Umweltmikrobiologie
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Leistungskontrolle zur Vorlesung „Einführung in die Umweltmikrobiologie“ (Umweltmikrobiologie/Biotechnologie I) am 29.1.2002 Name: Matrikelnummer: Studiengang: BITTE BEANTWORTEN SIE DIE FRAGEN NACH MÖGLICHKEIT STICHWORTARTIG! 1. Bei taxonomischen Untersuchungen an Mikroorganismen wird heute meistens das Gen der 16S RNA sequenziert. Wo kommt 16S rRNA in der Zelle vor? Warum wird gerade dieses Makromolekül analysiert? (Nennen Sie mindestens 4 Gründe) (5 P.) 2. Was heißt PCR und was passiert dabei? Was für eine Art von Enzym benötigt man hierzu? Welche niedermolekularen Verbindungen muss man mindestens zugeben? Was wird sonst noch benötigt? Welcher Parameter wird zyklisch variiert? (6 P.) 3. Woraus sind die Mitochondrien bzw. die Chloroplasten in der Evolution hervorgegangen? Wie nennt man den Vorgang, der hier stattgefunden hat? Nennen Sie mindestens 2 Gründe, warum man diesen evolutionären Ursprung der Organellen annimmt! (5 P.) 4. Skizzieren Sie den Unterschied in Aufbau und wesentlichen Komponenten der Zellumhüllung Gram-positiver und Gram-negativer Zellen. (6 P.) 5. Wie wirkt Penicillin schädigend auf Bakterien? Warum ist es für höhere Lebewesen normalerweise nicht schädlich? (2 P.) 6. Geben Sie eine einfache Gleichung an, die die Massezunahme einer exponentiell wachsenden Kultur beschreibt! Definieren Sie die bei der Gleichung möglicherweise verwendeten Symbole! (5 P.) 7. Das Auskochen von Gegenständen oder Lösungen reicht zur sicheren Sterilisation nicht aus. Wie heißen die hitzeresistenten Strukturen? Worin unterscheiden sie sich von normalen Zellen abgesehen von der Hitzeresistenz? Unter welchen Bedingungen bilden sie sich? Nennen Sie mindestens eine Bakteriengattung, die zur Bildung dieser Strukturen in der Lage ist! (4 P.) 8. Durch welchen Stoffwechselweg gewinnen Mikroorganismen mit homofermentativer Milchsäure-Gärung ihre Energie? Wieviel Moleküle ATP werden pro Molekül vergorener Glucose gebildet? Um was für eine Art von Phosphorylierung handelt es sich? Aus welcher Vorstufe bzw. welchen Vorstufen wird Lactat gebildet, und was ist der Sinn dieser Lactat ergebenden Reaktion? (5 P.) 9. Nennen oder skizzieren Sie mindestens 4 Methoden, mit denen man die Zahl oder Masse von Bakterienkulturen direkt oder indirekt bestimmen kann! (4 P.) 10. Geben Sie die Summen-Reaktionsgleichung des Tricarbonsäure-Cyclus (= CitronensäureCyclus) an, inklusive der für die Energiegewinnung bzw. den Redoxzustand relevanten Cofaktoren! (5 P.) 11. Zeichnen Sie die Strukturformel von und benennen Sie 4 Intermediate des TricarbonsäureCyclus (= Citronensäure-Cyclus) und ordnen Sie diese in der richtigen Reihenfolge als Cyclus an! (10P.) 12. Worin besteht für das ATP synthetisierende Enzym, die ATP-Synthase, die Triebkraft für die ATP-Synthese? Wo ist das Enzym bei Bakterien lokalisiert? Wie funktioniert das Enzym im Prinzip? (4 P.) 13. Welche Gruppe von Mikroorganismen hat dazu geführt, dass die Erdatmosphäre vor langer Zeit mit Sauerstoff angereichert wurde? Aus welcher Verbindung kam bzw. kommt dieser Sauerstoff? Woher kam bzw. kommt die Energie für diesen Prozess? Wie mussten die Organismen (im Vergleich zu physiologisch verwandten Organismen) biochemisch ausgestattet sein, um Sauerstoff produzieren zu können? (4 P.) 14. Nach einer Düngung mit Ammonium-haltigem Dünger können