Kapitel 10: Anpassungsfähigkeit von Mikroorganismen

Was ist ein Sigmafaktor?

Die Untereinheit der bakteriellen RNA-Polymerase, die die Promotorspezifität determiniert, nennt man Sigmafaktor. Es gibt spezifische Sigmafaktoren für einzelne Anpassungsreaktionen, wie Hitzeschock oder die Stationärphase, die für die Aktivierung der für eine erfolgreiche Anpassungsreaktion nötigen Gene verantwortlich sind.

Was versteht man unter einem Zweikomponenten-Regulationssystem?

Es gibt einen meist membranständigen Sensor, der den Umweltreiz wahrnimmt und sich dabei selbst phosphoryliert. Das Signal wird mittels Transphosphorylierung von Sensor auf einen Antwortregulator übertragen. Dieser wird durch die Phosphorylierung aktiv und ist dann für die eigentliche Anpassungsreaktion verantwortlich, z. B. in Form der Steuerung der Expression von Zielgenen.

Was ist Attenuation?

Operons der Aminosäurebiosynthese werden über eine gekoppelte Translations/Transkriptionsregulation kontrolliert. Die mRNA entsprechender Operons codiertim stromaufwärts gelegenen Bereich der Strukturgene ein Leitpeptid, dessen Translation der Anwesenheit der Aminosäure bedarf, deren Biosynthese durch das folgende Operon gesichert wird. Herrscht ein Mangel an dieser Aminosäure, wird das Ribosom so im Bereich der Leitpeptid kodierenden Sequenz der mRNA fixiert, dass der Attenuator stromabwärts eine Konformation einnimmt, die eine weitere Transkription des Operons erlaubt, und so die Biosynthese der fehlenden Aminosäure initiiert. In Anwesenheit der Aminosäure bildet der Attenuator eine alternative Struktur aus, die eine Transkription des Operons unterbindet.

Was sind Chaperone und wie wirken sie?

Chaperone sind Proteine, die an teilweise denaturierte Proteine binden. Sie verhindern die Aggregation dieser Proteine und halten sie somit in Lösung. Chaperone können aber auch direkt eine korrekte Faltung von Proteinen begünstigen.

Was ist ein kompatibles Solut und welche Funktion hat es?

Kompatible Solute werden in der Zelle angehäuft, um Wasser dort zu binden und damit ein Austrocknen der Zelle durch Wasserentzug zu verhindern. Dies ist nötig, wenn der Lebensraum des Organismus reich an osmotisch aktiven Substanzen, wie Salzen und Zuckern, ist, die Wasser osmotisch durch die Zellmembran nach außen ziehen. Die hohe intrazelluläre Konzentration dieser Substanzen muss kompatibel mit dem Stoffwechsel sein, darf diesen also nicht beeinträchtigen. Typische kompatible Solute sind Glycin-Betain, Prolin und Trehalose.

Wo wird ein Umweltreiz von einer bakteriellen Zelle wahrgenommen?

Veränderung im Lebensraum können durch Rezeptoren/Sensoren in der Zellmembran, aber auch intrazellulär aufgenommen werden. Dies geschieht in Abhängigkeit von der chemisch-physikalischen Natur des geänderten Umweltparameters. So werden Nährstoffe und alternative Elektronenakzeptoren meist an der Membran detektiert, während Temperaturänderungen oder membrangängige Gase wie Sauerstoff zum Teil intrazellulär gemessen werden.

Welchen Temperaturbereich deckt mikrobielles Leben ab?

Mikrobielles Leben wird von -15°C bis 115°C gefunden.

Was sind extrem halophile Organismen? Nennen Sie Beispiele!

Organismen, die bei Salzkonzentrationen von > 3,0 mol·l-1 ein optimales Wachstum erreichen, bezeichnet man als extrem halophil. Man findet sie zum großen Teil unter den Archaea (Halobacterium, Haloferax, Methanohalophilus).

Wie können Mikroorganismen prinzipiell ohne Sauerstoff leben?

Einerseits können Mikroorganismen Sauerstoff als Elektronenakzeptor in der Atmungskette durch alternative Elektronenakzeptoren, wie Nitrat, TMAO, DMSO oder Fumarat, ersetzen. Damit bauen sie anaerob einen Protonengradienten auf und gewinnen über eine ATPase Energie. Sie können aber auch auf vielfältigste Weise durch Fermentationen anaerob Energie gewinnen. Dabei wird auf der Ebene des Substratabbaus direkt Energie in Form von ATP konserviert.

Nennen Sie Enzymsysteme zur Entgiftung reaktiver Sauerstoffspezies!

Katalase: H2O2 + H2O2 → 2 H2O + O2
Peroxidase: H2O2 + NADH + H+ → 2 H2O + NAD+
Superoxid Dismutase: O2- + O2-+ 2 H+ → H2O2 + O2

Nennen Sie die Alarmone der stringenten Kontrolle und der Katabolitregulation in E. coli! Erklären Sie kurz deren Bildung und Funktion!

Das Alarmon der stringenten Kontrolle ist ppGpp. Es wird bei Aminosäuremangel am Ribosom gebildet. Es induziert die Biosynthese von Aminosäuren und die Mobilisierung alternativer Energiequellen. Es reduziert besonders die Proteinbiosynthese und weitere energieverbrauchende Biosynthesen. Das Alarmon der Katabolitregulation von E. coli ist cAMP. Bei Glucosemangel wird es durch die Adenylatcyclase gebildet. Durch Bindung aktiviert es den Transkriptionsregulator Crp. cAMP-Crp induziert Gene, deren Genprodukte die Erschließung alternativer Kohlenstoffquellen erlauben. Andere Bakterien nutzen auch cAMP-unabhängige Katabolitregulationsprinzipien.

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