Grundlagen der Mikrobiologie: mit 5 Tabellen
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2003
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Inhaltsverzeichnis
1 Mikrobiologie Wissenschaft von unsichtbaren Lebewesen 1
Mikroorganismen und Viren 2
Wissenschaftliche Basis der Mikrobiologie 2
Teilgebiete 2
Auswirkungen auf andere Disziplinen 4
Kleine und große Zahlen 4
Oberflächen Volumen Verhältnis 5
Sind die Mikroben primitiv? 7
2 Aufbau der Zelle der Grundbedarf des Lebendigen 9
Weshalb ist der Frosch grün? 9
Kennzeichen von Leben 10
Aufbau einer Prokaryotenzelle 11
Zellwand 12
Zellmembran 12
DNA 13
Mechanismen der Genübertragung bei Prokaryoten 15
DNA Replikation 15
Transkription und Translation 17
Stoffwechselkatalyse 18
Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten 18
Einheit der Biochemie 20
Chemische Zusammensetzung der Zelle 22
Makro und Spurenelemente 23
3 Spezielle Morphologie von Prokaryoten 27
Murein 28
Lysozymund Penicillin 28
Gram negative und Gram positive Bakterien 29
Kapseln und Schleime 30
Geißeln und Pili 30
Bewegungsmechanismen 30
Chemotaxis 32
Zelleinschlüsse 33
4 Eukaryotische Mikroorganismen 37
Algen 37
Pilze 39
Protozoen 42
X Inhaltsverzeichnis Bedeutung von Protozoen an verschiedenen Standorten 45
5 Viren 47
Aufbau von Viren 47
Klassifikation der Viren 49
Lyrischer Cyclus eines Bakteriophagen 50
Lysogenie 52
Transduktion 53
DerPhageQß 53
6 Mikrobiologische Methoden 55
Mikroben sichtbar machen 55
Strahlengang des Mikroskops 57
Hellfeld Mikroskopie und Färbungen 58
Transmissions Elektronenmikroskopie 59
Phasenkontrast Verfahren 59
Polarisation und Interferenz Kontrast 60
Dunkelfeld 62
Fluoreszenz Mikroskopie 63
Konfokales Laser Scanning Mikroskop 63
Raster Elektronenmikroskopie 64
Sterilisation 65
Teilentkeimung 66
Kulturmedium 67
Anreicherungskultur 67
Vereinzelung von Zellen 67
Direktisolierung 70
7 Klassifizierung und Grundstruktur des phylogenetischen Stammbaums.73
Taxonomie 73
Artenvielfalt 74
Einordnung einer Reinkultur 74
PCR Polymerase Kettenreaktion 76
Sequenzierung von DNA 77
Die ribosomale 16 S RNA 79
Grundstruktur des phylogenetischen Stammbaums 81
Nachweis von Mikroorganismen mit molekularbiologischen Verfahren 83
8 Wachstum von Mikroben 87
Potenzielle Unsterblichkeit und der Traum der Bakterien 87
Wachstum und binäre Teilung einer Zelle 88
Exponentielles Wachstum einer Kultur 88
Wachstumsexperiment 90
Wachstumsphasen 91
Inhaltsverzeichnis XI
Kontinuierliche Kultur 92
Erhaltungsstoffwechsel 93
Substrat Affinität und Ks Wert 94
Turbidostat 95
9 Allgemeine Bioenergetik 97
Energieformen 97
Thermodynamische Grundlagen 98
Entropie und Ordnung 100
Widerspricht Leben dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik? 100
Freie Energie 101
Freie Energie von Transportprozessen 101
Freie Energie chemischer Reaktionen 102
Berücksichtigung der tatsächlichen Konzentration der Reaktionspartner 103
Freie Energie von Redoxreaktionen 103
Energiekopplung der Umweg als biologisches Prinzip 104
ATP als Energiewährung 105
Energieladungszustand der Zelle 106
Mechanismen der ATP Nutzung 106
Mechanismen der ATP Regenerierung 107
Bildungsenthalpien 109
10 Transport 111
Semipermeabilität 111
Aufnahme von partikulärer Substanz 112
Aufnahme von Eisen 114
Sekundärer Transport 114
Primärer Transport 116
Zucker Transport durch Gruppentranslokation 117
11 Abbau eines Zuckermoleküls 119
Kopplung zwischen Anabolismus und Katabolismus 119
Wachstum mit Glucose als Substrat 120
Energiebedarf für die Assimilation 120
Energieausbeute der Dissimilation 121
Berechnung des zu erwartenden Ertrages 121
Transport und Aktivierung von Glucose 121
Glykolyse 122
Reduktionsequivalente 125
Pyruvat Oxidation 125
Tricarbonsäure Cyclus 127
Bilanz der Oxidation von Glucose 128
CII Inhaltsverzeichnis 12 Regulation 131
Die Bedeutung irreversibler Schritte 131
Regulation der Genexpression 132
Das /ac Operon von Escherichia coli 134
Katabolit Repression 134
Regulation anabolischer Prozesse 134
Attenuation 136
Regulation der Aktivität von Enzymen 136
Pasteur Effekt 137
Regulation der Enzymaktivität durch chemische Modifikation 137
Beispiel Chemotaxis 137
13 Elektronentransport und chemiosmotische Energiekonservierung 141
Bilanz der Verarmung von Glucose 143
Prinzip des Elektronentransports 144
Komponenten der Atmungskette 146
Ablauf des Elektronentransports 146
Charakterisierung der Atmungskette 146
