Environmental Microbiology at RWTH Aachen | Flashcards & Summaries

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TESTE DEIN WISSEN

Wie kann man die Schlüssel-Spieler in mikrobiellen Mischkulturen identifizieren? Wo liegt dort die Problematik?

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TESTE DEIN WISSEN

Identifikation über Entnahme von Boden-/Wasserproben & Isolation einzelner Zellkulturen im Labor


Problematik:

- nur kleiner Anteil von MOs lässt sich vereinzelt kultivieren

- Syntrophe Partner & Umgebung ist für den Rest notwendig

-> Forschung an Rekonstruktion künstlich erschaffener Konsortien

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Beschreiben Sie die aerobe Sulfidoxidation.

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​Aerobe Sulfidoxidation:

- durchgeführt von obligaten oder fakultativen Chemoautotrophen -> Sulfid = e-Donor für CO2-Fixierung

- Beispiele: (Acidii-)Thiobacilli

- Hydrogensulfidhaltige Gebiete: Flusssedimente, Wattenmeer, Minenschächte, Kläranlagen, in hydrothermalen Quellen

- können u.a. chemosynthetische Symbiosen mit Tieren eingehen

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​Welche Faktoren kontrollieren mikrobielle Kompetitivität?

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Faktoren:

- Typ des verfügbaren Elektronenakzeptors

- Konzentration des verfügbaren Donors & Akzeptors

- kinetische Eigenschaften von biochemischen Reaktionen (Km-Werte & Affinitäten)

- spez. Wachstumskinetiken & -strategien

- mikrobielle Kommunikation & antimikrobielle Aktivität

- verfügbare Mikro-Nährstoffe & Spurenelemente

- T-, Salz-, pH-Optima

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TESTE DEIN WISSEN

Erklären Sie die Beziehungen zwischen Acetogenen & Methanogenen mit Argumenten.

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Allgemein: starke Kompetitivität zwischen beiden um CO2 & H2

- bei hohen T &/o. Acetat-Konzentrationen können beide eine Syntrophie bilden, um Acetat zu Methan umwandeln zu können -> Acetoklastische Methanogene


Methanogene:

- TD günstiger (-136 kJ/mol statt -105 kJ/mol)

- Nutzung von H bei niedrigeren Konzentrationen -> schnappen den anderen ihn weg

Acetogene:

- positionieren sich häufig näher an H-Quelle

- Ergänzen Ernährung mit organischen Komponenten 

- O2-toleranter

- dominieren bei niedrigen T & pH (Tundra)

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Nennen Sie drei Reaktionsmechanismen, die den Carbon-Zyklus antreiben. Erläutern Sie dazu den dominierenden Stoffwechselweg & drei weitere.

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Reaktionsmechanismen:

- Photosynthese

- (Methan)Oxidation

- Methanogenese


Stoffwechselweg: Calvin-Zyklus

- dominiert CO2-Fixierung in Pflanzen & aeroben MOs über die RuBisCo 

- RuBisCo = Ribulose Bisphosphat Carboxylase, am häufigsten vorkommendes Protein, das Glycerol-3-P nach 3 Zyklen liefert


Weitere:

- reduktiver TCA (drei alternative Enzyme notwendig aufgrund der irrev. Schritte)

- reduktiver Acetyl-CoA-SW (Wood-Ljungdahl) in Acetogene

- 3-Hydroxypropionat-Zyklus

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Beschreiben Sie assimilatorische & dissimilatorische Sulfatreduktion.

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Assimilatorische:

- um schwefelhaltige Zellkomponenten (AS, Proteine) zu synthetisieren -> Mineralisierung für Erhalt dieser Komponenten

- durchgeführt von Pflanzen, Pilzen und versch. Prokaryoten


Dissimilatorische Sulfatreduktion:

- durchgeführt von Sulfat-reduzierenden Bakterien & Archaea

- von O2 inhibiert -> anaerobe Umgebungen, bspw. aquatische Gebiete, wassergesättigte Böden & Tierdärme 

- SO4_2- = e-Akzeptor, H2 = e-Donor

Kohlenstoffquelle: niedermolekulare Verbindungen wie Acetat o. MetOH 

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Stellen Sie Inputs, Outputs, Pools & Prozesse von biogeochemischen Zyklen mit Beispielen dar.

