmente wandern langsamer als kl. Fragmente durch, bei elektrischem Feld - DNA (neg. geladen) → bewegt sich Richtung pos. Elektrode Plasmide = kleine DNA-Ringe, die in Bakterienzellen vorkommen können - Reproduzieren sich unabhänig vom restlichen Genom durch best. Nukleotidsequenz → deswegen sehr geeignet f. Gentechnik Arten v. Plasmiden - Fruchtbarkeits-(F-)Plasmide: Enthalten transfer-(tra-) Gene → für die Einleitung des Prozesses der Konjugation - Restistenz-(R-)Plasmide: Tragen zusätzl. noch Resistenzgene gg. Antibiotika/Gifte - Klonierungsplasmide: Dienen zur Ligation v. neuen Sequenzen u. deren Vermehrung - Expressionsplasmide: Expression v. Proteinen o. Proteinsequenzen Beispiel f. ein typ. Klonierungsplasmid: pUC19 - Origin of replication (ORI)/Replikationsurspung: Start der Replikation durch spez. Nukleotidsequenz (Replikation unabh. v. Genom) - Selektionsmarker: Ermöglicht Selektion v. Zellen, in der die rekombinierte DNA vorkommt: Transformation → bei pUC19 Gen m. Resistenz gg. Penicilin - Polylinker/Multiple Cloning Site (MCS): Regionen auf dem Plasmid m. vielen Restriktionsenzym- Erkennungssequenzen Genetischer Austausch bei Prokaryoten → Arten v. Aufnahme v. fremder DNA - Transformation (= Art der Aufnahme v. freier DNA durch kompetente Bakterien) - Konjugation (= Genübertragung v. Bakterienzelle zu einer anderen durch Mechanismus, an dem Zellkontakte u. Plasmide mitwirken → Ausbildung eines Schlauchs, über den Plasmide übertragen werden) - Transduktion (= Übertragung v. Genen durch Virus (Bakteriophagen) v. einer Zelle zur anderen) Kompetenz (kompetente Bakterien) = Zelle, die DNA aufnehmen kann - Häufig Pathogene, also Krankheitserregende - Nicht-kompetente Bakterien können chemisch kompetenz gemacht werden Metabolismus/Stoffwechsel = Gesamtheit d. chemischen Umwandlungen, die in einer lebenden Zelle oder einem Organismus ablaufen - Metabolite = am Metabolismus beteiligte Verbindungen - Stoffwechselwege = sind enzymkatalysierte Reaktionen worüber der geordnete Ablauf v. chem. Reaktionen erfolgt - Intermediärstoffwechsel = Wege, die dem Auf-, Ab- u. Umbau wichtiger Metabolite, sowie der Energiekonservierung dienen Unterscheidung v. Mikroorgansimen anhand Ernährung bzw. wordurch sie Energie beziehen  - Energiequelle: um ATP aufzubauen o Phototrophe Bakterien: beziehen Energie aus Licht o Chemotrophe Bakterien: beziehen Energie aus chem. Reaktionen - Elektronendonator: UM Reaktionen im Stoffwechsel durchzuführen o Organotrophe Bakterien: beziehen Elektronen aus organischen Verbindungen o Litotrophe Bakterien: beziehen Elektronen aus anorganischen Verbindungen - Kohlenstoffquelle: um Kohlenstoff zu beziehen um Biomasse aufzubauen o Heterotrophe Bakterien: beziehen Kohlenstoff aus organischen Verbindungen, häufig aus der Umgebung (AS, Fettsäuren, Zucker) o Autotrophe Bakterien: beziehen Kohlenstoff Kohlenstoffdioxid (CO2), das sind häufig Photosynthese-betreibende Bakterien (chem. Speicherung v. Licht) Stickstoffquelle (Stickstoff ist neben Kohlenstoff wichtige Quelle f. Mikroorganismen) - Bestandteil in organ. (Proteine, DNA, RNA) und anorg. Verbindungen (Ammoniak, Nitrat) Metabolismus besteht aus Katabolismus und Anabolismus Katabolismus = Stoffabbau → Stoffwechselwege zum Abbau organischer Verbindungen im Energiestoffwechsel chemotropher Organsimen - Abbau energiereicher hochmolekularer Verbindungen → Energie wird freigesetzt - Reaktion läuft exergonisch ab (d.h Energie wird gewonnen) - Frei-werdende Energie wird in chem. Energie in einem energiereichen Molekül gespeichert → in ATP (Adenosintriphosphat) - Bsp. Zellatmung: Stärke/Glycogen + O2  → CO2 +H2O +Energie - Konvergent → alle verwerteten Substrate werden einigen wenigen Stoffwechselprozessen zugeführt Anabolismus = Stoffaufbau → Stoffwechselwege zum Aufbau von Zellmaterial in allen Organismen - Synthese/Aufbau hochmolekularer Verbindungen aus einfach gebauten Molekülen - Reaktion läuft endergonisch ab (d.h. Energie wird verbraucht) → thermodynamisch ungünstig - Bsp. Synthese v. Proteinen aus AS, Stärke aus Glucose,… - ATP wird abgebaut (ATP wird hydrolytisch gespalten → setzt Energie frei)  - Man braucht ATP um Energie bereitzustellen, um aus niedermolekularen Monomeren größere komplexe Makromoleküle aufzubauen (Monomere sind Bausteine der Polymere) - Divergent → viele verschiedene Reaktionen aus komplizierten Reaktionsmechnanismen Verbindung Katabolimsmus – Anabolismus - Über Bildung v. ATP-Molekülen, die über die protonenmotorische Kraft erzeugt werden - Wachstum durch Anabolismus ist zwangsweise an Katabolsimus organischer Substanz gekoppelt → Aus dem Abbau d. organ. Substanz gewinnen die Bakterien die Energie, die zum Aufbau v. Biomasse erforderlich ist - Ausnahme: lithoautotrophe Organismen (biomasse aus anorganischen Stoffen) Bioenergetik = befasst sich m. Energieumwandlung in lebendigen Organsimen Energie = Fähigkeit, Arbeit zu verrichten; Einheit Joule (J) Exergone Reaktion: - Spontane Reaktion - Verbunden m. Abhahme v. freier Energie Endergone Reaktion: - Läuft nur dann ab, wenn von außen freie Energie zugeführt wird Enzyme = Proteine, die biochem. Reaktionen katalysieren - Reaktionen, die nicht spontan ablaufen, können mit Enzymen katalysiert werden - Benötigen keine erhöhten Temp. bzw. hohe Drücke wie chem. Katalysatoren - Wirken häufig sehr spezifisch - ! Enzyme setzten die Aktivierungsenergie der biochemischen Reaktionen runter → Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit ! Bsp. für Enzymklassen - Oxidoreduktase: katalysieren Redoxreaktionen - Transferasen: katalysieren intermolekulare Gruppenübertragung - Hydrolasen: katalysieren hydrolytische Spaltung - Lyasen: nicht-hydrolytische Spaltung häufig unter der Bildung v. Doppelbindungen - Isomerasen: Isomerisierungsreaktionen (Intramolekulare Umwandelreaktionen) - Ligase: Verknüpfen zwei Moleküle unter ATP verbrauch - Proteasen: Hydrolyse v. Proteinen (in Waschmittelzusätzen) - Amylase: Hydrolyse v. Stärke zu Dextrin u. Maltose (Textilindustrie, Backhilfe) - Katalase: Zersetzung v. H2O2 (Konservierung v. Nahrungsmitteln) - Lipase: Fettspaltung (Käsereifung) - Laktase: