Zellteilung - Martin-Luther-Universität Halle

Mol.Microb.
Grundlagen der
Mikrobiologie
Martin-Luther-Universität
Halle-Wittenberg
Biologie-Mikrobiologie-Molekulare Mikrobiologie
Mol.Microb.
Mikrobiologie
Kapitel 1: Wie Leben funktioniert und woraus Lebewesen bestehen.
Kapitel 2: Größe von Prokaryoten: Daher wurden sie so spät entdeckt!
Kapitel 3: Was ist drin in Bakterien und wie kommt es dort hinein?
Kapitel 4: Die Hülle: Bau prokaryotischer Zellwände
Kapitel 5: Außerhalb der Hülle: Anheftung und Bewegung
Kapitel 6: Energiekonservierung in Lebewesen
Kapitel 7: Die globalen Zyklen unter Bezug auf die Taxonomie
Kapitel 8: Informationsfluss in Bakterien: Eine Einführung
Kapitel 9: Wachstum: Vorbedingung, Verfolgung, Verhinderung und Endosporen
Kapitel 10: Biotechnologie: The good guys
Kapitel 11: Pathogene Mikroorganismen: The bad guys
Mol.Microb.
WDH Stunde 7
• Phototrophe Lebensweisen und Organismen im Überblick:
„Tricks“ der Cyanobakterien
• Chemolithoautotrophe Bakterien: Mit Sauerstoff geht alles!
(Mit Wasserstoff geht jeder Akzeptor, sonst entscheidet die
Redox-Spanne)
•  Heterotrophe Lebenswelten im Überblick
• Atmer: Akzeptoren, Ökologie, Lebenswelt
• Zyklen: N-, S-, Metall-Zyklen, C-Zyklus
• Gärer und ihre ökologische Funktion
Mol.Microb.
Leben: N-Zyklus
Aerob, viel O2
Sauerstoff
<CH2O>
NO2-
Sprungschicht
NO3-
Nitrifikation
<CH2O>
NH4
N2-Fixierung
Abbau und Synthese AssNitrRed
organischer Substanzen
NO3NO2<CH2O>
N2
Denitrifikation, NitratAmmonifikation, Anamox
Reduzierte Substanzen
Anaerob,
vielviel
H2H
S 2S
Anaerob,
Leben: S-Zyklus
Mol.Microb.
Aerob, viel O2
Sauerstoff
<CH2O>
Sprungschicht
<CH2O>
Abbau
Aerobe Thiobacilli
SO42Assimilatorische
S
Sulfat-Reduktion
Sulfat-Atmung
Anaerobe Photosynthese
H2S
<CH2O>
Reduzierte Substanzen
Anaerob,
vielviel
H2H
S 2S
Anaerob,
Leben: Metall-Zyklus
Mol.Microb.
Aerob, viel O2
Sauerstoff
<CH2O>
Fe3+, Mn4+
Fe2+, Mn2+
Aerobe MetallOxidation
Sprungschicht
<CH2O>
Fe3+, Mn4+
Fe2+, Mn2+
Anaerobe Metall-Atmung
<CH2O>
Reduzierte Substanzen
Anaerob,
vielviel
H2H
S 2S
Anaerob,
Mol.Microb.
C-Zyklus
Licht
CO2
H2O
Wärme
Wärme
O2
<CH2O>
Laktat, Ethanol
Propionat
Buttersäure
CO2, H2
Acetat
Nitrat
Sulfat
Ox.
Metalle
Carbonat
Ammoniak
H2S
Red.
Met.
CH4
ANAEROBER SHUNT
Lebenswelt 4:
chemoorganoheterotroph
Gärung
-COOH
Mol.Microb.
<CH2O>
<CH2O>
-CH3
Energie
<CH2O>-Assimilation
Leben: Gärung
Mol.Microb.
• Möglichkeit II: Chemische Energie
• IIC: Reaktion organischer Stoffe: Gärung!
• Für einen Gärer ist die beim Abbau von organischer
Materie abfallende Redox-Kraft eine Last, die er unter
Energieverzicht beseitigen muss. Unter gewissen
Umständen kann er sie teilweise oder ganz (Syntrophie)
als molekularen Wasserstoff beseitigen.
