Mikrobiologie: 43 Tab.
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart [u.a.]
Thieme
2008
|
| Schriftenreihe: | Taschenlehrbuch Biologie
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Frühere Ausg. als Bd. 2 von Grundstudium Biologie / hrsg. von Katharina Munk erschienen |
| Beschreibung: | XVIII, 618 S. zahlr. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783131448613 |
Internformat
MARC
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
XI
Inhaltsverzeichnis
Die Welt der Mikroorganismen .......................
ι
1.1 Winzlinge mit großem Anpassungsvermögen........... 1
1.2 Mikroorganismen in der Natur....................... 5
1.3 Mikrobielle Besiedelung von Wirtsorganismen.......... 8
1.4 Mikroorganismen im Dienst des Menschen............ 11
Struktur und Funktion der Zellen
von Mikroorganismen ............................... 14
2.1 Die Zelle: Grundeinheit des Lebens .................. 14
2.1.1 Zellgröße........................................ 16
2.1.2 Zellformen und Zellverbände........................ 17
2.2 Die Endosymbiontentheorie........................ 19
2.2.1 Endosymbiosen als flexibles Prinzip der Evolution........ 20
2.2.2 Die Entstehung der Organellen....................... 21
2.3 Zellstrukturen................................... 25
2.3.1 Zellmembranen................................... 25
2.3.2 Zellhülle........................................ 30
2.3.3 Exopolymere..................................... 39
2.3.4 Bewegungsformen ................................ 42
2.3.5 Cytoskelett...................................... 51
2.3.6 Zelleinschlusskörper und ihre Funktion................ 52
2.4 Zelldifferenzierung............................... 54
2.4.1 Dauerformen bei eukaryotischen Einzellern............. 55
2.4.2 Endosporen...................................... 56
2.4.3 Andere Dauerformen............................... 58
Systematik und Phylogenie..........................59
3.1 Grundlagen..................................... 59
3.2 Methoden der Bakterientaxonomie..................60
3.3 Das System der drei Urreiche....................... 64
3.3.1 Sequenzanalysen und Phylogenie.....................64
3.3.2 Der neue Stammbaum des Lebens....................67
3.4 Die Entwicklungslinien der
Bacteria
................. 70
3.4.1 Aquificae, Thermodesulfobacteria und Thermotogae ......71
3.4.2 Chloroflexi: Schwefelfreie Grüne Bakterien.............. 72
3.4.3 Chlorobi {Grüne Schwefeibakterien)................... 73
3.4.4 Deinococcus-Tnenmis..............................74
3.4.5 Spirochaetes.....................................75
XII Inhaltsverzeichnis
3.4.6
Bacteroidetes
.................................... 75
3.4.7
Chiamydiae
...................................... 76
3.4.8
Cyanobacteria
.................................... 77
3.4.9
Firmicutes
....................................... 78
3.4.10
Actinobacteria
.................................... 81
3.4.11
Proteobacteria
.................................... 83
3.4.12 Weitere Entwicklungslinien der
Bacteria
............... 96
3.5 Die Entwicklungslinien der Archaea ................. 98
3.5.1 Crenarchaeota................................... 100
3.5.2 Euryarchaeota................................... 102
3.5.3 Weitere Entwicklungslinien der Archaea .............. 105
Viren............................................... 106
4.1 Struktur- und Vermehrungsprinzipien der Viren...... 106
4.2 Virale Genomtypen und Virusgruppen............... 112
4.2.1 DNA-Viren ..................................... 114
4.2.2 RNA-Viren...................................... 119
4.2.3 Retroviren...................................... 123
4.2.4 Viroide und defekte Viren.......................... 128
4.2.5 Prionen........................................ 129
4.3 Strategien der
Virusinfektion
...................... 130
4.4 Methoden zum Nachweis von Viren................. 134
4.4.1 Elektronenmikroskopische Nachweisverfahren.......... 134
4.4.2 Zellbiologische Nachweisverfahren................... 135
4.4.3 Molekularbiologische Nachweisverfahren.............. 137
4.4.4 Immunologische Nachweisverfahren ................. 138
Pilze ............................................... 140
5.1 Was sind Pilze?................................. 140
5.1.1 Das System der Pilze.............................. 141
5.1.2 Der Aufbau der pilzlichen Zelle...................... 142
5.1.3 Stoffwechsel der Pilze............................. 147
5.1.4 Sekundärmetabolite.............................. 147
5.2 Molekularbiologie mit Pilzen...................... 150
5.2.1 Mutation und Selektion ........................... 150
5.2.2 Transformation mit Pilzen ......................... 154
5.3 Alternative Wuchsformen: Hefe oder Hyphe?......... 156
