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Kapitel 10

Mikrobiologie

Mikrobiologie

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Karten 58
Sprache Deutsch
Kategorie Biologie
Stufe Universität
Erstellt / Aktualisiert 08.02.2025 / 16.02.2025
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Nenne zwei lichtsensitivie Pigmente die in der Photosynthese von phototrophen Organismen eine Rolle spielen

Chlorophylle: in Pflanzen Algen Cyanobakterien (Chlorophyll a b und d) / Bakteriochlorophyll: in anoxygenen Phototrophen

Beschreibe die Funktion der Reaktionszentren im Vergleich zu den Lichtsammelpigmenten

Reaktionszentren: nur wenige Pigmente innerhalb Photokomplexe direkt an Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie beteiligt. Pigmente befinden sich in Reaktionszentren wo entscheideneder Schritt der Photochemie abläuft / Lichtsammelpigmente: umgeben Reaktionszentren und dienen der Sammlung von Lichtenergie. Sie übertragen gesammelte Energie effizient an die Pigmente im Reaktionszentrum um den Photosyntheseprozess zu unterstützen
Erkläre die Funktion der Lichtsammelpigmente (Antennenpigmente) in phototrophen Organismen. Begründe warum ihre Existenz besonders unter Bedingungen niedriger Lichtintensität von Vorteil ist

Lichtsammelpigmente sammeln Lichtenergie. Sie leiten diese effizient an Reaktionszentren weiter und erhöhen dadurch insbesondere bei niedriger Lichtintensität die effektive Konzentration der Lichtenergie

Wo befinden sich die photosynthetischen Membranen in Eukaryoten und Prokaryoten?

Eukaryoten: Chloroplasten / Prokaryoten: Zellmembran

Wo sind bei Purpurbakterien die Photosynthesepigmente eingelagert?

In Chromatophoren und Lamellen (durch Einschnüren der Cytoplasmembran entstandene Membransysteme)

Was sind Chlorosomen?

spezielle Antennensysteme in bestimmten Bakterien die Bakteriochlorophyll enthalten
Wie leiten Chlorosomen das Licht an das Reaktionszentrum weiter?

Pigmente sammeln Licht und leiten es über das FMO-Protein an das Bakteriochlorophyll a im Reaktionszentrum weiter. Dort wird die Lichtenergie für die Photosynthese genutzt

Welche akzessorischen Pigmente kommen in phototrophen Organismen zusätzlich zu Chlorophyll und Bakteriochlorophyll vor?

Carotinoide / Phycobiline

Welcher Prozess ermöglicht es Purpurbakterien Elektronen gegen den thermodynamischen Gradienten zu bewegen um NAD+ zu NADH zu reduzieren? Welcher Mechanismus treibt diesen Prozess an?

der reverse Elektronentransport / durch protonenmotorische Kraft angetrieben

Erkläre Unterschiede im Elektronenfluss zwischen oxygener und anoxygener Phototrophie basierend auf den verwendeten Elektronendonatoren und den jeweiligen Elektronentransportmechanismen.

Elektronenfluss: Z-Schema (oxygen) zyklische Photophosphorylierung bzw. reverse Elektronentransporte (anoxygen) / Elektronendonator: Wasser (oxygen) Schwefelwasserstoff bzw. andere anorganische Verbindung (anoxygen) / Produkte: Sauerstoff (oxygen) Schwefel (anoxygen)
Beschreibe Gemeinsamkeiten von oxygener und anoxygener Phototrophie.

CO2 wird in Kohlenhydrate umgewandelt / CO2-Fixierung / ATP-Generierung / Licht dient als Energiequelle

Was ist die Hauptfunktion von Carboxysomen in autotrophen Prokaryoten?

Konzentration von CO2 zur Unterstützung der RubisCO-Aktivität

Welche 6 Stoffwechselwege sind an der CO2-Fixierung beteiligt?