Spaltung v. Lactose in Glucose u. Galaktose (Diätmilch) Redoxreaktionen - Bestehen aus Oxidation u. Reduktion → geht um die Übertragung v. Elektronen - Bsp. Stoff A übertregt Elektronen auf Stoff B → B ist Elektronenakzeptor (= Oxidationsmittel) und A ist das Reduktionsmittel → A wird also oxidiert (gibt Elektronen ab; wird positiver)  - Bsp. Knallgasreaktion S. 26 VO5 - Beteiligt am Transfer v. Elektronen bei Redoxreaktion sind Elektronenüberträger: o Prosthetische Gruppen (organ. Moleküle, die m. hoher Affinität an Enzym gebunden sind) Bsp. FAD+ o Co-Enzyme, Bsp. NAD+, NADP+ Biochemische Energiespeicher - Freigewordnene Energie (z.B. nach Redoxreaktion) muss in der Zelle gespeichert werden - Exotherme Reaktionen treiben endotherme Reaktionen an ATP (zeichnen können) - Organismen brauchen Energie für z.B. Aufrechterhaltung v. Ionengradienten, Synthese v. Proteinen u. Nukleinsäuren, energetisch ungünstige Reaktionen - Energie kann durch Hydrolyse (Spaltung unter Wasseraufnahme) des ATP in ADP und Phosphat freigesetzt werden - drei Phosphatgruppen an Ribose angehängt (alpha-, beta-, und gamma-phosphat) → Abspaltung v. gamma und beta Phosphat kann Energie freisetzten Hydrolyse v. ATP: ATP + H2O → ADP + Pi Bsp. Hexokinase (= Enzym, dass Glucose phosphorilieren/kinasieren kann) - ATP wird gespalten und gamma-phosphat auf Glucose übertragen → Entstehung v. Glucose- 6-Phosphat - Glucose + ATP  Hexokinase → Glucose-6-P + ADP - ATP als ein Carrier einer Phosphatgruppe → Entstehung eines Moleküls, das alleine nicht entstehen könnte Biophysikalische Energiespeicher (Konzentrationsgradienten u. Membranpotentiale)  - Chem. Potentialdifferenz: Ungleichverteilung einer ungeladenen Verbindung in zwei Kompartimenten (durch Membran getrennt) o Entsteht wenn sich über eine Membran, eine Differenz an der Molekülanzahl ergibt - Elektr. Potentialdifferenz: Entsteht aufgrund Ungleichverteilung v. Ladungen in zwei Kompartimenten → Membranpotential o Geladene Teilchen auf den Seiten unterschiedl. → Betreben auf andere Seite zu diffundieren für Ausgleich → elektr. Potential - Protonenmotorische Kraft: elektrochemische Potentialdifferenz → ungleiche Verteilung v. Ionen (Protonen) an Membranen Primärer Transport über Membran über Protonenpumpe - Transport an chem. Reaktion gekoppelt - Protonen sollen gg. Membrangefälle u. gg. elektr. Feld über die Membran - Protonenpumpe wird durch ATP-Spaltung angetrieben (Hydrolyse v. ATP) ATP-Synthetase - Moleküle d. Protonenpumpe kann man umdrehen um ATP synthetisieren könne → ATP-Synthetase - Ähnl. Aufbau - Gefälle der Protonen wird über Membran ausgenutzt → Protonen haben bestrehen über die Membran zu wandern f. Ausgleich → diese Energie wird ausgenutzt um ATP synthtetisieren zu können Chemoorganotrophie = zentrale Abbauwege zur Oxidation organischer Verbindungen Abbau v. Kohlenhydraten →Abbau über Glycolyse, Zitratzyklus u. Atmuskette in CO2 und Wasser unter der Bildung v. ATP Lipide (Fette) u. Proteine können auch in diesen Abbau eingeschläußt werden Glycogen - Kohlenstoffverbindungen (in Form v. Zuckern) kann in Bakterien in Form v. Glycogen gespeichert werden - Glycogen = riesiges Makromolekül ausGlucose (6-fach-Zucker) Glycolyse = erste Schritte um aus Glucose Energie zu gewinnen - Glycose wird in mehrern Schritten zerlegt, dabei oxidiert → ATP wird gewonnen - Endprodukt: Pyruvat - ATP wird in Glycolyse mit Substratkettenphosphorylierung produziert → indem Phosphatrest v. phosphorilierten Zwischenprodukten auf ATP/ADP übertragen → Enstehung v. ATP/GTP 1. Schritt d. Glycolyse: Aktivierung v. Glycose durch ATP - (Alpha-D-Glucose-Molekül → C-Atome werden von dem reaktivsten ausgehen, durchnummeriert) - Um Glycose aktivieren zu können, wird ein ATP investiert - Enzym Hexokinase oder Glucokinase katalysiert die Reaktion → Glucosemolekül wird phosphoriliert (gamma-Phosphat des ATPs auf C6 übertragen) → Produkt: alpha-D-Glucose- 6-phosphat → Molekül wird umgelagert zu alpha-D-Fructose-6-phosphat - alpha-D-Fructose-6-phosphat wird nochmal phosphoriliert (weiteres Phosphat wird auf C1 des Molekül übertragen) Entstehung v. alpha-D-Fructose-1,6-bisphosphat - Bisher wurden 2 ATPs verbraucht 2. Schritt: Schlüsselreaktion: Spaltung von C6 → 2 C3 - Alpha-D-Fructose-1,6-bisphosphat wird durch Enzym Aldolase in D-Glycerin-aldehyd-3- phosphat und Dihydroxy-aceton-phosphat gespalten 3. Schritt: Dehydrogenierung unter Reduktion v. NAD+ und Energiegewinnung durch Substratkettenphosphorylierung - Dehydrogenierung des D-Glycerinaldehyd-3-phosphat → Abspaltung v. Wasserstoff und auf NAD+ übertragen - NAD+ wird reduziert und D-Glycerinaldehyd-3-phosphat zu D-1,3-Biphosphoglycerat oxidiert - Substratkettenphosphoriliserung: Phosphat des D-1,3-Biphosphoglycerat auf ADP übertragen → Entstehung 1 ATP u. 3-phosphoglycerat  4. Schritt - Umlagerung des D-3-Phosphoglycerat zu D-2-Phosphoglycerat unter Abspaltung v. einem Wassermolekül → Ensteht Phosphoeolpyruvat → weitere Substratkettenphosphorilierung → Enstehung v. 1 ATP → Endprodukt: Pyruvat Zusammenfassung Glycolyse - Aus 1 Glucosemolekül sind 2 Pyruvatmoleküle entstanden und 2 Moleküle NADH + H+ und 2 ATP Einschleusen von anderen Zuckern in die Glycolyse - Nicht nur Glukose kann als Kohlenstoffquelle für Energiegewinnung dienen, wie z.B. o Galactose (bestandtl. Der Muttermilch) o Fructose - Können in die Glycolyse eingschleust und auch in Pyruvat abgebaut werden Abbauwege v. Pyruvat - Abbau ist abhängig vom vorhandensein v. Sauerstoff  - Unter Anaeroben Bedingungen wird Pyruvat zu Ethanol oder Lactate - Unter aeroben Bedingungen → Zwischenprodukt: Acetyl Coenzym A (sehr energiereich) Oxidation des Pyruvats: Oxidative Dekarboxylierung (nur in atmenden Organismen) - Pyruvat wird hierbei oxidiert und CO2 abgespalten (also dekarboxiliert) - Es entsteht NADHH+ und als Endprodukt Acetyl Coenzym A ➔ Diese Reaktion verbindet Glycolyse mit Citratzyklus Überblick: Das entstandene Acetyl Coenzym A wird in den Citronensäurezyklus geschleußt um noch mehr ATPs und NADHH+ zu produzieren Citroronensäuezyklus/Citratzyklus (Krebszyklus) - Acetylgruppe des Acetyl Coenzym A wird zu → CO2 u. Wasser