5.4 Sporenbüdung.................................. 161
5.4.1 Pilze können sehen - Lichtwahrnehmung.............. 165
5.4.2 Pilze haben eine innere Uhr........................ 169
5.4.3 Altersforschung bei Pilzen.......................... 170
Inhaltsverzeichnis XIII
5.4.4 Sex ja - Inzucht nein: Die Wahl des richtigen Partners ... 171
5.4.5 Kommunikation über Pheromone.................... 173
5.5 Pilze als Lebenspartner........................... 177
5.5.1 Flechten....................................... 177
5.5.2 Die Mykorrhiza.................................. 180
5.6
Pathogène
Pilze................................. 183
5.7 Kuriositäten.................................... 187
5.7.1 „Schießende Pilze............................... 187
5.7.2 „Pilze auf Wanderschaft.......................... 187
5.7.3 „Räuberische Pilze ............................... 189
Õ
Mikrobielle Genetik................................. 190
6.1 Das genetische System der Mikroorganismen......... 190
6.1.1 Struktur der DNA................................ 190
6.1.2 Mikrobielle Genome.............................. 194
6.1.3 Mikrobielle Chromosomen......................... 197
6.1.4 DNA-Replikation.................................201
6.1.5 Transkription ...................................204
6.1.6 Translation.....................................207
6.1.7 Proteinfaltung, Modifikation und Stabilität.............211
6.2 Veränderungen der Erbsubstanz durch Mutationen .... 213
6.2.1 Mutationen und Mutanten.........................214
6.2.2 DNA-Reparatur-Mechanismen....................... 227
6.3 Veränderungen der Erbsubstanz durch Rekombination 230
6.4 Biologie der Plasmide............................ 233
6.4.1 Replikationsursprung, Kopienzahl und Kompatibilität .... 233
6.5 Transponierbare Elemente........................ 238
6.6 Gentransfer.................................... 240
6.6.1 Transformation.................................. 240
6.6.2 Transduktion.................................... 244
6.6.3 Konjugation .................................... 247
6.6.4!! Einschränkung des Gentransfers durch Restriktion
und Modifikation................................ 254
Mikrobielles Wachstum............................. 257
7.1 Wachstumsansprüche von Mikroorganismen......... 257
7.1.1 Makro- und
Mikroelemente
........................ 257
7.1.2 Wachstumsfaktoren.............................. 260
7.1.3 Nährmedien.................................... 261
7.2 Wachstum und Vermehrung....................... 262
7.2.1 Zellteilung bei Mikroorganismen .................... 263
XIV Inhaltsverzeichnis
7.2.2 Wachstum bei Mikroorganismen.................... 265
7.2.3 Messung des Wachstums.......................... 271
7.3 Sicherheit im Umgang mit Mikroorganismen......... 277
7.3.1 Sterilisation und Desinfektion....................... 278
7.3.2 Sicherheit im Labor............................... 281
7.4 Kultivierung von Mikroorganismen................. 285
7.4.1 Kultivierung im Labormaßstab...................... 285
7.4.2 Kultivierung im industriellen Maßstab................ 289
7.4.3 Statische und kontinuierliche Kultur.................. 290
7.4.4 Anreicherung von Mikroorganismen.................. 294
7.4.5 Isolierung von Mikroorganismen .................... 295
7.5 Identifizierung und Charakterisierung
von Mikroorganismen............................ 299
7.5.1 Mikroskopische Untersuchungen.................... 299
7.5.2 Untersuchung von Stoffwechselprozessen.............. 300
7.5.3 Molekularbiologische Untersuchungen................ 303
Der Energiestoffwechsel der Mikroorganismen ......304
8.1 Grundprinzipien des Energiestoffwechsels ........... 304
8.1.1 Energie-und Leistungsstoffwechsel und ihre Verknüpfung 304
8.1.2 Stoffwechselvielfalt der Mikroorganismen.............306
8.2 Bioenergetische Grandlagen....................... 309
8.2.1 Änderung der Freien Energie im Verlauf einer
chemischen Reaktion ............................. 311
8.2.2 Redoxreaktionen und das Redoxpotential.............. 314
8.2.3 Das elektrochemische Potential ..................... 316
8.3 Mechanismen der Energiekonservierung............. 319
8.3.1 Substratstufenphosphorylierung..................... 320
8.3.2 Elektronentransportphosphorylierang.................321
8.4 Phototrophie...................................333
8.4.1 Photosynthetische Pigmente........................ 336
8.4.2 Antennensysteme und photosynthetische Membranen.... 338
8.4.3 Reaktionszentren der Photosysteme.................. 340
8.4.4 Lichtgetriebener Elektronentransport mit
einem Photosystem...............................340
8.4.5 Lichtgetriebener Elektronentransport mit
zwei Photosystemen..............................343
8.4.6 Die lichtgetriebene Protonenpumpe der Haloarchaea.....346
8.5 Chemoorganotrophie:
I.
