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Mi 12 – 14, W3- 1- 161
VorlesungAllgemeine Mikrobiologie
Was ist Mikrobiologie? Was ist Mikrobiologie
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TerminplanMittwoch 12-14, W3 1-161
13.4.: H. Cypionka: Einführung
20.4.: E. Rhiel: Zellen der Pro- und Eukaryoten
27.4.: E. Rhiel: Zellen der Pro- und Eukaryoten
4.5.: T. Brinkhoff: Evolution und phylogenetischer Stammbaum
11.5.: B. Engelen: Ausgewählte Prokaryoten
18.5.: B. Engelen: Ausgewählte Prokaryoten
25.5.: M. Könneke: Ausgewählte Prokaryoten
1.6.: M. Könneke: Ausgewählte Prokaryoten
8.6.: L. Berthe-Corti: Angewandte Mikrobiologie
15.6.: L. Berthe-Corti: Angewandte Mikrobiologie
22.6.: M. Müller: Viren
29.6.: K. Palinska: Cyanobakterien
6.7.: A. Gorbushina: Pilze
Terminplan
Weitere Infos und Folien unter
www.icbm.de/pmbio - - - > Teaching
Bücher...
• VL Allg. Biologie
• VL Physiologie der Mikroorg.
• VL Mikrobielle Ökologie
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weitere Infos
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www.grundlagen-der-mikrobiologie.de
Grundlagen der Mikrobiologie
Bitte um Verbesserungs-vorschläge bis Mitte Mai an:
Wachstumsexperiment
Wattestopfen
Erlenmeyer-Kolben
Wasser
Magnetstäbchen
Sterilisation von Gasen
Autoklavieren oder Sterilfiltration von Flüssigkeiten
Rolle von Wasser
Durchmischung: Rolle von Sauerstoff
Wovon sollen die Bakterien wachsen?
Wachstumsexperiment
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Glucose
C6H12O6, <CH2O>6, MW 180 g
Glucose
Genügen Wasser und ein einziges Substrat zum Wachstum einer Kultur?
Definiertes KulturmediumKomponente Konzentration Versorgung mit
mM (= mmol/l)
Destilliertes Wasser ≈55 000 WasserKH2PO4 2 K, PNH4Cl 10 NMgSO4 2 Mg, S(NaCl 1 – 350 Na und Cl bei
marinen Organismen)FeSO4 0.01 FeCaCl2 0.01 CaSpurenelement- Cu, Mn, Mo, Zn,Lösung <0.001 Co, Ni, Se ... im
katalytischen Zentrumeiniger Enzyme
z.B. Glucose 10 C- und EnergiequellepH-Wert auf 7.0 einstellen durch Zusatz von Puffer: z.B. Phosphat, je 15 mM KH2PO4 und K2HPO4 oderBicarbonat, je 15 mM NaHCO3 und CO2 (≈ 20 % CO2 i.d. Gasphase)
Wichtige limitierende Faktoren in der Natur unterstrichen.
Kulturmedium
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Schritte im Wachstumsprozess
• Aufnahme von Glucose => Detektion, Signalkette, Induktion eines Transportsystems
• Aufnahme unter gleichzeitigerVeränderung des Moleküls(Aktivierung durch Phosphatgruppe)oder auch zusammen mit Na+-Ionen
=> Investition vonEnergie, bevorWachstum einsetzt
Wachstumsprozess 1
Schritte im Wachstumsprozess
• Metabolismusvon Glucose
=> Umbau und Einbau indie Biomasse,Anabolismus,Assimilation,Biosynthese
=> Abbau zum Zweck derEnergiegewinnung,Katabolismus,Dissimilation,Destruktion
Wachstumsprozess 2
≈30 %
≈70 %
z. Vgl. Student:
0% / 100%
Erhaltungsstoffwechsel
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Metabolismus eines organoheterotrophenAerobiers
=> Substrat dient als Baustoff und Brennstoff
MetabolismusTransport-systeme
AnabolismusKatabolismus
Beteiligung von O2im letzten Schritt
Cytoplasma-Membran
=> Oxidation zu CO2 ohneBeteiligung von O2
=> TransportsystemeWesentlich fürEnergiestoffwechsel
Atmungs-kette
=> Anabolismus divergent Katabolismus konvergent
+ -
+ -
+ -
+ -
+ -
+ -
+ -
+ -
+ -
+ -
+ -
+ -
Prinzip der chemiosmotischen Energiekonservierung
=> Ein Bakterium enthält nur 6 freie Protonen, kann aber in einer Minute mehrere hunderttausend davon nach außen pumpen und über die ATP-Synthase wieder aufnehmen.
