Arbeitsheft Mikroorganismen Inhalt Jakob 1 Inhaltsverzeichnis: Seite: 1 kernlose Einzeller: Bakterien 1.1 Das Milchsäurebakterium 2 1.2 Das Mykobakterium 3 1.3 Das Cyanobakterium 4 2 echte Einzeller 2.1 Das Pantoffeltierchen 5 2.2 Das Augentierchen 6 Fortbewegung Stoffwechsel und Energiegewinnung 3 Pilze 3.1 Der Brotschimmel 7 3.2 Die Hefe 8 Abgrenzung und Kontakt mit der Umgebung Lebewesen Fortpflanzung und genetische Variabilität Lebensweise und Bedeutung für den Menschen
Arbeitsheft Mikroorganismen 1 kernlose Einzeller: Bakterien Jakob 2 1.1 Das Milchsäurebakterium (Lactobacillus lactis) Das ringförmige Chromosom Der Stoffwechsel ist heterotroph, wird bei der einfachen Zweiteilung identisch anaerob und aerotolerant. Das verdoppelt. Da keine Bakterium benötigt Vitamine und vorhanden ist, läuft die Aufteilung des komplexe Plasmas gleichzeitig mit der Verdopplung der kann dafür aber sogar den für DNA ab. Kleine ringförmige DNA-Plasmide andere Bakterien ungeeigneten können bei einem geschlechtlichen Vorgang Milchzucker verwerten. ausgetauscht werden, der -Gärung: genannt wird. Dies ist ein Beispiel für horizontalen Gentransfer. -zucker -säure 1 µm (= 10-6 m) Die Zellwand aus Murein ist Gramund säuretolerant. Das Bakterium scheidet aus und tötet so. Das Bakterium ist spezialisiert auf ein Leben in. Die biotechnologische Nutzung erfolgt bei der Herstellung von, und.
Arbeitsheft Mikroorganismen 1 kernlose Einzeller: Bakterien Jakob 3 1.2 Das Mykobakterium (Mycobacterium tuberculosis) Das ringförmige Chromosom wird bei der einfachen Der Stoffwechsel ist heterotroph, Zweiteilung identisch verdoppelt. Da keine aerob und somit ohnehin vorhanden ist, läuft die Aufteilung des Plasmas gleichzeitig mit der. Das Bakterium Verdopplung der DNA ab. Kleine ringförmige DNA-Plasmide können bei benötigt Vitamine und einem geschlechtlichen Vorgang ausgetauscht werden, welcher komplexe, genannt wird. die es von seinem Wirt erhält. Durch diesen horizontalen Gentransfer können Erbanlagen (= ) zwischen den einzelnen Bakterien weitergegeben Schema der : werden, so dass sich eine (= genetisch bedingte Widerstandfähigkeit) gegen Antibiotika schnell ausbreitet. + + Die Zellwand aus Murein ist Gramund säuretolerant. Das Bakterium gibt ab und tötet so umliegende des Immunsystems. Auch der für den Krankheitsverlauf typische Gewichtsverlust wird so verursacht. Wasser Mit Thomas Manns Zauberberg erlangte die Tuberkulose literarischen Weltruhm, als akute Krankheit hierzulande ist sie dagegen fast vergessen. Das Bakterium ist spezialisiert auf ein Leben in den Lungenbläschen des Menschen. Es handelt sich daher bei diesem Bakterium um einen und einen. Der Körper des reagiert mit dem Versuch den Erreger einzukapseln, um so dessen Ausbreitung zu verhindern und ihm die -zufuhr abzuschneiden. 1 µm (= 10-6 m) Bau einer Kapsel von Außen nach Innen: - lebende Riesenfresszellen - abgetötete Riesenfresszellen, - ruhende Tuberkulose-Bakterien Eingekapselte Bakterienherde im Röntgenbild