Zentrale Abbauwege
zur
Oxidation
organischer Verbindungen............ 349
8.5.1 Die Glykolyse: Der Embden-Meyerhof-Parnas-Weg......350
8.5.2 Der Entner-Doudoroff-Weg.........................352
Inhaltsverzeichnis
XV
8.5.3 Der Phosphoketolase-Weg ......................... 355
8.5.4
Oxidation
des Pyruvats............................ 355
8.5.5 Der Citratzyklus................................. 355
8.5.6 Die ß-Oxidation der Fettsäuren...................... 357
8.6 Chemoorganotrophie:
II.
Aerobe und
anaerobe Atmung............................... 359
8.6.1 Aerobe Atmung.................................. 361
8.6.2 Nitratatmung ................................... 364
8.6.3 Fumaratatmung................................. 365
8.6.4 Sulfatatmung ................................... 366
8.6.5 Methanogenese.................................. 367
8.6.6 Acetogenese.................................... 371
8.7 Chemoorganotrophie:
III.
Gärung................... 374
8.7.1 Milchsäuregärung................................ 376
8.7.2 Ethanolgärung................................... 378
8.7.3 Gemischte Säuregärung ........................... 379
8.7.4 Propionsäuregärung.............................. 381
8.7.5 Buttersäuregärung und Lösungmittelgärung............ 383
8.7.6 Vergärung von Aminosäuren........................ 385
8.7.7 Vergärung von
Citrát
.............................. 386
8.8 Chemolithotrophie .............................. 388
8.8.1 Nitrifikanten: Ammonium- und nitritoxidierende
Bakterien....................................... 391
8.8.2 Sulfurikanten:
Oxidation
reduzierter
Schwefelverbindungen............................391
8.8.3 Eisenoxidierende Bakterien......................... 392
8.8.4 Wasserstoffoxidierende Bakterien....................393
8.8.5 Kohlenmonoxidoxidierende Bakterien ................393
Biosyntheseleistungen von Mikroorganismen........ 395
9.1 Stoffaufnahme und Transport ..................... 395
9.2 Das Netzwerk des Stoffwechsels.................... 402
9.2.1 Anaplerotische Reaktionen......................... 404
9.2.2 OVFixierung in Prokaryoten....................... 408
9.3 Die Biosynthese von Monomeren in Mikroorganismen 414
9.3.1 Monosaccharide................................. 415
9.3.2 Aminosäuren.................................... 417
9.3.3 Nucleotide...................................... 421
9.3.4 Fettsäuren...................................... 424
9.4 Die Synthese von Polymeren in Mikroorganismen..... 427
9.4.1 Polysaccnaride .................................. 428
9.4.2
Lipide
......................................... 429
XVI Inhaltsverzeichnis
9.4.3 Nucleinsäuren und Proteine........................ 433
9.5 Die Synthese der bakteriellen Zellwand.............. 435
9.5.1 Die Biosynthese des Peptidoglykans.................. 435
9.5.2 Biosynthese archaebakterieller Zellwände ............. 442
Anpassungsfähigkeit von Mikroorganismen.......... 444
10.1 Grundlagen der Anpassung von Mikroorganismen
an Veränderungen in ihrem Lebensraum.............444
10.1.1 Organismus und Umwelt..........................444
10.1.2 Umweltreiz und molekulare Antwort ................ 445
10.1.3 Regulatoren der Anpassung ........................447
10.1.4 Regulon,
Modulon, Stimulon
........................449
10.2 Anpassung an Temperaturbedingungen.............. 452
10.2.1 Anpassung an extreme Temperaturen.................453
10.2.2 Hitzeschock-Antwort ............................. 455
10.2.3 Kälteschock-Antwort..............................457
10.3 Anpassung an pH-Bedingungen....................458
10.3.1! Anpassung an Lebensräume mit extremen pH-Werten.... 460
10.3.2! Säure-Base-Schock-Antwort........................461
10.4 Anpassung an osmotische Bedingungen .............463
10.4.1 Wasseraktivität..................................463
10.4.2 Halophile Mikroorganismen........................465
10.4.3 Anpassung an Standorte extremer Osmolarität..........466
10.4.4 Osmoschock-Antwort.............................466
