Grundlagen der Mikrobiologie:
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Springer
2006
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adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Mikrobiologie -Wissenschaft von unsichtbaren Lebewesen 1
Mikroorganismen und Viren 2
Wissenschaftliche Basis der Mikrobiologie 3
Teilgebiete 3
Auswirkungen der Mikrobiologie 4
Kleine und große Zahlen 5
Oberflächen-Volumen-Verhältnis 5
Sind die Mikroben primitiv? 7
Glossar 8
2 Aufbau der Zelle - der Grundbedarf des Lebendigen 9
Weshalb ist der Frosch grün? 9
Kennzeichen von Leben 10
Autbau einer Prokaryotenzelle 11
Zeil wand 12
Zellmembran 12
DNA 13
Mechanismen der Genübertragung bei Prokaryotcn 15
DNA-Replikation 16
Transkription und Translation 17
Stoffwechselkatalyse 18
Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten 20
Einheit der Biochemie 21
Chemische Zusammensetzung der Zelle 22
Makro- und Spurenelemente 21
Glossar 25
3 Spezielle Morphologie von Prokaryoten 27
Murein 2S
Lysozym und Penicillin 28
Gram-negative und Gram-positive Bakterien 2y
Kapseln und Schleime .
Geißeln und Pili .«
Bewegungsmechanismen *2
Chemotaxis .W
SCII Inhaltsverzeichnis
Zelleinschlüsse 34
Glossar 36
4 Eukaryotische Mikroorganismen 37
Algen 37
Pilze 39
Protozoen 41
Bedeutung von Protozoen an verschiedenen Standorten 45
Glossar 45
5 Viren 47
Aufbau von Viren 47
Klassifikation der Viren 49
Lytischer Cydus eines Bakteriophagen 50
Lysogenie 52
Transduktion 5,
DerPhageQß 54
Glossar j4
6 Mikrobiologische Methoden 57
Mikroben sichtbar machen 57
Strahlengang des Mikroskops 59
Hellfeld-Mikroskopie und Färbungen 60
Transmissions-Elektronenmikroskopie 61
Phasenkontrast-Verfahren ... 61
Polarisation und Interferenz-Kontrast 62
Dunkelfeld fi2
Fluoreszenz-Mikroskopie 64
Konfokales Laser-Scanning-Mikroskop 65
Raster-Elektronenmikroskopie . .66
Sterilisation 6)!
Teilentkeimung 68
Kulturmedium ^
09
Anreicherungskultur 69
Vereinzelung von Zellen ?l
Direktisolierung Glossar 73
Inhaltsverzeichnis XIII
7 Klassifizierung und Grundstruktur des phylogenetischen Stammbaums...75
Taxonomie 75
Artenvielfalt 76
Einordnung einer Reinkultur 77
PCR- Polymerase-Kettenreaktion 78
Sequenzierung von DNA 79
Die ribosomale 16 S-RNA 81
Grundstruktur des phylogenetischen Stammbaums 83
Nachweis von Mikroorganismen mit molekularbiologischen Verfahren 85
Glossar 86
8 Wachstum von Mikroben 89
Potenzielle Unsterblichkeit und der Traum der Bakterien 89
Wachstum und binäre Teilung einer Zelle 90
Exponenzielles Wachstum einer Kultur 91
Wachstumsexperiment 93
Wachstumsphasen 94
Kontinuierliche Kultur 95
Substrat-Affinität und KS-Wert 97
Turbidostat 97
Glossar 97
9 Allgemeine Bioenergetik 99
Energieformen 99
Thermodynamische Grundlagen 100
Entropie und Ordnung 102
Widerspricht Leben dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik? 102
Freie Energie i M
Freie Energie von Transportprozessen 10
Freie Energie chemischer Reaktionen 104
Berücksichtigung der tatsächlichen Konzentration der Reaklionsparlner 105
Freie Energie von Redoxreaklionen 106