• Ein Gärer konserviert relativ wenig Energie durch
Substratstufenphosphorylierung, dafür ist er aber frei!
• Es gibt niedere und höhere Gärung
Leben: Gärer
• 
Mol.Microb.
Welche Gärer gibt es? Auflistung nach Endprodukten!
1.  Milchsäuregärung (nieder): homo-/heterofermentativ, Bifis: > Milchsäurebakterien (meist Firmicutes, Actinobacteria)
2.  Alkoholgärung (nieder): Hefen, Zymomonas-Stil (Proteob.)
3.  Formiatgärung (hoch): Butandiol und gemischte Säuregärung
-> Enterobakterien (gamma-Proteobacteria)
4.  Propionatgärung (hoch): Acrylyl-/Methylmalonyl-CoA-Weg
-> Propionibacterium, Clostridium (Actinob., Firmicutes)
5.  Buttersäuregärung (hoch): Buttersäure, Aceton/Butanol
-> Clostridium (Firmicutes)
Leben: Gärer
Mol.Microb.
•  Ökologische Funktion gärender Organismen:
1.  Niedere Gärer: Start mit Kohlenhydrat-Vergärung
auch in Anwesenheit von Sauerstoff.
2.  Höhere Gärer: Abbau von Polymeren, Redox-Kraft in
reduzierten organischen Verbindungen
„zwischengelagert
3.  Höhere Gärer: Produktion von H2 und CO2 zum
„Anfüttern von Methanbakterien als zukünftigen
syntrophen Partnern
4.  Syntrophie: komplette Disproportierung organischer
Materie zu CO2 und CH4 durch höhere Gärer und stark
anaerobe Atmer.
5.  Letzter Akt: Acetat-Spaltung durch Methanbakterien
Mol.Microb.
Mikrobiologie
Kapitel
8:
Informationsfluss
in
Bakterien: Eine Einführung
Informationsfluss: 6 Möglichkeiten (IV-VI später)
I -> Genexpression (kontinuierlich)
II -> Regulation der Genexpression und Enzymaktivität (kont.)
III -> DNA-Replikation und Zellteilung (nach Bedarf)
Zellinhalte: Chromosom
Zellinhalte: Chromosom
Größen:
Chromosom: 0.5 - 12 Mb
E. coli: 4.6 Mb
Plasmid: 5 - 1500 kb
Formen:
ccc: covalently closed circular
oc: open circular
Lineare DNA
Zellteilung
Chromosomen-Replikation: bidirectional und semikonservativ
Zellteilung
Zellteilung
Zellteilung
Zellteilung
Zellteilung
Zellteilung
Zellteilung
Zellteilung
Informationsfluss IV:
•  Mutation und Reparatur
Informationsfluss V: DNA-DNA
•  Homologe Rekombination: RecA, 50 bp, 70 % Ident.
•  Double site-specific recombination (ortsspez. Rek.)
•  Single site-specific recombination (Transposition)
Informationsfluss VI: Horizontaler
Gentransfer
•  Transformation: Nackte DNA
•  Konjugation: Kontakt zwischen Zellen
•  Transduktion: Über Bakteriophagen:
Generelle und Spezielle Transduktion
Viren
Viren
-  kommen bei allen Organismen vor
-  Virus = Gift, sächlich
-  borgen sich für ihre Vermehrung den Stoffwechsel des Wirtes
-  vermehren sich nur in wachsenden Wirten
-  sind daher keine Lebewesen, aber mit solchen assoziiert
-  sind im Lichtmikroskop nicht sichtbar
-  sind ultrafiltrierbar
-  bestehen mindestens aus Protein und Nukleinsäure (Viroide, Prione)
Viren: Bakteriophagen
Viren: Bakteriophagen
Wurfgröße
Latenzzeit
Viren: Bakteriophagen
Ein Virion besteht aus:
1.  Virus-Nukleinsäure: RNA oder DNA
2.  Protein: Capsid: Helical/
Eikosaedrisch
3.  Einige tierische Viren: Hülle
Ein Virion besteht aus:
1.  Virus-Nukleinsäure: RNA oder DNA
2.  Protein: Capsid: Helical/
Eikosaedrisch
3.  Einige tierische Viren: Hülle
Viren