MAP Themen Flashcards

1
Q

Zellhülle der gram+ Bakterien

A
  • Peptidoglykan (Murein)
  • Cytoplasmamembran
  • Proteine
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Q

Zellhülle - Peptidoglykan/Murein

A
  • in g+ und g-
  • Grundstruktur der bakteriellen Zellhülle
  • stabilisierende und schützened Exoskelettstruktur
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3
Q

Peptidoglykan/Murein - Funktionen

A
  • Stabilität
    • ZW, verantwortlich dafür, dass die Zelle dem hohen intrazellulären Druck standhält
  • Formgebung
    • Feste ZW kompensiert für Flexibilität der Phospholipidmembran
    • Bestimmt Form der Zelle
  • Unbegrenztes Wachstum
    • Ständige Vergrößerung und Teilung
  • Stoffwechselaktives Kompartiment
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4
Q

Peptidoglykan/Murein - Aufbau, BEstandteile

A
  • 2 Bestandteile
    • Glykan-Rückgrat (x2)
      • N-Acetylglucosamin G, N-Acetylmuraminsäure
      • Beta-1,4-glycosidische Verbindung à Angriffsstelle für Lysozym, Liquidität, Turgordruck, Zelle platzt
    • Peptidbrücke
      • Verbindet Glykanstränge
      • Muraminsäure
  • Bibasische Aminosäure (DAP/Lys) ermöglicht tail to tail Verknüpfung der Peptidreste
  • Der Glykanteil variiert in Bakterien nur geringfügig (O oder N-Acetylkation)
  • Der peptidteil kann sich insbesondere zwischen
  • Quervernetzung
    • Enzymatische Transpeptidierung
    • Energiebereitstellung von Abspatung Alaninrest
    • Knüpfung D-Ala-DAP-Bindung
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5
Q

Zellhülle - Proteine

A
  • Braunsche Lipoproteine
    • Verankerung des Mureins mit der Außenmembran über das Braunsche Lipoprotein
    • Abundantes Protein
    • Häufig
    • Kovalent mit Peptidteil verbunden
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6
Q

Zellhülle der gram- Bakterien

A
  • Äußere Membran
    • LPS
  • Peptidoglykan/Murein
  • Cytoplasmamembran
  • Proteine
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7
Q

Zellhülle gram- Bakterien - Äußere Membran (LPS)

A
  • Äußere Membran
    • Assymetrisch (innen Phospholipide, außen LPS)
    • Diffusionsbarriere für große Moleküle (u.a. viele Antibiotika)
    • Permeabel für kleinere hydrophile Moleküle (bis ca. 600 Da)
    • Lipopolysaccharid (LPS)
      • A Teil
        • Essentiell
        • Überlebenswichtig
      • Kernpolysaccharid
        • Seitenketten
        • Variabel
      • O-Spezifische Polysaccharide
      • Funktion
        • Schutz
        • Strukturelle Integrität
        • Erhöht negative Ladung der Membran
        • Adhäsion an Oberflächen
        • Sensititvität gegenüber Bakteriophagen
        • Relevant in Pathogenität von gram- bakterieen (Antigenwirkung, Endotoxin)
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8
Q

Wachstumskurve einer statischen Kultur

A
  • Nur ein Nährmedium
  • Es wird kein neues Medium hinzugefügt bei Verbrauch
  • Messung optische Dichte einer Bakterienssuspension
  • Wachstumsrate proportional zur optischen Dichte
  • Lag phase: Neusynthese von Transportproteinen und Enzymen
  • Log phase: hauptsächlich Ribosome
  • Post-__exponentielle Phase: Flagellen, Chemotaxis
  • Entwicklung der Zellzahl in der exponentiellen Phase:
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9
Q

Binäre Zellteilung

A
  • Teilen in der Mitte
  • Bildung Septum in der Mitte
  • Einstülpung Zellwand
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10
Q