10.5 Anpassung an Sauerstoffpartialdruck
und Sauerstoffstress.............................469
10.5.1 Sauerstoff und Energiegewinnung....................469
10.5.2 Regulation des Energiestoffwechsels..................470
10.5.3 Sauerstoffstress..................................472
10.5.4 Sauerstoffstress-Antwort...........................473
10.6 Stoffwechselsteuerung durch
stringente
Kontrolle,
Attenuation,
RNA-Schalter, Stationärphase und
Katabolitenregulation............................475
10.6.1
Stringente
Kontrolle..............................476
10.6.2 Steuerung der Aminosäure- und Cofaktorenbiosynthese
auf Ebene der
RNA
durch
Attenuation
und RNA-Schalter .. 478
10.6.3 Stationärphase und generelle Stressantwort............480
10.6.4 Regulation des Katabolismus .......................483
10.7 Regulation der Assimilation und Fixierung
von Stickstoff...................................486
10.7.1 Regulation der Stickstoffassimilation.................487
10.7.2 Kontrolle der Stickstofffixierung.....................489
Inhaltsverzeichnis XVII
10.8 Regulation der Phosphorassimilation ............... 491
10.9 Regulation der
Sporulation
von
Bacillus subtilis
....... 493
10.9.1 Sporenbildung bei Bakterien........................ 493
10.9.2 Molekulare Regulation der Sporenbildung in B. subtilis ... 495
Einfluss von Mikroorganismen auf Natur und Mensch 498
11.1 Auf- und Abbau von Biomasse..................... 498
11.1.1 Der Biomassekreislauf............................. 498
11.1.2 Zusammensetzung und Depolymerisierung der Biomasse 500
11.2 Stoffkreisläufe.................................. 512
11.2.1 Kohlenstoffkreislauf.............................. 513
11.2.2 Stickstoffkreislauf................................ 517
11.2.3 Schwefelkreislauf................................ 524
11.2.4 Phosphorkreislauf................................ 528
11.3 Mikrobielle Besiedelung des Menschen.............. 529
П.3.1
Die Normalflora des Menschen...................... 530
11.3.2
Pathogène
Mikroorganismen........................ 533
11.3.3 Übertragungswege............................... 536
11.3.4 Infektionskrankheiten des Menschen................. 536
11.3.5 Infektionsschutz................................. 545
11.3.6 Infektionstherapie................................ 546
Mikrobielle Biotechnologie.......................... 549
12.1 Mikroorganismen und mikrobielle Enzyme
im Dienste des Menschen ........................ 549
12.1.1 Wirtschaftliche Bedeutung der mikrobiellen Biotechnologie 551
12.1.2 Der Einsatz von Mikroorganismen in der Biotechnologie .. 552
12.2 Lebensmittelherstellung und -Veredelung............ 555
12.2.1 Fermentierte Lebensmittel......................... 555
12.2.2 Alkoholische Getränke ............................ 556
12.2.3 Essig.......................................... 557
12.3 Stoffproduktion mit Mikroorganismen.............. 558
12.3.1 Ablauf biotechnologischer Produktionsverfahren........ 559
12.3.2 Biomasse als Produkt............................. 561
12.3.3 Mikrobielle Produkte für Gesundheit und Ernährung..... 562
12.3.4 Mikrobielle Produkte für technische Zwecke........... 573
12.3.5
Mikrobiełle
Produktion von Enzymen................. 574
12.4 Stoffumwandlung mit Mikroorganismen und Enzymen 576
12.4.1 Biotransformationen.............................. 577
12.4.2 Stoffumwandlung mit mikrobiellen Enzymen........... 577
XVIII
Inhaltsverzeichnis
12.5 Umweltbiotechnologie........................... 580
12.5.1 Abwasseraufbereitung............................. 580
12.5.2 Abbau von Naturstoffen........................... 583
12.5.3 Bodensanierung und Abbau von Xenobiotika........... 583
12.5.4 Mikrobielle Luftreinigung.......................... 584
Anhang ............................................ 587
Bildquellen........................................... 587
Sachverzeichnis....................................... 589
|
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
XI
Inhaltsverzeichnis
Die Welt der Mikroorganismen .
