Mikrobiologie 1
bis zur dritten Woche der VO von Prof. Fröhlich
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Lernkarten
Okular, Objektiv, Objekttisch, Sammellinse, Kondensator, Fokussierknöpfe, Lichtquelle
1000x
Bezeichnet die Unterscheidbarkeit feiner Strukturen - der kleinste noch wahrnehmbare Abstand zweier punktförmiger Objekte Das Auge kann bis 200µm = 0,2mm auflösen mit dem Mikroskop knapp unter 200nm
Auflösungsgrenze wegen Wellenlänge des Lichts Auflösung d = lambda/2xA A=numerische Apertur A = n * sin(sigma) = max 1,4 n = Brechzahl des Mediums (zw. Deckglas und Frontlinse des Objektivs) sigma = halber Öffnungswinkel
Widerlegte mit einem Sterilgefäß die Idee der spontanen Entstehung von Mikroorganismen
4 Schritte zum Beweis, dass ein bestimmter Mikroorganismus wirklich Ursache einer Krankheit ist: - Isolierung aus dem kranken Organismus - Kultivierung außerhalb des Organismus - Infektion durch den kultivierten Mikroorganismus - aus dem neu infizierten, kranken Organismus läßt sich der Erreger reisolieren (Notwendig dazu sind Reinkulturen!)
Ein Stoff der oxidiert wird gibt Elektronen ab Elektronenaufnahme entspricht einer Reduktion da beide Vorgänge immer kombiniert ablaufen spricht man von Redox-Reaktion
...ein Coenzym (kleines Hilfsmolekül eines Enzyms) übertragen werden die Elektronen meist zusammen mit H+, was Effektiv zum Transfer von Wasserstoff-Atomen, oder bei 2-Elektronen, zu H- führt.
Hat (mindestens) eine Aminogruppe (-NH2) und eine Carboxygruppe (-COOH)
2 Aminosäuren werden mittels Peptidbindung verknüpft - entspricht einer Amidbildung - zwischen den Resten werden die Aminosäuren zu langen Ketten verknüpft (kurze heißen Peptide) Proteine sind als Enzyme die Maschinen der Zellen, andere bilden das Gerüst der Zelle.
hydrophile (saure, basische, neutrale) hydrophobe (aliphatische, aromatische)
Bestehen aus Ketten von Aminosäuren
Bestehen aus Ketten von Nukleotiden
Purin- oder Pyrimidinbasen Purine ([Adenin] oder {Guanin}) paaren mit Pyrimidine ([Thymin(DNA)/Uracil(RNA)] oder {Cytosin}) Die Paarung erfolgt über Wasserstoffbrücken
Base - Nucleosid - Nucleotid Adenin - Adenosin - Adenosinmonophosphat Thymin - Thymidin - Desoxythymidinmonophosphat Uracil - Uridin - Uridinmonophosphat Cytosin - Cytidin - Cytidinmonophosphat Guanin - Guanosin - Guanosinmonophosphat * Achtung: Guanidin ist etwas ganz anderes!
5-C Zucker (Ribose (RNA) oder Desoxyribose (DNA))
>Nukleotidbase und >Pentose
>Nukleosid >Phosphorsäurerest -------------bzw >Nukleotidbase und >Pentose >Phosphorsäurerest
Zucker und Phosphat sind über eine Ester-Bindung miteinander verbunden. Dabei ist die OH-Gruppe des C5'-Atoms des Zuckers mit einem Phosphat-Rest verestert. Das in dem Strang folgenden Zucker-Molekül ist nun mit seiner OH-Gruppe des C5'-Atoms mit demselben Phosphor verestert. Es kommt somit zur Ausbildung von Phosphordiestern1). Man spricht von Phosphordiester-Brücken. Die Bildung dieser Brücke zwischen der 3'-Hydroxy-Gruppe des einen Zuckers und der 5'-Hydroxy-Gruppe des folgenden Zuckers ist der wesentliche chemische Schritt bei der Polymerisation während der Replikation und der Transkription.