E. coli Zellteilung

A
  1. Längenwachstum
    • Repliziert Chromosom
  2. Trennung deer Chromosomen, Nukleoide
    • Voraussetzung für nächsten Schritt
  3. Z-Ring-Bildung
    • FtsZ: Protein, filamentous temperature sensitive
    • Signal für den nächsten Schritt
  4. Divisombildung
    • Proteinkomplex zuständig für Peptidoglykansynthese
    • Wird an FtsZ-Ring rekrutiert
  5. Einschnürung Septum
  6. Teilung
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11
Q

FtsZ

A
  • Protein für Zelllteilung
  • Filamentous temperature sensitive
    • Bei 30°C funktional
    • WT bei 42° normal
    • Ftsz Mutante wird lang, kein Septumbildung
  • Tubulin-homolog
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12
Q

MinCDE System

A
  • Erkennung der Zellmitte
  • Mutanten der Gene können nicht Septum in der Zellmitte bilden
  • Können Mitte nicht lokalisieren
  • Minizellen beinhalten keine DNA

Vermehrung nicht möglich

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13
Q

MinCDE Komponenten

A
  • MinC
    • Inhibitor der Z-Ring Bildung
  • MinD
    • Bildet Membrananker für MinC
    • ATPase Aktivität
    • MinCD bildet in vivo einen heterodimeren Komplex
  • MinE
    • Verdrängt MinCD von der Membran
    • Möglicherweise durch Auflösung des Heterodimers
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14
Q

MinCDE -Oszillation

A
  • Mechanismus der Zellmitte-Lokalisierung und Septumbildung in der Zellmitte
  • System oszilliert zwischen den Polen
  • wandern von einen Zellpol zur nächsten
  • MinC-GFP markiert
  • MinE-GFP markiert
  • Modellaufstellung
    • Lokalisierung FtsZ, MinCD und MinE
  • MinCD wandert zu Polen, gefolgt von MinE, welches MinCD verdrängt
  • über Zeit gesehen in der Mitte der Zelle Konzentration von MinCD am geringsten
  • so kann in der Mitte FtsZ ausbilden
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15
Q

Bedeutung der protonenmotorischen Kraft

A
  • Elektronentransport
    • Respiration
    • Photosynthese
  • Transport
  • Flagellenbewegung
  • ATP Herstellugn
    • Biosynthesen
    • Transport
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16
Q

Zuckertransporter in E.coli

A
  • Maltose-ABC Transporter
    • ABC Transporter
  • Lactose-System
  • PEP-PTS
    • Phosphoenolpyruvat-Phosphotransferasesystem
    • Dient der Hexose-Aufnahme, vorwiegend Glucose
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17
Q

Maltose-ABC Transporter

A
  • Maltase/Maltodextrin-Transport von E. Coli
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18
Q

Maltose-ABC-Transporter - Struktur

A
  1. Rot: Periplasma
    • Bindeprotein
    • Substratgebundener Zustand bindet an Transmembrandomäne
  2. Blau und Gelb: innere Membran
    • Transmembrandomäne
  3. Lila, Grün: Cytosol
    • ATP-Bindedomäne
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19
Q

Maltose-ABC_Transporter Funktionsweise

A
  1. Maltosebindeprotein und Maltose im Periplasma
  2. Bindung Maltose und Maltosebindeprotein à Konformationsänderung zu geschlossenen Zustan
  3. Bindung geschlossene Transmembrandpmän ATP bindet MalK
  4. Konformationänderung der ATP-Domäne à Konformationsänderung der Transmembrandomäne (Kanalproteine)
  5. Durch ATP-Hydrolyse Originalzustand der Proteine
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20
Q

Lactose-System

A
  • Sekundärer Transportsystem
  • PMF-abhängige Symbporter
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21
Q

Lactose-System Struktur

A
  • Blau: Lactose
  • Transporter 1 Protein
  • 12 Transmembrandomänen
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22
Q

