Bakterien und Archaeen

Nennen Sie drei strukturelle Unterschiede zwischen einer prokaryotischen Bakterienzelle und einer Eukaryotenzelle und erklären Sie, welche funktionelle Folge jeder dieser Unterschiede hat.

Betrachten Sie die Bakterien in der Abbildung (A bis F). Ordnen Sie sie nach ihrer Form (Kokkus, Bazillus, Spirillum oder Vibrio) und gegebenenfalls nach ihrer Anordnung (Diplokokken, Streptokokken, Staphylokokken) und nennen Sie, wo möglich, ein bekanntes Beispiel.

1. a) Nennen Sie drei äußere Strukturen, die ein Bakterium besitzen kann.
2. b) Erklären Sie die Hauptfunktion jeder dieser Strukturen.

Erklären Sie, was die bakterielle Zellwand (Peptidoglykan) ist und worin die Gram-Färbung besteht: Welche zwei großen Gruppen unterscheidet sie (grampositive und gramnegative) und warum ist sie so nützlich für die Wahl einer Behandlung?

Was ist eine Endospore? Erklären Sie, wie sie entsteht, welche außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit sie besitzt (Hitze, Austrocknung, Desinfektionsmittel) und warum sie die Sterilisation in der Medizin und bei Konserven erschwert (Beispiele: Tetanus, Botulismus).

Unterscheiden Sie ein streng aerobes, ein streng anaerobes und ein fakultativ anaerobes Bakterium und ordnen Sie jeden Typ einem Lebensraum zu (Bodenoberfläche, Grund einer tiefen Wunde, Verdauungstrakt).

Der Stoffwechsel der Bakterien ist sehr vielfältig. Beschreiben Sie die Typen fotoautotroph, chemoautotroph und heterotroph: Woher bezieht jeder Typ Energie und Kohlenstoff? Nennen Sie für jeden Typ ein Beispiel für ein Bakterium oder einen Lebensraum.

Erklären Sie die wesentliche Rolle der Bakterien in den Stickstoff- und Kohlenstoffkreisläufen (Fixierung, Nitrifikation, Denitrifikation und Zersetzung) und begründen Sie, was in den Ökosystemen geschähe, wenn sie verschwänden.

Biofilme sind Bakteriengemeinschaften, die an einer Oberfläche haften und von einer Matrix umhüllt sind. Erklären Sie, wo sie sich bilden (Zahnstein, Katheter, Rohrleitungen, Steine im Fluss), warum sie gegenüber Antibiotika und Desinfektionsmitteln deutlich resistenter sind als frei lebende Bakterien und welche Probleme sie in Krankenhäusern verursachen.

Im Labor verwendet man selektive und differenzierende Nährmedien. Erklären Sie anhand je eines Beispiels, was jeder Typ ist (MacConkey-Agar selektiert gramnegative Bakterien und unterscheidet Laktosevergärer; Blutagar zeigt die Hämolyse), und welche Informationen sie bei der Identifizierung eines unbekannten Bakteriums liefern.

Die bakterielle Symbiose reicht weit über den menschlichen Darm hinaus. Beschreiben Sie ein konkretes Beispiel – die Leuchtbakterien des Tintenfischs (Vibrio fischeri) oder die Rhizobium-Knöllchen der Hülsenfrüchtler – und erklären Sie, was jeder Partner beisteuert und wie sie sich „erkennen“, um die Partnerschaft einzugehen.

Was sind Plasmide? Erklären Sie, welche Art von Genen sie häufig tragen (Antibiotikaresistenzen, Toxine) und warum ihre Fähigkeit, von einem Bakterium auf ein anderes überzugehen, Ärzten Sorge bereitet.

Viele Archaeen sind extremophil (thermophil, halophil, acidophil). Beschreiben Sie, welche Lebensräume sie besiedeln, welche biochemischen Anpassungen ihnen das Leben dort ermöglichen und warum ihre Erforschung für Hypothesen zum Ursprung des Lebens von Interesse ist.

Nennen Sie zwei molekulare Unterschiede zwischen Eubakterien und Archaeen (zum Beispiel in der Zellwand oder in den Membranlipiden) und erklären Sie, warum sie verschiedenen Domänen zugeordnet werden.

Cyanobakterien wurden jahrhundertelang „Blaualgen“ genannt. Erklären Sie, warum diese Bezeichnung falsch war (prokaryotische Organisation), welche Art von Fotosynthese sie betreiben (oxygen) und welche historische Rolle sie für die Erdatmosphäre spielten.

Methanogene Archaeen produzieren Methan. Erklären Sie, wo sie leben (Pansen von Pflanzenfressern, Grund von Sümpfen und Reisfeldern, Kläranlagen), wovon sie sich ernähren und warum ihr Stoffwechsel zugleich für das Klima (Methan als Treibhausgas) und für die Energieversorgung (Biogas) von Interesse ist.