Bio II Altfragen (keine Biokatalyse!)

Warum ist die Oxygenase-Reaktion der RubisCO problematisch und welche Möglichkeiten haben Pflanzen, damit umzugehen?

Die RubisCO fixiert bei der Oxygenase-Reaktion statt CO2 den Sauerstoff O2 an Ribulose-1,5-bisphosphat, was zur Bildung von Phosphoglykolat führt. Dies ist eine Verschwendung von fixiertem Kohlenstoff, da die anschließende Photorespiration energieaufwendig ist (ATP-Verbrauch) und die Photosyntheseeffizienz senkt. Pflanzen nutzen alternative Strategien wie den C4-Stoffwechsel, bei dem CO2 zunächst durch PEP-Carboxylase in Oxalacetat fixiert und als Malat gespeichert wird, um die RubisCO bei hoher CO2-Konzentration arbeiten zu lassen, oder den CAM-Stoffwechsel, bei dem die Stomata nachts geöffnet sind, CO2 als Malat in der Vakuole gespeichert und tagsüber bei geschlossenen Stomata durch die RubisCO fixiert wird.

Welchen Weg nehmen die Elektronen aus der Oxidation des H2O bis zum Plastochinon-Pool? Nennen Sie die an den Redox-Reaktionen beteiligten Komponenten!

Die Elektronen werden von P680 auf Phäophytin (Pheo) in der Elektronentransportkette übertragen, gelangen dann zu Plastochinon A (Qa) und Plastochinon B (Qb).

Qb wird mit 2 Elektronen reduziert und nimmt 2 H+ auf, wodurch plastochinol (PQH2) entsteht, das in den Plastochinon-Pool diffundiert.

Wie unterscheiden sich Zellulose und Stärke, und warum ist dies für ihre biologische Funktion so bedeutsam?

Stärke ist eine Mischung aus Amylose (linear, α-1,4-glykosidisch) und Amylopeptin (verzweigt, α-1,4- und α-1,6-glykosidisch), was eine helikale, lockere Struktur ergibt, die leicht enzymatisch abbaubar ist und somit als mobilisierbarer Energiespeicher dient.

Cellulose besteht aus linearen Glucoseketten mit β-1,4-glykosidischen Bindungen, die sich durch H-Brücken zu stabilen Mikrofibrillen zusammenlagern, was eine hohe Zugfestigkeit verleiht und sie als Strukturbaustoff für die Zellwand prädestiniert.

Wo ist die Nitritreduktase lokalisiert, welche Reaktion führt sie aus (Substrat und Produkt) und woher erhält sie die Elektronen? Wie viele Elektronen werden für einen Umsatz benötigt?

Die Nitritreduktase ist in den Blättern in Chloroplasten und in Wurzeln in Leukoplasten lokalisiert. Sie wandelt Nitrit (NO2-) zu Ammonium (NH4+) um und erhält die benötigten Elektronen aus der lichtabhängigen Reaktion vom Ferredoxin (PSI).

Für einen Umsatz werden 6 Elektronen benötigt.

Das Enzym „Ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase“ hat zwei enzymatische Aktivitäten. Skizzieren Sie die Strukturformeln der Produkte beider Reaktionen (Carboxylase und Oxygenase Aktivität)!

Bei der Carboxylase-Aktivität reagiert Ribulose-1,5-bisphosphat mit CO2 zu 2 Molekülen 3-Phosphoglycerat.

Bei der Oxygenase-Aktivität reagiert Ribulose-1,5-bisphosphat mit O2 zu 1 Molekül 3-Phosphoglycerat und 1 Molekül 2-Phosphoglykolat.

Welchen Weg gehen die Elektronen aus der Oxidation des H2O im Photosystem II? Nennen Sie die beteiligten Redox-Komponenten bis zum Ferredoxin!

Die Elektronen werden von P680 auf Phäophytin (Pheo) übertragen, dann weiter auf Plastochinon A (Qa) und Plastochinon B (Qb). Qb nimmt 2 Elektronen und 2 H+ auf, wird zu Plastochinol (PQH2) und diffundiert in den Pool.

Danach folgt der Cytochrom b6f-Komplex, der Protonen ins Lumen pumpt, während die Elektronen zum Plastocyanin (PC) fließen. PC überträgt sie auf P700, von wo sie durch Lichteinwirkung auf A0 (Chlorophyll), A1 (Phyllochinon) und über mehrere Fe-S-Zentren auf Ferredoxin gelangen.

