Lernzettel: Bakterielle Zellwand und Morphologie

📋 Kursübersicht

1. Bakterien anfärben und unterscheiden
2. Aufbau des Peptidoglykans
3. Grampositive und gramnegative Zellwände
4. Zellwände und Hüllen der Archaeen
5. Prokaryotische Formen und Größen
6. Lysozym und Penicillin
7. Zellteilung und Peptidoglykansynthese

📅 Wichtige Daten

1. 1884Christian Gram entwickelte die Gram-Färbung, weil die damaligen Färbemethoden für Bakterien zu zeitaufwendig waren.
2. 1921Alexander Fleming entdeckte Lysozym in verschiedenen Körperflüssigkeiten.
3. 1928Alexander Fleming entdeckte Penicillin.

📖 1. Bakterien anfärben und unterscheiden

★ Unbedingt können

• Bei der Gram-Färbung fällt Iod nach dem Färben mit Kristallviolett den Farbstoff in den Zellen aus; nach Ethanolbehandlung bleiben grampositive Zellen tiefblau, während gramnegative Zellen entfärbt werden und durch einen unspezifischen roten Farbstoff hellrot erscheinen.

Ergänzungen

• Für eine Bakterienfärbung wird ein Tropfen Kultur auf einem Objektträger ausgestrichen, getrocknet und hitzefixiert; anschließend werden die Bakterien gefärbt, gespült und getrocknet.

• Bei einer Gram-Färbung erscheinen lange rote Stäbchen gramnegativ und dunkelblaue runde Zellen grampositiv.

💡 Eselsbrücke

Ausstreichen, trocknen, hitzefixieren, färben, spülen, trocknen

📖 2. Aufbau des Peptidoglykans

🔑 Schlüsselkonzepte & Definitionen

• Peptidoglykan: Ein Polymer aus Zuckerderivaten und Aminosäuren, dessen lange Ketten aus alternierendem N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure durch Tetrapeptidketten verknüpft sind.

★ Unbedingt können

• Die Tetrapeptidkette enthält:
  • L-Alanin
  • D-Alanin
  • D-Glutaminsäure
  • Lysin oder Diaminopimelinsäure

📌 Das Peptidoglykan von Escherichia coli und anderen gramnegativen Bakterien besitzt keine Interpeptidbrücke, während das Peptidoglykan von Staphylococcus aureus eine Glycin-Interpeptidbrücke aufweist.

Ergänzungen

📌 Bei Escherichia coli und den meisten gramnegativen Bakterien kann Diaminopimelinsäure als Quervernetzer vorkommen; in anderen Bakterien kommen auch andere Aminosäuren als Quervernetzer vor.

• Im dreidimensionalen Peptidoglykan-Netzwerk kommen Quervernetzungen in allen drei Raumrichtungen vor.

💡 Eselsbrücke

Zuckerketten bilden ein Netz, das Peptidketten in drei Raumrichtungen verknüpfen

📖 3. Grampositive und gramnegative Zellwände

★ Unbedingt können

• Die grampositive Zellwand weist eine dicke Peptidoglykanschicht auf und enthält Teichonsäuren, darunter Polymere aus Ribit-Wiederholungseinheiten.

• Die äußere Membran gramnegativer Bakterien ist asymmetrisch: Ihre periplasmatische Seite enthält vorwiegend Phospholipide, ihre Außenseite vorwiegend Lipopolysaccharide.

• Die gramnegative Peptidoglykanschicht ist dünn und durchlässig, und sowohl die Cytoplasmamembran als auch die äußere Membran bilden eine Permeabilitätsbarriere.

Ergänzungen

• Porine sind integrale Membranproteine, die als Poren für kleine bis relativ große Moleküle und Ionen funktionieren.

• Der periplasmatische Raum zwischen den beiden Membranen gramnegativer Bakterien enthält unter anderem Enzyme zum Abbau großer Moleküle.

• In einer Gram-Färbung erscheint Staphylococcus aureus lila und grampositiv, während Escherichia coli rosa und gramnegativ erscheint.

💡 Eselsbrücke

Grampositiv: dicke Wand und tiefblau; gramnegativ: dünne Wand und hellrot

📖 4. Zellwände und Hüllen der Archaeen

★ Unbedingt können

• Pseudomurein ist ein Zellwandpolymer bestimmter Arten von Methanobacterium und weist Gemeinsamkeiten und Unterschiede zum Peptidoglykan auf.

Ergänzungen

• S-Layer sind parakristalline Zellhüllenstrukturen; viele S-Layer von Archaeen weisen hexagonale Symmetrie auf.

📖 5. Prokaryotische Formen und Größen

★ Unbedingt können

• Die dargestellten Prokaryotenformen sind:
  • Kokken
  • Stäbchen
  • Spirillen
  • Spirochäten
  • knospende Bakterien mit Anhängseln
  • fadenförmige Bakterien

• Die meisten Bakterien sind ungefähr so groß wie Escherichia coli und messen 1–5 μm.

Ergänzungen

• Sehr kleine Bakterien sind häufig Parasiten, beziehen Baustoffe wie Aminosäuren und Lipide von Wirtszellen und können durch den Verlust biosynthetischer Gene verkleinerte Genome aufweisen.

• Haemophilus influenzae besitzt ein Genom mit 1,8 Millionen Basenpaaren, während Escherichia coli ein Genom mit mehr als 4,6 Millionen Basenpaaren besitzt.

📖 6. Lysozym und Penicillin

★ Unbedingt können

• Lysozym bewirkt die Lyse von Bakterien, indem es das Glykanrückgrat des Peptidoglykan-Netzwerks spaltet. - Alexander Fleming, 1921

• Lysozym spaltet die β(1-4)-Bindungen des Glykanrückgrats im Peptidoglykan-Netzwerk.

Ergänzungen

• In wässriger Lösung setzt die Zerstörung der Zellwand den Protoplasten frei; durch Osmose strömt Wasser ein, der Protoplast schwillt an und lysiert.

📌 In einer Lösung mit hoher Konzentration eines gelösten Stoffes wie Saccharose dringt kein Wasser in den Protoplasten ein, sodass er stabil bleibt.

💡 Eselsbrücke

Lysozym spaltet das Glykanrückgrat; Penicillin hemmt die Quervernetzung

📖 7. Zellteilung und Peptidoglykansynthese

📝 Wesentliche Punkte

📌 Die meisten Bakterien teilen sich durch Zweiteilung, während verschiedene Bakterien knospende oder gestielte Teilungsformen zeigen.

• Bei der Peptidoglykansynthese werden Vorläufer durch die Cytoplasmamembran zu einem Wachstumspunkt in der Zellwand transportiert und dort durch Transpeptidierung quervernetzt.

• Penicillin hemmt die Transpeptidierung während der Peptidoglykansynthese. - Alexander Fleming, 1928

💡 Eselsbrücke

Vorläufertransport zur Wachstumsstelle, dann Quervernetzung