Voraussetzungen & Vernetzung

In der folgenden Zusammenstellung sind stichwortartig Begriffe und Inhalte erwähnt, die im Kurs ” Biochemie und Physiologie der Prokaryoten” wieder gebraucht werden. Sie basieren auf den Vorlesungsinhalten des Grundstudiums. Bitte repetieren Sie die entsprechenden Inhalte im Selbststudium vor diesem Kurs.

Aus Biochemie I für Biochemiker und Biologen (M.Grütter, B.Gutte)
(Grundstudium 3. Semester), die entsprechenden Kapitel aus Biochemistry, 2nd ed., Voet, D. and J.G. Voet, John Wiley & Sons, Inc. New York, 1995. ISBN: 0-471-58651-X:

Membrantransport, Elektronentransport & oxidative Phosphorylierung

  • Energieformen und Energiebedarf. Energieumwandlungen (p, ATP und andere).
  • Strukturelle 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).
  • 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.
  • Elektronenübertragungsenzyme in der Membranarchitektur von Mitochondrien und Chloroplasten.
  • Protonenpumpen
  • Diversität von Elektronen-Protonen-Tranportketten: Dehydrogenasen, Q-loops and Q-cycles; Cytochrome, Endoxidasen bei Aerobiern.


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 (thermodynamische Grundlagen)

  • Anwendungsbereiche thermodynamischer Gesetzmässigkeiten auf biochemische Prozesse
  • Richtung und Wahrscheinlichkeit von exergonen und endergonen Reaktionen
  • Veränderung von Gr durch zelluläre Prozesse
  • Grenzen thermodynamischer Betrachtungen in der Stoffwechselphysiologie


Aus ”Bioenergetik - Grundprozesse der Photosynthese ” (Grundstudium 3. Semester, Bio III )

  • Stöchiometrie und Thermodynamik der Biomassebildung durch Phototrophe (Assimilation)
  • Physikalisch-chemische Betrachtung der lichtabhängigen Prozesse in Chloroplasten
  • Nutzung von H2O als Elektronenquelle, Elektronenübertragung auf verschiedene Elektronensenken
  • Energieübertragung ins photosynthetische Reaktionszentrum: Mechanismen und Energetik
  • Elektronentransport angeregt durch elektromagnetische Strahlung: Elektronenübertragung und Elektronenüberträger in Membranen phototropher Organismen (P-Chlorophylle, P*-Chlorophylle, Phäophytine, IS-Proteine, Ferredoxin, Plastochinone, Plastocyanin, Cytochrome)
  • Architektur photosynthetischer Membranen: Reaktionszentren und Lichtsammlerkomplexe, Phycobilisomen bei Cyanobakterien.
  • 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
  • Phycobiline bei Cyanobakterien und Rotalgen: Phycocyanin, Phycoerythrin.
  • NADPH- und ATP-Synthese in der Photosynthese.
  • CO2-Fixierungsenzyme und -reaktionen in Chloroplasten, Dunkelstoffwechsel.


Aus Feinstruktur der Zelle (Bio II, R. Honegger)

  • Bau von pro- und eukaryotischen Zellen,
  • Zellkompartimentierung durch Biomembranen, Struktur, Zusammensetzung und Funktionsweise von biologischen Membranen, Lipide und Lipoproteine, innere und äussere Membranen von Gram-negativen Bakterien, Bedeutung von Lipopolysacchariden der äusseren Zellmembran,
  • Bau bakterieller Zellwände (Gram-positive und Gram-negative)
  • Organellstrukturen in Eukaryoten (v.a. Mitochondrien, Chloroplasten) und in Prokaryoten (Gasvesikel, Glykogenköner, Schwefeltröpfchen, Magnetit- und Polyphosphatkristalle, Endosporen), Bewegungsapparate (Flagellen, Cilien).


Aus Pflanzenphysiolgie (F. Keller, T.W. Baumann)

  • Stofftransporte auf zellulärem Niveau, Metabolismus von Kohlenstoff-, Stickstoff-, Schwefelverbindungen,
  • Bedeutung verschiedener Photosynthesewege für CO2-Fixierung.


Aus Evolution (M.A. Billeter, C.D.K. Cook, V.Ziswiler)

  • Genomstabilität und Veränderung durch Mutation, Gentransfer, Genkonversion.


Aus Oekologie (T.W. Baumann, H.-U. Reyer, G. Ribi)

  • Extrembiotope, Stressbiologie; physikalische, chemische und trophische Beschränkungen der Existenz;
  • Pionierorganismen, Adaptation, Selektion.


Aus Aquatische Oekologie (F. Jüttner)

  • Veränderungen der elektromagnetischen Strahlung im Wasser, Konsequenzen für Absorption und Pigmentausstattung der phototrophen Organismen.


Aus Molekularbiologie: (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

Aus Allgemeiner Chemie B und Physikalischer Chemie

  • Elektronenkonfiguration und Redoxzustände der wichtigsten Elemente (C, H, O, N, P, S, Fe, Mn, einige essentielle Spurenelemente), die biologisch verändert werden.
  • 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)


Aus Physik C

  • Umwandlungen von verschiedenen Energieformen
  • Berechnung von Potentialdifferenzen
  • Eigenschaften der elektromagnetischen Strahlung, Spektrum, Energieinhalte. Energieberechnungen
  • Eigenschaften der elektromagnetischen Strahlung: Absorption, Reflexion, Fluoreszenz


Aus Einführung in die mathematische Behandlung der Naturwissenschaften und Biomathematik

  • Mathematische Beschreibung von Wachstum in kontinuierlicher Kultur.