Wie ist Cellulose aufgebaut und warum macht sie pflanzliche Zellwände so robust?

Cellulose besteht aus linearen Ketten von Glucose mit β-1,4-glykosidischen Bindungen. Die Ketten lagern sich durch H-Brücken zu stabilen Mikrofibrillen zusammen, was eine hohe Zugfestigkeit verleiht und sie zu einem stabilen Strukturbaustoff der Zellwand macht.

Wo ist die Nitritreduktase lokalisiert, welche Reaktion führt sie aus (Substrat und Produkt) und woher erhält sie die Elektronen? Wie viele Elektronen werden für einen Umsatz benötigt?

Die Nitritreduktase ist in den Blättern in den Chloroplasten und in Wurzeln in Leukoplasten lokalisiert. Sie wandelt Nitrit (NO2-) in Ammonium (NH4+) um.

Die Elektronen werden vom Ferredoxin aus der lichtabhängigen Reaktion (PSI) bezogen. Für den Umsatz werden 6 Elektronen benötigt.

RuBisCO: a) Nennen Sie Substrat und Produkt der katalysierten Reaktion. b) Warum ist die Vorwärtsreaktion stark begünstigt? c) Beschreiben Sie kurz den Aufbau des Enzyms.

a) Substrat: Ribulose-1,5-bisphosphat + CO2; Produkt: 2 x 3-Phosphoglycerat. b) Die Reaktion ist energetisch stark begünstigt (exergonisch), was die Reaktion vorantreibt. c) Das Enzym ist ein großes Multimer, das aus etwa 16 Untereinheiten besteht.

Welches Enzym ist für die Reduktion von NADP+ durch Ferredoxin verantwortlich? Was ist sein Redox-Co-Faktor und wie viele Elektronen werden übertragen?

Das Enzym ist die Ferredoxin-NADP+-Reduktase, der Redox-Co-Faktor ist FAD und es werden 2 Elektronen übertragen.

Sie stellen bereits gekeimte Pflanzen entweder in Rotlicht, Grünlicht oder Blaulicht und lassen sie dort wachsen. Unter welchen Lichtbedingungen werden Ihre Pflanzen gut Photosynthese betreiben können und damit gut wachsen? Begründen Sie Ihre Antwort!

Am besten unter Blaulicht, da grünes Licht von Chlorophyll a, Chlorophyll b etc. vollständig reflektiert wird. Aufgrund dieser Grünlücke im Absorptionsspektrum kann die Energie nicht optimal gewonnen werden.

Rotes Licht sorgt zwar auch für Wachstum, aber die Absorption bei Blaulicht ist am stärksten, weshalb die Pflanze dort am besten wächst.

Welche zwei Enzyme sind am GS-GOGAT-Weg beteiligt? Bitte schreiben Sie die Namen der Enzyme aus. Welche Reaktionen werden von diesen Enzymen katalysiert? Eine der beiden Reaktionen verbraucht Adenosintriphosphat. Warum ist das nötig?

Die Enzyme sind Glutamin-Synthetase und Glutamat-Synthetase (GOGAT / Glutamin-Oxoglutarat-Aminotransferase). Reaktionen: 1. Glutamin-Synthetase wandelt Ammonium, Glutamat und ATP in Glutamin, ADP und Pi um (ATP wird benötigt, da die Bindung thermodynamisch ungünstig ist). 2. Glutamat-Synthetase wandelt Glutamin und Alpha-Ketoglutarat in 2 Glutamat um.

Welche Rolle spielten Cyanobakterien bei der Evolution der Erdatmosphäre? Begründen Sie Ihre Antwort.

Cyanobakterien entwickelten Organismen, die eine oxygene Photosynthese betrieben, H2O als Elektronendonor nutzten und molekularen Sauerstoff (O2) freisetzten. Dadurch haben sie die Erde mit O2 angereichert und die Entstehung sowie Evolution aerober Organismen ermöglicht.

Sie wollen mit isolierten Thylakoidmembranen durch Belichtung NADP zu NADPH reduzieren. Beachten Sie, dass bei der Isolierung der Membranen nur membranintegrale Proteinkomplexe erhalten bleiben, während lösliche Proteine verloren gehen. Welche drei Proteine müssen Sie zusätzlich hinzufügen, damit Ihr Experiment funktioniert?

