Übungsblatt 3

Mikrobiologie - Übungsaufgaben 3

Aufgabe 1: Beschreiben Sie die Prozesse oxidative Phosphorylierung und Substratkettenphosphorylierung. Stellen Sie die Unterschiede der Energiekonservierungsmechanismen heraus.

Aufgabe 2: Skizzieren Sie den Kohlenstofffluss und den Elektronentransport bei Atmungsprozessen chemoorganotropher und chemolithotropher Mikroorganismen. Machen Sie die wesentlichen Unterschiede deutlich.

Aufgabe 3: Erläutern Sie am Beispiel der Knallgasreaktion das Prinzip einer Redoxreaktion. Was wird reduziert, was wird oxidiert? Schreiben Sie die Halbreaktionen und die Nettoreaktionsgleichung auf.

Aufgabe 4: Wovon hängt die Energiemenge, die bei Atmungsprozessen biologisch in Form von ATP konserviert werden kann, in erster Linie ab?

Aufgabe 5: Nennen Sie charakteristische Werte für das Redoxpotential bei de Atmung mit Sauerstoff oder alternativen Elektronenakzeptoren wie Nitrat, Eisen(III), Sulfat, Schwefel und Carbonat zu erwarten ist.

Aufgabe 6: Beschreiben Sie die Atmungskette. Inwiefern macht der Begriff deutlich was bei der Übertragung von Elektronen vom Elektronendonor auf den Elektronenakzeptor passiert.

Aufgabe 7: Nennen Sie die wesentlichen Komponenten der Atmungskette. Welche Komponenten leisten Elektronen- bzw. Protonentransportprozesse? An welchen Stellen werden daher Protonen aus dem Zytoplasma in den periplasmatischen Raum bzw. die Umgebung übertragen?

Aufgabe 8: An welcher Stelle wirken Cyanid und Kohlenmonoxid als sog. Entkoppler in die Atmungskette ein?

Aufgabe 9: Der Aufbau eines Membranpotentials / Protonengradientens ist der Zweck der Komponente der Atmungskette. Wozu und durch welches Enzym wird dieses Potential genutzt indem Protonen wieder in die Zelle transportiert werden?

Aufgabe 10: Skizzieren Sie den in Frage 9 gesuchten Enzymkomplex in seinem Aufbau und seiner Anordnung an die Zytoplasmamembran möglichst detailliert.

Aufgabe 11: Was ist ein Coenzym? Was ist NADH/NAD+? (Name, Funktion, Elektronen- bzw. Protonentransport).

Aufgabe 12: Die Menge oder das Verhältnis von NADH/NAD+ muss in aktiven Zellen in einem Gleichgewicht stehen, da ein Ungleichgewicht Atmungsprozesse und viele andere NADH/NAD+-abhängige Enzymreaktionen stoppen würden. Bei welchen Stoffwechselwegen in aeroben, chemoorganotrophen Mikroorganismen wird NADH/NAD+ in erster Linie produziert bzw. abgebaut?

Aufgabe 13: Skizzieren Sie die Glykolyse und machen Sie dabei insbesondere deutlich an welchen Teilschritten NAD+/ATP verbraucht/prodziert wird. Die Bildung von 1,3-Bisphosphoglycat aus Glycerinaldehd-3-phosphat kann weshalb als wichtiger Teilschritt der Glykolyse verstanden werden?

Aufgabe 14: Skizzieren Sie den weiteren Abbau von Pyruvat, dem Endprodukt der Glykolyse, im Zitronensäurezyklus, nennen Sie alle Intermediate und zeigen Sie auf an welcher Stelle Oxidationen und Decarboxylierungen katalysiert werden.

Aufgabe 15: Zusammenfassend zu Fragen 13 und 14: Welche Funktionen, neben der Funktion Intermediate als Grundbausteine für Aminosäuren, Fettsäuren und Nukleinsäurebasen bereitzustellen, haben Glykolyse und Zitronensäurezyklus?

Aufgabe 16: Skizzieren Sie die Grundstruktur eines Zytochroms. Woher stammt der Name? Wie heißt die chemische Grundstruktur, die im Tetrapyrrolring vorkommt? Warum ist diese zur Übertragung von Elektronen gut geeignet? (Diese Grundstruktur wird auch bei Quinonen, dem Nicotinamid oder dem Isoalloxazinring in FMN deutlich).

Aufgabe 17: Wie sind FeS-Cluster in FeS-Proteinen aufgebaut? Welche Funktion haben FeS-Cluster?

Aufgabe 18: Welche Enzyme sind an der dissimilativen und der assimilativen biologischen Aktivierung von Sulfat beteiligt und wie heißen die Intermediate? Welches Enzym ist charakteristisch für Sulfat-reduzierende Bakterien?

Aufgabe 19: Nennen Sie die wichtigsten Oxidationsstufen der Elemente Stickstoff und Schwefel, jeweils mit einem Beispiel für die Oxidationsstufen.

Aufgabe 20: Wasserstoff ist der wichtigste Elektronendonor für Sulfat-reduzierende Bakterien. Wie können alternativ organische Elektronendonatoren genutzt werden?

Aufgabe 21: Was versteht man unter "reversem Elektronenfluss"? Warum sind einige chemolithoautotrophe Mikroorganismen darauf angewiesen?

Aufgabe 22: Sog. Knallgasbakterien oder aerobe Wasserstoffbakterien wachsen autotroph, benötigen aber keinen "reversen Elektronentransfer". Warum? Welche unterschiedlichen Funktionen haben die zytoplasmatische und die membrangebundene Form des Wasserstoff-oxidierenden Enzyms Hydrogenase?

Aufgabe 23: Geben Sie Beispiele für chemolithotrophen Energiestoffwechsel mit Elektronendonor, Elektronenakzeptor und nennen Sie einen passenden Beispielorganismus.