Lactose-System Funktionswweise

A
  • Protonengradient (Atmungskette)
  • Lactosepermease (LacY) bindet Lactose und Proton
  • Lässt Lactose und Proton ins Cytoplasma
  • H+ kannin ETK wieder in Periplasma eingeschleust werden
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23
Q

PEP-PTS

A
  • Gruppentranslokation –
  • Phosphoenolpyruvat – Phosphotransferase System
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24
Q

PEP-PTS Komponenten

A
  • Enzym I à unspezifisch
  • Enzym II (A,B,C) à Spezifisch
  • Histidinprotein à unspezifisch
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25
PEP-PTS Funktionsweise
* Phosphatrest von PEP auf EI übertragen * Übertragung auf HPr * Übertragung aus E II * Phosphorylierung des Substrats aus Periplasma in EIIC
26
PTS
* Phosphorylierungs-Reaktion ist nicht wie bei Phosphokinasen ATP und Mg2+, sondern PEP-abhängig * Enzym E I = durchgreführte Reaktion ist pleiotrop = steht generell allen PTS-Zucker Transporten zur Verfügung * Von E II katalysierte Reaktion ist eine spezifische Reakiton = jeder PTS-Zucker hat ein eigenes E II * Mutationen in HPr oder E I = unspezifische Auswirkungen, d.h. kein PTS-Zucker kann mehr verstoffwechselt weren * Mutationen in E II = spezifisch, d.h. es ist immer nur ein PTS-Zucker-Stoffwechselweg betroffen
27
Energiegehalt in PTS-Systemen
* Die Phsophorylierung besitzen vom PEP bis E II B den gleichen Energiegehalt * Befinden sich nahezu im GGW * Erst bei Phosphorylierung des Substrates (PTS-Zucker) findet starker Energieabfaöö statt * Nur in Gegenwart von PTS-Zuckern wird das Reaktionsgleichgewich nach rechts gezogen
28
* Beispiele für PTS Zucker
* Glucose * Fructose * Trehalose * Mannitol * GluNAC * Mannose
29
* Nicht-PTS-Zucker
* Lactose * Maltose * Arabinose * Galactose * Ribose * Xylose
30
Bacteriorhodopsin
* Nicht in Bakterien, sondern Halophilen Bakterien * Integrales Membranprotein * Protonenpumpendes Chromoprotein * Sekundärstrukturelemente * 7 Helikale Bereiche, die die Membran durchspannen * In 7. Transmembran Helix ist an Lysinrest _Retinal_ gebunden * Retinal * All-trans-Retinan * Cofaktor * Salzkonzentrationen an Sättigungsgrenze * Aerobier * Nutzen Bacteriorhodopsin unter Sauerstoffmangel * Große Mengen an Bacteriorhodopsin in Membran, purpur
31
Bacteriorhodopin - Lichtreaktion
* Nach Richtreaktion all-trans-Retinal à 13-cis-Retinal * Protonierte Schiffsche Base ihre Position in Protein verändert von Innenseite zur Außenseite wander * Proton wird zunächst aus saure AS übertragen und auf Außenseite freigesetzt * Retinalcofaktor geht wieder in Grundzustand über * Saure AS wird mit H versorgt * Geht in all-trans Konfiguration über
32
Anaerobe Fütterungsketten
Respiration ohne Sauerstoff * Links: * ausreichend Sulfat als Elektronenakzeptor * Sulfatreduzenten spielen entscheidende Rolle * Vollständige Mineralisation des Kohlenstoffs bis zum CO2 * Rechts * Monomere zu Gärungsprodukten umgesetzt * Syntrophe (auf Partner angewiesen) Gärer, die primäre Gärungsprodukte weiter zu Acetat verstoffwechseln * Homoacetogenese C1-Verbindungen, H2 zu Acetaat