Plastocyanin (PC), Ferredoxin und Ferredoxin-NADP+-Reduktase.

Nennen Sie drei Kofaktoren, die als Elektronenüberträger in Photosystem II genutzt werden.

1. Phäophytin (Pheo), 2. Plastochinon A (Qa), 3. Plastochinon B (Qb).

Wie unterscheidet sich die CO2-Fixierung bei C3- und C4-Pflanzen?

Bei C3-Pflanzen erfolgt die Fixierung direkt im Mesophyll durch die RubisCO unter Bildung von 3-Phosphoglycerat, wobei es bei hoher Temperatur/wenig CO2 zu unerwünschter Photorespiration kommt. Bei C4-Pflanzen gibt es eine räumliche Trennung zwischen Mesophyll und Bündelscheidezellen: Im Mesophyll fixiert die PEP-Carboxylase CO2 zu Oxalacetat bzw. Malat, welches in die Bündelscheidezellen transportiert, dort decarboxyliert und das CO2 durch die RubisCO bei hoher lokaler Konzentration fixiert wird, wodurch Photorespiration vermieden wird.

Nennen Sie Substrat und Produkt der Sulfit-Reduktase. Wie viele Elektronen werden für die Reaktion benötigt?

Substrat ist Sulfit (SO3²⁻) und das Produkt ist Sulfid (bzw. H2S).

Es werden 6 Elektronen übertragen.

Wie lautet die Nettogleichung der Photosynthese? Durch welche Reaktion wird Sauerstoff freigesetzt?

Die Nettogleichung lautet 6 H2O + 6 CO2 → C6H12O6 + 6 O2.

Sauerstoff wird in der lichtabhängigen Reaktion im Photosystem II durch die Fotolyse von H2O freigesetzt.

Beschreiben Sie das Priestley-Experiment von 1771. Welche wichtige Aussage konnte daraus gewonnen werden?

Priestley stellte fest, dass eine brennende Kerze unter einer Glasglocke erlischt und eine Maus darin ohne Luftzufuhr stirbt; wird jedoch eine Pflanze dazugestellt, brennt die Kerze länger und Maus sowie Pflanze überleben.

Wichtige Aussage: Pflanzen geben etwas an die Luft ab, was für Tiere wichtig ist, und können die Luftzusammensetzung positiv beeinflussen.

Nennen Sie drei grundsätzlich unterschiedliche Redox-Kofaktoren, die am photosynthetischen Elektronentransport beteiligt sind.

Beispiele sind Phäophytin (Pheo), Plastochinon (PQ) und Chlorophyll a.

Welche Substanz benötigt eine höhere Anregungsenergie: Chlorophyll oder Butadien? Begründen Sie Ihre Antwort.

Butadien benötigt eine höhere Anregungsenergie. Grundprinzip: Je länger das konjugierte π-System ist, desto niedriger ist die Energiedifferenz zwischen HOMO und LUMO, wodurch die benötigte Anregungsenergie sinkt. Butadien besitzt nur ein kleineres π-System und hat daher eine höhere Anregungsenergie als das große Ringsystem von Chlorophyll.

Wo ist die Nitritreduktase lokalisiert, welche Reaktion führt sie aus und woher erhält sie die Elektronen? Wie viele Elektronen werden für einen Umsatz benötigt?

Die Nitritreduktase ist in den Blättern in den Chloroplasten (in Wurzeln in Leukoplasten) lokalisiert, wandelt Nitrit (NO2⁻) in Ammonium (NH4⁺) um und erhält die Elektronen vom Ferredoxin aus der lichtabhängigen Reaktion. Für einen Umsatz werden 6 Elektronen benötigt.

Welche Reaktion beschreibt der Begriff Photorespiration?

Photorespiration beschreibt den Prozess, bei dem die RubisCO Sauerstoff (O2) statt CO2 bindet, sodass Phosphoglykolat entsteht, welches nicht direkt im Calvin-Zyklus genutzt werden kann.

Phosphoglykolat wird daraufhin über mehrere Schritte in Chloroplasten und Peroxisomen in 3-Phosphoglycerat umgewandelt (wobei CO2 verloren geht und ATP verbraucht wird), wodurch die Photosyntheseeffizienz verringert wird.