abgebaut (dies findet bei Bakterien/Prokaryoten in zytoplasma statt) - Acetylgruppe wird auf eine Verbindung aus 4 C-Atomen übertragen → Akzeptor - Im Verlauf werden 2 CO2 freigesetzt und der Akzeptor regeneriert (steht neuem Zyklus zur Verfügung) - Nicht nur produktion v. CO2 sondern auch Transport v. Elektronen in Form v. Wasserstoff oder direkt auf NAD+ übertragen → die nennt man Reduktionsäquivalente - Citronensäurezyklus auch wichtig f. Produktion v. Baustoffen (AS) und Produktion v. GTP über Substratkettenphosphorylierung Ablauf - Acetyl Coenzym A überträgt die Acetylgruppe auf Oxal-Essigsäure (C4-Verbindung, Akzeptor) - Enstehung v. Citronensäure - Coenzym A ist wieder regeneriert und steht wieder zur verfügung - Durch Wasserabspaltung entsteht cis-Aconitsäure aus dem Isocitronensäure gebildet wird - … ➔ Hauptaufgabe: viele H-beladene Coenzyme zu erzeugen , die anschließend ihre H-Atome in der aeroben Atmungskette unter großem Energiegewinn auf O2 übertragen werden Bilanz v. Glucose u. Citratzyklus: Glucose + 6 H2O + 4 ATP + 4Pi → 6 CO2 + 24 [H] + 4 ATP  Vereinfacht gezeigt Atmung - Atmende chemoorganotrophe Mikroorganismen übertragen die bei Oxidation organischer Verbindungen anfallenden Elektronen auf externen Elektronenakzeptor - Sauerstioff dient als finaler Elektronenakzeptor - Elektronenweitergabe unter Aufbau der protonmotorischen Kraft (pmf) ➔ Zellmembran wird energetisiert, ATP wird v. ATP-Synthetase gebildet ATP-Synthetase - Anegtrieben durch Protonen-Konzentrationsgefälle - Energie wird in die Synthese v. ATP gesteckt Aerobe Atmung - Durch bisherige Prozesse sind 4 ATPs entstanden - Atmungskette bildet jedoch den größten Anteil an ATPs (durch gebildete Reduktionsäquivalente) - Elektronen werden über 4 versch. Komplexe in der Membran transportiert m. unterschiedlichen Redoxpotenitalen (= bestreben v. Verbindungen Elektronen abzugeben; niedr. Redoxpotentiel -> hohes bestreben E. abzugeben) o Komplex I: NADH Dehydrogenase, pumpt Protonen o Komplex II: Succinatdehydrogenase o Komplex III: Cytochrom-bc1-Komplex, pumpt Protonen o Komplex IV: Cytochromoxidase, pumpt Protonen - Komplexe weisen ein steigendes Redoxpotential auf, wodurch Elektronen transportiert werden - Frei werdende Energie wird f. Protonentransport über Membran genutzt werden - Beim letzten Enzym werden Elektronen auf Sauserstoffatome übergeben, die dann mit Protonen zu Wasser reagieren (=Knallgasreaktion)  - Ein NADH+H+ kann 2 Elektronen abgeben → Wasserstoff wird als Proton frei → somit können 10 Protonen über Membran transportiert werden o 2 Elektronen des NADH+H+ reduzieren den 1. Komplex o Elektronen werden über Redoxreaktion zum nächsten Komplex weitergegeben (=Elektronentransportkette) o … - Enstehuung v. ATP Vollständige Bilanz v. Oxidation v. Glucose Glucose + 6 H2O + 4 ATP + 4Pi → 6 CO2 + 24 [H] + 4 ATP ➔ Insg sind 38 ATP entstanden Fragen dazu S. 69 VO5 Energiegewinnung unter anaeroben Bedingungen: Gärung - Anaerobe Bedingungen: Sauerstoff fehlt als Elektronenakzeptor - Organ. Verbindungen dienen als Elektronenakzeptor - Reduzierte Gärungsprodukte wie Ethanol oder Lactat werden gebildet Milchsäuregärung → Vorallem durch Milchsäurebakterien (Lactobacillacea) - Lactose ist ein Disaccarid (aus D-Galactose u. D-Glucose) - Milchsäurebakterien bauen Glucose zu Milchsäure (Lactat) ab Bsp. gram-pos. Bakterien die Milchsäuregärung betreiben können - Lacrobacillus, Lactococcus, … (Milchprodukte, Backwaren,…) Bsp. aerob u. fakultativ anaerobe Bakterien - Staphylococcus, Mikrococcus,… (Rohwurst, Käserinde,…) Bsp. gram-neg. Bakterien - Acetobacter, Vibrio,… (Essigsäureproduktion, alhohol. Getränke,…) Milchsäurebakterien = Bakterrien, die Milchsäure als einziges oder hauptsächliches Gärungsprodukt erzeugen - Für Elektronentransportphosphorylierung fehlen die nötigen Porphyrine u. Cytochrome → Energie wird also durch Substratkettenphosphorylierung gewonnen o Homofermentative Stämme: Streptococcus, Lactococcus,… o Heterofermentative Stämme: Leuconostoc,… (haben keine Aldolase→ keine Glycose möglich) Homofermentative Milchsäuregärung - Normale Glycolyse → Zwischenprodukt Pyruvat - Abbauweg bis zum Lactat - Wichtig: NADH2 wird genommen und regeneriert zum NAD+ → NAD+ muss wieder für spätere Glycolyse bereitgestellt werden - Glucose + 2 ATP + 2 Pi → 2 Lactat + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O Heterofermentative Bakterien - Bauen Pentosen ab - Aus Pentose entstehen Lactat und Acetat - Pentose + 2 ATP + 2 Pi → Lactat + Acetat + 2 ATP + 2 H2O Alkoholische Gärung - Wenn Sauerstoff fehlt, könne Mikroorganismen Glucose zu Alkohol und C02 abbauen - Dabei wird Energie in Form v. ATP gewonnen → Regeneration v. NAD+ Bsp. Hefen in Hefeteig, Bierherstellung Zusammenfassung: Zucker u. Polysaccharide - Polysaccharide sind Schlüsselbestandteile d. Zellwände → Zellen lagern oft Kohlenstoff- und Energiereserven in Form v. Polysacchariden (Glykogen, Stärke) ein - Monomere Untereinheiten v. Polysacchariden sind Zucker aus 6 C-Atomen (Hexosen) oder 5 C-Atomen (Pentosen) Gluconeogenese „Glykolyse in umgekehrte Richtung“ - Synthese v. Hexose (D-Glucose) → Neusynthese v. Hexose aus organischen Nicht- Kohlenhydratvorstufen  - Zwischenprodukt: Phosphoenolpyruvat → wichtiges Ausgangsprodukt in der Gluconeogenese Von Glucose zum Glykogen - Phosphatgruppe, die am 6. C-Atom hängt, wird umgelagert zu Glucose-1-Phosohat (an 1. C-Atom) Aktivierung des Zuckers - Glucose-1-Phosphat reagiert mit UTP (sehr energiereicher Verbindung) - Entsteht: UDP-Glucose → Baustein der Glykogensynthese UDPG (UDP-Glucose) „aktiviertes Zucker“ - Schlüsselmolekül in der Transformation v. Glucose in andere Zucker Glycogen - UDPD ist so energiereich, dass es seine Glycosyl-Einheit an einen Glykogenstrang hängen kann, ohne weitere Energiezufuhr Biosynthese der Pentose: Pentosephosphatweg - Decarboxylierung: Abspaltung eines C-Atoms v. Hexose → Pentose entsteht - Ribose-5-Phosphat → Vorstufe v. Synthese v. Nukleotiden und Nukleotidcoenzymen (FAD, NADH) Aminosäuren - Grundbausteine v. Proteinen - Aufbau: zentrales C-Atom verbunden mit Wasserstoff, NH2-Gruppe (Aminoende), Carboxylgruppe (C-terminales Ende) und Rest (macht hydrophob, hydrophil, sauer, …) Wichtige AS f. Prüfung - Glycin: Rest ist ein Wasserstoff - Alanin: Rest ist eine Methylgruppe Reste: - Hydrophob: Rest ist für sich alleine betrachtet nicht wasserlöslich - Hydrophil: wasserlöslich - Sauer: kann noch ein Proton abgeben - Basisch: ein Proton kann noch aufgenommen werden - Aromatisch: Rest enthält Phenylring oder Benzolring Bakterien können alle AS auch selber synthetisieren (im ggsatz zum Menschen) → Menschen können rote AS nicht selber synthetisieren (müssen m. Nahrung aufgenommen werden) Aminosäure-Synthese aus Zwischenprodukten - Kohlenstoffskelett der meisten AS stammen entweder aus dem Zitronensäurezyklus, Glykolyse oder Pentosephosphatweg - Synthese verschiedener AS innerhalb einer Familie erfordert häufig viele getrennte, enzymatisch katalysierte Schritte, die mit der Eltern-AS beginnen Biosynthese v. AS: - AS den Familien zuordnen können! Molekularer Aufbau v. Nukleotiden - Pentose verbunden m. Purinen oder Pyrimidin-Basen und Phosphatrest Bedeutung d. Nukleotide - Bausteine f. DNA und RNA - Wichtige chem. Energiespeicher (ATP, UTP, GTP) - Wichtige Kofaktoren v. NAD, FAD, CoA - UDP Glucose (aktivierte Glucose) Pyrimidin - Sechsgliedrige heterocyclische, aromatische organische Verbindungen mit zwei Stickstoffatomen - Zusammengesetzt aus versch. Verbindungen (Kohlenstoffdioxid, Glycin, Glutamin,…) Purine - Heterobicyclische aromatische organische Verbindungen mit vier Stickstoffatomen - Zusammengesetzt aus (NH3, CO2, Asparaginsäure) Ribonukleotidskelett - OH-Gruppe an 2. C-Atom - Abhängig v. versch. Basen (Purin, Pyrimidin) → AMP (Adenosin), GMP (Guanosin), UMP (Uridin), CMP (Cytidine) Desoxyribonukleotide - OH-Gruppe entfernt, nur noch H (Wasserstoff) → dAMP (Desoxyadenosin), dGMP, dTMP, dCMP Biotechnologie → herstellung v. biotechnologische Produkten (Medikamente, Vitamine, Biogas, lifestyle-drugs) =Einsatz biologischer Prozesse im Rahmen technischer Verfahren u. industrieller Produkte Phase 1: unbewusste Herstellung v. Nahrungsmittel/Getränken m. Hilfe v. Mikroorganismen (bierähnliche Getränke 6000 v. Chr) Phase 2: PASTEUR, bewusste Entwicklung v. Produkten aus Mikroorganismen (Essigsäure, Milchsäure) → 1810: Gleichung f. alkohl. Gärung (Gay-Lussac) Phase 3: Einsatz v. Mikroorganismen in gentechnischen Prozessen; Alexander Flemming entdeckte das Antibiotikum Penicilin → sterileres Arbeiten, Behandlung v. bakterieller Infektionen Phase 4: Grundstein d. Gentechnik → 1953: Watson u. Crick beschreiben Struktur d. DNS Vorteile d. Arbeit m Bakterien: - Große Populationen  - Kurze Generationszeiten: schnelle Prozessabläufe - Haploide, kleine Genome: einfache Genetik - Gentausch u. – mutationsmöglichkeiten Weiße/Industrielle Biotechnologie: Einsatz in Industrie (Waschmittel, Seife) Vorteilen v. biotechnologischen Prozessen: - Neue Enzyme, optimierte Enzyme - Prozessvereinfachung/Einsparung v. Prozessschritten - Einsparung v. Rohstoffen u. Energie - Vermeidung v. Abfallprodukten Enzyme - „…asen“ - Sind Proteine, die biochemische Reaktionen katalysieren - Benötigen keine erhöhten Temperaturen/hohe Drücke wie chem. Katalysatoren - Wirken sehr spezifisch ➔ Schlüssel-Schloss-Prinzip (zw. Enzym u. Substrat) → Enzym geht unverändert aus Reaktion hervor Anwendung v. Enzymen Enzym Chymosin - Früher in Form v. Kälberlab (aus Kälbermägen) gewonnen (f. Käseherstellung) → f. Gerinnung in Milch - Lab-Ersatzstoffe: Proteasegemische aus Schimmelpilzen, Labkäuter - Gentechnisch hergestelltes Lab: Chymosin-Gen aus Schleimhautzellen eines Kalbes → klonieren → aufreinigen Rote/Medizinische Biotechnologie: Einsatz in Medizin - Neue Medikamente/Heilmöglichkeiten → Behandlung v. Krebs, AIDS, Störung des NS → Medikamente, Impfstoffe, Gentherapie, Diagnostik - Insulin (früher aus Speicheldrüsen v. Schweinen, nicht ähnl. genug) → heute aus menschl. Genom über PCR zu amplifizieren → in Plasmid hineinsetzen → Plasmid in Bakterium und vervielfachen, aufreinigen Vorteile Medikamente in Gentechnik herstellen - Mehr Sicherheit - Größeren Menge - Weniger Nebenwirkungen - Verminderung d. Einsatzes durch Tiere Bsp. - Interferone: Krebstherapie, virale Infektion - Interleukin 2: Krebstherapie, Autoimmunkrankheiten Grüne Biotechnologie/Pflanzentechnologie - Hohe Erträge u. resistente Pflanzen - „Anti-Matsch-Tomate“: Enzym PG zerstört Zellwände bei Reifung → Anti-PG-Gens/Anti-mRNA → weniger PG wird gebildet → Tomaten bleiben länger fest → aber ger. Geschmack Graue Biotechnologie - Einsatz in Abfallwirtschaft Braune Biotechnologie/Umweltbiotechnologie - Abfallwirtschaft, Abwassersanierung, Behandlung org. Abfälle - Komposthaufen - Säuberung kontaminierter Erdreiche → Ex-situ-Biosanierung: kontaminiertes Material wird abgetragen u. gereinigt o Schlämmphasenbiosanierung: kontaminiertes Material wird in gr. Bioreaktoren m. Wasser, Sauerstoff u. Dünger vermischt → f. kl. Mengen, gut kontrollierbar, schnell o Festphasenbiosanierung: Kompostierung, Erdwaschung → Zeitaufwendig, gr. Mengen geeignet - Abwasseraufbereitung: aerobe u. anaerobe Bakterien werden eingesetzt um org. Abfallstoffe abzubauen Blaue/Marine/aquatische Biotechnologie - Produkte, die m. Organismen aus dem Meer hergestellt werden - Ziel: Steigerung d Nahrungsmittelangebots, Schutz mariner Ökosysteme, Kenntnisse zu biolog. u. biogeochemischen Vorgängen in Meeren Gelbe Biotechnologie/Lebensmitteltechnologie - Mikroorganismen zur Produktion u. Veredelung v. Lebensmittel-Endprodukten - Bsp. Hefen: Bier, Wein, Brot ; Laktobazillen: Sauerkraut, Joghurt, Buttermilch, … - Fermentation: Umsetzung v. biologischem Material m. Hilfe v. Bakterien-, Pilz-, oder Zellkulturen oder durch künstl. Enzyme - Spontane Fermentation: o keine zusätzlichen Mikroorganismen, sondern die auf dem Produkt bereits vorhandenen o abh. v. Umgebungsbedingugen o unsterile Produktion o keine direkte Beeinflussung d. Fermentationsablaufs  o Fermentationsführung beruht auf empirischen Erfahrungen o Hohe Gefahr v. Fehlproduktion - Traditionelle Fermentationsverfahren o Zugabe v. Mikroorganismen als Reinkultur → fremdkeimarme Prozessführung