Voraussetzungen
- In der Zusammenstellung sind stichwortartig Begriffe und Inhalte aus früheren Lehrveranstaltungen des Grundstudiums erwähnt, die im Kurs " Biochemie und Physiologie der Prokaryoten" gebraucht werden. Bitte repetieren Sie die entsprechenden Inhalte im Selbststudium vor diesem Kurs. Zur Repetition der biochemischen Vorkenntnisse steht Ihnen dazu auf der OLAT-Lernplattform die Repetitionsserie Ü 00 "Repetition Biochemie" zur Verfügung. Sie sollten die Begriffe und Inhalte aus den früheren Kursen verstanden haben und mit ihnen umgehen können.
- Die wichtigsten Voraussetzungen für den Mikrobiologiekurs stammen aus:
- Biochemie I für Biochemiker und Biologen
- Bioenergetik - Grundprozesse der Photosynthese
- Feinstruktur der Zelle
- Molekularbiologie und Genetik
- Allgemeine Chemie B und Physikalische Chemie
- Physik C
- Einführung in die mathematische Behandlung der Naturwissenschaften und Biomathematik
- Diversität der Mikroorganismen (Mikrobiologieteil von Bio-III)
- Ausserdem bestehen Vernetzungen zu Kenntnissen, die Sie in den folgenden Kursen erworben haben:
- Pflanzenphysiolgie
- Evolution
- Oekologie
- Aquatische Oekologie
- Biochemie I für Biochemiker und Biologen (M.Grütter, B.Gutte)
- Grundstoffwechsel
- Bio-Makromoleküle und deren Monomere
- Enzyme und Coenzyme im Stoffwechsel, die wichtigsten enzymatischen Prozesse in grundlegenden Stoffwechselwegen (Glykolyse, Krebs-Zyklus, Lipidstoffwechsel, Synthese von Aminosäuren, Purinen und Pyrimidinen)
- Zur Repetition dienen die Kapitel 2 (Macromolecules) und 4 (Nutrition and Metabolism) im Lehrbuch BBOM 9th ed.
- Membrantransport, Elektronentransport & oxidative Phosphorylierung
- Energieformen, Energiebedarf, Energieumwandlungen: Æp, 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: Umwandlung von Oxidationsenergie in elektrochemische Energie, Membranpotential, Protonentransport zur Schaffung von ÆpH, Ionentransport, pmf (Æp)
- 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 ÆGr durch zelluläre Prozesse
- Bioenergetische Thermodynamik: Anwendung und Grenzen thermodynamischer Betrachtungen in der Stoffwechselphysiologie
- Bioenergetik - Grundprozesse der Photosynthese (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
- Feinstruktur der Zelle (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 Schleimkapseln, 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.
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- Molekularbiologie und Genetik (W. Schaffner, A. Dübendorfer)
- Eigenschaften der Bio-Makromoleküle (DNA, RNA, Proteine),
- Molekulare Mechanismen der Genexperession, Transkription- und Translationsapparat in Plastiden (v.a. Chloroplasten, Mitochondrien)
- Der genetische Code und Proteinbiosynthese, Ribosomen als Translationsmaschinen
- Organisation prokaryotischer Gene und Operone. Gen-Aktivität in Eukaryoten: Saccharomyces cerevisiae, Zellzyklus
- Parasexualtität in Prokaryoten, Bakteriophagen und Viren
- Regulation der Transkription: RNA-Polymerase, Promotoren, Transkriptionsdeterminanten
- Positive und negative Regulation von Operons (lac und ara)
- Vererbung: Veränderbarkeit, Stabilität, Rekombination, Modifikation, Migration von genetischer Information, Steuerung und Regulation von Genexpression
- Mutagenese und Mutanten
- DNA-Replikation, Mutation und Reparatur
- Rekombinante DNA-Moleküle:Herstellung, PCR, Gelelektrophorese, Wirkung von Restriktionsenzymen, Ligasen und DNA-Polymerasen. DNA-Sequenzierung
- Rekombination, Modifikation, Migration von genetischer Information.