Beantworten Sie folgende Fragen zur Endosymbiontentheorie: a) Skizzieren Sie die Endosymbiontentheorie! b) Was ist eine primäre Endosymbiose? c) Was ist eine sekundäre Endosymbiose? d) Aus welcher Organismengruppe sind die Plastiden der Grünalgen hervorgegangen?

Eine eukaryotische Zelle nimmt ein Cyanobakterium auf, wodurch primäre Plastiden (Chloroplasten) mit zwei Membranen entstehen.

Eine sekundäre Endosymbiose liegt vor, wenn ein eukaryotischer Organismus mit Plastiden von einer anderen eukaryotischen Zelle aufgenommen wird, wodurch Plastiden mit drei oder vier Membranen entstehen.

Die Plastiden der Grünalgen sind aus der primären Endosymbiose mit Cyanobakterien hervorgegangen.

Nennen Sie jeweils ein Beispiel (lat. Gattungsname) für: a) eine einzellige oder vielzellige Alge b) einen biotechnologisch genutzten Pilz c) einen phytopathogenen Pilz

Beispiel für Algen: Chlamydomonas reinhardtii (einzellige Grünalge) oder Cladophora sp. (vielzellige Alge).

Beispiel für einen biotechnologisch genutzten Pilz: Aspergillus niger (für Zitronensäure).

Beispiel für einen phytopathogenen Pilz: Phytophthora infestans (Erreger der Kraut- und Knollenfäule bei Kartoffeln).

Welcher Organismus wird zur Produktion von Citronensäure eingesetzt? Wie wurde das früher bewerkstelligt und warum ist dies nicht mehr ausreichend?

Zur Produktion wird Aspergillus niger eingesetzt. Früher wurde Zitronensäure durch Isolierung aus Früchten oder später durch chemische Synthese bewerkstelligt.

Dies ist nicht mehr ausreichend, da die Ausbeute gering ist, es teuer sowie aufwendig ist und keine ausreichende Wirtschaftlichkeit bietet.

Nennen Sie vier Merkmale anhand derer sich tierische, pflanzliche und Pilz-Zellen unterscheiden lassen! Führen Sie die Unterschiede auch aus!

Erstens die Zellwand: Tierische Zellen besitzen keine Zellwand, Pflanzen haben eine Zellwand aus Cellulose und Pilze eine aus Chitin.

Zweitens die Vakuole: Tierische Zellen haben keine große Vakuole, Pflanzen besitzen eine große Vakuole zur Speicherung von Wasser und zur Aufrechterhaltung des Turgordrucks, während Pilze meist keine oder nur kleine Vakuolen besitzen.

Drittens die Plastiden: Tierische Zellen und Pilze besitzen keine Plastiden, Pflanzen hingegen schon (z. B. Chloroplasten).

Viertens die Kohlenhydratspeicherung: Tiere und Pilze speichern Kohlenhydrate in Form von Glykogen, Pflanzen hingegen als Stärke.

Was unterscheidet Kormophyten von Thallophyten, nennen sie je ein Beispiel!

Kormophyten sind vielzellige Organismen mit echter Gliederung in Sprossachse, Blatt und Wurzel sowie einem differenzierten Gewebe (Beispiele: Farne, Kiefern).

Thallophyten sind vielzellige Organismen ohne echte Gliederung und ohne differenziertes Gewebe (Beispiele: Algen, Moose). Erläutern Sie den Begriff Phylogenie!

Skizzieren Sie den Aufbau eines Kormophyten und nennen Sie zwei Vertreter!

Der Aufbau umfasst Blatt, Sprossachse und Wurzel.

Vertreter sind beispielsweise Farne und Kiefern.

Erläutern Sie folgende Begriffe: a) Haploid b) Diploid c) Gamet d) Karyogamie

Haploid bezeichnet eine Zelle oder einen Organismus mit einem einfachen Chromosomensatz (n).

Diploid bedeutet, dass eine Zelle oder ein Organismus einen doppelten Chromosomensatz (2n) besitzt, bei dem jedes Chromosom in zwei Kopien vorliegt.

Ein Gamet ist eine haploide Geschlechtszelle, die der sexuellen Fortpflanzung dient und bei Verschmelzung mit einem anderen Gameten eine Zygote bildet.