o Mikroorg. Haben konservierende Wirkung (durch Bildung v. primären Stoffwechselprodukten wie Milchsäure, Essigsäure, Alkohol) o Fermentation kann beeinflusst werden o Einsatz in der Massenproduktion - Moderne Verfahren: Starterkulturen o Stämme v. Mikroorganismen, die in Rein- oder Mischkulturen einem Lebensmittel gezielt von außen zugesetzt werden o Bei Lebensmitteln pflanzl. Ursprungs: Bier, Wein, fermentierte Sojaprodukte o Bei Lebensmitteln tier. Ursprungs: Milchprodukte, Fleischprodukte o Bsp. Lactobacillus → Käse, Brot, Sauerkraut o Homofermentative Milchsäuregärung: Lactose → Milchsäure (Konservierung in Lebensmittelindustrie) Primäre Stoffwechselprodukte: - Alkohol. Gärung: Bier, Wein, Hefeteig → alternative Möglk. f. Mikroorg. zur Gewinnung v. Energie o. Sauerstoff → C6H12O6 → 2C2H5OH + 2 CO2 - Milchsäuregärung: Käse, Joghurt, Gemüse - Essigsäuregärung: Speiseessig Infektion – Infektionskrankheiten = Erkrankung durch Eindringen u. Vermehren v. Mikroorganismen (Viren, Bakterien, Pilze, Protozoen) im menschl. Körper - Viele Infektionskrankheiten werden v. Mensch zu Mensch übertragen, sind also ansteckend/infektiös - Infektionserkrankungen hängen häufig m. mangelnder Hygiene u. nicht zugänglichen Therapien zusammen Klassifizierung v. Krankh. nach Häufigkeit  - Endemie: andauernd, gehäuftes Auftreten einer Infektionskrankheit in einer begrenzten Region/Population - Epidemie: Auftreten einer Krankh. in ungewöhnlich großen Fallzahlen in einer örtl. Begrenzten Population - Pandemie: weltumspannende Epidemie Begriffe - Parasiten: Organismen, die auf Kost eines Wirt in oder auf ihm leben - Obligat pathogene Keime: Erreger, sind bei fast jedem nicht-immunen Individuum krankheitserregend - Fakultativ pathogene Keime: Erreger, die nur bei allgemeiner/lokaler Abwehrschwäche zu sog. opportunistischen Infektionen führen - Lokale Infektionen: Infektionen beschränken sich auf die Eintrittspforte des Erregers (Bsp. Wundinfektion) - Generalisierte Infektion: Erreger dringen ins Gefäßsystem vor u. ziehen den gesamten Organismus in Mitleidenschaft. Generalisierte Infektionen können zu einer Sepsis führen - Sepsis: Systemerkrankung, die durch Mikroorgansimen und/oder deren toxischen Bestandteile verursacht wird. Oft ist ein lokaler Herd vorhanden, von dem aus die Bestandteile in die Blutbahn gelangen. Es kommt zu Organschäden, beim septischen Schock zu Multiorganversagen - Infektionsdosis: minimale Anzahl an Mikroorganismen, die eine Infektion verursachen - Nosokomiale Infektion/Krankenhausinfektion: im Krankenhaus erworbene Infektion; durch Mikroorg. hervorgerufene Infektion, die im ursächlichen Zusammenhang mit dem Krankenhausaufenthalt steht, unabh. davon, ob Krankheitserscheinungen vorliegen oder nicht (Bsp. Harnwegsinfektion, postoperative Wundinfektion, Atmenwegsinfekte, Bakteriämien (Bakterien im Blut), Sepsis → Erreger: E. coli, Staphylokkoken Pathogenitätsstrategien - Adhärenz: Bakterien u. Viren müssen an die Oberfläche v. Zellen, die sie infizieren möchten, sehr fest binden → ohne Adhärenz oder auch Kolonisierung können keine Infektionserkrankungen ausgelöst werden - Manche Bakterien werden dann auch in die Wirtszelle aufgenommen (in das Zytoplasma) = Invasion/Internalisierung → können sich dann von dieser Wirtszelle über den Interzellulären Raum in die nächste Zelle weiterverbreiten: spreading (=horizontal andere Zellen infizieren über laterale Zellverbindungen) - Transzytose → Bakterien werden v. Zelle aufgenommen u. unten wieder ausgeschläußt um in tiefer Schichten zu gelangen - Transmigration → Manche Zelle können die Verbindungen zw. den Zelle (interzellulären Kontakte) auflösen und so in tiefere Bereiche d. Gewebes zu gelangen → wandern durch interzellulären Raum Habitat: - Intrazelluläres Habitat (Bakterien werden aufgenommen) → Chlamydien, Rickettsien (langsamer, chronischer Verlauf) - Fakultativ Intrazelluläres Habitat (Bakterien können beides, können adhärent u. intrazellulär leben) → Legionella, Salmonella - Extrazelluläres Habitat (Bakterien bleiben auf Oberfläche) → Staphylokokken, E.coli Verlauf: - Akut („hit and run“) → vibrio cholerae (Erreger d. Cholera), Rhinoviren - Chronisch-persistierende Infektion → Mykobakterien, Helicobacter pylori Koch´sche Postulate (definiert wann ein Erreger ein Krankheiterreger ist) I. Optischer Nachweis (bsp. in einem Mikroskop) II. Kultureller Nachweis (Erreger muss in einer Reinkultur kultivierbar sein) III. Pathogenitätsnachweis (Erreger muss in gesundem Tier die gl. Infektion auslösen) IV. Mikroorganismus muss aus experimentell infiziertem Organ erneut kultivierbar sein Streptococcus - Kettenbildende Kokken - Gram positiv - Beta-hämolysierend: auflösen der Erythrozyten in Blutagrarplatte - Scharlach, Mittelohrentzündung, Wundinfektionen Bacillus anthracis - Stäbchen - Gram-Positiv - Sporenbildend: Bildung v. Endosporen erhöht die Fähigkeit v. B. anthracis, sich durch Aerosole zu verbreiten  - Milzbranderreger (in Lunge) - Letalität v. über 80 % - Charakteristische Erscheinungsform auf Blutagar: nicht hämolytische Kolonien (kein beta- hämolysin-Enzym) Seuchen u. Erreger: Neue Pathogene/Erreger: Übertragungswege: Direkter, horizontaler Kontakt: - Hände → viele Bakterien (Bsp. Durchfallerreger), RSV - Sexualkontakte → sexual transmitted diseases, STDs (Chlamydia, Neisseria, Treponema) Aerogen (Aerogene kann man einatmen als Aerosole) - Tröpfchen → Meningokokken, Streptokokken, Viren - Aerosol → TB, Varizellen, Masern Horizontale, indirekter Übetragungswege: - Vehikel (unbelebt) durch Wasser, Lebensmittel, Körperflüssigkeiten → Salmonellen, Cholera, Tetanus, HIV - Vektor (belebt) durch Mücken, Zecken → Malaria, Lyme Borreliose Vertikale Übertragung - Pränatal → CMV, Röteln, HIV - Perinatal (während der Geburt) → Neisseria, HIV Wie kommt es zu einer Infektion? / Pathogenität - Abh. v. Reaktion d. Wirts (Abwehrkraft, Immunsystem) - Pathogenität d. Erregers o Stumme/manifeste Infektion ▪ Infektion o. klinische Symptome o Inkubationszeit ▪ Zeit zw. Infektion u. Auftreten v. Krankheitssymptomen, charakteristisch f. speziellen Erreger o Infektionsdosis o