Energiewandlung : elektrochemischer Gradient/chemische Reaktion
Bakterium oder Mitochondrium (= ehemaliges Bakterium)
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Bilanz der Dissimilation von Glucose
Bilanz des Katabolismus
Glykolyse
Citronensäure-Cyklus
Anabolismus
Reduktions-equivalente("Elektronen")
Der Traum der Bakterien...
• Bakterien gelten als Destruenten, sind aberWeltmeister des Wachstums.
• Durch Zweiteilung in lebensfähige Tochterzellensind sie potenziell unsterblich.
Traum der Bakterien
... zwei Bakterien werden!
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Zellteilung
• Biomassezunahme, Längenwachstum
• Replikation des Chromosoms, Auftrennung derTochtermoleküle
• Einziehung neuer Membranen und Zellwände
Einfacher Zellcyclus
Zellteilung
Wachstum einer Mikrokolonie
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Der Traum der Bakterien...
Potenziell unsterblich? Gilt das für alle Bakterien?
Potenziell unsterblich?
Wachstumsphasen
Die exponenzielle Phase zeigt in der logarithmischen Auftagung einen linearen Anstieg
Wachstumsphasen
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Einige Begriffe
Generationszeit: Zeit, die eine Bakterienzelle für eine Verdopplung braucht (h)
Teilungsrate:1/Generationszeit (v, h-1)
Wachstumsrate: Zuwachs pro Zeit (µ, h-1) [ vgl. Zinssatz]
Verdopplungszeit: Zeit, die ein Wachstumsparameter zur Verdopplung braucht (td, h) [Achtung: Zinseszins]
Maximale Wachstumsrate µmax: Wachstumsrate während der exponenziellen Phase (h-1)
Griechisch v sprich 'nü'
Griechisch µ sprich 'mü', machmal auch 'mikro' (z. B. µm)
Begriffe
1Zellzahlen während des exponenziellen Wachstums
Z = Z0 * 2g
mit
Z0 = Zellzahl zu Beginn
g = Anzahl der Generationen
↓2↓4↓8↓
16
32↓
Zum Merken:
210 = 1024 ≈1000
220 ≈ 1 Million
230 ≈ 1 Milliarde
↓
↓
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Zellzahlen
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Super-Konto, Zinssatz µ = 100 % pro Jahr
1. Januar 100 Euro → 31.Dezember: 200 Euro
Xt = X0 • eµ . t
1/12 Zuwachs pro Monat + Zinseszins → 31.12.: 261 Euro
Sofortiger Zuwachs + Zinseszins → 31.12.: 271.18 Euro
Logarithmiert:
µ = (ln x – ln x0 )/(t – t0) = ln (x/x0)/(t – t0)
100 x eKontostand =
Anfangskapital • e Zeit • Zinssatz
Superkonto
Xt = X0 • eµ . t Logarithmiert:
µ = ln (x/x0)/(t – t0)
Wann hat sich mein Geld verdoppelt (td)?
x/x0 = 2
ln 2 = 0.693
µ = ln 2/td
µ = 0.693/td
td = 0.693/µ
Bei sofortiger Verzinsung brauche ich nur einen Zinssatz von 69.3 %, um mein Kapital pro Jahr zu verdoppeln.
Verdopplungszeit Verdopplungszeit
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Der Wachstumsertrag ist abhängig von den
- katabolischen Stoffwechselwegen bzw.anderen Möglichkeiten der Energiekonservierung
- Art der verfügbaren C- und N-Quellen
- Energieverbrauch für Erhaltungsstoffwechsel
- Limitierenden Faktoren (in der Natur oft N, P, Fe)
- Eventuell angehäuften toxischen Produkten
Wieviel Biomasse wird gebildet?.
Wachstumsertrag Wachstumsertrag
Chemostat
Zellen werden unter konstanten Bedingungen in einer exponenziellen Phase (mit µ < µmax) kultiviert
Chemostat
Chemostat erzeugt Fließgleichgewicht (steady state):
Wachstumsrate =
Verdünnungsrate
Substratkonzentration ständig gering
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Alternative LebensweisenAlternative Lebensweisen
Alternative Elektronen-akzeptoren: NO3
-, SO42-,
Fe3+, Mn4+, CO2 ... : Anaerobe Atmung
Anorganische C-Quelle CO2: Autotrophie
Anorganischer Elektronendonator: H2, H2S, NH3, CO, Fe2+, Mn2+ ... : Lithotrophie
Licht statt Atmungsprozess zur Protonentranslokation: Phototrophie
Alternativen meist nur bei Prokaryoten!
Ohne externen Elektronenakzeptor, ohne (?) chemiosmotische Energie-konservierung: Gärungen
LebensweisenLebensweisen
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→ www.mikrobiologischer-garten.de
Mikrobiologischer Garten