ι
1.1 Winzlinge mit großem Anpassungsvermögen. 1
1.2 Mikroorganismen in der Natur. 5
1.3 Mikrobielle Besiedelung von Wirtsorganismen. 8
1.4 Mikroorganismen im Dienst des Menschen. 11
Struktur und Funktion der Zellen
von Mikroorganismen . 14
2.1 Die Zelle: Grundeinheit des Lebens . 14
2.1.1 Zellgröße. 16
2.1.2 Zellformen und Zellverbände. 17
2.2 Die Endosymbiontentheorie. 19
2.2.1 Endosymbiosen als flexibles Prinzip der Evolution. 20
2.2.2 Die Entstehung der Organellen. 21
2.3 Zellstrukturen. 25
2.3.1 Zellmembranen. 25
2.3.2 Zellhülle. 30
2.3.3 Exopolymere. 39
2.3.4 Bewegungsformen . 42
2.3.5 Cytoskelett. 51
2.3.6 Zelleinschlusskörper und ihre Funktion. 52
2.4 Zelldifferenzierung. 54
2.4.1 Dauerformen bei eukaryotischen Einzellern. 55
2.4.2 Endosporen. 56
2.4.3 Andere Dauerformen. 58
Systematik und Phylogenie.59
3.1 Grundlagen. 59
3.2 Methoden der Bakterientaxonomie.60
3.3 Das System der drei Urreiche. 64
3.3.1 Sequenzanalysen und Phylogenie.64
3.3.2 Der neue Stammbaum des Lebens.67
3.4 Die Entwicklungslinien der
Bacteria
. 70
3.4.1 Aquificae, Thermodesulfobacteria und Thermotogae .71
3.4.2 Chloroflexi: Schwefelfreie Grüne Bakterien. 72
3.4.3 Chlorobi {Grüne Schwefeibakterien). 73
3.4.4 Deinococcus-Tnenmis.74
3.4.5 Spirochaetes.75
XII Inhaltsverzeichnis
3.4.6
Bacteroidetes
. 75
3.4.7
Chiamydiae
. 76
3.4.8
Cyanobacteria
. 77
3.4.9
Firmicutes
. 78
3.4.10
Actinobacteria
. 81
3.4.11
Proteobacteria
. 83
3.4.12 Weitere Entwicklungslinien der
Bacteria
. 96
3.5 Die Entwicklungslinien der Archaea . 98
3.5.1 Crenarchaeota. 100
3.5.2 Euryarchaeota. 102
3.5.3 Weitere Entwicklungslinien der Archaea . 105
Viren. 106
4.1 Struktur- und Vermehrungsprinzipien der Viren. 106
4.2 Virale Genomtypen und Virusgruppen. 112
4.2.1 DNA-Viren . 114
4.2.2 RNA-Viren. 119
4.2.3 Retroviren. 123
4.2.4 Viroide und defekte Viren. 128
4.2.5 Prionen. 129
4.3 Strategien der
Virusinfektion
. 130
4.4 Methoden zum Nachweis von Viren. 134
4.4.1 Elektronenmikroskopische Nachweisverfahren. 134
4.4.2 Zellbiologische Nachweisverfahren. 135
4.4.3 Molekularbiologische Nachweisverfahren. 137
4.4.4 Immunologische Nachweisverfahren . 138
Pilze . 140
5.1 Was sind Pilze?. 140
5.1.1 Das System der Pilze. 141
5.1.2 Der Aufbau der pilzlichen Zelle. 142
5.1.3 Stoffwechsel der Pilze. 147
5.1.4 Sekundärmetabolite. 147
5.2 Molekularbiologie mit Pilzen. 150
5.2.1 Mutation und Selektion . 150
5.2.2 Transformation mit Pilzen . 154
5.3 Alternative Wuchsformen: Hefe oder Hyphe?. 156
5.4 Sporenbüdung. 161
5.4.1 Pilze können sehen - Lichtwahrnehmung. 165
5.4.2 Pilze haben eine innere Uhr. 169
5.4.3 Altersforschung bei Pilzen. 170
Inhaltsverzeichnis XIII
5.4.4 Sex ja - Inzucht nein: Die Wahl des richtigen Partners . 171
5.4.5 Kommunikation über Pheromone. 173
5.5 Pilze als Lebenspartner. 177
5.5.1 Flechten. 177
5.5.2 Die Mykorrhiza. 180