Energiekopplung der Umweg als biologisches Prinzip 107
ATP als Energiewährung x 7
Energieladungszustand der Zelle 108
Mechanismen der ATP-Nutzung 108
Mechanismen der ATP-Regenerierung 109
Bildungsenthalpien 1
Glossar »2
[V Inhaltsverzeichnis
10 Transport 113
Semipermeabilitat 3
Aufnahme von partikularer Substanz 114
Aufnahme von Eisen ll6
Sekundarer Transport 116
PrimSrer Transport ng
Zucker-Transport durch Gruppentranslokation 118
Glossar 119
11 Abbau eines Zuckermolekuls 121
Kopplung zwischen Anabolismus und Katabolismus 121
Wachstum mit Glucose als Substrat 122
Energiebedarf für die Assimilation 122
Energieausbeute der Dissimilation 123
Berechnung des zu erwartenden Ertrages 123
Transport und Aktivierung von Glucose 123
Glykolyse 123
Reduktionsaquivalente 127
Pyruvat-Oxidation 128
Tricarbonsaure-Cydus 129
Bilanz der Oxidation von Glucose 130
Glossar 131
12 Regulation 133
Die Bedeutung irreversibler Schritte 134
Regulation der Aktivitat von Enzymen 135
Regulation der Glykolyse 137
Pasteur-Effekt 138
Regulation der Enzymaktivitat durch chemische Modification 138
Beispiel Chemotaxis 138
Regulation der Genexpression 140
Operon-Struktur 141
Das lac-Operon von Escherkhia coli 142
Katabolit-Repression 143
Regulation anabolischer Prozesse 143
Attenuation 145
Glossar 145
Inhaltsverzeichnis XV
13 Elektronentransport und chemiosmotische Energiekonservierung 147
Bilanz der Veratmung von Glucose 149
Prinzip des Elektronentransports 150
Komponenten der Atmungskette 152
Ablauf des Elektronentransports 152
Charakterisierung der Atmungskette 154
Chemiosmotische Energiekonservierung 155
Aufbau von chemiosmotischen Gradienten durch alternative Mechanismen 156
Chemiosmotische Gradienten in Bakterien, Mitochondricn undChloroplastcn 157
Energetische Bewertung des Protonen-Gradienten 158
ATP-Konservierung durch die membrangebundenc ATPase 158
Energiebilanz von Atmung und chemiosmotischer AIP-Konservierung 160
Glossar 16»
14 Gärungen 163
Prinzip der Gärungen i(
Rolle von Pyruvat bei den Gärungen t fis
Milchsäure-Gärung i( 5
Alkoholische Gärung 167
Pyruvat-Ferredoxin-Oxidoreduktasc ifi8
Pyruvat-Formiat-Lyase 169
Buttersäure-Gärung i( y
Propionsäure-Gärung 17
Gemischte Säure-Gärung 172
Vergärung von Substratgemischen 172
Glossar i7.t
15 Anaerobe Atmungsprozesse 175
Nitrat-Reduktion 77
Denitrifikation 178
Dissimilatorischc Nilral-Ammonilikalion 179
Sulfat-Reduktion 18»
Biochemie und Energiekonservierung bei der Sultat-Reduktion 18
Vergärung von anorganischen Seh wclclVerbindungen 181
Schwefel-Atmung 1
Anacrobe Atmung mit Mclall-Ioncn als F.leklronenakzeptoren 1X5
Reduktion von Kohlendioxid 185
Carbonat- Atmung lSft
Methanogenese lS7
VI Inhaltsverzeichnis
Biochemie der Kohlendioxid-Reduktion zu Methan 188
Methanogene Acetat-Spaltung 189
Homoacetat-Gärung 191
Glossar 192
16 Lithotrophie -Verwertung anorganischer Elektronendonatoren 193
Lithotrophie und das Dogma der biologischen Unfehlbarkeit 193
Biochemie und Energiekonservierung aus lithotrophen Prozessen 195
Autotrophie lg6
Photosynthese lgg
Reaktionen der Photosynthese ,99
Assimilatorischer Elektronentransport zur C02-Fixierung 200