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Biogeochemische Zyklen:

1. Inputs: Wasser, N, CO2, S, Sonnenlicht, Staub

​2. ausgewählte Pools: C, N, H2O, X, S

3. ausgewählte Prozesse:

-> physikalische: Präzipitation, Evaporation, Transport, Verdünnung, Dispersion, ...

-> chemische: Photolyse, Sre/Base-Reaktionen, Mineralbildung, Reduktion, Oxidation, ...

​-> biologische: Wachstum, Tod, Exkretion, Symbiose, Parasitismus, ...

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Welchen Einfluss hat die Nährstoff-Verfügbarkeit auf Mikroorganismen?

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Nährstoffverfügbarkeit: Gemessen in Menge & Frequenz

- je nach Bevorzugung führt diese zu Wachstum & Populationsgröße ODER Populationsabnahme & Tod/Eliminierung im Habitat

- 3 Mikrobielle Antworten:

   1. ökologischer Erfolg -> ATP-Generation, Nährstoffaufnahme, Wachstum, Beweglichkeit, Chemotaxis, Photosynthese

   2. Überleben -> Ruhe-Status, Sporulation

   3. ökologischer Misserfolg -> Verhungerung, Tod, Autolyse, oxidativer Stress, Kompetition, Auswaschung, Raub, Parasitismus

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Definieren Sie folgende Begriffe: Oligotroph, Eutroph, Erhaltungsenergie, Dormant, Sporulation. Zu welchem Thema gehören diese Charakteristika?

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Oligotroph = niedrige Nährstoffverfügbarkeit

Eutroph = hohe Nährstoffverfügbarkeit

Erhaltungsenergie = non-Wachstums assoziierter zellulärer Energiebedarf

Dormant =Ruhe-Status von vegetativen Zellen

Sporulation = Bildung von resistenten, ruhenden Strukturen


Thema: Selektiver Druck im Ökosystem

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Welche zellulären Antworten liegen bei selektivem Druck im Ökosystem vor? Worin liegt der Unterschied zwischen Primär- & Sekundärsubstratverhungerung?

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​Antworten:

- Ruhe-Zustände -> bspw. Sporulation, stark kontrolliert & getriggert von Umgebungsstimuli

- Umgebungssensoren -> komplexe Signaltransduktionssysteme wie etwa Sensorkinasen & Response Regulatorsysteme, wie 2-Component-Systems (2CS)

- Genregulation -> 2CS-induzierte Genaktivierung & -repression abhängig von Umgebungsbedingungen; bspw. erhöhte Substrataufnahme (Permeasen, ABC-Transporter), der Wechsel auf hoch-affine Systeme, oder Verwendung von zellulären Reserven

- Langsames Wachstum -> Konservierung von Ressourcen; bspw. E. coli im Lab 20 min, im menschlichen Darm 12 h, manche Heterotrophe MO 100 Tage)


Unterschied:

- Verhungerungsart (primär: C, sekundär: N, P, S)

- Mangel an Mineralien erlaubt Zellerhaltung aber kein Wachstum

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Wodurch unterscheidet sich eine spontane Energiefreisetzung von einer kontrollierten? Wieviel Energie liefert Glykolyse & TCC?

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spontane Energiefreisetzung: Umsetzung von Biomasse in Energie in Form von Wärme (CO2) & Licht durch O2-Verbrauch -> Beispiel Streichholz


kontrollierte Energiefreisetzung: Umsetzung von Biomasse in Energie in Form von CO2 & energiehaltigen Molekülen (ATP) durch O2-Verbrauch -> Beispiel MO

- Über Elektronentransport & NADH, FADH & ATP-Generation

- Energiegehalt: 3k kJ/mol Glc


Energie:

- Glycolyse: 2 ATP + 2 NADH = 8 ATP

- TCC: 2x [1 ATP + 4 NADH + 1 FADH] = 30 ATP

- mit 38 ATP/Molekül Glc -> 30.5 kJ/mol ATP liefern 1150 kJ/mol Glc

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Was ist der größte Unterschied zwischen Kohlenstoff- & anderen Kreisläufen?

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Unterschied: Die Elemente bei den Mineral-Kreisläufen (also Stickstoff, Schwefel & Phosphor) werden als Salze aufgenommen. Kohlenstoff wird u.a. als Gas aufgenommen (Methan oder CO2).

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Beispielhafte Karteikarten für deinen Environmental Microbiology Kurs an der RWTH Aachen - von Kommilitonen auf StudySmarter erstellt!