5.6
Pathogène
Pilze. 183
5.7 Kuriositäten. 187
5.7.1 „Schießende" Pilze. 187
5.7.2 „Pilze" auf Wanderschaft. 187
5.7.3 „Räuberische Pilze". 189
Õ
Mikrobielle Genetik. 190
6.1 Das genetische System der Mikroorganismen. 190
6.1.1 Struktur der DNA. 190
6.1.2 Mikrobielle Genome. 194
6.1.3 Mikrobielle Chromosomen. 197
6.1.4 DNA-Replikation.201
6.1.5 Transkription .204
6.1.6 Translation.207
6.1.7 Proteinfaltung, Modifikation und Stabilität.211
6.2 Veränderungen der Erbsubstanz durch Mutationen . 213
6.2.1 Mutationen und Mutanten.214
6.2.2 DNA-Reparatur-Mechanismen. 227
6.3 Veränderungen der Erbsubstanz durch Rekombination 230
6.4 Biologie der Plasmide. 233
6.4.1 Replikationsursprung, Kopienzahl und Kompatibilität . 233
6.5 Transponierbare Elemente. 238
6.6 Gentransfer. 240
6.6.1 Transformation. 240
6.6.2 Transduktion. 244
6.6.3 Konjugation . 247
6.6.4!! Einschränkung des Gentransfers durch Restriktion
und Modifikation. 254
Mikrobielles Wachstum. 257
7.1 Wachstumsansprüche von Mikroorganismen. 257
7.1.1 Makro- und
Mikroelemente
. 257
7.1.2 Wachstumsfaktoren. 260
7.1.3 Nährmedien. 261
7.2 Wachstum und Vermehrung. 262
7.2.1 Zellteilung bei Mikroorganismen . 263
XIV Inhaltsverzeichnis
7.2.2 Wachstum bei Mikroorganismen. 265
7.2.3 Messung des Wachstums. 271
7.3 Sicherheit im Umgang mit Mikroorganismen. 277
7.3.1 Sterilisation und Desinfektion. 278
7.3.2 Sicherheit im Labor. 281
7.4 Kultivierung von Mikroorganismen. 285
7.4.1 Kultivierung im Labormaßstab. 285
7.4.2 Kultivierung im industriellen Maßstab. 289
7.4.3 Statische und kontinuierliche Kultur. 290
7.4.4 Anreicherung von Mikroorganismen. 294
7.4.5 Isolierung von Mikroorganismen . 295
7.5 Identifizierung und Charakterisierung
von Mikroorganismen. 299
7.5.1 Mikroskopische Untersuchungen. 299
7.5.2 Untersuchung von Stoffwechselprozessen. 300
7.5.3 Molekularbiologische Untersuchungen. 303
Der Energiestoffwechsel der Mikroorganismen .304
8.1 Grundprinzipien des Energiestoffwechsels . 304
8.1.1 Energie-und Leistungsstoffwechsel und ihre Verknüpfung 304
8.1.2 Stoffwechselvielfalt der Mikroorganismen.306
8.2 Bioenergetische Grandlagen. 309
8.2.1 Änderung der Freien Energie im Verlauf einer
chemischen Reaktion . 311
8.2.2 Redoxreaktionen und das Redoxpotential. 314
8.2.3 Das elektrochemische Potential . 316
8.3 Mechanismen der Energiekonservierung. 319
8.3.1 Substratstufenphosphorylierung. 320
8.3.2 Elektronentransportphosphorylierang.321
8.4 Phototrophie.333
8.4.1 Photosynthetische Pigmente. 336
8.4.2 Antennensysteme und photosynthetische Membranen. 338
8.4.3 Reaktionszentren der Photosysteme. 340
8.4.4 Lichtgetriebener Elektronentransport mit
einem Photosystem.340
8.4.5 Lichtgetriebener Elektronentransport mit
zwei Photosystemen.343
8.4.6 Die lichtgetriebene Protonenpumpe der Haloarchaea.346
8.5 Chemoorganotrophie:
I.