Lokalinfektion/Allgemeininfektion o Endogene/Exogene Infektion ▪ Endogene Infektion: v. kolonisierenden Mikroorgan. Ausgehend ▪ Exogene Infektion: v. außen eindringenden Mikroorgan. verursacht o Nosokomiale Infektion Pathogenität = Fähigkeit, eines Keims, Krankheiten hervorzurufen Virulenz = Ausmaß einer krankheitserzeugenden Eigenschaft einer pathogenen Spezies → „Grad der Pathogenität auf eine Population bezogen“ Virulenzgrad = notwenige Zahl an z.B. Streptococcus pneumoniae, die eine Maus tötet Eintrittspforten v. Erregern (in den Menschen hinein) - Kleinste Wunden in Haut o. Schleimhaut - Insektenstiche (Malaria) - Eindringen durch intakte Schleimhäute (Salmonellen) - Aktives Eindringen d. Erreger durch Intakte Haut (Bilharziose) - Vor der Geburt diaplazentar, d.h. mit dem Blut über die Plazenta (Listeriose) oft Fehlgeburten Pathogenitätsfaktor → Ist ein gegebenes Molekül (Ezym, Toxin) kausal für die Krankheit wichtig → qualitativ wichtig → wird Krankheit ausgelöst oder nicht ➔ Ziel: Kolonisierung, Schädigung v. Gewebe/Zellen → dient Verbreitung - Fitnessfaktoren: Wachstumsvorteil, Habitatanpassung (Anpassung an Umgebung) - Siderophore: Eisenaufnahme (Fe3+), Immunsuppression (Verhinderung, dass Immunsystem stark aktiviert wird → dass Bakterium nicht so stark bekämpft wird) - Adhäsine: Adhärenz an Zellen/Gewebe - Invasine: Invasion in Zellen/Gewebe - Exotoxine/Aggressine: Enzyme, Zerstörung v. Zellen/Gewebe - Endotoxine: Complementresistenz, Schock - Kapsel: Phagpzytoseresistenz - Impedine: Evasion/Umgehung d. Immunantwort - Moduline: Modulation d. Immunantwort Virulenzfaktor → Ist ein gegebenes Molekül für das Ausmaß der Krankheit wichtig → quantitativ wichtig → Starke oder geringere Symptome Pathogenitäts- und Virulenzfaktoren: - Adhäsine (vermitteln Adhärenz also Bindung an die Wirtszelle, Faktoren, die entscheidend für die Aufnahme v. Bakterien in das Zytoplasma) - Invasine - Kapselbildung (vorteilhaft v. Bakterium → wird v. Immunsystem nicht erkannt) - Toxine (Gewebeschädigung u. schwere Verläufe v. Infektionserkrankungen) Pathogenitätsfaktor v. E. coli - Enterotoxine → werden v. Bakterium abgegeben →lokale Schädigungen bei Infektion - Eisenaufnahmesystem → Faktoren, die f. Eisenaufnahme wichtig sind - Fimbrien → wichtig f. erste lose Adhärenz - Adhäsine → Adhärenz wird sehr fest, wenn Adhäsine mit ihren Rezeptoren auf der Wirtsoberfläche binden (ohne Adherenz keine Infektion) - Cytosine (membrangebunden) → können direkt m. Wirtszellen interagieren → krankheitsauslösung - Bildung einer Kapsel, K-Antigene (wichtig f. Pathogenität) - Geißeln, H-Antigene (Fortbewegung → sich fortbewegende Bakterien sind häufig viel infektiöser) - LPS (Lipopolysaccharid)-Schicht/Endotoxine (häufig f. schwere Fieberschübe verantwortlich (f. gram-neg. Bakterien wesentlich f. Infektionsverlauf) - O-Antigene E. coli - Gram-neg - Stäbchenbakterium - Peritriche Begeißelung (unterschiedl. Anhängsel/Zuckerreste, die auf Oberfläche d. Bakteriums zu finden sind) - Wichtiger Teil d. Darmflora, typischer Darmbewohner (K-12) → kann septisch werden, wenn er in die Blutbahn gelangt - Infektion durch fakultativ pathogene Enterobakterien entstehen endogen im Darm - Obligat pathogene Enterobakterien werden fäkal-oral übertragen (Schmierinfektion) Pathogenitätspotential steckt im Genotyp: - Zusätzliche Faktoren/anderer Genotyp macht E. coli pathogen und führt zu schweren intestinalen Entzündungen u. Infektionen - Pathogene Stämme v. E. coli haben Pathogenitätsinseln (= Regionen, wo besonders viele Pathogenitäts- u. Virulenzfaktoren codiert sind) Pathogenitäsinseln: - Typ. Aufbau: Genabschnitt m. versch. Genen, die f. Typ 3 oder 4 Sekretionsystem codieren  - Auf Pathogenitätsinseln sind Virulenzgene vorhanden - Große DNA-Fragmente - G+C-Gehalt unterscheidet sich in ihrer Zusammensetzung v. Restgenom (deutet darauf hin, dass Pathogenitätsinseln v. anderen Organismen erworben wurden) - Mobile genet. Einheiten an flankierenden Enden („direkt repeats“) → instabile Teile des Genoms Kompotenten der Infektionsabwehr (Mensch ist Infektionen nicht ausgesetzt) Angeborene, unspezifische Abwehr - Physikalische Barrieren: Haut, Mukose - Zelluläre Abwehr: Granulozyten, Makrophagen, NK-Zellen - Chemische Barrieren: pH, Lipide, Enzyme, Komplementfaktoren, Interleukine, etc Erworbene, spezifische Abwehr - Zelluläre Abwehr - Humorale Abwehr Abwehrstrategien Natürliche Barrieren (Wirt) - Haut: trocken, verhornt, saurer pH, Fettsäuren in Schweiß u. Talg, Anwesenheit d. Normalflora - Schleimhaut: Schleim auf Epithelzellen, Anwesenheit v. Normalflora - Respirationstrakt: gerichtete Ziliarbewegung des Flimmerepithels → erschwert feste Bindung an Wirt - Magen: Salzsäure (saurer pH) - Darm: Peristaltik (Bewegung d. Darms erweschert feste Anlagerung), Normalflora - Harntrakt: Harnstrom (Herausspülen u. somit Reinigung) Pathogene des Verdauungstrakts: Pathogene der Atemwege: Adärenz - Bakterien kommen an → Mikroben müssen Schleimschicht durchdringen - Lockere Adhäsion wird schnell fest an die Epithelzellen → Bakterien werden in die Wirtszelle aufgenommen oder dringen durch interzellulären Raum in tiefere Schichten Adhärenz ist selektiv → Schlüssel-Schloss-Prinzip - Adhäsin/Rezeptor → spezifische Besiedlung v. Organen/Gewebe Die Immunabwehr - Immunantwort = Reaktion des Immunsystems auf Organsimen oder Substanzen, die es als fremnd erkannt hat - Immunsystem besteht aus angeborener (nicht adaptiver/natürlicher) Immunantwort und einer erworbenen (adaptive/spezifische) Immunantwort - Zellen des Immunsystems erkennen Fremdkörper an charakteristischen Proteinmuster (= den Antigenen) - Beide Teile d. Immunsystems arbeiten zusammen Ablauf: - Erreger dringt ein u. wird v. angeborenen IS bekämpft - Wenn das nicht ausreicht kommt das erworbene IS zum Zuge (lernt um welchen Erreger es sich handelt u. entwicklet gezielt Antikörpe) - Immungedächtnis → IS ist vorbereitet, schnellere Bekämpfung Wichtige Immunzellen - Aus pluripotenten Stammzellen (die im Knochenmark gebildet werden) entstehen die Vorläuferzellen, aus denen Lymphotzyten u. Phagozyten entstehen können - T- und B- Lymphozyten sind