Milchsäuregärung (A. Ehrenreich)

Spezielle Mikrobiologie III
Fragenkatalog – Stand WS04/05
Einführung in die Gärungen und Elektronentransport unter anaeroben Bedingungen;
Nitratreduktion, Sulfatreduktion (W. Liebl)
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Wie würden Sie „Gärung“ definieren? Was sind die charakteristischen Merkmale typischer Gärungen?
Nennen Sie Beispiele von Substratphosphorylierungs-Reaktionen?
Definieren Sie „anaerobe Atmung“.
Welche Typen der anaeroben Atmung kennen Sie?
Erläutern Sie Aufbau und Cofaktoren dissimilatorischer Nitrat- und Nitritreduktasen.
Welche Art der Nitratatmung betreiben Enterobakterien?
Welche Umweltbedingungen sind entscheidend für die Induktion der Enzymsysteme der Denitrifikation? Welche
Typen von Regulationssystemen spielen eine Rolle?
Was ist FNR?
Bei welchen natürlichen bzw. industriellen Prozessen entsteht das Treibhausgas N2O?
Welches Verhältnis zu Sauerstoff haben typische Nitratatmer und Sulfatatmer?
Warum ist Sulfat ein ungünstigerer Elektronenakzeptor als Nitrat oder Sauerstoff?
Welche Substrate können von Sulfatreduzierern als Elektronendonoren genutzt werden?
Wozu dient der oxidative CO-Dehydrogenaseweg?
Wie wird Sulfat aktiviert?
Welche Typen von Hydrogenasen findet man bei Sulfatreduzierern? Welche Rolle spielen sie beim
Energiestoffwechsel?
Wie unterscheidet sich die assimilatorische Sulfatreduktion von der dissimilatorischen Sulfatreduktion?
Welche ökologische Bedeutung haben die Sulfatreduzierer? In welchen Habitaten kommen sie vor?
Worauf beruht die durch Sulfatreduzierer verursachte Korrosion von Anlagen der Ölförderung und –verarbeitung?
Aus welchen Komponenten besteht die Elektronentransportkette der S-Atmung von Wolinella succinogenes?
Nennen Sie Beispiele von Mikroorganismen, die Metalle als Elektronenakzeptoren verwenden können.
Methanogenese (A. Ehrenreich)
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In welchen Ökosystemen findet Methanogenese statt?
Erläutern Sie den Ablauf der anaeroben Atmungskette.
Welche Organismengruppe ist im Vorteil, wenn (bei optimaler Substratversorgung) Methanogene und Sulfatreduzierende Organismen um H2 konkurrieren und warum ist das so?
4. Methanogene Organismen finden sich auch als Symbionten anaerober Protozoen, welche physiologische Rolle
spielen sie dort?
5. Welche ungewöhnlichen Cofaktoren finden sich in Methanogenen, nennen Sie 4 und charakterisieren Sie kurz
deren Rolle im Stoffwechsel.
6. In welche physiologischen Gruppen lassen sich Methanogene hinsichtlich ihrer Substrate einteilen?
7. Skizzieren Sie den Verlauf der Methanbildung aus H2 und CO2
8. Was ist das besondere bei der Methanbildung aus Methanol?
9. Skizzieren Sie kurz die Methanbildung aus Acetat.
10. Welche Rolle hat das Heterodisulfid aus CoM und CoB bei Methanogenen.
11. In welchen Schritten und in welcher Form findet bei der Methanogenese eine Energiekonservierung statt?
Acetogenese (A. Ehrenreich)
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Welchen ökologischen Vorteil haben Homoacetogene Organismen bei der Verwertung von reduzierten
Fermentationsprodukten gegenüber den „klassischen“ Fermentierern?
2. Aus welchen Habitaten und unter Verwendung welcher Techniken können Sie Homoacetogene Organismen
isolieren?
3. Welche Rollen können Homoacetogene in der anaeroben Nahrungskette spielen?
4. Nennen sie drei Beispiele von Homoacetogenen Organismen
5. Welche großen Gruppen von Substraten sind für Homoacetogene verfügbar?
6. Wie fixieren autotroph wachsende Homoacetogene CO2?
7. Warum können Pflanzen nicht den Acetyl-CoA Weg für die Fixierung von CO2 benutzen?
8. Skizzieren sie den Verlauf der Homoacetogenese aus Glucose
9. Beschreiben Sie die durch den Enzymkomplex Acetyl-CoA-Synthase/CO-Dehydrogenase durchgeführte Reaktion
10. Wie gewinnen Homoacetogene Organismen Energie?
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Milchsäuregärung (A. Ehrenreich)
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Charakterisieren Sie Milchsäurebakterien und ordnen Sie diese taxonomisch in das System der Prokaryoten ein.