Zentrale Abbauwege
zur
Oxidation
organischer Verbindungen. 349
8.5.1 Die Glykolyse: Der Embden-Meyerhof-Parnas-Weg.350
8.5.2 Der Entner-Doudoroff-Weg.352
Inhaltsverzeichnis
XV
8.5.3 Der Phosphoketolase-Weg . 355
8.5.4
Oxidation
des Pyruvats. 355
8.5.5 Der Citratzyklus. 355
8.5.6 Die ß-Oxidation der Fettsäuren. 357
8.6 Chemoorganotrophie:
II.
Aerobe und
anaerobe Atmung. 359
8.6.1 Aerobe Atmung. 361
8.6.2 Nitratatmung . 364
8.6.3 Fumaratatmung. 365
8.6.4 Sulfatatmung . 366
8.6.5 Methanogenese. 367
8.6.6 Acetogenese. 371
8.7 Chemoorganotrophie:
III.
Gärung. 374
8.7.1 Milchsäuregärung. 376
8.7.2 Ethanolgärung. 378
8.7.3 Gemischte Säuregärung . 379
8.7.4 Propionsäuregärung. 381
8.7.5 Buttersäuregärung und Lösungmittelgärung. 383
8.7.6 Vergärung von Aminosäuren. 385
8.7.7 Vergärung von
Citrát
. 386
8.8 Chemolithotrophie . 388
8.8.1 Nitrifikanten: Ammonium- und nitritoxidierende
Bakterien. 391
8.8.2 Sulfurikanten:
Oxidation
reduzierter
Schwefelverbindungen.391
8.8.3 Eisenoxidierende Bakterien. 392
8.8.4 Wasserstoffoxidierende Bakterien.393
8.8.5 Kohlenmonoxidoxidierende Bakterien .393
Biosyntheseleistungen von Mikroorganismen. 395
9.1 Stoffaufnahme und Transport . 395
9.2 Das Netzwerk des Stoffwechsels. 402
9.2.1 Anaplerotische Reaktionen. 404
9.2.2 OVFixierung in Prokaryoten. 408
9.3 Die Biosynthese von Monomeren in Mikroorganismen 414
9.3.1 Monosaccharide. 415
9.3.2 Aminosäuren. 417
9.3.3 Nucleotide. 421
9.3.4 Fettsäuren. 424
9.4 Die Synthese von Polymeren in Mikroorganismen. 427
9.4.1 Polysaccnaride . 428
9.4.2
Lipide
. 429
XVI Inhaltsverzeichnis
9.4.3 Nucleinsäuren und Proteine. 433
9.5 Die Synthese der bakteriellen Zellwand. 435
9.5.1 Die Biosynthese des Peptidoglykans. 435
9.5.2 Biosynthese archaebakterieller Zellwände . 442
Anpassungsfähigkeit von Mikroorganismen. 444
10.1 Grundlagen der Anpassung von Mikroorganismen
an Veränderungen in ihrem Lebensraum.444
10.1.1 Organismus und Umwelt.444
10.1.2 Umweltreiz und molekulare Antwort . 445
10.1.3 Regulatoren der Anpassung .447
10.1.4 Regulon,
Modulon, Stimulon
.449
10.2 Anpassung an Temperaturbedingungen. 452
10.2.1 Anpassung an extreme Temperaturen.453
10.2.2 Hitzeschock-Antwort . 455
10.2.3 Kälteschock-Antwort.457
10.3 Anpassung an pH-Bedingungen.458
10.3.1! Anpassung an Lebensräume mit extremen pH-Werten. 460
10.3.2! Säure-Base-Schock-Antwort.461
10.4 Anpassung an osmotische Bedingungen .463
10.4.1 Wasseraktivität.463
10.4.2 Halophile Mikroorganismen.465
10.4.3 Anpassung an Standorte extremer Osmolarität.466
10.4.4 Osmoschock-Antwort.466
10.5 Anpassung an Sauerstoffpartialdruck
und Sauerstoffstress.469
10.5.1 Sauerstoff und Energiegewinnung.469