Arbeitsheft Mikroorganismen 1 kernlose Einzeller: Bakterien Jakob 4 1.3 Das Cyanobakterium (Scytonema) Der Stoffwechsel ist wie bei den grünen (photo-)autotroph. Die ähnlich gebauten sind durch den Vorgang der aus ursprünglichen hervorgegangen. Schema der : + Wasser + Die Zellwand aus Murein ist Gram-. Das Bakterium besitzt in seiner äußeren Membran zum Schutz vor. Die Schleimkapsel ermöglicht eine Haftung und eine gleitende auf dem Untergrund, z. B. Steinen im Uferbereich Blaualgen-Matten 1 µm (= 10-6 m) Ein heterotropher Vorgänger der Das Cyanobakterium wird nicht echten Einzeller (ohne verdaut, sondern liefert seinem Mitochondrien dargestellt) neuem Symbiosepartner Nährstoffe, phagocytiert ein ursprüngliches während es im Gegenzug Cyanobakterium (ohne die Mineralsalze und eine Scheimkapsel, die äußere Membran gleichbleibende Umgebung erhält. und die Zellwand dargestellt) Der nun echte Einzeller entwickelt zum Schutz eine Zellwand, die ihm später als Stütze einen Landgang ermöglicht. Dafür gibt er seine Beweglichkeit auf. Das Cyanobakterium lagert Gene in den Zellkern des Symbiosepartners aus und wird zum unselbständigen Chloroplasten. Durch Erweiterung der Thylakoide erweitert es seine innere Membranoberfläche. Das ringförmige Chromosom wird bei der einfachen Zweiteilung identisch verdoppelt. Da keine vorhanden ist, läuft die Aufteilung des Plasmas gleichzeitig mit der Verdopplung der DNA ab. Kleine ringförmige DNA-Plasmide können bei einem geschlechtlichen Vorgang ausgetauscht werden, welcher genannt wird. Die Plasmide können die genetische Information für Starke Toxine beinhalten, die aber auch als Arzneimittel, (z. B. Nostocarboline bei Alzheimer) wirken können. Die Gene von heutigen Cyanobakterien und die von ähneln sich stark. Die Gene von heutigen heterotrophen Bakterien und die von ähneln sich ebenfalls stark.
Arbeitsheft Mikroorganismen 2 echte Einzeller Jakob 5 2.1 Das Pantoffeltierchen (Paramecium) 100 m (= 0,1 mm = 10-4 m) Mit den ca. 10.000 Wimpern (Cilien) die in einem Zellskelett aus Proteinen verankert sind, erreicht es eine Spitzengeschwindigkeit von bis zu 2,7 mm pro Sekunde! Es reagiert auf die Schwerkraft und auf chemische Stoffe mit Richtungsänderungen. Besondere Vesikel direkt unterhalb der Zellmembran (Trichocysten) können Proteinfäden ausschleudern, die zur Verteidigung gegen Wechseltierchen (Amöben) oder andere angreifenden Einzeller dienen. Der Stoffwechsel ist heterotroph und aerob. In den Bereichen Mundfeld und Zellafter findet eine Endound Exocytose von Nährstoffen statt, die in Vesikeln verdaut werden. Das innere Membransystem bildet eine Kernhülle und verschiedene Reaktionsräume (Prinzip der Kompartimentierung). Die aus einer Endosymbiose hervorgegangenen Mitochondrien sind von einer zweiten Membran umhüllt. Die kontraktile Vakuole dient der Ausscheidung von Wasser (Osmoregulation). Der polyploide Großkern mit mehreren Chromosomen steuert den Stoffwechsel. Der diploide Kleinkern mit nur einem Chromosom ist für den geschlechtlichen Vorgang Konjugation zuständig. Beide Kerne besitzen eine Kernhülle zum Schutz vor Viren-DNA. Die Fortpflanzung erfolgt durch Längsteilung mit einer Kernteilung (Mitose) und anschließender DNA-Verdopplung (Synthesephase). Die Mitochondrien werden gleichmäßig auf beide Tochterzellen verteilt. angreifender Einzeller Bob, Du schaffst ihn! Arbeitsaufträge: 1. Finde ein Tier mit einem ähnlichen Feindabwehrsystem. 2. Skizziere mit Bleistift die Vorgänge (a) Membraneinfaltung und (b) Endosymbiose (Symbolik s. Schema). 3. Skizziere die Vorgänge (a) Konjugation (DNA des einen Partners blau, die des anderen rot) und (b) Mitose (DNA blau).
