Teil Mikrobiologie (Gewichtung: Faktor 2; Zeitbedarf ca. 70 min)

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1 2. Vordiplom Oktober 2005 Grundlagen der Biologie IIB Teil Mikrobiologie (Gewichtung: Faktor 2; Zeitbedarf ca. 70 min) Fragen 1-5, Prof. W.-D. Hardt, 5 Punkte Fragen 6-10, Prof. H. Hennecke, 5 Punkte Fragen 11-12, Prof. M. Aebi, 3 Punkte Name, Vorname: 1. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellhülle Gram-positiver Bakterien. Fertigen Sie eine Skizze an und beschreiben Sie die Unterschiede zur Gram-negativen Zellhülle. (1 Punkt) Describe the architecture of the Gram-positive cell envelope (+ schematic drawing). What are the differences between the Gram-negative and the Gram-positive cell envelope? (1 point) 1

2 2. Nennen Sie die 4 Koch schen Postulate. Beschreiben Sie die Anwendung dieser Postulate anhand eines Beispiels. (1 Punkt) Please list Koch s Postulates. Use a specific example to describe how they are applied. (1 point) 3. Im Erlenmeyerkolben wurde eine E. coli Kultur angesetzt. Die Kultur befindet sich in der exponentiellen Wachstumsphase. Die Geschwindigkeit des bakteriellen Wachstums wurde gemessen: 9.00 Uhr Uhr Uhr 10 4 Bakterien/ml 1.6 x 10 5 Bakterien/ml 2.56 x 10 6 Bakterien/ml Berechnen Sie aus diesen Messwerten die Generationszeit von E. coli (1 Punkt). In an Erlenmeyer-flask you have set up a suspension culture of E. coli. The culture is in the exponential growth phase and you have determined the rate of bacterial growth: 9.00 a.m a.m p.m bacteria/ml 1.6 x 10 5 bacteria/ml 2.56 x 10 6 bacteria/ml Please calculate the generation time of E. coli in this culture (1 point). 2

3 4. Beschreiben Sie den Aufbau eines bakteriellen Gens. Fertigen Sie eine Skizze an. Welche Sequenzen steuern die Initiation und Termination von Transkription und Translation? (2 Punkte). Make a schematic drawing of a typical bacterial gene. Which sequences are required for initiation and termination of the transcription and the translation? (2 points) 3

4 5. Welche der folgenden Aussagen sind richtig [r], welche sind falsch [f]? Bitte r und f nur eintragen, wenn Sie sich sicher sind. Jeder Fehleintrag wird mit Abzug von 0.05 Punkt belegt! (1 Punkt) Which of the following statements are correct [r], which are wrong [f]? Please enter r and f only when you are absolutely certain. A penalty of 0.05 point will be deduced for each false entry! (1 point) a) Der anaerobe Abbau von Glucose in Escherichia coli liefert mindestens 10x weniger ATP als der aerobe Abbau von Glucose. The anaerobic degradation of glucose in Escherichia coli generates at least 10x less ATP than the aerobic degradation of glucose. b) Bei der anaeroben Fumarat-Atmung wird Fumarat zu Succinat oxidiert. During anaerobic fumarate respiration, fumarate is oxidized to succinate. c) Methan, Methanol und Methylamin sind typische Substrate, die von methylotrophen Bakterien verwertet werden. Methane, methanol, and methylamine are typical substrates that are consumed by methylotrophic bacteria. d) Während der Methanogenese werden für die Reduktion von 1 Mol CO 2 insgesamt 4 Mol H 2 benötigt. During methanogenesis, the reduction of 1 mol CO 2 requires a total of 4 mol H 2. e) Weil Pflanzen und Cyanobakterien über zwei Lichtreaktionen verfügen, benötigen sie für die CO 2 -Fixierung im Calvin-Zyklus weniger ATP als die photosynthetischen Purpurbakterien, welche nur eine Lichtreaktion besitzen. Because of the presence of two light reactions in plants and cyanobacteria, they need less ATP for CO 2 fixation in the Calvin cycle than photosynthetic purple bacteria, which possess only one light reaction. f) Die Ammonium oxidierenden Bakterien (sog. Nitrosobakterien ) sind chemolithotrophe Mikroorganismen. Ammonium oxidizing bacteria (nitrosobacteria) are chemolithotrophic microbes. g) H 2 S kann nicht nur von Schwefeloxidanten sondern auch von vielen photosynthetischen Bakterien verwertet werden. H 2 S can be consumed not only by sulfur oxidizing bacteria but also by many photosynthetic bacteria. 4

5 h) Die Milchsäuregärung verläuft nach der folgenden einfachen Formel: Glucose + 2 ADP +2 P i 2 Lactat + 2 ATP Lactic acid fermentation follows the simple equation shown above. i) Dioxygenasen sind wichtige Schlüsselenzyme für den aeroben Abbau von aromatischen Kohlenwasserstoffen. Dioxygenases are important key enzymes for the aerobic degradation of aromatic hydrocarbons. j) Poly-β-hydroxybuttersäure ist ein Polymer, welches von manchen Bakterien als Kohlenstoffquelle verwertet werden kann. Poly-β-hydroxybutyrate is a polymer that some bacteria can consume as a carbon source. 5

