Voraussetzungen &
Vernetzung
In der folgenden Zusammenstellung sind
stichwortartig Inhalte erwähnt, die in den verschiedenen
Kursen von BIO I – III sowie in der Biochemie I (3.Semester)
behandelt wurden. Im Kursblock Mikrobiologie I soll darauf
aufgebaut werden können. Sie sollten die Begriffe und Inhalte
verstanden haben und mit ihnen umgehen können. Der Website
zum Lehrbuch (Madigan M.T., J.M. Martinko and J. Parker: "Brock -
Biology of Microorganisms", 9th Edition, (BBOM, International
Edition), Prentice Hall, 1999. ISBN: 0-13-085264-3. http://www.prenhall.com/bookbind/pubbooks/brock2/
) enthält kurze Kapitelbeschreibungen und Testfragen zur
Selbstkontrolle. Bitte überprüfen Sie ihre Kenntnisse,
vor dem Beginn des Mikrobiologiekurses, indem Sie die Testfragen
beantworten und sie zur Korrektur einsenden. Sie erhalten das
Ergebnis Ihrer Kenntnisüberprüfung innert weniger
Sekunden zurück.
Die wichtigsten Voraussetzungen
für den Mikrobiologiekurs stammen aus:
Ausserdem bestehen Vernetzungen zu
Kenntnissen, die Sie in den folgenden Kursen erworben haben:
(M.Grütter, B.Gutte)
Zur Repetition dienen die Kapitel 2
(Macromolecules)
und 4 (Nutrition
and Metabolism) im oben erwähnten Lehrbuch.
Membrantransport, Elektronentransport
& oxidative Phosphorylierung
Energieformen, Energiebedarf,
Energieumwandlungen: 
p,
ATP und andere
p,
ATP und andereStrukturelle Voraussetzungen zur
Erzeugung und Erhaltung elektrochemischer Potentiale:
Membran-getrennte Kompartimente (Konstruktion, Vielfalt,
Funktion)
Funktionsweise von energieumwandelnden
Membranen bei Eukaryoten: Chloroplasten, Mitochondrien
Elektrochemische Energie (μH+):
Umwandlung von Oxidationsenergie in elektrochemische Energie,
Membranpotential, Protonentransport zur Schaffung von pH,
Ionentransport, pmf (p)
μH+):
Umwandlung von Oxidationsenergie in elektrochemische Energie,
Membranpotential, Protonentransport zur Schaffung von pH,
Ionentransport, pmf (p)Energietransfer auf
Molekülbindungen: Umwandlung von Membranpotentialen in
ATP durch ATP-Synthetasen
Elektronen- und Protonen-Transport
zum Aufbau von elektrochemischen Potentialdifferenzen, z.B.
während der aeroben Atmung
Elektronenübertragende Coenzyme:
NAD(P)+, Chinone, Flavoproteine (FAD, FMN),
Cytochrome, Eisen-Schwefel-Proteine; Anordnung von
Elektronenübertragungsenzymen in der Membranarchitektur von
Mitochondrien und Chloroplasten
Diversität von
Elektronen-Protonen-Tranportketten: Dehydrogenasen, Q-loops
and Q-cycles; Cytochrome, Endoxidasen bei Aerobiern,
Protonenpumpen
Energieumwandlungen im
Cytoplasma
Energiereiche Bindungen: z.B.
Phosphoanhydridbindung in ATP, Thioesterbindung in Acetyl-CoA
Gruppenübertragungsreaktionen,
z.B. von energiereichen Zwischenprodukten aus
Fermentationsprozessen (1,3-Bisphosphoglycerat,
Phosphoenolpyruvat, Acetylphosphat aus Acetyl-CoA, Succinyl-CoA
etc.)
Grundmechanismen des Stoffwechsels:
Glykolyse, Tricarbonsäurezyklus
Thermodynamische Konzepte für die Bioenergetik
Thermodynamik: Anwendungsbereiche
thermodynamischer Gesetzmässigkeiten auf biochemische
Prozesse, Richtung und Wahrscheinlichkeit von exergonen und
endergonen Reaktionen
Freie Reaktionsenthalpie:
Veränderung von Gr
durch zelluläre Prozesse
Gr
durch zelluläre ProzesseBioenergetische Thermodynamik:
Anwendung und Grenzen thermodynamischer Betrachtungen in der
Stoffwechselphysiologie
(Bio III, F.Keller,
St.Hörtensteiner).
Assimilation: Stöchiometrie und
Thermodynamik der Biomassebildung durch Phototrophe
Lichtreaktionen:
Physikalisch-chemische Betrachtung der lichtabhängigen
Prozesse in Chloroplasten
Energieübertragung: Mechanismen
und Energetik der Energieübertragung ins photosynthetische
Reaktionszentrum
Elektronenfluss: H2O als
Elektronenquelle, Elektronenübertragung auf biochemische
Elektronensenken
Elektronentransport angeregt durch
elektromagnetische Strahlung: Elektronenübertragung aus
H2O-Sauerstoff auf Elektronenüberträger in
Membranen phototropher Organismen und Elektronentransport via
P-Chlorophylle, P*-Chlorophylle, Phäophytine, IS-Proteine,
Ferredoxin, Plastochinone, Plastocyanin, Cytochrome
Biochemie der Photosynthese: NADPH-
und ATP-Synthese, CO2-Fixierungsenzyme und -reaktionen
in Chloroplasten, Dunkelstoffwechsel
Architektur photosynthetischer Membranen:
Reaktionszentren und Lichtsammlerkomplexe
Pigmentausstattung: Lichtsammler- und
Reaktionszentrenpigmente, Chlorophylle, Absorptionseigenschaften:
charakteristische Spektren in vivo und in vitro,
Carotinoide. Extraktion und Chromatographie. Darstellung und
Absorptionseigenschaften. Xanthophylle als LH-Pigmente bei
Algen
(Bio II, R. Honegger)
Methodik: Mikroskopie zur Erforschung
der Zellstruktur, Lichtmikroskopie, Elektronenmikroskopie
Vielfalt: Überblick über
die ”Reiche der Organismen”, Viren, Phagen,
prokaryotische und eukaryotische Mikroorganismen
Zellen: Bau und Strukturvergleiche
von pro- und eukaryotischen Zellen, Endosymbiontenhypothese,
anaerobe Eukaryoten
Bau von biologischen Membranen:
Struktur und Zusammensetzung, Phospholipide als Glycerolester bzw.