Calvinzyklus / reverser Citratzyklus / 3-Hydroxypropionat-Bizyklus / 3-Hydroxypropionat- bzw. 4-Hydroxybutyrat-Zyklus / Dicarboxylat- bzw. 4-Hydroxybutyrat-Zyklus / reduktiver Acetyl-CoA-Weg

Was bedeutet Stickstofffixierung?

viele Bakterien und Archaeen können durch Stickstofffixierung molekularen Stickstoff in Ammoniak bzw. Ammonium umwandeln
Welche Methode wird häufig zur Messung der Nitrogenase-Aktivität verwendet?

Acetylen-Reduktionstest

Wie kann durch den Acetylen-Reduktionstest die Nitrogenase-Aktivität gemessen werden?

Nitrogenase kann nicht nur N2 zu Ammoniak oder Ammonium reduzieren sondern auch Acetylen zu Ethylen / Messung von Ethylen anschließend mittels Gaschromatographie / indirekte Bestimmung der Nitrogenase-Aktivität

Beschreibe die einzelnen Schritte der Zellatmung im Hinblick auf den Transport und die Übertragung von Elektronen.

Elektronendonoren (elektronegativ) werden bei der Atmung oxidiert / Elektronen fließen durch Elektronentransportkette zu einem elektronegativeren Akzeptor / Elektronenfluss erzeugt protonenmotorische Kraft (PMK) / ATP-Synthese durch Ionen-Gradient und Aktivität der ATP-Synthase

Welche chemische Verbindung kann als Elektronenakzeptor verwendet werden wenn H2 als Elektronendonator dient und warum? Wähle eine Verbindung aus.

verschiedene Chemikalien können abhängig von ihrem Reduktionspotential als Elektronenakzeptoren dienen / Nitrate (haben hohes Reduktionspotential - werden häufig zu NO2- bzw. NH4+ reduziert) / Sulfate (niedriges Reduktionspotential - werden zu Sulfiden reduziert) / Kohlendioxid (wird in methanogenen Prozessen zu Methan reduziert) / Metallionen z.B. Fe2+ (können als Akzeptoren dienen wenn das Reduktionspotential ausreichend ist) / Verbindungen können Elektronen aufnehmen da Reduktionspotential hoch genug um Elektronenfluss zu ermöglichen
Was unterscheidet assimilatorischen von dissimilatorischen Stoffwechsel?

assimilatorisch: Energie wird verbraucht um anorganische Verbindungen (NO3- CO2) für Biosynthesen zu reduzieren und in Makromoleküle einzubauen / dissimilatorisch: reduziert große Mengen des Elektronenakzeptors wobei das reduzierte Produkt (N2 CH4) als kleines Molekül ausgeschieden wird (anaerobe Atmung)

Nenne drei Substanzen die im mikrobiellen Metabolismus als Elektronenakzeptoren die Funktion von O2 übernehmen können

NO3- / S0 / SO4 2-

Nenne fünf Substanzen die im mikrobiellen Metabolismus als Elektronendonator fungieren können

H2O / H2 / H2S / Fe2+ / NH4+

Beschreibe den Unterschied zwischen oxygener und anoxygener Phototrophie

oxygen: Reduktionskraft stammt aus H2O (Produktion von O2) / anoxygen: Reduktionskraft stammt aus H2S (Produktion von SO4 2-)
Welche physiologische Rolle spielt der Calvin-Zyklus in der Photosynthese?

wandelt CO2 aus der Luft in organische Verbindungen um (insbesondere in Zucker wie Glucose) die als Energiequelle und Bausteine für Zellen dienen) / trägt damit zur langfristigen Speicherung von Energie bei / ermöglicht die Bildung von Kohlenhydraten die in verschiedenen biologischen Prozessen wie Zellwachstum und Energiegewinnung genutzt werden

Welches Enzym katalysiert folgende Reaktion in hydrogenotrophen Bakterien? H2 + 1/2 O2 > H2O (∆G = -237 kJ)

Hydrogenase

Welche physiologische Rolle spielt das Sox-System?

oxidiert reduzierte Schwefelverbindungen zu Sulfat

Welche charakteristischen Eigenschaften weist Acidithiobacillus thiooxidans auf?