Karyogamie ist die Kernverschmelzung, bei der zwei haploide Zellkerne zu einem diploiden Kern verschmelzen, was nach der Plasmagamie eintritt.

Nennen Sie jeweils ein Beispiel (lat. Gattungsname) für: a) einen einzelligen oder vielzelligen Pilz b) eine biotechnologisch genutzte Alge c) einen phytopathogenen Pilz

Beispiel für einen Pilz: Saccharomyces cerevisiae (einzellig) oder Neurospora crassa (vielzellig). Beispiel für eine biotechnologisch genutzte

Alge: Porphyra tenera. Beispiel für einen phytopathogenen

Pilz: Phytophthora infestans.

Beantworten Sie folgende Fragen zur Endosymbiontentheorie: a) Skizzieren Sie die Endosymbiontentheorie! b) Nennen Sie ein Photosynthesepigment und skizzieren Sie die Evolution der Pigmente mit Blick auf die Endosymbiotentheorie!

Eine eukaryotische Zelle nimmt ein Cyanobakterium als Endosymbionten auf, woraus Plastiden mit doppelter Membran (Pflanzen) hervorgehen.

Als Photosynthesepigment ist Chlorophyll a zu nennen, welches durch die Aufnahme von Cyanobakterien (Eubakterien) in den evolutionären Linien der Eukaryoten etabliert wurde.

Erläutern Sie den Begriff Phylogenie!

Phylogenie beschreibt die Stammesgeschichte bzw. die evolutionären Verwandtschaftsverhältnisse von Organismen auf der Grundlage von Fossilien, Morphologie und Molekulardaten.

Lebewesen werden entsprechend ihrer Merkmale und Verwandtschaft in drei Domänen eingeteilt. Zu welcher Domäne gehören die folgenden Organismen? A) Hefen B) Gram-negative Bakterien C) Gram-positive Bakterien

A) Hefen gehören zur Domäne Eukarya.

B) Gram-negative Bakterien gehören zur Domäne Bacteria.

C) Gram-positive Bakterien gehören zur Domäne Bacteria.

Was versteht man unter dem Begriff nosokomiale Infektion? Nennen Sie einen typischen Erreger nosokomialer Infektionen.

Eine nosokomiale Infektion ist eine Krankenhausinfektion, also eine Infektion, die ein Patient im Krankenhaus erwirbt. Ein typischer Erreger ist beispielsweise MRSA.

Wofür steht die Abkürzung LPS? Wo ist es natürlicherweise zu finden? Welche Rolle spielt es in der Infektion?

LPS steht für Lipopolysaccharid. Es ist natürlicherweise in der äußeren Membran von gram-negativen Bakterien zu finden. Bei der Infektion wirkt es als Endotoxin, das bei Freisetzung (z. B. durch Lyse) starke Immunreaktionen wie Fieber auslösen kann.

Für welche Biomakromoleküle dient ATP als Baustein? Skizzieren Sie ATP.

ATP dient als Baustein für DNA, RNA, Coenzyme und cAMP.

Skizzieren Sie den Aufbau einer bakteriellen Transkriptionseinheit. Benennen Sie die Merkmale mit Fachbegriffen und stellen Sie sie in korrekter Position relativ zu +1 dar.

Eine bakterielle Transkriptionseinheit umfasst den Promotor mit den Regionen -35 und -10 (Pribnow-Box), den Startpunkt (+1), den offenen Lesebereich sowie den Terminator.

Auf der menschlichen Haut leben viele Mikroorganismen. Wie kommt es nach einer Desinfektion zur Wiederbesiedlung der Haut, selbst wenn kein Kontakt zu Fremdkörpern besteht?

Eine Desinfektion bewirkt nur eine Keimzahlreduktion und wirkt oberflächlich. In tieferen Hautschichten sitzen Mikroorganismen, die nicht erreicht werden, und nach dem Desinfizieren an die Oberfläche gelangen können (Rekolonisation).

Welche Zellstrukturen von Bakterien kann man in Transmissionselektronenmikroskopie-Aufnahmen von Ultradünnschnitten unterscheiden?

Man kann das Cytoplasma, die DNA bzw. das Nukleoid (diffus oder verdichtet), die Cytoplasmamembran und die Zellwand (bei gram-positiven zusätzlich äußere Membran und Periplasma, falls vorhanden) erkennen.

