Mikrobiologie

Die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Wellenlänge (Licht/Elektronen/Teilchenstrahlen)

Nukleotid: Ort in der Zelle wo sich die prokariotische Erbinformation befindet.

Cytoplasma: Das Zellinnere, wässrige Flüssigkeit in dem sich Proteine, Nukleinsäuren und diverse Metaboliten befinden und als Reaktionsmischung für metabolische Reaktionen dient.

Cytoplasmamembran: Eine premeabilitätsbarriere zwischen dem Zellinneren und dem Zelläusseren.

Zellwand: Umgibt die Cytoplasmamembran und gibt der Zelle Struktur und Halt und schützt sie vor der osmotischen Lyse.

Ribosome: Ein Protein/Nukleinsäurekomples, welcher für die Translation der mRNA verantwortlich ist.

Plasmid: Meist zirkuläre nicht chromosomale DNA Moleküle, welche Gene enthalten, die nicht essenziell sind unter "Normalbedingungen".

Es gibt 3, Die Bacteria, die Archaea und die Eukarya

Bacteria und Archaea sind beide Prokaryoten, haben keinen Zellkern. Sie unterscheiden sich in vielen Apsekten. z.B. im Aufbau der Cytoplasmamembran, die Zellwand und viele Aspekte der Molekularbiologie.  

Eukaryoten haben einen Zellkern, und mehrere membrangebundenen Organellen (ER, Mitochondrien, ...)

Vieles deutet daraug hin, dass die Aukarya aus dem Archaea hervorgegangen sind.

Morphologie (Koken, Stäbchen, Spirillen, Streptokoken, ...)

Metabolismus (phototroph, chemoorganotroph, chemolitotroph, autotroph, heterotroph, aerob, Anaerob)

Pathogenität (pathogen, nicht pathogen)

Zellgrösse (von weniger als einem Mikrometer bis zu fast einem Milimeter)

Zellwand (gram-positiv, gram- negativ)

Das Verhältniss von Oberfläche zum Volumen ist grösser bei kleineren Zellen, so ist es ihnen möglich schneller zu wachsen und sich schneller zu teilen und andere MO zu verdrängen, wärend frosse MO mehr Nahrung brauchen um zu wachsen und sich teilen zu können. Zu dem können sich kleinere MO durch ihre hohe Teilungsrate schneller an die Umgebung anpassen und evolvieren.

Lipide der Archaea enthalten Estherbindungen anstatt Esterbindungen.

Sie enthalten auch keine echten Fettsäuren sondern sogenannte Phytanylgruppen, eine aus Isopren-Einheiten aufgebaute verzweigte Verbindung, welche 20 Kohlenstoffatome enthält. Manche besitzen sogar eine Lipidmonoschicht aus 40 Kohlenstoffatome (Diglycerintetraether), statt eine Lipiddoppelschicht.

Permeabilitätspbarriere, die das Eindringen und Auslafen von Beastandteilen in die Zelle hinein oder aus der Zelle heraus kontrolliert. (Auslaufen der Zelle berhindert, selektiver Transport ermöglicht.)

ZUsätzlich dient sie als Anker für Proteine (z.B. Katalyse, transport, Rezeptoren) und zur Energiespeicherung. 

Er ist wichtig, um selektiv Moleküle (Nährstoffe) in der Zelle anzureichern und gleichzeitig toxische SUbstanzen oder Abfallprodukte aus der Zelle zu transportieren. 

Es gibt 3 wichtige Transportsysteme 

Einfacher Transport: Die Energie für den Transport wird aus einem Konzentrationsgradienten gewonnen. Es gibt 3 verschiedene Typen:
Uniporter, transportiert das Substrat in Richtung des Gradienten.
Symporter: wird das Substrat gegen den Konzentrationsgradienten transportiert (wärend meist ein Proton in die Gegenrichtung befördert wird). 
Antiporter: Substrat gegen die Richtung des Konzentrationsgradienten transportiert, die Energie wird aus dem Transport eine Moleküls in die entgegengesetzte Richtung gewonnen (auch häufig ein Proton).

Gruppentranslokation: die transportierte Verbindung wird beim Eintritt in die Zelle phosphoryliert. 

ABC-Transport: bestehen aus extrazellulären Substratproteinen, welches eine hohe Affinität für das zu transportierende Substrat hat, einem Transmembranprotein, welches die Membran durchspannt und einer ATP-Bindekasette. DAS Substratbindeprotein kann das Substrat binden und danach mit einem Transmembranprotein interagieren. Durch Hydrolise von ATP wird das Substrat dann ind ie Zelle transportiert.

Sie schützt die Zelle vor der Lyse durch den osmotischen Druck (Turgor).

Viele Bakterien leben in Habitaten die hypotonischer sind als ihr Cytoplasma. Ohne Zellwand würde das eindringende H2O sie zum Platzen bringen.

Gram-positive und Gram- negative

Bakterien, die in isotonsicher Umgebung leben. (z.B: in anderen Zellen)

Zelleinschlüsse dienen als Energiereserven und werden angelegt, wenn ein Rohstoff im Überfluss vorhanden ist um in Zeiten eines Mangels wieder abgebaut und verwendet zu werden.