Stickstoff-Verbindungen im Grundwasser auftauchen. Welcher mikrobielle Prozess ist daran maßgeblich beteiligt? Benötigt dieser Prozess Sauerstoff? Was entsteht bei diesem Prozess als Endprodukt? Welche Verbindung entsteht immer als Zwischenprodukt und wird leicht akkumuliert? Warum werden die Verbindungen nicht im Boden zurückgehalten? Nennen Sie eine Bakteriengattung, die an der Bildung des Zwischenproduktes, und eine, die am Umsatz des Zwischenproduktes zum Endprodukt beteiligt ist! (7 P.) 15. Nenne Sie 3 Verbindungen, die durch chemolithoautotrophe Bakterien oxidiert werden können, davon mindestens eine anorganische Stickstoff-Verbindung und eine anorganische Schwefel-Verbindung! (3 P.) 16. Welcher Stoffwechseltyp bildet den Endpunkt der anaeroben Nahrungskette? Welche Produkte anderer Gärungen werden dabei verbraucht? Nennen Sie mindestens einen typischen Standort, wo er auftritt! (3 P.) 17. Den aeroben Aromatenabbau unterteilt man häufig in erstens die einleitenden (peripheren) Reaktionen, die das Zwischenprodukt, das dann der Ringspaltung unterliegt, zunächst bilden, und zweitens in die Ringspaltungs- bzw. darauf folgende Reaktionen. Durch welche Arten von Enzymen wird der aerobe Aromatenabbau häufig eingeleitet? Was ist chemisch gesehen charakteristisch für die Zwischenprodukte, die der Ringspaltung unterliegen? Nennen Sie ein Beispiel eines solchen Intermediats! Durch welche Art der Reaktion wird dann der aromatische Ring gespalten? (5 P.) 18. Welcher Prozess läuft in den Wurzelknöllchen der Leguminosen ab? Was entsteht dabei als primäres Produkt? Welches Enzym ist für diesen Prozess entscheidend? Nennen Sie eine Bakteriengattung, die dafür verantwortlich ist! Hat die Pflanze von dem Wurzelknöllchen bzw. dem darin ablaufenden Prozess einen Vorteil oder einen Nachteil? Warum? (6 P.) Testat „Einführung in die Umweltmikrobiologie I“ vom 10.02.2000 1. Nennen Sie mind. 5 wesentliche Unterschiede zwischen prokaryotischen und eukaryotischen Zellen (5 Punkte) Lsg.: eukaryotische Zellen besitzen Zellkompartimierungen = Endoplasmatisches Reticulum = Zellkernmembran = Mitochondrienmembran = Lysosomen, Golgi-Apparat 2. Nennen Sie mind. 3Arten von Merkmalen, die in der klassischen Bakterientaxonomie zur Einteilung und Identifizeirung von Bakterien verwendet werden! (3 Punkte) Lsg.: Physiologie, Morphologie: Zellgrösse, -form Gran-Färbung Energie- und Kohlenstoffquelle (Ernährungstyp) 3. Welche Makromoleküle werden heutzutage bei taxonomischen Untersuchungen an Mikroorganismen meistens sequenziert? Nennen Sie mind. 4 Gründe, die für die Verwendung dieses Meleküle sprechen! (5 Punkte) Lsg: Untersuchung der ribosonalen RNA-Untereinheit,bei Prokaryoten 16s-RNA, bei Eukaryoten 18s-RNA 4 Gründe für Verwendung: - ribosonale RNA universal verbreitet - identische Funktion d. Proteinsynthese - gut zugänglich - kein lateraler Gentransfer - ausreichend gross-gering Info 4. Welche 3 Grossgruppen von Org. werden auf der Basis von Sequenzierungen differenzieren? Nennen Sie mind. 3 fundamentale zellbiolog. oder biochem. Kriterien, mit denen diese 3 Grossgruppen außer durch Sequentierung voneinander differenziert werden können. (6 Punkte) 5. PCR Stück der Matrizen DNA amplifiziert von Enzymen benötigt man hierzu? Welche niedermolekularen Verbindungen muss man mind. zugeben? Wodurch wird bestimmt, welches Stück amplifiziert wird? Welcher Parameter wird zyklisch