Schwefeloxidation / Säuretoleranz

Welchen Elektronendonator hat Acidithiobacillus ferrooxidans?

Fe2+

Was versteht man unter Nitrifizierung und unter welchen Bedingungen findet sie statt?

anorganische Stickstoffverbindungen wie Ammoniak und Nitrit werden unter aeroben Bedingungen oxidiert und dienen als Elektronendonatoren

Was versteht man unter Anammox?

NH3 wird unter anoxischen Bedingungen mit NO2- als Elektronenakzeptor oxidiert (führt zur Bildung von N2)

Welches Enzym spielt eine zentrale Rolle im Calvinzyklus?

RubisCO

Nenne vier Beispiele für energiereiche Verbindungen die zur Substratkettenphosphorylierung verwendet werden

Acetyl-CoA / ATP / Acetylphosphat / Phosphoenolpyruvat

Nenne eine wichtige Umweltbedeutung und einen ökologischen Einfluss der Anammox-Bakterien

Abwasserbehandlung (Ammoniak und Amine werden in N2 umgewandelt - trägt zu Verringerung der Stickstoffbelastung in Gewässern bei) / in marinen süßwasserreichen Sedimenten sowie in anoxischen Lebensräumen (in denen Ammoniak und Nitrit gemeinsam vorkommen) setzen sie molekularen Stickstoff frei

Welches Bakterium ist zur Denitrifikation bis zum N2 in der Lage?

Pseudomonas stutzeri

Kultivierung E.coli unter anaeroben Bedingungen. Welche Chemikalien können als Elektronenakzeptoren eingesetzt werden um das Wachstum zu unterstützen und warum?

Nitrat / Prozess wird durch Enzym Nitratreduktase katalysiert / Nitrat wird dabei zu Nitrit reduziert / Prozess ermöglicht den Bakterien Energie zu gewinnen wenn kein Sauerstoff vorhanden ist

Welche Schritte umfasst der Stickstoffkreislauf?

Stickstofffixierung / Nitrifikation / Denitrifikation

Welche ökologische Rolle spielen denitrifizierende MO und in welchen industriellen Bereichen finden sie Anwendung?

Entfernung von Nitrat aus Boden der als Dünger dient / NO und N2O sind Treibhausgase (besonders N2O trägt zum Klimawandel bei) / N2O zerfällt zu NO welches Ozon in Atmosphäre abbaut / NO2- entsteht und fällt als saurer Regen auf Erde zurück / Industrie: Abwasserreinigung (reduziert Stickstoffbelastung und verringert Algenwachstum)

Was ist der Unterschied zwischen assimilatorischer und dissimilatorischer Sulfatreduktion?

assimilatorisch: SO4 2- zur Synthese zellulärer Schwefelverbindungen (z.B. Cystein) / dissimilatorisch: spezialisierte Bakterien nutzen SO4 2- zur Energiegewinnung (ATP-Bildung)

Nenne 2 Enzyme die am Abbau von Kohlenwasserstoffen beteiligt ist

Monooxygenase / Dioxygenase

Welche gemeinsamen Eigenschaften weisen die Acetogenese und Methanogenese auf?

strikt anaerobe Prokaryoten die CO2 als Elektronenakzeptor nutzen /wesentlicher Elektronendonor ist H2

Beschreibe zwei Unterschiede zwischen Methanotrophie und Methanogense

Methan wird prodziert (Methanogenese) Methan dient als Substrat (Methanotrophie) / von strikt anaeroben MO - Archaeen (Methanogenese) von aeroben als auch anaeroben MO (Methanotrophie)

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