10.5.2 Regulation des Energiestoffwechsels.470
10.5.3 Sauerstoffstress.472
10.5.4 Sauerstoffstress-Antwort.473
10.6 Stoffwechselsteuerung durch
stringente
Kontrolle,
Attenuation,
RNA-Schalter, Stationärphase und
Katabolitenregulation.475
10.6.1
Stringente
Kontrolle.476
10.6.2 Steuerung der Aminosäure- und Cofaktorenbiosynthese
auf Ebene der
RNA
durch
Attenuation
und RNA-Schalter . 478
10.6.3 Stationärphase und generelle Stressantwort.480
10.6.4 Regulation des Katabolismus .483
10.7 Regulation der Assimilation und Fixierung
von Stickstoff.486
10.7.1 Regulation der Stickstoffassimilation.487
10.7.2 Kontrolle der Stickstofffixierung.489
Inhaltsverzeichnis XVII
10.8 Regulation der Phosphorassimilation . 491
10.9 Regulation der
Sporulation
von
Bacillus subtilis
. 493
10.9.1 Sporenbildung bei Bakterien. 493
10.9.2 Molekulare Regulation der Sporenbildung in B. subtilis . 495
Einfluss von Mikroorganismen auf Natur und Mensch 498
11.1 Auf- und Abbau von Biomasse. 498
11.1.1 Der Biomassekreislauf. 498
11.1.2 Zusammensetzung und Depolymerisierung der Biomasse 500
11.2 Stoffkreisläufe. 512
11.2.1 Kohlenstoffkreislauf. 513
11.2.2 Stickstoffkreislauf. 517
11.2.3 Schwefelkreislauf. 524
11.2.4 Phosphorkreislauf. 528
11.3 Mikrobielle Besiedelung des Menschen. 529
П.3.1
Die Normalflora des Menschen. 530
11.3.2
Pathogène
Mikroorganismen. 533
11.3.3 Übertragungswege. 536
11.3.4 Infektionskrankheiten des Menschen. 536
11.3.5 Infektionsschutz. 545
11.3.6 Infektionstherapie. 546
Mikrobielle Biotechnologie. 549
12.1 Mikroorganismen und mikrobielle Enzyme
im Dienste des Menschen . 549
12.1.1 Wirtschaftliche Bedeutung der mikrobiellen Biotechnologie 551
12.1.2 Der Einsatz von Mikroorganismen in der Biotechnologie . 552
12.2 Lebensmittelherstellung und -Veredelung. 555
12.2.1 Fermentierte Lebensmittel. 555
12.2.2 Alkoholische Getränke . 556
12.2.3 Essig. 557
12.3 Stoffproduktion mit Mikroorganismen. 558
12.3.1 Ablauf biotechnologischer Produktionsverfahren. 559
12.3.2 Biomasse als Produkt. 561
12.3.3 Mikrobielle Produkte für Gesundheit und Ernährung. 562
12.3.4 Mikrobielle Produkte für technische Zwecke. 573
12.3.5
Mikrobiełle
Produktion von Enzymen. 574
12.4 Stoffumwandlung mit Mikroorganismen und Enzymen 576
12.4.1 Biotransformationen. 577
12.4.2 Stoffumwandlung mit mikrobiellen Enzymen. 577
XVIII
Inhaltsverzeichnis
12.5 Umweltbiotechnologie. 580
12.5.1 Abwasseraufbereitung. 580
12.5.2 Abbau von Naturstoffen. 583
12.5.3 Bodensanierung und Abbau von Xenobiotika. 583
12.5.4 Mikrobielle Luftreinigung. 584
Anhang . 587
Bildquellen. 587
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