variiert, um die Amplifizierung zu erreichen? (4 Punkte) Lsg.: - man benötigt die DNA-Polymere, die DNA synthetisiert - es müssen Nucleotide vorh. sein die Beusteine d. DNA - mit Hilfe von Primern wird die DNA-Synthese gestartet, dann beginnt die Amplifizierung - die Temperatur wird variiert 6. Woraus sind die Mitochondrien bzw. die Chloroplasten in der Evolution hervorgegangen? Wie nennt man den Vorgang, der stattgefunden hat? Nennen Sie mind. 2 Gründe warum diesen evolutionären Ursprung der Organellen annimmt! (5 Punkte) Lsg.: Man nimmt die Endosymbiontheorie an Mitochondrien sind aus Proteobakterien und Chloroplasten aus Cyanabakt. hervorgegangen sind. (S-Ribosom und circuläre DNA) 7. In welcher Grössenordnung liegt der Durchmesser eines durchschnittlichen Bakteriums, in welcher der von eukaryotischen Einzellern? (2 Pkte) Lsg.: Bakt.: 10 µm Euk.: >10µm 8. Nennen Sie dioe wesentlichen Unterschiede in der Zellwand Gram-pos. und Gram-neg. Bakt. incl. charakteristischer Bestandteile! Wie kommt es zum unterschiedlichen Färbeverhalten in der Gram-Färbung? (8 Pkte) 9. Was versteht man man unter Symport, was unter Antiport? Wodurch werden diese Prozesse häufig angetrieben? (3 Pkte) 10. Nennen Sie zwei Unterschiede in Aufbau oder Zusammensetzung zw. einem Flagellum von Bakt. und Flagellum bzw. eine Cilie von Eukarya! (4 Pkte) 11. Wie wird Penicillin schädigend auf Bakterien? Warum ist es für höhere Lebewesen normalerweise nicht schädlich? (2 Pkte) 12. Zeichen Sie eine typische Wachstumskurve einer statistischen Bakterienkultur! Benennen sie die Achse und die verschied. Wachstumsphasen! (7 Pkte) 13. Das Auskochen von Gegenständen oder Lsgen reicht zur sicheren Sterilisation nicht aus. Wie heissen die hitzeresistenten Strukturen? Worin unterscheiden sie sich von normalen Zellen abgesehen von der Hitzeresistenz? Unter welchen Bed. bilden sie sich? Nennen Sie mind. eine Bakteriengattung, die zur Bildung dieser Strukturen in der Lage ist! (4 Pkte) 14. Durch welchen Stoffwechsel gewinnen homofermative Milchsäurebakt. ihre Energie? Wieviel ATP werden pro Molekül vergorener Glucose gebildet? Um was für eine Art von Phosphorylierung handelt es sich? Aus welcher Verbindung wird die Milchsäure gebildet und was ist der Sinn dieser Milchsäure ergebenen Reaktion? (5 Pkte) 15. Nennen oder skizieren Sie mind. 4 Methoden, mit denen man die Zahl oder Masse von Bakt. direkt oder indirekt bestimmen kann! (4 Pkt.) 16. Was läuft im Tricarbonsäure-Cyclus (=Citronensäure-Cyclus) im Prinzip ab? D.h., was geht rein was kommt raus, wie ist der schematische Ablauf? (5 Pukte) 17. Durch welchen Prozess gewinnen aerobe (heterotrophe) Org. z.B. bei der Verwertung von Glucose den größten Teil der Energie? Warum ist dieser Prozeß zwangsläufig an Membranen gebunden? Wie heißt die Verbindung, die in der Zeile als Energiespeicher dient (volst. Name und Abkürz.)? Welche andere Mglk. der Energiegewinnung besteht in der Regel? Ist diese auch an Membranen gebunden? (5 Pkte.) 18. Durch welche Strategie kann bei manchen Gärungen (z.B. gemischte Säuregarung oder Buttersäure-Gärung) eine höhere ATP-Asbeute erzeilt werden als bei der alkoholischen Gärung oder der homoferenmativen Milchsäure-Gärung? 