In der Biochemie wird eher die Größe in Dalton (Atomgewicht H) an Bei Nukleinsäuren ist es dagegen gebräuchlicher, die Anzahl der Nukleotide als die Grundeinheit der Information (sozusagen das Byte der Zelle) anzugeben. Da bei der DNA die Nukleotide im Doppelstrang gepaart sind, spricht man hier von "Basenpaaren" (kBp, MBp). (RNA: Basen, Kilobasen)
Weitere Aufgabe der Nukleinsäuren -> Energiewährung Adenosintriphosphat - Die Energie steckt in den beiden Säureanhydridbindungen zw den Phosphorsäureresten nach der ersten Abspaltung entsteht ADP (...diphosphat) nach der zweiten Abspaltung AMP (...monophosphat)
NAD+
Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid ist das wichtigste Coenzym bei Redoxreaktionen NAD+ kann durch Aufnahme von 2 Elektronen (e-) und 1 Proton (H+) zu NADH reduziert werden (es überträgt also formal ein Hydridion) NADH ist die reduzierte Form. Bei der Oxidation von Ethanol mit NAD+ zu Acetaldehyd wird der Wasserstoff simultan als Hydrid-Ion (H-) und als Proton (H+) abgespalten. CH3CH2OH + NAD+ <-> CH3CHO + NADH + H+ (zuerst lagert sich N am H-O an und ein H+ wird abgespalten (und geht irgendwo anders hin...) dadurch klappt die Bindung vom O zum C um und wird zur Doppelbindung, wodurch das gegenüberliegende H mitsamt seinem Elektron als H- abgespalten wird -> dem gegenüber wartet, sterisch optimal, schon der andere Ring vom NAD mit einem positivierten C Atom und nimmt es auf. Am Ring klappt dann die Doppelbindung vom Ring-C-Atom und dem gegenüberliegenden vorher positiven N-Atom um. Diese ganze Reaktion wird vom (dazu relativ großen) Enzym ADH (enthält Zn und S) katalysiert) NAD+ dient dem Organismus meist als Oxidationsmittel. Daher ist das Verhältnis NADH/NAD+ klein (<<1) NADH wird im Katabolismus aus Glykolyse und Citratzyklus gewonnen und in der Atmungskette (zu NAD+) oxidiert, um ATP zu erzeugen. Bei ihrer Oxidation gibt sie die zuvor im katabolen Glucose- und/oder Fettstoffwechsel aufgenommenen Elektronen wieder ab und überträgt sie so auf Sauerstoff. Dabei entstehen schließlich NAD+ und Wasser.
Als Reduktionsmittel kommt aber vor allem NADPH zum Einsatz. Daher ist das Verhältnis NADPH/NADP+ groß (>>1) (reduzierte zu oxidierter Form) NADP besitzt am 2'C-Atom der Ribose einen weiteren Phosphatrest. NADPH fungiert im Anabolismus als Reduktionsmittel, es dient in der reduzierenden Biosynthese (zB bei der Fettsäuresynthese von NADPH zu NADP+oxidiert) als Lieferant von Elektronen und Protonen. Gebildet wird NADPH zB bei grünen Pflanzen in der Photosynthese ansonsten u.a. beim Citrat-Shuttle.
# eine chemische Reaktion, bei der Wassermoleküle unter Bruch einer (H–O)-Bindung an ein Substrat addiert werden # Anlagerung von Wasser an Ionen oder im Kristallgitter # Addition von Wasserstoff an ein Substrat
Ergosterol ist ein Vertreter der Lipidklasse der Steroide, die bei den Eukaryonten wichtige Membranlipide sind und dieser kompakter machen. Zur Biosynthese von Steroiden aus dem linearen Squalen ist molekularer O2 notwendig
Bakterien synthetisieren stattdessen aus Squalen (ungesättigte Verbindung aus der Gruppe der Triterpene, die von allen höheren Organismen produziert wird) die strukturell sehr ähnlichen Hopanoide (membranverstärkende Moleküle. Sie bestehen aus 4 Sechsringen, einem Fünfring sowie Resten unterschiedlicher Kettenlänge. Sie besitzen damit eine strukturelle Ähnlichkeit zu Steroiden), zu deren Bildung kein Sauerstoff nötig ist.