- Amplifizierung von Fremd-DNA in bakteriellen Plasmiden, Klonierung, elektrophoretische Plasmid-DNA-Analyse
- DNA-Libraries: Restriktionsanalyse, Ligation, Transformation, Rekombination, Selektion. Molekulargewichtsbestimmung
- Zur Repetition dienen die Kapitel 6 - 10 im Lehrbuch von Madigan M.T., J.M. Martinko and J. Parker: "Brock - Biology of Microorganisms", 9th Edition, (BBOM, International Edition), Prentice Hall, 1999. (6: Principles of Microbial Molecular Biology; 7: Regulation of Gene Expression; 8: Viruses; 9: Microbial Genetics; 10: Genetic Engineering and Biotechnology)
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- Allgemeine Chemie B und Physikalische Chemie
- 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
- Bildung und Spaltung chemischer Bindungen.
- Schreibweise und Stöchiometrie chemischer Reaktionen
- Dynamische Gleichgewichte: Säure/Basen-Reaktionen (pH, Pufferung, Alkalinität), Redoxreaktionen (Elektronendonatoren und -akzeptoren, Redoxpotentiale), Löslichkeit, Dissoziation, Sorption/Desorption, Komplexierung.
- Das pe-Konzept: Stabilitätsdiagramme zur Darstellung dominanter chemischer Spezies unter natürlichen Bedingungen.
- Reaktionskinetik: Konzentrations-, Temperatur-, Katalysator-Abhängkeiten, Reaktionsordnungen
- 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, elektrochemische Potentiale, elektronenmotorische Kraft.
- Veränderungen von Elektrodenpotentialen (ÆE, V)
- Physik C
- Eigenschaften und Verhalten von Gasen und Flüssigkeiten (v.a. Wasser)
- Umwandlungen von verschiedenen Energieformen
- Berechnung von Potentialdifferenzen
- Eigenschaften der elektromagnetischen Strahlung, Spektrum, Energieinhalte. Energieberechnungen
- Eigenschaften der elektromagnetischen Strahlung: Absorption, Reflexion, Fluoreszenz
- Einführung in die mathematische Behandlung der Naturwissenschaften und Biomathematik
- Mathematische Beschreibung von Wachstum in kontinuierlicher Kultur.
- Diversität der Mikroorganismen (Mikrobiologieteil von Bio-III)
- Die Inhalte des Mikrobiologiekurses, der im Rahmen von BIO-III stattfindet, sind in den folgenden Kapiteln des Lehrbuches Madigan, M.T., J.M. Martinko and J. Parker, BROCK, BIOLOGY OF MICROORGANISMS, 9th ed. 1999, Prentice Hall, enthalten. Sie bilden die Voraussetzungen für den Kurs "Biochemie und Physiologie der Prokaryoten".
Kapitel in BBOM 9th ed.
Titel
Buchkapitel
.
.
zu Vorlesung und Übungen
zu den Experimenten
1
1.6,
3
.
4
5
5.1 -5.8, 5.12 (S. 158-161),
7
.
9
.
9.1, 9.3, 9.4, 9.5, 9.8, 9.6, 9.9, Fig.10.5,
10
.
fig 10.5, 10.16,
11
12
13
13.1, 13.4, 13.5, 13.8, 13.10, 13.11, 13.17, 13.18, 13.19, 13.21, 13.23,
14
.
15
.
16
.
17
18
19
.
21
.
22
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Vernetzungen - Die Inhalte des Mikrobiologiekurses lassen sich mit den folgenden Inhalten anderer Kurse in Zusammenhang bringen
- Pflanzenphysiolgie (F. Keller)
- Stofftransporte auf zellulärem Niveau (Membrantransport)
- Stoffwechsel: Metabolismus von Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen
- CO2-Fixierung: Bedeutung verschiedener Wege für CO2-Fixierung
- Evolution ()
- Genomstabilität und Veränderung durch Mutation, Gentransfer, Genkonversion.
- Oekologie (T.W.. Baumann, H.-U. Reyer, G. Ribi)
- Extrembiotope, Stressbiologie; physikalische, chemische und trophische Beschränkungen der Existenz;
- Pionierorganismen, Adaptation, Selektion.
- Aquatische Oekologie (F. Jüttner)
- Veränderungen der elektromagnetischen Strahlung im Wasser, Konsequenzen für Absorption und Pigmentausstattung der phototrophen Organismen.
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