19. Nennen Sie mind. 2 anorg. Verbind. oder Ionen, die statt Sauerstoff als Elektoren-Akzeptoren dienen können. Welcher dieser alternativen Elektronen-Akzeptoren erlaubt (z.B. mit Glucose als Elektoren-Donor) den größeren Energiegewinn? Warum ist das so? Wie nennt man den jeweiligen Prozess? (6 Pkte.) 20. Es gibt Methan bildende und Methan verwertende Mikroorg.. Unter welchen äußeren Bed. kann Methan gebildet wertden, bzw. was ist an Umgebungsbed. i.d.R. notwendig, um Methan zu verbrauchen? Wie nennt man den jeweiligen Stoffwechseltyp? Zu welcher Domäne von Org. gehören die Methan bildenden bzw. die Methan verbrauchenden Mikroorg.? (6 Pkte.) 21. Nennen Sie 3 Verbind., die durch chemolithoauthotrophe Bakt. oxidiert werden können, davon mind. eine anorg. N-Verbind. und ine anorg. S-Verbind.! Nenen Sie mind. eine Gattung, die anorg. N-Verbind. oxidieren kann! (5 Pkte) 22. Welche Gruppe von Mikroorg. hat dazu geführt, dass die Erdatmosph. vor langer Zeit mit O 2 angereichert wurde? Aus welcher Verbind. kam bzw. kommt dieser O2? Woher kam bzw. kommt die Energie für diesen Prozeß? Wie mußten di eOrg. (im Vgl. zu physiologisch verwandten Org.) biochem ausgestattet sein, um O2 prod. zu können? (4Pkte) 23. Nach einer Düngung mit Ammonium-haltigen Dünger können N-Verbind. im Grundw. auftauchen. Welcher mikrobiolog. Prozeß ist daran maßgebl. beteiligt? Benötigt dieser Prozeß O2? Welche Verbind. entsteht immer als Zwischenprod.? Warum werden die Verbind. nicht im Boden zurückgehalten? ( 4Pkte) 24. Welcher Stoffwechseltyp bildet den Endpkt. der anaeroben Nahrungskette? Welche Prod. anderer Gärungen werden dabei verbraucht? Nennen Sie mind. einen typ. nat. Satndort, wo er auftritt! Wo spielt dieser Stoffwechseltyp bei der Abwasserreinigung eine Rolle? (4Pkte) 25. Durch welcher Art von Handelsprod. kommt es zu Umweltschädendurch Alkane? Findet der bakterielle Abbau von Alkanen schneller unter aeroben oder unter anaeroben Bed. statt? Gebn Sie für Ihre Meinung 2 unterschiedl. Gründe! (4 Pkte) 26. Den aeroben Aromatenabau unterteilt man häufig in erstens die einleitendfen (peripheren) Reakt., die das Zwischenprod., das dann der Ringspaltung unterliegt, zunächst bilden, und zweitens in die Ringspaltung- bzw. darauf folg. Reaktionen. Durch welche Arten von Enzymen wird der aerob. Aromatenabbau häufig eingeteilt? Was ist chemisch gesehen charakteristisch für die Zwischenprod., die der Ringspaltung unterliegen? Nennen Sie ein Bsp. eines solchen Intermediats! Durch welche Art von Reakt. wird dann der aromat. Ring gespalten? (5 Pkte) 27. Nennen Sie mind. 2 physiologischen Gruppen von Bakt., die CO2 fixieren. Wie heißt der Stoffwechsel, der heirfür in den meisten Bakt. verwendet wird? (4 Pkte) 28. Nenne Sie 2 charakterist. Elektronen-Donoren (unterschiedl.Eleemente) für Thiobacillus ferrooxidans? Warum ist es für diese Spezies wichtig, säuretolerant zu sein? Bei welchen großtechnischen Prozess spielt diese Spezies eine wichtige Rolle? (4 Pkte) 29. Welcher Prozeß läuft in den Wurzelknötchen der Rhizobien ab? Was entsteht dabei als primäres Prod.? Welches enzym ist für diesen Prozess entscheidend? Welche Bakteriengattung ist dafür verantwortlich? Hat die Pflanze von den Wurzelknötchen bzw. dem darin ablaufenden Prozeß einen Vorteil oder einen Nachteil? Warum? (6 Pkte) 30. Was versteht man unter BSB5, was unter CSB?Welcher von beiden Werten ist größer und warum? (4Pkte) 31.Wie kann man durch eine Kläranlage, die Euthrophierung des dahinter leigenden Flusses (Vorfluter) mit Nverbind. reduzieren? Welche mikrobiellen Prozesse spielen dabei welche Rolle? (5Pkte)