Phosphate außen - Fettsäureschwänze innen - Fettsäureschwänze innen - Phosphate außen Die meisten Membranen sind so aufgebaut (außer Archaeen) - deshalb spricht man von der Einheitsmembran
ist eine schleimige oder gummiartige Schicht die viele Bakterien umgibt (sowohl grampositive wie gramnegative). Wenn sie dünn ist sagt man Schleimschicht wenn sie dick ist Kapsel (kann dicker als Zelle selbst sein) diese lassen sich schlecht anfärben (Umgebung wird gefärbt = Negativfärbung) Besteht aus Polysacchariden, wirkt schützend (Austrockung, Fraß) und für Verankerung an Oberflächen (weil klebrig, zB an Zähnen)
von innen nach außen: Cytoplasmamembran Periplasma Zellwand äußere Membran
von innen nach außen: Cytoplasmamembran dicke Zellwand
haben nur Cytoplasmamembran (entfärben sich in der Gramfärbung auch) da sie keine Zellwand haben müssen sie innen den gleiche Druck wie ihre Umgebung haben (isoton)
die Phospholipid-Doppelschicht beinhaltet des weiteren: Lipide: Phosphatidylethanolamin (75%), Phosphatidylglycerol (18%), Cardiolipin (5%) Fettsäuren: Palmitinsäure (gesättigt) (43%), Palmitoleinsäure (einfach ungesättigt) (33%), cis-Vaccensäure (25%)
nur einige Stoffe können die Membran durchdringen - sie ist semipermeabel ("halb"-durchlässig) Hydrophobe Stoffe (weil sie sich in der Membran lösen) Wasser, CO2, O2 und Ethanol nicht aber Ionen, Kohlenhydrate, Proteine, ... weshalb es dafür eigene Transporter (allgemeine und spezifische) in der Cytoplasmamembran gibt
Das eintransportierte Molekül wird gleichzeitig chemisch verändert (zB Glucose wird Phosphoryliert). Dadurch kann es nicht wieder austreten und ist gleichzeitig für Weiterreaktion vorbereitet. Gruppentranslokation ist eine Form von aktivem Transport und kommt nur bei Bakterien vor.
Diffusion bis zum Fließgleichgewicht. Es kann trotzdem zu Konzentrationsunterschieden kommen wegen der Semipermeablen Schicht (Osmose) bis der Innendruck dem Osmotischem Druck entspricht. (außer bei Mycoplasmen, da diese ja keine Zellwand haben würden sie platzen, diese müssen einen isotonen Zustand anstreben) Auch Moleküle die eigentlich nicht durch die Membran kommen unterliegen dem Fließgleichgewicht wenn es für sie Poren gibt - ebenfalls passiver Transport bzw erleichterte Diffusion genannt. Bindeproteine lassen gezielt bestimmt Moleküle passieren. Transportproteine ermöglichen aber nicht nur passiven gleichzeitigen Transport eines anderen Moleküls (H+, Na+, K+) mit dem Konzentrationsgradienten (dieses kann parallel zum ersten (Symport) oder in Gegenrichtung (Antiport) wandern) sondern auch aktiven Transport (gegen Konzentrationtsgradienten) um Moleküle im Zellinneren anzureichern. Dazu ist Energie notwendig - entweder durch ATP Spaltung (oder Gradientenabbau?)
Uniport Symport Antiport
Eukaryonten können an ihrer Außenmembran Vesikel ins Zellinnere abschnüren = Endocytose und so kleine Tropfen "trinken" = Pinocytose oder zB Bakterien fressen = Phagocytose Umgekehrt könne sie so auch Stoffe aus der Zelle nach außen ausschütten = Exocytose
Als Endozytose bezeichnet man einen Einstülpungsvorgang der Biomembran, bei dem sich eine Einzelzelle, bestimmte darin gelöste Substanzen, Makromoleküle oder größere Nahrungsteilchen bis hin zu kleineren anderen Zellen, einverleibt. Am Ende des Einstülpungsvorgangs wird ein sogenanntes Endosom ins Zellinnere abgeschnürt bzw. abgestoßen und ist jetzt Teil des Endomembransystems. So nimmt die Zelle einen Teil des sie umgebenden Mediums in ihr Inneres auf.
Als Pinozytose („Zelltrinken“) bezeichnet man die Aufnahme von kleineren Flüssigkeitsmengen und darin gelösten Substanzen aus dem Umgebungsmedium einer Zelle in ihr Inneres. Die Aufnahme in das Zellplasma erfolgt in Form von Vesikeln (Bläschen) von maximal 150 nm Durchmesser. Bei Aufnahme fester Stoffe spricht man stattdessen von Phagozytose, der Oberbegriff für beide Vorgänge heißt Endozytose.
Phagozytose bezeichnet die aktive Aufnahme von Partikeln (bis zu kleineren Zellen) in eine einzelne eukaryotische Zelle (als Form der Endozytose).