33
^Gärung
* In Abwesenheit von externen Elektronenakzeptoren, daher keine E-Transportkette * Ausscheidung noch relativ energiereicher reduzierter Endprodukte * Organische Säuren und/oder Ethanol * Daneben Freisetzung von CO2 und H2 * Unvollständiger Abbau von Zuckern unter anaeroben Bedingungen * Vermeidung von Reduktionsäquivalenten
34
Alkoholische Gärung
* Abbau von Glucose unter anaeroben Bedingungnen zu Ethanol * Energiegewinnung 2 ATP aus Glykolyse * Regeneration des Cofaktors NAD+
35
Sulfatreduktion - Typen
* Unvollständige Oxidierer * Vollständige Oxidierer * Autotrophe
36
Sulfatreduktion - Unvollständige Oxidierer
* Oxidieren organische Säuren über Pyruvat zu Acetyl-CoA und scheiden Acetat aus
37
Sulfatreduktion - Vollständige Oxidierer
* Oxidieren Fettsäuren, KH oder Aromaten über Acetyl-CoA bis zum CO2 * Bei Biomineralisation von organischen Verbindungen besonders wichtif * In marineen Umgebungen * Sulfatkonzentration höher im Meer * Akkumullierung Biomasse in Gewässer * Biomasse in obere Zone kann oxisch umgesetzt werden --\> aerobe Atmung Mineralisierung * In tiefen Shcichten * Gärung * Acetat als Hauptprodukt * Kann auch oxidiert werden * Verstoffwechseln Gärungsendprodukte
38
Sulfatreduktion - Autotrophe
* Nutzen H2 als E-Quelle und fixieren CO2 über den Acetyl-CoA-Weg oder den reduktiven Trikarbonzyklus (nur bei Anaerobiern)
39
Schritte der Sulfatreduktion
* Sulfat gelangt in Zelle über Symport mit Protonen (1) * Energieverbrauch * Aktivierung Sulfat mithilde ATP-Sulfurylase (2) * Mit ATP zu APS * Pyrophosphatase in zwei mol. Anorg. Phosphat * GGW in Richtung APS * APS durch APS-Reduktase 2e- Schritt zu Sulfit (3) * AMP wird wieder freigestzt * AMP mit ATP zu 2 ADP * 2 ADP mit 2 Pi über ATPSynthase zu 22 ATP phosphorylierten (8) * 6 Proteonen verbrauch * 2 E-reiche Bindungen wurden verbraucht, 2 E Bindungen geknüpft à keine E-Konservierung! Protoenenpotential * Aufbau Protoenenpotential Möglichkeit * H2 als e-Donator und Protoenen Quelle, DH spaltet 4 Moleküle (5) * 8 Protonen * 6 für ATP-Synthase * 2 für Symport * En * Energetisches Nullsystem * Pyrophosphatasen bauen Protonenpotential auf
40
Anoxygene Phototrophe Bakterien
* Unterschiedliche Elektronendonatoren * Z.B. Schwefelwasserstoff * Keine O2 Bildung * PS I ODER PS II ohne Wasserspaltung * Ernährungsweisen * unterschiedlich
41
Beispiele Anoxygene Phototrophe Bakterien
* Purpurbakterien (Schwefel und Nicht-Schwefel) * Grüne Schwefelbakterien * Grüne Nicht-Schwefel Bakterien * Heliobakteriien
42
Winogradsky-Säulen - Anreicherungsverfahren für anoxygenen phototrophen Bakterien