Q:

Wie kann man die Schlüssel-Spieler in mikrobiellen Mischkulturen identifizieren? Wo liegt dort die Problematik?

A:

Identifikation über Entnahme von Boden-/Wasserproben & Isolation einzelner Zellkulturen im Labor


Problematik:

- nur kleiner Anteil von MOs lässt sich vereinzelt kultivieren

- Syntrophe Partner & Umgebung ist für den Rest notwendig

-> Forschung an Rekonstruktion künstlich erschaffener Konsortien

Q:

Beschreiben Sie die aerobe Sulfidoxidation.

A:

​Aerobe Sulfidoxidation:

- durchgeführt von obligaten oder fakultativen Chemoautotrophen -> Sulfid = e-Donor für CO2-Fixierung

- Beispiele: (Acidii-)Thiobacilli

- Hydrogensulfidhaltige Gebiete: Flusssedimente, Wattenmeer, Minenschächte, Kläranlagen, in hydrothermalen Quellen

- können u.a. chemosynthetische Symbiosen mit Tieren eingehen

Q:

​Welche Faktoren kontrollieren mikrobielle Kompetitivität?

A:

Faktoren:

- Typ des verfügbaren Elektronenakzeptors

- Konzentration des verfügbaren Donors & Akzeptors

- kinetische Eigenschaften von biochemischen Reaktionen (Km-Werte & Affinitäten)

- spez. Wachstumskinetiken & -strategien

- mikrobielle Kommunikation & antimikrobielle Aktivität

- verfügbare Mikro-Nährstoffe & Spurenelemente

- T-, Salz-, pH-Optima

Q:

Erklären Sie die Beziehungen zwischen Acetogenen & Methanogenen mit Argumenten.

A:

Allgemein: starke Kompetitivität zwischen beiden um CO2 & H2

- bei hohen T &/o. Acetat-Konzentrationen können beide eine Syntrophie bilden, um Acetat zu Methan umwandeln zu können -> Acetoklastische Methanogene


Methanogene:

- TD günstiger (-136 kJ/mol statt -105 kJ/mol)

- Nutzung von H bei niedrigeren Konzentrationen -> schnappen den anderen ihn weg

Acetogene:

- positionieren sich häufig näher an H-Quelle

- Ergänzen Ernährung mit organischen Komponenten 

- O2-toleranter

- dominieren bei niedrigen T & pH (Tundra)

Q:

Nennen Sie drei Reaktionsmechanismen, die den Carbon-Zyklus antreiben. Erläutern Sie dazu den dominierenden Stoffwechselweg & drei weitere.

A:

Reaktionsmechanismen:

- Photosynthese

- (Methan)Oxidation

- Methanogenese


Stoffwechselweg: Calvin-Zyklus

- dominiert CO2-Fixierung in Pflanzen & aeroben MOs über die RuBisCo 

- RuBisCo = Ribulose Bisphosphat Carboxylase, am häufigsten vorkommendes Protein, das Glycerol-3-P nach 3 Zyklen liefert


Weitere:

- reduktiver TCA (drei alternative Enzyme notwendig aufgrund der irrev. Schritte)

- reduktiver Acetyl-CoA-SW (Wood-Ljungdahl) in Acetogene

- 3-Hydroxypropionat-Zyklus

Mehr Karteikarten anzeigen
Q:

Beschreiben Sie assimilatorische & dissimilatorische Sulfatreduktion.

A:

Assimilatorische:

- um schwefelhaltige Zellkomponenten (AS, Proteine) zu synthetisieren -> Mineralisierung für Erhalt dieser Komponenten

- durchgeführt von Pflanzen, Pilzen und versch. Prokaryoten


Dissimilatorische Sulfatreduktion:

- durchgeführt von Sulfat-reduzierenden Bakterien & Archaea

- von O2 inhibiert -> anaerobe Umgebungen, bspw. aquatische Gebiete, wassergesättigte Böden & Tierdärme 

- SO4_2- = e-Akzeptor, H2 = e-Donor

Kohlenstoffquelle: niedermolekulare Verbindungen wie Acetat o. MetOH 

Q:

Stellen Sie Inputs, Outputs, Pools & Prozesse von biogeochemischen Zyklen mit Beispielen dar.

