[Grundlagen der] Physiologie der [Mikro-]organismen

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1 [Grundlagen der] Physiologie der [Mikro-]organismen Heribert Cypionka Folien: Teaching... Was ist Physiologie? Vgl. Morphologie, Taxonomie... Themen der Vorlesung: Gundlegende physiologische Vorgänge, nicht Physiologie des Muskels, des Auges, des Herzens, der Fischblase, Neurophysiologie auch nicht: Physiologie speziell der Mikroorganismen, aber alle Themen lassen sich bei Mikroorganismen studieren, manche nur bei ihnen. 1

2 Themen Die Zelle, Prokaryoten, Eukaryoten, Viren Phylogenetischer Stammbaum und Klassifizierung Allgemeine Bioenergetik und Energiekopplung Transport Katabolismus, Abbau eines organischer Substrate Regulation Elektronentransport, chemiosmotische Prozesse Anaerobe Atmung Gärungen Photosynthese Lithotrophe Prozesse Viren, Pathogenität Termine Sommersemester heute (+ VL Zell- u. Mol.-Bio.) 2.5. Bonn 9.5. (16.5. Pfingsten)

3 Bücher im Netz Und: 3

4 Die Zelle 4

5 Bausteine der Lebewesen Bausteine zum Beispiel Subatomare Bausteine Chemische Elemente Moleküle Molekülaggregate Organellen Zellen Gewebe Organ Organismen ( Population, Lebensgemeinschaft, Biotop, Biosphäre) (Quarks,...) Protonen, Elektronen Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff Wasser: H 2 O, Zucker: C 6 H 12 O 6, Peptid Multi-Enzymkomplex Zellkern, Mitochondrium Bakterium, Mundschleimhautzelle Fettgewebe Herz Bakterium, Amöbe, Mensch, Baum Lebewesen bestehen aus einer oder aus vielen Zellen, meistens aus nur einer. Kleinste selbstständige Einheit des Lebens Zelle o Teil eines Gewebes, Organs, Vielzellers o oder ganzer Organismus o Viren: keine Zellen, keine echten Lebewesen 5

6 Kennzeichen von Leben Leben o Stoffwechsel o Wachstum, Teilung o Selbstreplikation (unabhängig von äußeren Bedingungen) o Komplexität, Differenzierung o Reaktion auf Signale o Evolution Finalität In der Wissenschaft wird die einfachste Erklärung als die beste angenommen. Die Biologie verläuft über Umwege... Artikel im Netz auf icbm.de/pmbio unter Download: 'Über die Einfalt der Wissenschaft und die Vielfalt der Mikroben' Weshalb ist der Frosch grün? 6

7 "Maikäfer, flieg'!" "Ein Maikäfer, dem man die Flügel abschneidet, kann nicht mehr hören." Prokaryotenzelle Prokaryotenzelle Nicht alle Zellen haben eine Zellwand und eine äußere Membran. 7

8 Membranbausteine Membran Membranen bestehen aus Lipid-Doppelschichten, in die Proteine eingelagert sind. Tipp: Lernen Sie die Formeln von Glycerin, einer Fettsäure, Phosphat und, was eine Esterbindung ist. DNA/RNA Bausteine der Nukleinsäuren und das Nukleotid Adenosintriphosphat (ATP) Die Atome, die in doppelsträngiger DNA Wasserstoffbrücken ausbilden, sind mit roten Punkten gekennzeichnet Tipp: Merken Sie sich ATP genau! 8

9 DNA Transkription, Translation Von der DNA zum Protein 9

10 Genetischer Code Der genetische Code. Die Sequenz von je drei Basen (von innen nach außen zu lesen) legt fest, welche Aminosäure in ein Protein eingebaut wird Aminosäuren Strukturformeln der wichtigsten zwanzig Aminosäuren und Ausbildung einer Peptidbindung Tipp: Lernen Sie mindestens Alanin und die Peptidbindung genau. 10

11 Chem. Zusammensetzung Aus welchen Molekülen besteht eine Zelle chemisch? Pro- und Eukaryoten Zwei grundlegende Typen von Zellen Prokaryoten und Eukaryoten griechisch karyon: Kern pro-: voreu-: echt- (gut) Ein Organismus ist (entsprechend seiner phylogenetischen Abstammung) entweder Pro- oder Eukaryot und hat ausschließlich entsprechende Zellen. Bei den Prokaryoten, werden Eubakterien (Bacteria) und Archaebakterien (Archaea) unterschieden, die aber rein morphologisch nicht leicht unterscheidbar sind. 11

12 Eukaryotenzelle Eukaryotenzelle Eukaryotenzelle 12

13 Größenverhältnisse Raum in der Perspektive von Bakterium und Mensch 3-D im Raum: Größenverhältnis Cypionka, Grundlagen der Mikrobiologie Aktivität proportional zur Oberfläche... 13

14 Oberflächen-Volumen-Verhältnis 2-D Kantenlänge Fläche 1 cm 6 cm 2 1 mm 60 cm µm 600 cm 2 10 µm 6000 cm 2 1 µm 6 m 2 Cypionka, Grundlagen der Mikrobiologie Bakterien in 1 cm 3 haben eine Oberfläche von»10 m 2 Die meisten chemischen Reaktionen auf der Erde werden von Mikroben katalysiert. Pro-/Eukaryoten Unterschiede zwischen Pround Eukaryoten 14

15 Alge, Protozoon Diatomee und Ciliat nach dem Fühstück Algen Algen 15

16 Protozoen Protozoen 16

17 Pilze Pilze Viren Viren Hülle, Capsid: aus Protein: Spezifische Adsorptionsstrukturen Nukleinsäure: DNA oder RNA, ein- oder doppelsträngig, ringförmig oder linear keine Membran: manchmal von letztem Wirt 17

18 Viren C (A) Tabakmosaikvirus (B) Bakteriophage (C) Von Phagen befallenes Bodenseebakterium 18

19 Fragen Eukaryotische Mikroorganismen Was haben Pilze mit den Pflanzen gemein, was mit Tieren? Weshalb ist der Begriff Blaualgen irreführend? Wodurch unterscheiden sich Pilzsporen und Bacillus- Sporen? Wie und wovon ernähren sich Pilze? Weshalb lassen sich Protozoen kaum axenisch kultivieren? Wie ernähren sich Schlinger und Strudler? Sind Pilze Konkurrenten von Protozoen? 19