verantwortlich f. spez. Immunabwehr - Monozyten, Makrophagen, Neutrophile, … sind für unspez. Immunabwehr sehr wichtig Angeborene Immunantwort - Nach Eindringen eines Krankheitserregers kommt es zu einer ersten unspez. Erkennung → viele Erreger werden schon durch Erkennungsrezeptoren als fremd erkannt - Erkennungsrezeptoren: erkennen auf unspezifische Weise sog. pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPs) und ermöglichen erste Reaktion ➔ Schnell aber nicht besonders effektiv  - Erreger wird „in Schach gehalten“, bis das adaptive IS eine erregerspezifische Antwort aufbauen kann Bsp. d. Pathogenerkennung - Toll-like-Rezeptoren erkennen unterschiedliche Fakoren v. Bakterien u. Viren - Die Bindung an die extrazelluläre Domäne v. diesen Rezeptoren führt zu einer Konfirmationsänderung wodurch das Signal im Zellinneren durch Signaltransduktionswege in einer Zellantwort umgesetzt werden kann - Bsp. Toll-Like-Rezeptor 4 erkennt das bakterielle LPS mit dem profaktor CD14 Die proinflammatorische Antwort - LPS = wichtiger, fieberauslösender Faktor gram-negativer Bakterien → LPS führt zu Aktivierung einiger Zytokine - Zytokine = Glykoproteine m. regulierender Funktion auf das Wachstum und die Differenzierung v. Zellen o Dazu gehören: Interferone, Interleukine, kolonie-stimulierende Faktoren, Tumornekrosefaktoren u. Chemokine Bsp. - LPS bindet an ein komplex an der Zelloberfläche, der aus toll-like- rezeptor-4, CD14 und einem LPS-Bindeprotein besteht → Signalwege der Genexpression u. Sekretion v. Interleukin 1, 8, 6 werden reguliert → diese locken andere Immunzellen an, Aktivieren Makrophagen, lassen B- und T-Zellen wachsen Phagozytose durch Fresszellen: wichtiger Prozess in Immunantwort - Phagozytose: Aufnahme v. Nahrungspartikeln u. kleineren Zellen ➔ Fresszellen phagozytieren Fremdzellen (bsp. Kokken) → Erkennung, Aufnahme u. Abtötung  - Bakterium wird v. Zelle gebunden - Aufnahme in intrazelluläres Vesikel (= Phagosom) - Phagosom verschmilzt m. Lysosom (=Vesikel m Verdauungsenzymen) - Enzymatischer Abbau der eingeschlossenen Teilchen - Abbauprodukte werden nach ausgeschieden Antigenpräsentierende Zellen - Monozyten - Makrophagen - Dendritische Zellen - B-Zellen ➔ Führen zur T-Zell-Aktivierung (wichtig f. Eliminierung des Eindringlings) Beim Verdauen des Keims bleiben kleine charakteristische Fragmente übrig, die man Antigene nennt → werden auf der Zelloberfläche präsentiert → Zellen wandern dann in die Lymphknoten und werden dort durch T-Zellen erkannt Adaptives Immunsystem - Zweit Teilsysteme: humorale (= vermittelt über nicht zelluläre Bestandteile d. Körperflüssigkeit) und zelluläre (=vermittelt durch zytotoxische T-Zellen) Immunantwort - Beide Teile sind adaptiv, d.h. sie können lernen, neue Erreger spezifisch zu erkennen → sind somit höchst effektiv - Aufbauen der adaptiven Immunantwort dauert etwas länger S. 65 VO 8 Antigen-Antikörper-Komplex B-Zellen produzieren Antikörper gg. die Erreger Antikörper = Proteine der Klasse Globuline (Immunglobuline), die in Wirbeltieren als Reaktion auf Antigene gebildet werden. Antikörper werden von einer Klasse von weißen Blutzellen (Leukozyten) produziert Antigene (Antibody generating) = Stoffe, an die sich Antikörper u. bestimmte Lymphozyten- Rezeptoren spezifisch binden Was passiert in einer Schnittwunde? 1. Verletzung: Bakterien dringen ein 2. Erste unspezifische Abwehr durch Defensine (in der Haut); Lysosym (im Gewebe) → effektiv gg. gram-pos. Bakterien, löst Murein auf; Plasmaproteine (im Komplementsystem, im Blut) 3. Phagozytose (=Aufnahme u. Verdauen) durch Fresszellen (neutrophile Granulozyten, Makrophagen, Monozyten), die durch Ausschüttung v. Zytokinen weitere Immunzellen anlocken 4. Makrophaen u. Monozyten präsentieren Antigene auf ihrer Oberfläche (MHC-Komplex) 5. Fresszellen wandern in den Lymphknoten u. präsentieren den wartenden T-Zellen ihre Antigene 6. T-Helferzellen aktivieren B-Zellen 7. B-Zellen gehen in die Blutbahn u. wandeln sich in Plasmazellen 8. Produktion u. Freisetzen v. Antikörpern 9. Antikörper binden Bakterien u. werden zerstört Keimreduktion Campylobacter Infektionskette - Übertragung durch Nutztiere, Kuhmilch, Oberflächenwasser, Trinkwasser, ungegartes Hühnchenfleisch - Cympylobacter jejuni: gram-neg. mikroaerophil - Entzündliche Durchfallerkrankung: Campylobacter Enteritis Salmonellen - Durchfallerreger: Salmonella enteritidis oder Salmonella typhimurium - Meist spontan ausheilend - Übertragung durch unsaubere Lebensmittel, Ausscheidungen, Oberflächenwasser, unhygiensich aufgetautes Geflügel, rohe Eier (Salmonellen auf der Schale) Haltbarmachung v. Lebensmitteln Einfluss d. Temperatur auf die Lebensfähigkeit eines mesophilen Bakteriums - Temperaturoptimum v. meosphile Bakterien: zw. 30 u. 40 Grad C - Keine gute tolleranz v. höheren Temp. Dezimale Reduktionszeit = Zeitspanne, nach welcher bei einer gegebenen Temp. nur noch 10% der ursprünglichen Population des Organismus lebensfähig sind. Bei Mesophilen - 70 grad, D = 3 min - 60 grad, D = 12 min - 50 grad, D = 42 min Termophile Bakterien können höhere Temp. für eine längere Zeitspanne ertragen → höhere dezimale Reduktionszeit Autoklav = Druckkessel → Sterilisation (Abtötung v. Bakterien) → durch Wasserdampf - Feststoffe müssen v. Flüssigkeiten getrennt werden Begriffe: - Desinfektion = gezielte Entkeimung; Maßnahme zur gezielten Verminderung der Keimzahl, die normalerweise nicht zur Sterilität führt; Keimreduktion um einen Faktor v. mind. 105 - Sterilisation = Abtötung v. Zellkulturen/Mikroorg./Pflanzen einschließlich deren Ruhestadien u. Dauerformen (Sporen); Reduktion der koloniebildenden Einheiten KBE um 106  - Inaktivierung = vollständige Zerstörung der Vermehrungs- und Infektionsfähigkeit sowie der Toxizität v. Mikroorg./Pflanzen/Tieren/Zellkulturen u. Zerstörung d. Toxizität ihrer Inhaltsstoffe Wirkungsmechanismen um Bakterien abzutöten - Häufig gezielte Schädigung der DNA → Schädigung d. Nukleinsäure durch chem. Agenzien (bsp. Ethylenoxid) bzw. physikalische Einwirkungen (UV-Strahlung, Gamma-Strahlung) - Zerstörung d. Raumstruktur v. Proteinen durch Hitze u. durch chem. Agenzien - Zerstörung d. Zytoplasmamembran durch Herauslösen v. Membranlipiden (durch 70%-gen Alkohol) Desinfektionsmittel: Physikalische Verfahren: Strahlung - Kurzwellige Strahlung: dient d. Desinfektion großer Flächen/Räumen (UV-Dekenlampe) - Radioaktivität: Sterilisierung v. medizinischen Einwegmaterialien u. v. Nahrungsmitteln → bei hoher dosis tötet gamma-Strahlung alle Organismen ab, ohne die Gegenstände selber radioaktiv zu machen → immer seltener wegen Entsorgungsproblem Dezimale Reduktionsdosis D10 → Dosis, die nötig ist, dass nur noch 10% überleben → schwangt bei versch. Organismen Antibiotika - Kl. Chemische Verbindungen → sehr wirksam - Gebildet v. Mikroorga. - Wirken in niedr. Konzentration auf andere Mikroorganismen o Wachstumshemmend (bakteriostatisch) o Abtötend (bakterizid)  - Pfeil → Zeitpunkt an dem das Antibiotikum wirkt Antibiothika Empfindlichkeit → Empfindlichkeit einzelner Bakteriengattungen ggüber Antibiotika Typ. Test: Minimale inhibitorische Konzentration (MIK) - Verdünnungs des Antibiotikums in Kulturmedium - Jedes Kulturröhrchen wird beimpft - Inkubation - Wachstum (erkennbar an der Trübung) ist in Röhrchen feststellbar, in denen die Antibiothikakonzentration unterhalb der MIK liegt ➔ Man bekommt dann die minimale Konz. wie stark das Antibiotikum sein muss Agrar Diffusionstest = Messung der antibiotischen Aktivität ➔ Zur Abschätzung der Antibiotikaempfindlichkeit - Bakterienkultur wird gleichm. Auf Nähragrar ausgebreitet - Filterplättchen mit versch. Antibiotika - Inkubation - Wirksamkeit zeigt dann hemmung des Bakterienwachstums Antibiotische Substanzen - Salvarsan (Arsenhaltige Verb.) → erstes wirksames Medikament zur Heilung v. Syphilis Arten v. Antibiothika Wirkungsweise d. antimikrobiell wirksamen chemotherapeutischen Hauptwirkstoffe - Versch. Antibiothika wirken auf versch. Zellbestandteile Zellwandsynthese - Es können hier oft spezifische Antibiotika entwickelt werden, weil sich der Zellwandaufbau v. Bakterien von dem der tier. Zellen unterschiedet → man möchte nicht den Wirt zerstören DNA-Gyrase - DNA kann nicht mehr entwunden werden; mRNA synthese ist nicht mehr möglich RNA-Elongierung wird unterbunden DNA anhängige RNA-Polymerasen werden blockiert Proteinbiosynthese unterbinden - 50 S-Einheit der Ribosomen wird blockiert - Oder 30 S-Einheit wird gestört - Oder tRNA wird blockiert, sodass es nicht mehr zu einer Proteinbiosynthese kommt Eingriff in Folsäurestoffwechsel Angriff v. Cytoplasmatischen Membranstrukturen Anti-mikrobielles Wirkungsspektrum - Es gibt keine Antibiotika die gg. Viren wirken Beta-Lactamatatibiotika: Penicilin u. Ampicilin - Ampicilin membrangängiger, da es eine OH-Gruppe mehr hat (kann somit auch in gram-neg. Bakterien gelangen) - Beide haben beta-Lactam-Ring → wird von D- Alanintranspepidase gebunden (=Enzym f. quervernetzung d. Peptidoglycane) → Peptidoglycan kann nicht mehr vernetzt werden → Bakterien platzen (stabile Zellwand kann nicht aufgebaut werden) Bakterien können sehr schnell gg. beta-lactan-antibiotika resistent werden ➔ Exprimierung einer beta-Lactamase (=Enzym, dass beta-lactan-ring aufspaltet) Wege der Inaktiverung v. Antibiothika (Bakterien arbeiten gg. Selektionsdruck) - Spaltung (dann ist es nicht mehr aktv) - Phosphorylierung (Streptomycin wird durch Kinase phosphoriliert → funktoniert nun nicht mehr) - Adenylierung - Acetylierung Bsp. f andere Antibiotika: Ciprofloxacin - Gut löslich, erreicht im Blut u. Gewebe klinisch verwertbare therapeutische Konzentrationen - Bei Harnwegsinfektionen u. Milzbrand (oft gg. Penicilin resistent) - Hemmt die bakterielle Gyrase (Replikation) Kanamycin - Wird häufig in Laboren f. Klonierung eingesetzt - Lagert sich an 30S Untereinheit v. Ribosomen → hebbt bakterielle Biosynthese Erythromycin - Hemmt den Elongationsfaktor während der Translokation bei der Proteinbiosynthese - Resistenz durch Veränderung an den bakteriellen Ribosomen durch eine Methylase Klinisch wichtige Antibiotika: Multiresistente Stämme - MRSA: methicillin resistente Staphylococcus aureus o Schwer zu behandeln o Gg. Methicilin resistent o MRSA stellt f. gesunde Personen kein Problem dar o MRSA-Träger sollten innigen Berührungskontakte meiden bei Kontakten m. offenen Wunden/Hautexzemen auch Pflegedienst Faktoren für den antibiotischen Therapieerfolg - In vitro Aktivität des Antibiotikums - Immunstatus des Patienten → es bleiben auch nach einer Antibiotikatherapie einige Bakterien übrig, die vom Immunsystem beseitigt werden müssen - Infektionslokalisierung → Je nach Ort der Infektion (z.B. Gehirn) kann das Antibiotikum besser oder schlechte eindringen Nebenwirkungen Biologische Nebenwirkungen - Soor (Pilzinfektion im Mund), andere Infektionen → Antibiotika eliminiert auch die gute Mikrobiota auf der Haut/im Darm - Pseudomembranöse Kolitis (Überwucherung v. Clostridien) → Membran des Darms wird geschädigt - Herxheimer Reaktion →anaphylaktischer Schock durch Toxine Allergische Reaktion Toxische Wirkung Isolierung u. Identifizierung v. Pathogenen Proben aus den oberen Atemwegen - Rachenabstrich, Nasenhöhlenabstrich, Nasenabstrich Bunte Reihen - Bestimmung v. Bakterien durch bestimmte Enzymaktivitäten, Substrate, Gasbildung Serologische Methoden - Nachweis Erreger-spezifischer Antikörper (Infektionsdiagnostik, Immunstatus) - Nachweis Erreger-spezifische Antigene (Kulturen/Erregertypisierung, direkt im Untersuchungsmaterial) ELISA-Test - Befinden sich um zu untersuchenden Material (Sekrete, Serum) Partikel des Erregers (Viren, Bakterien) EIA (Enzyme Immunoassay) Testprinzip Western Blot Bakteriologisch-serologische Diagnostik Pro: - Einfache Probegewinnung - Möglichk. Der gleichzeitigen Durchführung vieler Tests - Standartisierte u. automatisierbare Methoden vorhanden - Rasche Befunderstellung - Sinnvoll, wenn direkter Erregernschweis schwierig/nicht mögl. Contra - Ergebnisinterpretation schwieriger als in Virologie - Bakterien sind komplexe Organismen u. induzieren vielfältiger Immunantwort - Einzelwerte oft schwierig interpretierbar - Teilw. Wenig aussagekräftige Studien vorhanden - Kommerziell erhältliche Tests oft unzureichend definidert u. validiert