Die zytoplasmatische Membran von Bakterien unterscheidet sich im Aufbau von der zytoplasmatischen Membran thermophiler Archaea. Beschreiben Sie die Unterschiede und Gemeinsamkeiten anhand der folgenden Tabelle: Woraus besteht der hydrophobe Anteil der Lipide (Stoffklasse)? Über welchen Bindungstyp sind die hydrophoben Reste an die polare Kopfgruppe gebunden?

Bei Bakterien bestehen die hydrophoben Anteile aus Fettsäuren (Esterlipide), die über Esterbindungen zwischen Fettsäuren und Glycerin an die polare Kopfgruppe gebunden sind. Bei thermophilen Archaea bestehen sie aus Isopreneinheiten (Etherlipide), die über Etherbindungen zwischen Isoprenketten und Glycerin gebunden sind.

Wie unterscheiden sich die Wirkweisen von Lysozym und Penicillin?

Penicillin hemmt die D-Alanin-Transpeptidase und verhindert dadurch die Quervernetzung in der Zellwand. Lysozym trennt die beta-1,4-glykosidischen Bindungen zwischen NAM und NAG in der Peptidoglykanschicht.

Unterscheidliche Zucker werden durch unterschiedliche Transporter in die Escherichia coli-Zelle aufgenommen. Nennen Sie drei Unterschiede zwischen dem Transport von Lactose und Glucose.

Erstens beim Transportprotein: Lactose wird durch die LacY-Permease (Symport, gekoppelt an Protonengradienten) aufgenommen, während Glucose über das PTS-System aufgenommen wird. Zweitens bei der Energiequelle: Der Antrieb bei Lactose erfolgt über den Protonengradienten, bei Glucose überträgt PEP ein Phosphat auf die Glucose. Drittens beim Ergebnis im Cytoplasma: Lactose gelangt unverändert in die Zelle und muss durch beta-Galactosidase gespalten werden, während Glucose direkt als Glucose-6-Phosphat vorliegt und in die Glykolyse eingeschleust werden kann.

Lebewesen werden entsprechend ihrer Merkmale und Verwandtschaft in drei Domänen eingeteilt. Zu welcher Domäne gehören die folgenden Organismen? A) Escherichia coli B) Quercus robur (Stieleiche) C) Streptococcus pneumoniae

A) Escherichia coli gehört zu Bacteria,

B) Quercus robur gehört zu Eukarya und

C) Streptococcus pneumoniae gehört zu Bacteria.

Was versteht man unter dem Begriff nosokomiale Infektion? Nennen Sie einen typischen Erreger nosokomialer Infektionen.

Eine nosokomiale Infektion ist eine Krankenhausinfektion, die ein Patient im Krankenhaus erwirbt.

Ein typischer Erreger ist MRSA.

Wozu dienen die Geißeln bei Bakterien? Skizzieren Sie den Aufbau einer Geißel mit Hilfe einer beschrifteten Schemazeichnung.

Geißeln dienen bei Bakterien der aktiven Fortbewegung und können auch als Antigene wirken (wie das H-Antigen bei E. coli).

Die zytoplasmatische Membran von Bakterien unterscheidet sich im Aufbau von der zytoplasmatischen Membran thermophiler Archaea. Beschreiben Sie die Unterschiede und Gemeinsamkeiten anhand der folgenden Tabelle: Woraus besteht der hydrophobe Anteil der Lipide (benennen Sie die Stoffklasse)? Über welchen Bindungstyp sind die hydrophoben Reste an die polare Kopfgruppe gebunden?

Bei Bakterien bestehen die hydrophoben Anteile aus Fettsäuren (Esterlipide), die über Esterbindungen zwischen Fettsäuren und Glycerin gebunden sind.

Bei Archaea bestehen sie aus Isopreneinheiten (Etherlipide), die über Etherbindungen zwischen Isoprenketten und Glycerin gebunden sind.

Nennen Sie je einen wichtigen Beitrag der folgenden Personen zur Frühzeit der Mikrobiologie: a) Antonius van Leeuwenhoek b) Louis Pasteur c) Robert Koch

Antonius van Leeuwenhoek führte die ersten Beobachtungen von Mikroorganismen mit einem selbstgebauten Mikroskop durch.

Louis Pasteur widerlegte die Urzeugungstheorie mit dem Schwanenhalsversuch.

