Microbiology & Biochemistry (MIB-10306, microbiologie deel) 1. Morfologie (vorm, grootte, onderdelen) a. Teken schematisch de doorsnede van een bacterie en benoem 10 structuren.
vacuole met reservestoffen, gasvacuole, periplasmatische ruimte, flagel, slijmlaag, endospore
b. Sommige bacteriën, zoals Bacillus en Clostridium, kunnen onder bepaalde omstandigheden overgaan in een spore. Teken en beschrijf zo’n bacteriële spore en vertel wat de functie ervan is.
Het overleven van minder gunstige omstandigheden (pH, temperatuur, druk, ….). metabole activieit is door extreem laag watergehalte minimaal tot nul. exosporium spore mantel kernwand cortex
DNA
c. Pleomorfie betekent dat een organisme verschillende vormen kan aannemen Noem twee factoren die bij micro-organismen pleomorfie kunnen veroorzaken en geef twee voorbeelden van bacteriën die dit verschijnsel vertonen (hint: practicumproeven).
Hoeveelheid substraat (koolstof en/of energiebron) en zuurstofconcentratie. - Rhizobium in een wortelknolletje (bacteroïden, N2 -binding) - Azotobacter met en zonder slijmlaag (O2-concentratie) - Cyanobacterie met en zonder heterocysten (N2 -binding) - Bacterie zonder celwand (mycoplasma) - Arthrobacter (staaf- en coc-vorm, afhankelijk van voldoende koolstof) d. Teken en beschrijf de morfologische eigenschappen van de unieke bacterie Thiomargarita namibiensis (die geïsoleerd is uit het sediment voor de kust van Namibië) die zowel met zuurstof als met nitraat kan ademhalen.
Keten van cellen, tot 0,7 mm doorsnede, grote vacuole gevuld met water en nitraat, omgeven door een dunne laag (1-2 μm) cytoplasma, kleine vacuolen in cytoplasma gevuld met zwavel.
1
2. Mmm…, lekker eten, oftewel nutriënten. a. Teken de stikstofkringloop (N) en laat zien waar nitrificerende, denitrificerende, en stikstofbindende micro-organismen actief zijn. Nitrificatie
NH groepen
Assimilatie
2
in eiwitten
Assimilatie
Stikstofbinding
Ammonificatie Denitrificatie
Assimilatie
NH groepen 2
in eiwitten
Ammonificatie
Stikstofbinding
Anammox Denitrificatie
b. Verklaar waarom de melkzuurbacterie Lactobacillis die bij yoghurtbereiding gebruikt wordt, een veel lagere groeiopbrengst heeft dan je darmbacterie Escherichia coli, als je ze beide in aanwezigheid van zuurstof laat groeien met glucose als koolstof- en energiebron.
Onder aërobe condities werken bij E. coli de CZC en de ademhalingsketen waarbij per glucose 36-38 ATP gevormd worden. Onder aërobe condities vindt bij Lactobacillus alleen de glycolyse plaats via fermentatie waarbij melkzuur wordt gevormd met maar 3- 5 ATP.
2
c. Beschrijf op welke manier chemolitho-autotrofe bacteriën hun energie verkrijgen voor de primaire productie van organische stof uit CO2. Noem 2 voorbeelden van (groepen van) chemo-autotrofe bacteriën.
Zij binden CO2 zonder de energie van licht maar halen hun energie uit de oxidatie van een anorganische of organische verbinding/element. Nitrificerende en zwalveloxiderende bacteriën
3. Invloed van milieu-omstandigheden op microbiële activiteit a. Bediscussieer waarom nitrificerende bacteriën van bijvoorbeeld het geslacht Nitrosococcus, relatief langzaam groeien en eveneens een lage groeiopbrengst hebben. Noem drie punten. (ik had je tijdens het college verteld dat deze vraag zou komen!)
1. CO2 moet worden gereduceerd tot cel bestanddelen. Kost veel energie. 2. Potentiaalverschil tussen redoxkoppels van ammonium/nitriet en zuurstof/water is klein. 3. Omgekeerd elektronentransport is nodig om NADPH te maken. Dit kost energie. b. Leg uit waarom zuurstof voor obligaat anaërobe bacteriën giftig is en aërobe bacteriën er wel tegen kunnen.