Glykogen ein Polymer aus Glukose

Polyhdroxyalkanoate (lineare Poly-β-Hydroxybuttersäure/PHB) als Kohlenstoffspeicher

Polyphosphat-Granula, anorganisches Phosphat

Schwefelglobuli, elementarer Schwefel

Stark differenzierte Bakterien- oder Pilzzellen, die extrem hitzeresistent und wiederstandsfähig gegen aggresive Chemikalien und Strahlung sind.

Es sind Überdauerungsformen in Zeiten ungünstiger Wachstumsbedingungen (Temperaturextreme, Trockenheit, Nährstoffmangel), welche metabolisch inaktiv sind.

Dadurch können sie über mehrere Jahrzente-Jahrmillionen überleben.

Dem Wechsel vom vegetativem Wachstum zur Sporulation liegen viele genetisch gesteuerte Veränderungen in der ZElle zu Grunde (Genespression) als Reaktionen auf Umweltsignale.

Durch schwimmen oder gleiten

Schwimmen: Geisseln die durch Rotationsbewegungen, welche über die protonemotorische Kraft angetrieben wird, ihre Richtung und Schnelligkeit ändern können (CW,CCW, vorwärts, rückwärts, taumeln)

Gleiten: auf festen Oberflächen entweder durch Ausscheidung von Polysaccharidschleim (durch schleimabsondernde Poren auf der Zelloberflläche) oder durch Proteinafhäsionskomplexe (aus spezifischen Bewegungs- und Gleitproteine). die Energie wird ebenfalls aus der Protonenmotorischen Kraft gewonnen.

Chemotaxis: Reaktion auf Chemikalien

Phototaxis: Reaktion auf Licht

Aerotaxis: Reaktion auf Sauerstoff

Magnetotaxis: Reaktion auf Magnetfeld

Hydrotaxis: Bewegung in Richtung Wasser

Osmotaxis: Reaktion auf Konzentrationen hoher Ionenstärke

Makronährstoffe, werden in grossen Mengen benötig sind essenziell für alle Oragnismen udn Hauptbestandteile der Makromoleküle (Proteine, Nukleinsäuren und Lipide). DIe Nährstoffe sind: C, H, O, N, P, S. 

Mikronährstoffe, werden in kleinen Mengen benötigt, z.B. Eisen, Selen, Mangan, Kupfer (Spurenelemente). Sind oft notwendig für die Funnktion von Makromolekülen, sind daher Cofaktoren in Enzymen. Sie sind für viele MO essenziell, auch wenn sie nur in kleinen Mengen benötigt werden.

Ein Enzym ist ein Protein (selten auch RNA) welches eine Reaktion katalysiert. Können die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen. DIe Reaktionsgeschwindigkeit wird in beide Richtungen (Hin- und Rückreaktion) gleich beeinflusst, deshaln können sie nie das Gleichgewicht einer Reaktion verschieben. Ein Enzym/ KAtalysator setzt die AKtivierungsenergie einer Reaktion herab. 

ATP, für kurzfristige Energiespeicherung, KE basiert auf Verbindungen welche bei der Hydrolyse viel Energie freisetzen. DIese Moleküle sind oft nicht stabil und darum nicht für LE geeignet. 

Die Menge von ATP die täglich gebraucht wird macht beinahe die Hälfte unseres Köprergewichtes aus. Eine solche Menge ATP wäre nicht speicherbar. 

Stärke, für langfristige Energeispeicherung, können nicht direkt als Energiequelle für Reaktionen genutzt werden. Durch ihren Abbau werden kurzfristige Energiespeicher wie ATP hergestellt.

Der Katabolismus umfasst alle Reaktionen, die zur Energiegewinnung dienen, also die Reaktionen die MArkomoleküle in ihre Bausteine abbauen um Energie zu gewinnen. 

Chemoorganotroph (organischer Kohlenstoff) - immer heterotroph

Chemolitotroph (anorganische Substanzen, z.B.Fe, H2,...)
Phototrophe (Licht) - beide können autotroph sein, sind nicht auf eine andere Kohlenstoffquelle angewiesen als C02.

Enzym, dass (häufig) Phosphargruppen vom ATP auf ein Substrat überträg oder (selten) die Phosphatgruppen vom Substrat auf das ATP.

Bei der Oxidation von Glukose werden Reduktionsäquivalente gewonnen (NADH und FADH2). Diese speisen Elektronen in die Elektronentransportkette ein (NADH beim Komplex I, FADH2 beim Komplex II). Die Elektronen werden von Redoxpaar zu Redoxpaar weitergegeben, bis sie im Komplex IV auf den terminalen Elektronenakzeptor übertragen werden (Sauerstoff). Die dabei freigesetzte Energie wird genutzt, um Protonen aus der Zelle zu Pumpen. Dies führt zu einer Abnahme der Protonenkonzentration in der Zelle (pH steigt an). Zusätzlich zum Konzentrationsgradienten über die Membran, entsteht auch ein Spannungsgradient (die Membran ist elektrisch geladen). Der elektrochemische Gradient zusammen mit dem Konzentrationsgradienten werden als protonenmotorische Kraft (pmf) bezeichnet. Die Protonen fliessen durch die ATP-Synthetase zurück in die Zelle, die
dabei freigesetzte Energie wird zur Synthese von ATP aus Phosphat und ADP genutzt.

