Mikrobiologie Vl. 3-4

Wie unterscheiden sich Membranlipide bei Bakterien und Archaeen?

Eukaryonten und Bakterien besitzen Membranlipide, die aus Ester-verknüpften Fettsäuren bestehen.

Bei Archaeen : Ether-verknüpfte Isoprenoide

Da Etherbindungen chemisch wesentlich stabiler gegenüber Hitze, Säuren und extremer Beanspruchung als Esterbindungen sind, erlauben es vielen Archaeen, unter extremen Bedingungen (z. B. in heißen Quellen oder stark sauren Umgebungen) zu überleben.

Aus welchen Grundbausteinen (C5-Einheiten) werden Terpenderivate wie Steroide und Hopanoide aufgebaut?

Welche spezifischen Terpenderivate bzw. Steroide findet man charakteristischerweise in eukaryotischen im Vergleich zu bakteriellen Membranen?

Terpenderivate wie Steroide und Hopanoide werden aus Isopren-Einheiten aufgebaut und dienen als wichtige Bestandteile in biologischen Membranen. Dabei kommt Cholesterin typischerweise in eukaryotischen Membranen vor, während Hopane vor allem in bakteriellen Membranen zu finden sind.

Was sind die Funktionen der Cytoplasmamembran?

Permeabilitätsbarriere – Verhindert das Auslaufen (Austreten von Zellinhalten) und dient als Tor für den Transport von Nährstoffen in die Zelle hinein und aus ihr heraus.

Verankerung von Proteinen – Ort für viele Proteine, die am Transport, der Bioenergetik und der Chemotaxis beteiligt sind.

Energiespeicher – Ort der Erzeugung und Nutzung der protonenmotorischen Kraft (proton motive force). —> Membran-Potential

Was ist passiver Transport? Beispiel?

Beim passiven Transport bewegt sich das Substrat entlang des Konzentrationsgradienten und es wird keine Energie verbraucht.

Glycerin Transport durch einen GlpF-Kanal

Welche aktive gekoppelte Transporte gibt es und deren Funktion , Beispiele?

Symport: Ein Molekül wandert entlang seines Konzentrations- bzw. elektrochemischen Gradienten (z. B. Na^+ strömt in die Zelle) und setzt dabei Energie frei. Diese Energie nutzt der Transporter, um das zweite Molekül (z. B. Glucose) gegen dessen Konzentrationsgradienten mitzuziehen (man nennt dies sekundär-aktiven Transport).

​Beispiel: Der Natrium-Glucose-Cotransporter (SGLT1) im Darm.

Antiport: Auch hier dient meist der elektrochemische Gradient eines Ions (z. B. Na^+) als Antrieb. Das Ion fließt entlang seines Gefälles in die Zelle hinein, und die dabei freiwerdende Energie treibt den Transport des anderen Moleküls (z. B. Ca^2+) aus der Zelle heraus (ebenfalls ein sekundär-aktiver Transport).

​Beispiel: Der Natrium-Calcium-Antiporter (NCX).

ABC Transporter

Der Mechanismus von ABC-Transportern in Kürze: Ein Substrat bindet an ein Bindeprotein und den Transporter, woraufhin die Hydrolyse von ATP zu ADP Energie liefert, die den Kanal öffnet und das Substrat aktiv in die Zelle transportiert.

Beispiel: Vitamin B12 Transport

Aktiver Transport: Wie funktioniert die Gruppentranslokation durch das Phosphotransferasesystem?

Was sind intracytoplasmatische Membranen?

sind spezialisierte Einstülpungen der zytoplasmatischen Membran, die tief in das Zellinnere bestimmter Bakterien hineinreichen.Sie vergrößern die wirksame Membranoberfläche der Zelle enorm. Das ist wichtig, um eine hohe Dichte an membrangebundenen Enzymen und Proteinkomplexen unterzubringen.

Kommen vor, in Phototrophen Bakterien (z. B. Purpurbakterien), die dort ihren Photosyntheseapparat beherbergen.

​Nitrifizierenden und methanoxidierenden Bakterien, die spezialisierte Enzyme für die Oxidation von Ammoniak oder Methan benötigen.

Was ist besonders an bakterielle Zellwand?

Ihre Bauelement ist Peptidoglycan (Murein) , was aus Glykanketten ( Stabilität), die durch Peptidbrücken (Elastizität—> Dynamik) verbunden sind , besteht.

Murein besteht aus abwechselnden Zuckern (N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure) in einer beta-1,4-glykosidischen Bindung sowie Peptidketten mit ungewöhnlichen D-Aminosäuren.

​Quervernetzung: Die Diaminosäure an Position 3 ist essenziell, um die Peptidstränge zu einem stabilen Netz zu verknüpfen.

​Antibiotika: Penicillin blockiert die Bildung der Peptidbrücke (Transpeptidierung) unter Abspaltung des terminalen D-Alanins. Vancomycin blockiert das D-Ala-D-Ala-Ende.

Gram-positives VS. Gram-negatives Bakterium

Gramnegative Bakterien sind durch ihre zusätzliche äußere Membran (die als Schutzbarriere wirkt) viel schwerer mit bestimmten Antibiotika zu bekämpfen als grampositive Bakterien, deren dicke Mureinschicht Wirkstoffe oft leichter durchlässt.

Gramnegative Bakterien besitzen Lipopolysaccharide (Endotoxine) in ihrer äußeren Membran, die bei Zerstörung der Zelle starke Fieber- und Schockreaktionen auslösen können, während grampositive Bakterien eher Exotoxine abgeben.

Aufgrund der dicken Mureinschicht können grampositive Bakterien den violetten Farbstoff bei der Gram-Färbung auch nach dem Entvorgang halten (sie bleiben blau-violett), während die dünne Schicht der gramnegativen Bakterien den Farbstoff verliert und rot/pink gegengefärbt wird.