Welche physiologischen Gruppen von Milchsäurebakterien gibt es? Nennen Sie jeweils 2 Organismen zu jeder
Gruppe als Beispiel.
In welcher Art von Medien werden Milchsäurebakterien typischerweise kultiviert? Erläutern Sie kurz die
Nährstoffansprüche und Kultivierungsbedingungen die typisch für diese Organismen sind.
Welche Lebensmittel werden mit Hilfe von Milchsäurebakterien hergestellt? Nennen Sie 3 Beispiele mit jeweils
einem wichtigen Organismus.
Welchen Infektionskrankheiten werden von Streptokokken verursacht? Nennen 3 Beispiele.
Nach welchem immunologischen Schema werden Streptokokken klassifiziert?
Nennen Sie 3 Pathogenitätsfaktoren von Streptokokken.
Mit welchem einfachen physiologischen Test kann man im Labor eine homofermentative Milchsäuregärung von
einer heterofermentativen unterscheiden.
Welches ist das charakteristische Schlüsselenzym der heterofermentativen Milchsäuregärung? Welchen Kofaktor
besitzt es?
Welches Verhältnis zu Sauerstoff haben Milchsäurebakterien? Welche Enzyme haben bei diesen Organismen
Funktionen im Zusammenhang mit Sauerstoff?
Welche Gärungsendprodukte werden von einigen Lactobacillus- und Streptococcus- Arten bei Hexose-Limitation
gebildet?
Wie unterscheiden sich die Endprodukte der Milchsäuregärung von Bifidobacterium von der heterofermentativen
Milchsäuregärung? In welchem Verhältnis bilden diese Organismen Laktat und Acetat?
Auf einer Joghurt-Dose ist zu lesen dass dieses überwiegend L(+)-Laktat enthält. Ein besorgter (NichtMikrobiologe) fragt Sie um Rat, ob das irgendwie schädlich sein könnte. Erklären Sie kurz die wichtigen Fakten.
Welcher Organismus ist für die Malolaktat-Fermentation verantwortlich? In welchem Lebensmittel ist Sie von
Bedeutung und warum?
Erläutern Sie ganz kurz, welche mikrobiellen Prozesse bei der Käsereifung stattfinden?
Alkoholische Gärung (S. Irniger)
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Welches Enzym katalysiert die Umsetzung von Pyruvat zu Acetaldehyd? Nennen Sie den beteiligten Cofaktor und
dessen genaue Funktion an dieser enzymatischen Reaktion.
Erläutern Sie die Gemeinsamkeiten und Unterschiede in der Ethanolgärung von Saccharomyces cerevisiae,
Zymomonas mobilis und Thermoanaerobacter ethanolicus! Wo liegen die Vor- und Nachteile für die industrielle
Ethanolproduktion durch diese Organismen?
Die Bäckerhefe kann auch zur Produktion von Glycerin verwendet werden. Wie muss man vorgehen, um dies zu
erreichen und möglichst hohe Ausbeuten an Glycerin zu erhalten?
Wodurch unterscheidet sich die Ethanolbildung bei Milchsäurebakterien im Vergleich zu anderen
Ethanolproduzenten?
Nennen Sie die einzelnen Schritte bei der Bierherstellung! Was ist die zentrale Aussage des Reinheitgebots von
1516?
Was bedeutet der Ausdruck Bioethanol? Wozu könnte er gebraucht werden?
Erklären Sie den Ausdruck "Energy charge" und beschreiben Sie dessen Bedeutung für die Glykolyse in der Hefe
Saccharomyces cerevisiae.
Propionsäuregärung (S. Irniger)
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Welcher Mikroorganismus ist an der Bildung von Akne beteiligt. Beschreiben Sie die Prozesse, die zur
Aknebildung führen!
Welche Funktionen haben die beiden Coenzyme Biotin und Coenzym B12 bei der Propionsäuregärung?
Was bedeutet der Ausdruck „mikroaerotolerant"?
Beschreiben Sie typische Eigenschaften von Bakterien der Gattung Propionibacterium! Wo kommen sie vor und
welche Bedeutung haben sie für Mensch und Umwelt?
Nennen Sie ein Bakterium, das Propionat aus Succinat herstellen kann! Wie kann aus Succinat Energie gewonnen
werden?