A:

Biogeochemische Zyklen:

1. Inputs: Wasser, N, CO2, S, Sonnenlicht, Staub

​2. ausgewählte Pools: C, N, H2O, X, S

3. ausgewählte Prozesse:

-> physikalische: Präzipitation, Evaporation, Transport, Verdünnung, Dispersion, ...

-> chemische: Photolyse, Sre/Base-Reaktionen, Mineralbildung, Reduktion, Oxidation, ...

​-> biologische: Wachstum, Tod, Exkretion, Symbiose, Parasitismus, ...

Q:

Welchen Einfluss hat die Nährstoff-Verfügbarkeit auf Mikroorganismen?

A:

Nährstoffverfügbarkeit: Gemessen in Menge & Frequenz

- je nach Bevorzugung führt diese zu Wachstum & Populationsgröße ODER Populationsabnahme & Tod/Eliminierung im Habitat

- 3 Mikrobielle Antworten:

   1. ökologischer Erfolg -> ATP-Generation, Nährstoffaufnahme, Wachstum, Beweglichkeit, Chemotaxis, Photosynthese

   2. Überleben -> Ruhe-Status, Sporulation

   3. ökologischer Misserfolg -> Verhungerung, Tod, Autolyse, oxidativer Stress, Kompetition, Auswaschung, Raub, Parasitismus

Q:

Definieren Sie folgende Begriffe: Oligotroph, Eutroph, Erhaltungsenergie, Dormant, Sporulation. Zu welchem Thema gehören diese Charakteristika?

A:

Oligotroph = niedrige Nährstoffverfügbarkeit

Eutroph = hohe Nährstoffverfügbarkeit

Erhaltungsenergie = non-Wachstums assoziierter zellulärer Energiebedarf

Dormant =Ruhe-Status von vegetativen Zellen

Sporulation = Bildung von resistenten, ruhenden Strukturen


Thema: Selektiver Druck im Ökosystem

Q:

Welche zellulären Antworten liegen bei selektivem Druck im Ökosystem vor? Worin liegt der Unterschied zwischen Primär- & Sekundärsubstratverhungerung?

A:

​Antworten:

- Ruhe-Zustände -> bspw. Sporulation, stark kontrolliert & getriggert von Umgebungsstimuli

- Umgebungssensoren -> komplexe Signaltransduktionssysteme wie etwa Sensorkinasen & Response Regulatorsysteme, wie 2-Component-Systems (2CS)

- Genregulation -> 2CS-induzierte Genaktivierung & -repression abhängig von Umgebungsbedingungen; bspw. erhöhte Substrataufnahme (Permeasen, ABC-Transporter), der Wechsel auf hoch-affine Systeme, oder Verwendung von zellulären Reserven

- Langsames Wachstum -> Konservierung von Ressourcen; bspw. E. coli im Lab 20 min, im menschlichen Darm 12 h, manche Heterotrophe MO 100 Tage)


Unterschied:

- Verhungerungsart (primär: C, sekundär: N, P, S)

- Mangel an Mineralien erlaubt Zellerhaltung aber kein Wachstum

Q:

Wodurch unterscheidet sich eine spontane Energiefreisetzung von einer kontrollierten? Wieviel Energie liefert Glykolyse & TCC?

A:

spontane Energiefreisetzung: Umsetzung von Biomasse in Energie in Form von Wärme (CO2) & Licht durch O2-Verbrauch -> Beispiel Streichholz


kontrollierte Energiefreisetzung: Umsetzung von Biomasse in Energie in Form von CO2 & energiehaltigen Molekülen (ATP) durch O2-Verbrauch -> Beispiel MO

- Über Elektronentransport & NADH, FADH & ATP-Generation

- Energiegehalt: 3k kJ/mol Glc


Energie:

- Glycolyse: 2 ATP + 2 NADH = 8 ATP

- TCC: 2x [1 ATP + 4 NADH + 1 FADH] = 30 ATP

- mit 38 ATP/Molekül Glc -> 30.5 kJ/mol ATP liefern 1150 kJ/mol Glc

Q:

Was ist der größte Unterschied zwischen Kohlenstoff- & anderen Kreisläufen?

A:

Unterschied: Die Elemente bei den Mineral-Kreisläufen (also Stickstoff, Schwefel & Phosphor) werden als Salze aufgenommen. Kohlenstoff wird u.a. als Gas aufgenommen (Methan oder CO2).

Environmental Microbiology

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