* **_K_**ulturen in Glassäulen * Winogradsky-Säulen * von oben belichtet * ansonsten abgedeckt * Nicht-Schwefelpurpurbakterien * Befüllung * Proteinlösung -\> Erde -\> Sand * Begießen Gewässerprobe * ganzeoben auf Deckel Lichtfilter * bei 800-900 nm: Bakterien mit Bchl a * bei 900-1100 nm: Bakterien mit Bchl b * Schwefelpurpurbakterien und Grüne Schwefelbakterien * Befüllung * Faulschlamm, Gips, Erde * Umgebung die Sulfatatmung begünstig * Freiisetzung H2S * Schwefelpurpur * mag nicht zu hohe Konzentrationen H2S, Schicht daher etwas oberhalb * Grüne Schwefelbakterien * üblicherweise ausgeprägt resistent höherer Konzentrationne * Wachstum direckt überhalnn
43
Purpurbakterien
* Schwefel, nicht-Schwefel * RC durch ringförmig angeordnete Proteinkomplexe umgeben * diese PK enthalten BChl a, Bezeichnung LH
44
Grüne Schwefelbakterien
* obligat photolithoautotroph * H2S als e-Donator für PS * reduktiven Zitronensäurezyklus als CO2 Fixierung * große Chlorosomen * bis zu 250 000 BChl Moleküle * keine direkte Interaktion mit RC * BChl a bindenendes Protein (FannerMatthews-Olson) FMO Protein zwischengeschaltet * Basalschicht weggelassen * Spektrale Eigenschaften der Pigmente in jeweiligen Ketten (?) * erlauben Energietransfer von den Pigmenten in AS bis RC * BChl c (742nm) ,d,e in Chlorosomen in Rotbereich kurzwelligere Anregungswellenlängen als BChl a in Basalplatte * BChl a in Basalplatte (792 nm) kurzwelliger als BChl a in FMO Proteinen * BChl a in FMO (805 nm) kurzwelliger als im RC (865 nm) Energiegefälle, sodass thermodynamisch möglich vorgeschaltete Pigmente ihre E an nachgeschaltete Pigmente weiterzugeben
45
Grüne Nicht-Schwefel Bakterien
* photolithoautotroph oder chemoorganoheterotroph * CO2 Fixierung: 3 Hydroxypropionatzyklus * Wasserstoff als e-Donator oder org. Verb. * kleine Chlorosomen * bis zu 50 000 BChl Moleküle
46
Heliobakterien
* keine CO2 Fixierungsweise * Ernährung * Lebensweise Photoorganoheterotroph (oder Chemo) * obligate anaerobier * nacktes Homodimeres RC * keinerlei Antennensysteme nachgewiesen
47
Reaktionszenrten
* Komplexe von integralen Membranproteinen * Stattfindungsort der Ladungstrennung * Nach Lichtabsorption wird Elektron auf ein negatives Redoxppotential gebracht * nur 1 PS in jeweiligen Organismen
48
PS I
* Homodimere * Fe-S-Zentren als Elektronencarrier * 4F-4S-Zentrum * Cystein-Schwefel * 1 der 4 Eisenionen Valenzwechsel durchlaufen (+3 à +2 bzw. +2 à +3)
49
PS II
* Heterodimere (dunkel und hellmagenta) * Chinon (Q) als Elektronencarrier * Fettlösliche Elektronencarrier * 2 Carbonylgruppen * Einzeln nacheinander reduziert werden können
50
Merke
* Das Redox-Potential des reduzierten Fe-S-Akzeptors von Typ I-RC ist deutlich negativer als das des Chinonakzeptors von Typ II-RC
51
Antennen
* Pigment * Versch. Varianten von Antennensystemen,, da RZ alleine nicht ausreichend * Unterschiedliche AS in unterschiedlichen Organismen sorgen für effizientes Lichtsammeln * Chlorosomen * Lichtsammel(antennen) Komplexe der Grünen Bakterien * Lipidmonoschicht Kompartimente * riesege Anzahl v bChl c, d und e eingeschlossen * Größe kann variieren
52
Räuber unter gramnegativen Bakterien
Beispiel: *Bdellovibrio bacteriovorus*
53
*Bdellovibrio bacteriovorus*