Obligaat anaerobe bacteriën beschikken in tegenstelling tot aërobe bacteriën niet over enzymen, zoals katalase, om schadelijke zuurstofradicalen af te kunnen breken. c. Geef in een grafiek het verband weer tussen groeisnelheid en temperatuur voor een thermofiele bacterie. Geef op de x-as het temperatuurbereik aan en benoem drie belangrijke punten in de grafiek. Maxmale snelheid van groeisnelheid
enzymatische reacties optimum
Enzymatische reacties verlopen sneller bij hogere temp.
minimum maximum 40
Temperatuur
60
68
3
4. Relaties a. Beschrijf de symbiotische relatie die er bestaat tussen een erwtenplantje en de Rhizobium bacteriën in de wortelknolletjes. Wat is een belangrijk kenmerk van het enzym nitrogenase en hoe heeft de bacterie Rhizobium dat opgelost?
De bacteriën binden moleculaire zuurstof en zetten dat om in NH3 dat ze voor een deel afgeven aan de plant. Voor stikstofbinding is veel energie nodig. Dit krijgen de bacteriën in de vorm van gereduceerde organische verbindingen van de plant die deze via fotosynthese gemaakt hebben. Het enzym wordt geremd door de aanwezigheid van vrij zuurstof (O2). In de knolletjes wordt het eiwit leghemoglobine gevormd dat zuurstof sterk bindt, waardoor de concentratie zuurstof in de knol laag gehouden wordt. b. Micro-organismen in de pens van koeien helpen bij het verkrijgen van de benodigde energie uit voedsel. Geef schematisch aan hoe de anaërobe afbraak van cellulose plaats vindt in de pens en geef aan welke groepen van micro-organismen actief zijn.
4
c. Waarom treedt in anaërobe zeewatersedimenten veel minder methaanvorming dan sulfaatreductie op? (zeewater bevat zowel SO42- als CO2, redoxpotentiaal CO2/CH4= -0,260 en SO42-/H2S = -0,220).
Waterstof is voor beide groepen organismen, methanogenen en sulfaatreducerende bacteriën, een energiebron. De sulfaatreduceerders winnen de competitie door hun grotere affiniteit voor waterstof en omdat ze meer energie uit de oxidatie van waterstof met SO42- halen, dan methanogenen met CO2.
5
5. Van alles wat De 19 hieronder staande uitspraken zijn juist (1) of onjuist (0). Als de uitspraak juist is dan moet je het betreffende rondje zwart/blauw maken. Gisten die o.a. bij bierbrouwen gebruikt worden, kunnen fermenteren. Archaea hebben ether-bindingen in hun celmembraanvetten. 0 Alleen anaërobe bacteriën kunnen de glycolyse uitvoeren. 0 Nitrogenase behoort tot de groep van exo-enzymen. Cyanobacteriën oxideren water ter aanvulling van de elektronen die in fotosynthese systeem I gebruikt worden voor de reductie van NAD(P)+ Bij de anoxygene fotosynthese wordt water niet als elektrondonor gebruikt. Mycoplasma’s zijn bacteriën die alleen door een membraan omgeven zijn. Superoxide dismutase kan het superoxide radicaal onschadelijk maken. Penicilline heeft op Gram(+) bacteriën een groter effect dan op Gram(-) bacteriën. Er zijn anaërobe bacteriën die met geoxideerde vormen van metalen kunnen ademhalen. Biologische stikstofbinding is alleen aangetoond in prokaryote organismen. De Archaea vormen een apart domein. ATPases in het celmembraan van bacteriën maken ATP ten gevolge van een “proton motive force”. Te hoge zuurstofconcentraties remmen het enzym nitraatreductase en dus denitrificatie. Koolstof in methaan (CH4) is meer gereduceerd dan koolstof in koolstofdioxide (CO2). 0
0
Halotolerante bacteriën kunnen alleen bij hoge zoutconcentraties leven. Voor de opname van verbindingen via “facilitated diffusion” is een concentratiegradiënt vereist. Actinomyceten behoren tot een bijzondere groep van schimmels. Er zijn bacteriën die zich met behulp van magnetosomen in een magnetisch veld kunnen oriënteren.
6