Ameinsensäuregärung (R. Daniel)
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Skizzieren Sie kurz die Unterschiede zwischen dem Pyruvat-Dehydrogenase Komplex und der Pyruvat-FormiatLyase
Nach welchem Mechanismus verläuft die Pyruvatspaltung durch die Pyruvat-Formiat-Lyase?
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Wie erfolgt die Aktivierung der Pyruvat-Formiat-Lyase ?
An welcher Stelle erfolgt bei der gemischten Säuregärung der Aufbau eines elektrochemischen Gradientens?
Wieviel mol ATP erhält E. coli aus einem mol Glucose a) aerob und b) anaerob
Wie kann man stoffwechselphysiologisch Enterobakter von Escherichia coli unterscheiden?
Buttersäuregärung, Clostridien (R. Daniel)
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Welches Enzym setzt Pyruvat um und nach welchem Mechanismus?
Zeichnen Sie die Gärung ausgehend vom Acetyl-CoA bis zum Butyrat auf.
Welche Regelgröße ist entscheidend, wieviel Acetat neben Butyrat bei der Clostridiengärung entsteht? Geben Sie
die Reaktionsgleichungen beider Extremfälle und unter Laborbedingungen an.
Was versteht man unter Lösungsmittelgärung bei Clostridien und welche organischen Lösungsmittel entstehen
durch welche Reaktionen?
Zeichnen Sie die Gärung bei C. kluyveri auf. Wodurch wird die eigentlich endergone Umsetzung von Ethanol zu
Acetat ermöglicht?
Chemolithotrophe (B. Bowien)
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Welche verschiedenen Typen des chemotrophen Stoffwechsels sind bekannt?
Was wird unter Lithotrophie verstanden?
Was wird unter Mixotrophie verstanden?
Nennen Sie die Wege der autotrophen CO2-Fixierung und deren Schlüsselreaktionen.
Charakterisieren Sie die wichtigsten Eigenschaften der Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/Oxygenase
(RubisCO).
Was versteht man unter Photo-/Chemorespiration und wie steht sie in Zusammenhang mit der CO2-Assimilation?
Was sind Carboxysomen und welche Funktion haben sie?
Was ist über Organisation und Regulation von Genen der autotrophen CO2-Fixierung bekannt?
Nennen Sie physiologische Gruppen aerober chemolithotropher Bakterien und deren Energiesubstrate.
Welche Typen von Hydrogenasen sind bekannt und welche Reaktionen katalysieren sie?
Wie wird Wasserstoffgas von Bakterien detektiert und das entsprechende Signal zur Regulation der HydrogenaseGene transduziert?
Welches ist das Schlüsselenzym der carboxydotrophen Bakterien und nennen Sie dessen biochemische
Eigenschaften.
Formulieren Sie Möglichkeiten der biologischen Oxidation von Schwefelverbindungen.
Schwefelbakterien können spezifische Symbiosen mit anderen Organismen eingehen: Nennen Sie Beispiele.
Was ist"bacterial leaching" und welche prinzipiellen Vorgänge laufen dabei ab?
Welche Reaktionen laufen bei der lithotrophen Nitrifikation unter Beteiligung welcher Bakterien ab?
Wie unterscheiden sich lithotrophe und "heterotrophe" Nitrifikation?
Was versteht man unter Anammox?
Zu welcher größeren Enzymfamilie gehören Nitrit-Oxidoreduktase und Nitrat-Reduktase?
Was sind intracytoplasmatische Membransysteme und welche Funktionen haben sie?
Definieren Sie Unterschiede zwischen obligater und fakultativer Chemolithoautotrophie.
Phototrophe (B. Bowien)
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Welche verschiedenen Typen des phototrophen Stoffwechsels sind bekannt?
Welche Gruppen phototropher Bakterien sind bekannt?
In welchen phylogenetischen Beziehungen stehen die verschiedenen Gruppen phototropher Bakterien?
Was sind aerobe phototrophe Bakterien?
Nennen Sie typische natürliche Standorte phototropher Bakterien und beschreiben deren spezifischen Bedingungen.
Was ist eine Winogradsky-Säule und wozu dient sie?
Einige phototrophe Bakterien verfügen über die größte ernährungsphysiologische Flexibilität überhaupt. Welche
Stoffwechselmodi können diese verwirklichen?
Wie unterscheiden sich Bakteriochlorophylle von den Chlorophyllen der Pflanzen, Algen und Cyanobakterien?
Welche Funktion haben Carotinoide im photosynthetischen Apparat?
In welchen Zellstrukturen sind die Photosyntheseapparate der verschiedenen Bakterien lokalisiert?
Wie wird die Bildung des Photosyntheseapparates in Purpurbakterien reguliert?