Arbeitsheft Mikroorganismen 2 echte Einzeller Jakob 6 2.2 Das Augentierchen (Euglena) Stoffwechsel und Energiefluss: behaarte Geißel Die lange Geißel Wasser Chloroplast: Kohlenhydrate Mitochondrium: (Flagellum) dient Photosynthese Zellatmung Kohlenstoffdioxid Sauerstoff als Vorderantrieb - Stoffänderung - Stoffänderung Wasser (durch seitliche Lichtenergie - Energiewandlung Chemische - Energiewandlung Ruderschläge, Energie daher keine Antriebsspirale!), die kurze Geißel zum Steuern. Der Photorezeptor liegt an der Basis der langen Geißel, es ist nicht der Augenfleck! Es reagiert mit einem Photorezeptor auf Licht (Phototaxis: positive und negative bei Überbelichtung!) Fortbewegungsrichtung 100 µm (= 0,1 mm = 10-4 m) Vakuole Pflanzenzelle Der Stoffwechsel ist (photo-)autotroph, fakultativ heterotroph und aerob. Die inneren Membransysteme ermöglichen eine starke Kompartimentierung. Die Mitochondrien mit zwei Zellmembranen stammen aus einer Endosymbiose, die Chloroplasten mit drei Zellmembranen aus einer sekundären Endosymbiose. Die kontraktile Vakuole, dient der Ausscheidung von Wasser (Osmoregulation). Kohlenhydrate werden in Paramylonspeicherkörnchen gespeichert. - Zellkern mit Kernhülle - Querteilung mit Mitose und Synthesephase - - Mitochondrien und Chloroplasten werden gleichmäßig auf beide Tochterzellen verteilt (bei Verteilungsfehlern treten rein heterotrophe Formen ohne Chloroplasten auf!) - häufig im Süßwasser - eng verwandt mit dem Erregern der Schlafkrankheit (Trypanosoma) und dem Erreger der Leishamniose Kohlenstoffdioxid nutzbare Energie (+ Wärme) Arbeitsaufträge: 1. Vergleiche das Augentierchen mit den vielzelligen Tieren und Pflanzen. Welche Eigenschaften sprechen für eine Zuordnung zu jeweils einem dieser beiden Reiche? Erläutere, ob der Name Augentierchen gerechtfertigt ist! 2. Skizziere mit Bleistift die Einzelschritte der sekundären Endosymbiose (Symbolik s. Schema, die Zellmembranen echter Einzeller orange, die autotropher Bakterien grün und die heterotropher Bakterien rot.). 3. Vergleiche die hier vorliegende Fortpflanzung mit der für Vielzeller typischen Fortpflanzung und bewerte sie bezüglich der jeweiligen Vor- und Nachteile.