Glyceroläther und Lipoproteine, Glykolipide,
Glykoproteine
Funktionsweise von biologischen
Membranen: Zellkompartimentierung, Matrix für vektorielle
biochemische Reaktionen (Atmung, Photosynthese), Transporte,
Ladungstrennung
Bakterielle Zellwände: Bau
(Gram-positive und Gram-negative), Mureingerüst, innere
und äussere Membranen von Gram-negativen Bakterien, Bedeutung
von Lipopolysacchariden der äusseren Zellmembran,
Exopolysaccharidschleime und –kapseln, Fimbrien
Bakteriengenom, Plasmide: DNA,
Grösse, DNA-Austausch mittels Pili,
Proteinsyntheseapparat: Translations-
& Transkriptionsapparate, Ribosomen (Struktur aus Proteinen,
r-RNA),
Organellstrukturen: Mitochondrien,
Chloroplasten (in Eukaryoten) und Organell-artige in Prokaryoten
(Intracytoplasmatische Membranen, Lamellenanordnung von Membranen,
Membranvesikel, Gasvesikel, Mesosomen, Thylakoide und
Phycobilisomen in Cyanobakterien, Phycobiline bei Cyanobakterien
und Rotalgen mit Phycocyanin und Phycoerythrin als
Lichtsammlerpigmente)
Speicherstoffe: Glykogenköner,
Polyhydroxyalkanoate
Bewegungsapparate: Geisseln,
Flagellen, Cilien, Scheiden
Zur Repetition dient Kapitel 3
(Cell
Biology) im Lehrbuch von Madigan M.T., J.M. Martinko and J.
Parker: "Brock - Biology of Microorganisms", 9th Edition, (BBOM,
International Edition), Prentice Hall, 1999.
(W. Schaffner)
DNA, Transkription- und Translationsapparat
in Plastiden (v.a. Chloroplasten, Mitochnodrien)
Veränderbarkeit, Stabilität,
Rekombination, Modifikation, Migration von genetischer
Information, Steuerung und Regulation von Genexpression in
Plastiden
Zur Repetition dienen die Kapitel 6 -
10 (6: Principles
of Microbial Molecular Biology; 7: Regulation
of Gene Expression; 8: Viruses;
9: Microbial
Genetics; 10: Genetic
Engineering and Biotechnology) im Lehrbuch von Madigan M.T.,
J.M. Martinko and J. Parker: "Brock - Biology of Microorganisms",
9th Edition, (BBOM, International Edition), Prentice Hall,
1999.
Elektronenkonfiguration und
Redoxzustände der wichtigsten Elemente (C, H, O, N, P, S, Fe,
Mn, einige essentielle Spurenelemente), die biologischen
Veränderungen unterliegen.
Formale Oxidationszustände von Atomen
in organischen Verbindungen und in Biomasse, Anwendung des
Elektronegativitätskonzeptes
Säure/Basen-Reaktionen: pH, Pufferung,
Alkalinität.
Redoxreaktionen: Elektronendonatoren und
-akzeptoren, Redoxpotentiale.
Das pe-Konzept: Stabilitätsdiagramme
zur Darstellung dominanter chemischer Spezies unter
natürlichen Bedingungen.
Gleichgewichsthermodynamische Betrachtung
von exergonen und endergonen Reaktionen: Gibb's Energie und
Gleichgewichtskoeffizient. Richtung und Wahrscheinlichkeit von
Reaktionsverläufen, Transporte von gelösten Substanzen
durch biologische Membranen sowie Schaffung und Erhaltung von
Konzentrationsgradienten, Nernst Gleichung.
Veränderungen von Elektrodenpotentialen
(E,
V)
E,
V)
Umwandlungen von verschiedenen
Energieformen
Berechnung von Potentialdifferenzen
Eigenschaften der elektromagnetischen
Strahlung, Spektrum, Energieinhalte. Energieberechnungen
Eigenschaften der elektromagnetischen
Strahlung: Absorption, Reflexion, Fluoreszenz
Mathematische Beschreibung von Wachstum in
kontinuierlicher Kultur.
Die Inhalte des Mikrobiologiekurses lassen
sich mit den folgenden Inhalten in Zusammenhang bringen
(F. Keller, T.W. Baumann)
Stofftransporte auf zellulärem Niveau
(Membrantransport)
Stoffwechsel: Metabolismus von Kohlenstoff-
und Stickstoffverbindungen
CO2-Fixierung: Bedeutung
verschiedener Wege für CO2-Fixierung
(M.A. Billeter, C.D.K. Cook,
V.Ziswiler)
Genomstabilität und Veränderung
durch Mutation, Gentransfer, Genkonversion.
(T.W. Baumann, H.-U. Reyer, G.
Ribi)
Extrembiotope, Stressbiologie;
physikalische, chemische und trophische Beschränkungen der
Existenz;
Pionierorganismen, Adaptation,
Selektion.
(F. Jüttner)
Veränderungen der elektromagnetischen
Strahlung im Wasser, Konsequenzen für Absorption und
Pigmentausstattung der phototrophen Organismen.