Robert Koch entwickelte die Kochschen Postulate als Kriterien, um nachzuweisen, dass ein bestimmter Mikroorganismus eine bestimmte Krankheit verursacht.

Welche Eigenschaften von Bakterien macht man sich bei den folgenden Verfahren zu Nutze, um Bakterien zu charakterisieren: a) Gram-Färbung b) Bunte Reihe c) Biotyping (MALDI-Typing)

Die Gram-Färbung unterscheidet anhand der Dicke der Peptidoglykanschicht in gram-positive und gram-negative Bakterien.

Die bunte Reihe unterscheidet im Stoffwechselstoffwechselverhalten (z. B. Abbau verschiedener Zucker, Gärungsprodukte, Enzymaktivitäten).

Das Biotyping (MALDI-Typing) unterscheidet in der Proteinzusammensetzung (v. a. ribosomale Proteine) über artspezifische Massenspektren.

Unter optimalen Wachstumsbedingungen teilen sich Escherichia coli-Zellen etwa alle 20 Minuten. Skizzieren Sie eine Wachstumskurve vom Animpfen der Kultur bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Nährstoffe aufgebraucht sind. Benennen Sie die Wachstumsphasen.

Die Wachstumskurve gliedert sich in die Lag-Phase, die exponentielle Phase (log-Phase), die stationäre Phase und die Absterbephase.

Welche Prozesse werden von folgenden Faktoren katalysiert: a) Ribosom b) Lysozym c) Adenylatcyclase

Das Ribosom katalysiert die Proteinkosynthese bzw. die Translation der mRNA in eine Polypeptidkette. Lysozym trennt die beta-1,4-glykosidischen Bindungen zwischen NAM und NAG in der Peptidoglykanschicht, was zum Zellwandabbau führt. Die Adenylatcyclase katalysiert die Umwandlung von ATP zu cAMP, was wichtig für die Katabolitrepression ist.

Beschreiben Sie die Funktionsweise einer tRNA.

Die tRNA transportiert Aminosäuren zu den Ribosomen. Jede tRNA ist spezifisch für eine Aminosäure, wird von der tRNA-Aminoacyl-Synthetase beladen und bindet in der Elongationsphase der Translation mit ihrem Anticodon komplementär an ein Codon auf der mRNA.

Benennen Sie die drei Domänen des Lebens.

Die drei Domänen des Lebens sind Archaea, Bacteria und Eukarya.

Das Autoklavieren ist eine Standardmethode in der Mikrobiologie. a) Welchem Zweck dient die Methode? b) Auf welchem Prinzip beruht sie?

Das Autoklavieren dient dem Sterilisieren, also der vollständigen Abtötung aller Mikroorganismen inklusive Sporen, um Geräte, Nährmedien und Materialien keimfrei zu machen. Es beruht auf gesättigtem Wasserdampf bei 121 °C, 20 Minuten und 2 bar, wobei Hitzeschock und Wasserdampf Proteine denaturieren und Zellstrukturen irreversibel schädigen.

Die Gram-Färbung spielt in der Diagnostik eine große Rolle. Erläutern Sie die Durchführung und die möglichen Versuchsergebnisse.

Die Durchführung umfasst das Fixieren des Präparats, das Färben mit Kristallviolett, die Zugabe von Iod/Kalium-Iodid (Bildung eines schwerlöslichen Farblacks in der Zellwand), das Entfärben mit Alkohol und das Gegenfärben mit Safranin. Gram-positive Bakterien behalten wegen ihrer dicken Peptidoglykanschicht die violette Farbe, während gram-negative Bakterien entfärbt und durch das Safranin rot/rosa angefärbt werden.

Welche Prozesse werden von folgenden Faktoren katalysiert: a) DNA-abhängige RNA-Polymerase

b) β-Galactosidase

c) Phosphotransferasesystem d) 23S rRNA

a) Die DNA-abhängige RNA-Polymerase katalysiert die Transkription, also das Umschreiben der DNA in die mRNA für die Proteinbiosynthese.

b) Die β-Galactosidase katalysiert die Reaktion von Lactose zu Allolactose.

c) Das Phosphotransferasesystem überträgt ein Phosphat von PEP auf Glucose, die frisch in die Zelle transportiert wurde, wodurch Glucose direkt für die Glykolyse aktiviert wird.

d) Die 23S rRNA katalysiert die Ausbildung von Peptidbindungen.