Aus welchen prinzipiellen Strukturkomponenten bestehen photosynthetische Einheiten?
Charakterisieren Sie die photosynthetische Einheit der Purpurbakterien genauer.
Welche Produkte werden von den puc-, puf- und puh-Genen in den Purpurbakterien codiert?
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15. Können Komponenten der photosynthetischen Einheit bei Purpurbakterien für den respiratorischen
Elektronentransport genutzt werden?
16. Charakterisieren Sie die photosynthetische Einheit der grünen Schwefelbakterien genauer.
17. Gibt es eine Beziehung zwischen der Photosynthese der phototrophen Bakterien und der Nutzung des Lichtes als
Energiequelle bei einigen (welchen) Archaeen?
18. Kommen Photosynthesesysteme auch bei typisch chemotrophen Bakterien vor? Begründen Sie Ihre Aussage?
Mikrobieller Abbau von Naturstoffen (W. Liebl)
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Was unterscheidet Lipasen von anderen Esterasen?
Erläutern Sie den Reaktionsmechanismus von Lipasen.
Welche Enzyme spalten das Rückgrat von DNA bzw. RNA?
Was versteht man unter “salvage”-Stoffwechselwegen? Nennen Sie beispielhaft daran beteiligte Enzyme.
In welche Gruppen werden Proteasen eingeteilt?
Wie entfaltet Phenylmethansulfonylfluorid (PMSF) seine hemmende Wirkung gegenüber Serinproteasen?
Was ist häufig der erste Schritt beim Abbau von Aminosäuren?
Wie ist Lignin aufgebaut? Welche Enzyme sind am Abbau durch Pilze beteiligt?
Nennen Sie Beispiele und Aufbau einiger Oligo- und Polysaccharide.
Erläutern Sie den Hydrolysemechanismus einer typischen Glycosidhydrolase, z.B. einer alpha-Amylase oder einer
Zellulase.
Wie unterscheiden sich retendierende und invertierende Glycosidhydrolasen?
Warum ist Cellulose im Vergleich zu Stärke relativ schwer abbaubar?
Was sind Cellulosomen? Aus welchen Komponenten bestehen sie?
Nennen Sie verschiedene Enzyme, die am Abbau von Stärke beteiligt sein können. Welche Reaktionen katalysieren
diese Enzyme?
Was sind Cyclodextrin Glycosyltransferasen?
Welchen Vorteil bringt der Abbau von Maltodextrinen durch eine Maltodextrin Phosphorylase verglichen mit dem
Abbau durch eine alpha-Glucosidase?
Unvollst. Oxidation, Sekundärstoffwechsel, Antibiotika, Antimykotika (S.
Krappmann)
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Wie werden Mikroorganismen für die Biotechnologie genutzt und welche Anforderungen werden dabei an einen
Mikroorganismus gestellt?
Welche biotechnologisch wichtigen Exopolysaccharide und (Exo)enzyme aus Mikroorganismen kennen Sie?
Was versteht man unter einer unvollständigen Oxidation?
Beschreiben Sie die Acetatbildung durch Essigsäurebakterien und nennen Sie die wichtigsten Verfahren zur
Essigsäureproduktion.
Was versteht man unter einem Unter- bzw. Überoxidierer?
Wie gewinnt man Zitronensäure aus Aspergillen und was sind die Grundlagen der Citrat-Überproduktion?
Nennen Sie Beispiele für biotechnologisch relevante Biotransformationen.
Wie gewinnt man Glutamtat aus Corynebakterien? Beschreiben Sie die Synthesewege und die Ursachen der
Überproduktion.
Welche Methoden zur Gewinnung von Arginin, Lysin oder Tryptophan aus Mikroorganismen kennen Sie?
Wie hängen Sekundär- und Primärmetabolismus zusammen? Welche Hauptwege des Sekundärstoffwechsels
kennen Sie?
Was sind Antibiotika und wie weist man sie nach? Aus welchen Mikroorganismen werden Antibiotika
hauptsächlich gewonnen?
Welches sind die wichtigsten Antibiotika-Klassen? Nennen sie jeweils einen wichtigen Vertreter.
Beschreiben Sie den Biosyntheseweg der Penicilline! Welche anderen -Lactame kennen Sie?
Von welchen Produzenten wird Streptomycin synthetisiert und wie wirkt es?
Wie bzw. wo können Antibiotika wirken und wie können Resistenzen entstehen?
Nennen Sie die wichtigsten spezifisch wirkenden Fungizide, die in der Medizin zum Einsatz kommen! Wie wirken
diese Substanzen?
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