Sie gewinnen beide Energei durch die Oxidation von chemischen Verbindungen. Elektronen werden in die Elektronentransportlette enigespiesen und aeinen tterminalen Elektronenakzeptro übertragen (oft Sauerstoff).

Der Haupt-Gruppenunterschied ist der Elektronendonor:
- Kohlenstoff bei den Chemoorgaganotrophen
- anorgansiche Substanzen bei den Chemolitotrophen.

Auch phototrophe Organismen gewinnen Energie durch das Übertragen von Elektronen von einem Redoxpaar zum nächsten. Bei den Phototrophen ist dieser Elektronenfluss oft zyklisch, sprich Elektronendonor und Akzeptor sind identisch. Damit das funktionieren kann, wird die Energie von Licht genutzt. Lichtenergie versetzt den Elektronendonor in einen angeregten Zustand, was diesem ermöglicht ein Elektron abzugeben. Dadurch entsteht ein Elektronenloch auf dem Donor und er wird
zum Elektronenakzeptor.

Unter Anabolismus werden die Reaktionen zusammengefasst, welche zum Aufbau von Zellmaterial genutzt werden.

Proteine: Aminosöuren, Produkte aus der Glykolyse, dem Citratzyklus und Ammoniak.

Polysaccharide: diverse Zucker, Glucose wird in der Gluconeogenese aus Phosphoenolpyruvat hergestellt, durch Modifikation von Glucose können andere Zucker hergestellt werden.

Nukleinsäuren: Nukleotide (wiederum aus Nukleobasen und Ribose/Desoxyribose aufgebaut), Nukleobasen haben ihre Atome aus verschiedennen Quellen (Aminosäuren, Ammoniak, CO2 und Folsäure)

Bei der Glukoneogenese wird Glukose hergestellt. Ausgangsverbindungen sind verschiedene C2, C3,C4 und C5 Verbindungen, welche in den Citratzyklus eingespeisst werden.

Dort entsteht Oxalacetat als Zwischenprodukt, welches zu Phosphoenolpyruvat umgewandelt wird. Von diesem Punkt wird einfach die Glykolyse in der umgekehrten Richtung durchgeführt um Glukose herzustellen.

Kohlestoffgerüste: Zwischenprodukte aus der Glykolyse und dem Citratzyklus

Aminosäuren und Aminogruppen: Stickstoff vom Ammoniak, welches ine ienr Reaktion mit α-Ketoglutarat und NADH zu Glutamat reagiert. Stickstoff wird danach durch Transaminasen auf Vorläufer der anderen Aminosöuren übertragen.

Der Baustein ist Malonat (3 Kohlenstoff Atome), eines geht in Form von CO2 verloren, also wird die Kette immer um 2 Kohlenstoffatome verlängert.

Eine gesättigte Fettsäure enthält nur kommplett reduzierte Kohlenstoffatome in der Kohlenstoffkette. Eine ungesättigte Fettsäure enthält mindestens eine Doppelbindung.

Die Aktivität von Enzymen muss reguliert werden, damit Metaboliten nur dann produziert werden, wenn sie benötigt werden. Somit werden keine Energie und Ressourcen verschwendet.

Enzyme können durch einen Feedbackmechanismus reguliert werden. Das Endprodukt des metabolischen Weges kann die Enzyme dieses Weges inhibieren (Kompetitive oder allosterisch). Die Aktivität von Enzymen dieses kann auch durch ihre Kontentration reguiliert werden. Wenn ihre Kontentration tief ist, wird die Reaktion langsamer.

Die Menge wird einerseits über den Abbau des Enzyms gesteuert, anderseits über die Regulation der Genxpression.

Der letzte Schritt der Zellwandsynthese wird als Transpeptidierung bezeichnet.

Zu diesem Vorgang gehört die Bildung von Peptidoglykanquerverbindungen zwischen Muraminsäureresten in benachbarten Glykanketten. Zu Beginn der Transpeptidierung liegen zwei D-Alaninreste am Ende des Peptidoglykanvorläufers vor, eines davon wird während der Transpeptidierungsreaktion abgespalten. Diese Reaktion ist exergon und liefert die nötige Energie, um die Reaktion anzutreiben, da die Transpeptidierung außerhalb der Cytoplasmamembran stattfindet, wo kein ATP zur Verfügung steht). Bei E. coli ist das Protein FtsI das Schlüsselprotein des Transpeptidierungsvorgangs im Zellteilungsseptum, während ein anderes Transpeptidaseenzym an anderen Stellen in der wachsenden Zelle Peptidoglykan quervernetzt. Bei grampositiven Bakterien, bei denen häufig Glycininterpeptidbrücken vorkommen, erfolgt die Quervernetzung über die Interpeptidbrücke, normalerweise über ein L-Lysin von einem Peptid
mit einem D-Alanin des anderen Peptids.