Chemiosmotische Energiekonservierung 148
Aufbau von chemiosmotischen Gradienten durch alternative Mechanismen 150
Chemiosmotische Gradienten in Bakterien, Mitochondrien, Chloroplasten 151
Energetische Bewertung des Protonen Gradienten 152
ATP Konservierung durch die membrangebundene ATPase 152
Energiebilanz von Atmung und chemiosmotischer ATP Konservierung 154
14 Gärungen 157
Prinzip der Gärungen 157
Rolle von Pyruvat bei den Gärungen 159
Milchsäure Gärung 159
Alkoholische Gärung 161
Pyruvat Ferredoxin Oxidoreduktase 162
Pyruvat Formiat Lyase 163
Buttersäure Gärung 163
Propionsäure Gärung 164
Gemischte Säure Gärung 166
Vergärung von Substratgemischen 166
15 Anaerobe Atmungsprozesse 169
Nitrat Reduktion 171
Denitrifikation 172
Dissimilatorische Nitrat Ammonifikation 173
Sulfat Reduktion 174
Biochemie und Energiekonservierung bei der Sulfat Reduktion 177
Vergärung von anorganischen Schwefelverbindungen 178
Inhaltsverzeichnis XII
Schwefel Atmung 178
Anaerobe Atmung mit Metall Ionen als Elektronenakzeptoren 179
Reduktion von Kohlendioxid 179
Carbonat Atmung 181
Methanogenese 181
Biochemie der Kohlendioxid Reduktion zu Methan 182
Methanogene Acetat Spaltung 183
Homoacetat Gärung 185
16 Lithotrophie Verwertung anorganischer Elektronendonatoren 187
Lithotrophie und das Dogma der biologischen Unfehlbarkeit 187
Biochemie und Energiekonservierung aus lithotrophen Prozessen 189
Autotrophie 190
Photosynthese 190
Reaktionen der Photosynthese 192
Assimilatorischer Elektronentransport zur CO2 Fixierung 194
Besonderheiten der oxygenen Photosynthese 195
Nutzung von Lichtenergie durch Halobakterien 195
17 Mikrobielle Ökologie und Biogeochemie 197
Wechselbeziehungen in der mikrobiellen Ökologie 198
Konkurrenz um limitierende Ressourcen 198
Methoden der mikrobiellen Ökologie 200
Bestimmung von Anzahl und Biomasse 201
Analyse mikrobieller Lebensgemeinschaften 201
Messung mikrobieller Aktivitäten 203
Aktivitätsberechnung aus Gradienten 203
Kohlenstoff Kreislauf 204
Effizienz der biogeochemischen Kreisläufe 206
Abbau organischer Substanz 207
Anaerober Abbau 208
Abbau der wichtigsten organischen Verbindungen 210
Xenobiotika 211
Stickstoff Kreislauf. 212
N2 Fixierung 213
Assimilation von Stickstoff 213
Nitrifikation, Denitrifikation und dissimilatorische Nitrat Ammonifikation 214
Schwefel Kreislauf 214
Kreisläufe von Metallen 216
Phosphor Kreislauf 216
Marine Mikrobiologie 217
Beispiel Nordsee 218
Rolle der Bakterien im Nahrungsnetz der Wassersäule 219
Sedimentation 220
[IV Inhaltsverzeichnis Stoffkreisläufe im Sediment 220
Biosphäre in marinen Sedimenten 222
Mikrobenmatten 222
Süßwasser Seen 223
Sommerstagnationeines Sees 224
Wirkung von Phosphat auf die Sauerstoffkonzentration 225
Mikrobielle Ökologie des Bodens 225
Beispiel Wiese 226
Mikroflora tierischer Verdauungssysteme 227
Extremophile Bakterien Standorte und Anpassungen 227
Stoffwechsel hyperthermophiler Prokaryoten 229
Leben an heißen Tiefseequellen 230
18 Wie das Leben angefangen haben könnte 235
Entstehung der Erde 235
Spurendes frühen Lebens 236
Urzeugung und primäre Biogenese 237
Uratmosphäre der Erde 237
Molekulare Evolution 238
Gab es zuerst Proteine oder Nukleinsäuren? 238
Organische und anorganische Kohlenstoffquellen 239
Waren die ersten Lebewesen Viren oder Bakterien? 240
Ein plausibles Szenarium 240
Entwicklung größerer Organismen 241
19 Biotechnologie und Umweltmikrobiologie 243
Biotechnologie 243
Lebensmittelmikrobiologie 244
Industrielle Mikrobiologie 245
Herstellung und Klonierung gentechnisch veränderter Organismen 245
Produkte der industriellen Mikrobiologie 246
Mikrobielle Erzlaugung 248
Umweltmikrobiologie 248
Bodensanierung 249
Behandlung von Abluft 250
Abwasserbehandlung 250
Schritte der Abwasserreinigung 252
Stickstoff Eliminierung 253
Phosphat Eliminierung 254
Bei der Abwasserbehandlung nicht entfernte Stoffe 254
Faulturm und Faulschlamm Entsorgung 254
20 Humanpathogene Mikroben und Viren 257
Sind die Mikroben unsere Feinde? 257
Inhaltsverzeichnis XV
Mikroflora des Menschen 258
Resistenz und Immunität 259
Infektionsverlauf 259
Bakterien Ruhr 260
Lebensmittelvergiftung 261
Legionärskrankheit 262
HIV 262
Viroide und Prionen 263
Pathogene Pilze 264
Pathogene Protozoen 264
Behandlung von Infektionskrankheiten 264
21 Hundert Namen, die man kennen könnte 267
Empfohlene Lehrbücher 273
Weiter führende Literatur 273
Index 275 |
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