* Halbmondförmig * Bakterien fressender Blutsauger * Annährung an stäbchenförmige Zelle * Schwimmt frei herum bis mit Beute zusammenstößt * Bohrt in Wirtszelle hinein * Verlust des Falgellums * Entry in periplasmatischen Raum * Vergrößerung des Räubers * Abrundung Wirtszelle à Bdelloplast * Räuber teilt sich in mehrere kleine Zellen * Lyse der Beutezellwand, Platzen, Freisetzen der geteilten Räuberzellen
54
Bacteriocine
* für Baktereien toxisch Peptide * Ribosomal synthetisierte Peptide, die Prokaryoten ausscheiden und die andere Prokaryoteen durch unterschiedlche Mechanismen abtöten * Eine Klasse bilden die Lantibiotika, Peptide, die die ungewöhnliche Aminosäure Lanthionin enthalten * Lanthioninringe entstehen in Petpiden in denen Cysteinreste mit mod. Serinresten oder Threoninresten, die mehrere AS-Reste entfernt sind, Schwefelbrücke ausbilden * Keine Redoxlabile Disulfidbrücke sonder Verknüpfung
55
Bacteriocine Beispiel Nisin
* Lactococcus Lactis * Nisin A wirkt gegen gram+ Bakterien * Gram+ Krankheitserreger in Rohmilchprodukten werden abgetötet von Nisin A à macht diese Produkte für uns menschen erträglich * _Wirkmechanismus_ * N-Terminus bindet an Lipid 2, Vorstufe bei ZW Synthese, an Außenseite * Lipophiler Carrier + Disaccharid + Pentapeptid à Lipid II * Verhinderung weitere ZW Synthese * Keine Neuen Zuckerbindungen * Nisin A an Lipid 2 an Außenseite wird festgehalten * Begünstigt Insertion der C-terminalen Domäne in die Membran * C-terminale Domönene Oligomerisieren, bilden Pore in Membran à Potentiale brechen zusammen
56
Symbiontische Bakterien in Wurzelknöllchen
* Stickstofffixierung * Pflanzen scheiden Flavonoide aus (Startsignal) * Luteolin * Genistein * Verbindungen mit 2 aromatischen Ringen * Bakterien sensen die Flavonoide * Produktion Nodulationsfaktoren * Enthält 3 Kopien N-Acetyl-Glucosamin * Eines Sulfatiert * Pflanze reagiert mit Ausbildung Infektionsschlauch * Bakterien können durch Infektionsschlauch ins Innere der Wurzell eindringen * In Pflanzenwurzel werden B einzeln in gruppen von Pflanzenmembran umgeben * Bakteroide ändern Form * Werden zu stickstoffixierenden Sklaven ausgebildet * Wechselwirkung der Pflanzen und Bakteroide
57
Pflanzenpathogene Bakterien
* *Agrobacterium tumefaciens* * *Pectobacterium carotovorum* * *Erwinia amylovora* * *Pseudomonas syringae*
58
*Agrobacterium tumefaciens*
* Wurzelhalstumoren
59
*Pectobacterium carotovorum*
* Abbau der Zellwandkomponente Pektin * Verlust der Stab. Der pflanzl. ZW * Kartoffel, Karotten etc.
60
*Erwinia amylovora*
* Feuerbrand * Abfallen und Bräunung der Blätter * Über Blüte in Pflanze mithilfe bestäubende Insekten * Wandert durch Leitbündel * Systemische Vermehrung innerhalb ganze Pflanze * Produziert Exopolysaccharide à verstopft Leitbündel * StofftrANSport unterwindet * Exopolysaccharide ziehen Insekten an, Zyklus
61
*Pseudomonas syringae*
* epiphylle bakteriuen * Infizieren Blätter * Über trichome oder geöffnete Stomata * In intrazellulären Raum * Typ III-Sekretionssysteme * Massenhafte Vermehrung * Effektorproteine inserieren * Nekrosen * Ice Nucleation * Kristallationskeim * An bohnen