6 6. Zum Vergleich der mikrobiellen Kohlenstoff-, Schwefel- und Stickstoffkreisläufe (1 Punkt): Comparing the microbial carbon, sulfur and nitrogen cycles (1 point): a. Welche Reaktion des Stickstoffkreislaufes lässt sich konzeptionell mit der im S- Kreislauf vorkommenden H 2 S-Oxidation vergleichen? Which rection of the nitrogen cycle is conceptually equivalent to H 2 S oxidation in the S cycle? b. Welche Reaktion des Schwefelkreislaufes lässt sich konzeptionell mit der im Stickstoffkreislauf vorkommenden Nitrit-Atmung vergleichen? Which rection of the sulfur cycle is conceptually equivalent to nitrite respiration in the N cycle? c. Welche Reaktion des Schwefelkreislaufes lässt sich konzeptionell mit der im C- Kreislauf vorkommenden CO 2 -Fixierung vergleichen? Which rection of the sulfur cycle is conceptually equivalent to CO 2 fixation in the C cycle? d. Welche Reaktion des Kohlenstoffkreislaufes lässt sich konzeptionell mit der im N- Kreislauf vorkommenden Denitrifikation vergleichen? Which rection of the carbon cycle is conceptually equivalent to denitrification in the N cycle? 6

7 7. Nennen Sie Fachausdrücke (jeweils nur 1 Wort), welche die folgenden Eigenschaften im Lebensstil gewisser Mikroorganismen prägnant bezeichnen (1 Punkt): Name the technical terms (1 word only) that appropriately describe the following properties in the life-style of certain microbes (1 point): a) Die Fähigkeit zum Wachstum bei Temperaturen über 100 C Growth at temperatures between above 100 C). b) Die Fähigkeit zum Wachstum bei erhöhtem atmosphärischem Druck. Growth at elevated atmospheric pressure. c) Die Fähigkeit, Metalle aus sulfidischen Erzen herauszulösen (technischer Prozess). Capacity to dissolve metals from sulfidic ores (an industrial process). d) Die Fähigkeit, alternative Elektronenakzeptoren anstelle von Sauerstoff für die Energiekonservierung zu nutzen. Capacity to utilize alternative electron acceptors instead of oxygen for energy conservation. e) Die obligate Verwertung von CO 2 als alleinige Kohlenstoffquelle. The obligate consumption of CO 2 as the sole carbon source 7

8 8. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die biologische Stickstoff-Fixierung! (1 Punkt). Write down the equation for the biological nitrogen fixation reaction! (1 point). 9. Warum eignet sich die 16S rrna (oder deren Gen) für die Erstellung von Verwandtschaftsbeziehungen unter verschiedenen Prokaryoten? (1 Punkt) Why is 16S rrna (or its gene) particularly useful to establish phylogenetic relationships among different prokaryotes? (1 Point) 8

9 10. Ausgehend vom Stamm 1 der Hefe Saccharomyces cerevisiae (Genotyp MATa trp1 ura1) haben Sie nach einer chemischen Mutagenese den Hefestamm A isoliert, welcher im Gegensatz zum Ausgangsstamm 1 und zum Stamm 2 (Genotyp MATα his3 leu2) resistent gegen die Substanz Tunikamycin ist. Ausserdem stellen Sie fest, dass Stamm A, im Gegensatz zu Stamm 1 und 2, ohne Zusatz von Sorbitol im Medium nicht wachsen kann. Starting from strain 1 of the yeast Saccharomyces cerevisiae (genotype MATa trp1 ura1) you have isolated strain A after a chemical mutagenesis. Contrary to the starting strain 1 and to strain 2 (genotype MATα his3 leu2), strain A is resistant towards the drug tunicamycin. In addition, you note that strain A does not grow in the absence of sorbitol in the growth medium. a) Beschreiben Sie das Experiment, in welchem gezeigt wird, dass die Resistenz gegenüber Tunikamycin von Stamm A auf einer rezessiven Mutation beruht. (1 Punkt) Describe an experiment that shows the recessive nature of the mutation responsible for the tunicamycin resistance. (1 point) 9

10 b) Beschreiben Sie zwei unterschiedliche Experimente, welche zeigen, dass die rezessive Resistenz gegenüber Tunikamycin und die Abhängigkeit von Sorbitol im Wachstumsmedium auf zwei unterschiedlichen Mutationen beruhen. (2 Punkte) Describe two different experiments that prove that the resistance towards tunicamycin and the sorbitol-dependence are the result of two different mutations. (2 points) 10

11 11. Beschreiben Sie das two hybrid System, welches zur Identifikation von Protein- Protein-Interaktionen in der Hefe verwendet wird. (1 Punkt) Describe the two hybrid system that is used for the identification of protein-proteininteractions in yeast. (1 point) 11