Besonderheiten der oxygenen Photosynthese 200
Nutzung von Lichtenergie durch Halobakterien 201
Glossar 202
17 Mikrobielle Ökologie und Biogeochemie 205
Mikrobielle Ökologie und Biogeochemie 2O5
Wechselbeziehungen in der mikrobiellen Ökologie 206
Konkurrenz um limitierende Ressourcen 2o6
Methoden der mikrobiellen Ökologie 2og
Bestimmung von Anzahl und Biomasse 2O9
Analyse mikrobieller Lebensgemeinschaften 209
Messung mikrobieller Aktivitäten 211
Aktivitätsberechnung aus Gradienten 211
Kohlenstoff-Kreislauf
212
Effizienz der biogeochemischen Kreisläufe 214
Abbau organischer Substanz Anaerober Abbau
216
Abbau der wichtigsten organischen Verbindungen 2l8
Xenobiotika 219
Stickstoff-Kreislauf 220
N2-Fixierung 221
Assimilation von Stickstoff. Nitrifikation. Denitrifikation unddissimilatorische Niträt-Ammönifikatiönl IZ
Schwefel-Kreislauf Kreisläufe von Metallen Phosphor-Kreislauf 224
Inhaltsverzeichnis XVII
Marine Mikrobiologie 224
Beispiel Nordsee 227
Rolle der Bakterien im Nahrungsnetz der Wassersaule 228
Sedimentation 229
Stoffkreislaufe im Sediment 229
Biosphare in marinen Sedimenten 231
Mikrobenmatten 2.12
Siifiwasser-Seen 2.v
Sommerstagnation eines Sees 2.14
Wirkung von Phosphat auf die Sauerstoflkonzentration 2.( t
Mikrobielle Okologie des Bodens 2.15
Beispiel Wiese 2.15
Mikroflora tierischer Verdauungssystemc 216
Extremophile Bakterien Standorte und Anpassungcn 2.(7
Stoffwechsel hypcrthermophiler Prokaryolcn 240
LebenanheiBenTiefseequellen 240
Glossar 241
18 Wiedas Leben angefangen haben konnte 245
Entstehung der Erde 245
Spuren des friihen Lebens 246
Urzeugung und primare Biogenese 247
Uratmosphare der Erde 248
Molekulare Evolution 2-18
Gab es zuerst Proteine odcr Nukleinsauren? 2-19
Organische und anorganische Kohlcnstoll quellcn 249
Waren die erstcn Lebewesen Vircn odcr Bakterien? 25(1
Ein plausiblcsSzenarium ¦
Entwicklunggrolfcrcr Organismen 252
Glossar ¦¦
19 Biotechnologie und Umweltmikrobiologie 253
Biotechnologie 2 5J
Lelicnsmitlclmikri)biologie 25-1
Industriellc Mikrobiologie 255
Hcrstellungund Klonierunggcnlechnisch veranderler Organismen 255
Produkteder industricllcn Mikrobiologie 256
Mikrobielle Erzlaugung 258
[I Inhaltsverzeichnis
Umweltmikrobiologie 25*
Bodensanierung 259
Behandlung von Abluft 260
Abwasserbehandlung 260 .
Schritte der Abwasserreinigung 262
Stickstoff-Eliminierung 263
Phosphat-Eliminierung 264
Bei der Abwasserbehandlung nicht entfernte Stoffe 264
Faulturm und Faulschlamm-Entsorgung 264
Glossar 265
20 Humanpathogene Mikroben und Viren 267
Sind die Mikroben unsere Feinde? 267
Mikroflora des Menschen 268
Resistenz und Immunität 269
Infektionsverlauf 269
Bakterien-Ruhr 270
Lebensmittelvergiftung 271
Legionärskrankheit 272
HIV 272
Viroide und Prionen 274
Pathogene Pilze 274
Pathogene Protozoen 274
Behandlung von Infektionskrankheiten 275
Glossar 275
Hundert Namen, die man kennen könnte 276
21 Hundert Namen,die man kennen könnte 277
Literaturhinweise 285
Empfohlene Lehrbücher 285
Weiterführende Literatur 285
Index 287
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