Arbeitsheft Mikroorganismen 3 Pilze Jakob 7 3.1 Der Brotschimmel (Aspergillus) Der Stoffwechsel ist und. Die feinen Zellfäden (Hyphen) bilden ein dichtes Geflecht ( ). Der erste Schritt der Verdauung, die Aufspaltung der langkettigen Nährstoffe in die findet außerhalb des Pilzes im Boden statt. Dazu werden Enzyme nach außen abgegeben, die sogar Cellulose spalten können. Das Bauprinzip der ist hier sehr stark ausgeprägt. Pilzzelle Die Fortpflanzung erfolgt mit. Damit diese nicht in der klebrigen laminaren Luftströmung direkt über der Oberfläche hängen bleiben, werden sie auf kurzen Stielen über diese hinweg gehoben. Um eine möglichst große Anzahl dieser Sporen bilden zu können, sind die Endköpfchen der Stiele stark verzweigt. Bei den Ständerpilzen entsprechen diese Stiele funktionell den über dem Boden sichtbaren Fruchtkörpern. Die Zellwand der Pilze besteht aus, die der Bakterien aus Murein und die der Pflanzen aus Cellulose. Bei den Insekten besteht das Außenskelett ebenfalls aus Chitin. Zur Abwehr von Nahrungskonkurrenten werden Mykotoxine abgegeben, die als wirken. Ein bekanntes Beispiel ist das von dem Pilz Penicillium hergestellte. Original Petrischale von Alexander Fleming (1928): großer weißer Fleck: Penicillium-Kolonie, kleine weiße Flecken: Bakterien-Kolonien Schimmelpilze zerstören einerseits Nahrungsmittel und können zu gefährlichen Vergiftungen führen. Zudem sind einige Arten auch Krankheitserreger. Andererseits werden sie aber für die Produktion von und Stoffwechselprodukten wie Zitronensäure verwendet. Im Stoffkreislauf dienen sie als Zersetzer ( ). Arbeitsaufträge: 1. Vergleiche den Schimmelpilz mit den vielzelligen Tieren und Pflanzen bezüglich des Zellaufbaus, der Fortbewegung, der Ernährungsweise und der Fortpflanzung. 2. Erstelle einen vereinfachten Stammbaum von Geranie, Schimmelpilz und Mensch. Stelle die beiden Möglichkeiten gegenüber und vergleiche sie miteinander. Welche wurde in veralteten Biologiebüchern gewählt?
Arbeitsheft Mikroorganismen 3 Pilze Jakob 8 3.2 Der Hefepilz (Saccharomyces) sprossende Hefezellen Der Stoffwechsel ist, allerdings je nach Umweltbedingungen aerob oder anaerob. Der Mensch nutzt beide Stoffwechselwege der Hefe zur Herstellung unterschiedlicher Produkte. Brotherstellung Bierherstellung Die Hefe pflanzt sich bei günstigen Bedingungen ungeschlechtlich durch Sprossung fort. Andere Hefepilze (Candida) leben auf der Haut und den Schleimhäuten des Menschen. Sie können bei geschwächtem Immunsystem aber auch Krankheiten verursachen - Ausgangsstoffe: Zucker, Sauerstoff, (Stärke, Ei) - Reaktionsbedingungen: Wärme beim Gehen lassen (30 C) und anfangs beim Backen - Vorgänge: Zellatmung und rasche Vermehrung der Hefe, bei zu großer Hitze Absterben - Endstoffe: Kohlenstoffdioxid bildet Bläschen und lockert so den Teig, Wasser verdampft. 1. Schritt: Zuckergewinnung - Ausgangsstoffe: Stärke aus Getreidekörnern (Malz), Wasser, (später Bitterstoffe aus dem Hopfen für die Haltbarkeit) - Reaktionsbedingungen: Wärme beim Ankeimen, anschließend Zermahlen des Keimlings und wieder Wärme - Vorgänge: Die Reservestärke wird von den Enzymen des gemahlenen Keimlings zu Malzzucker abgebaut. 2. Schritt: Alkoholgewinnung - Ausgangsstoffe: Malzzucker-Gemisch aus dem 1. Schritt, Hefe - Reaktionsbedingungen: bei untergärigem Bier nur ca. 6 C, bei obergärigem bis zu 20 C - Endstoffe: Kohlenstoffdioxid, Ethanol ( Alkohol ) Arbeitsaufträge: 1. Vergleiche den Hefepilz mit den Bakterien, sowie den vielzelligen Tieren und Pflanzen bezüglich des Zellaufbaus, der Fortbewegung, der Ernährungsweise und der Fortpflanzung. 2. Ordne die folgenden Begriffe in einem beschrifteten Flussdiagramm (manche Begriffe können mehrfach verwendet werden): Ernährungsweise, autotroph, heterotroph, Stoffwechselprozess, Gärung, Zellatmung, Milchsäuregärung, alkoholische Gärung, Ausgangsstoffe, Endstoffe, Sauerstoff, Kohlenhydrate, Kohlenstoffdioxid, Wasser, Milchsäure, Alkohol