Allgemeine Mikrobiologie
von: Georg Fuchs
Georg Thieme Verlag KG, 2014
ISBN: 9783131521491
Sprache: Deutsch
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Format: PDF, auch als Online-Lesen
1;Georg Fuchs, Hans G. Schlegel: Allgemeine Mikrobiologie ;1 1.1;Impressum;6 1.2;Vorwort zur 9. Auflage;7 1.3;Vorwort zur 1. Auflage;8 1.4;Anschriften;9 1.5;Inhaltsverzeichnis;10 1.6;1 Die Mikroorganismen – eine kurze Einführung ;28 1.6.1;1.1 Überblick;28 1.6.2;1.2 Die Anfänge der Mikro-biologie;28 1.6.3;1.3 Die alten drei Reiche: Tiere, Pflanzen und Protisten;30 1.6.3.1;1.3.1 Tiere;31 1.6.3.2;1.3.2 Pflanzen;31 1.6.3.3;1.3.3 Protisten;31 1.6.4;1.4 Von den zwei Reichen der Prokaryonten und Eukaryonten zu den drei neuen Reichen;31 1.6.4.1;1.4.1 Die zwei Reiche: Prokaryonten und Eukaryonten;31 1.6.4.2;1.4.2 Die drei neuen Reiche: Archaea, Bacteria und Eukarya;32 1.6.5;1.5 Evolution der Organismen und phylogenetischer Stamm-baum;33 1.6.6;1.6 Allgemeine Eigenschaften der Mikroorganismen;36 1.6.6.1;1.6.1 Das erfolgreiche Prinzip Kleinheit und große Zahl;36 1.6.6.2;1.6.2 Größeneinheit Mikrometer, die Elle des Mikrobiologen;36 1.6.6.3;1.6.3 Großes Oberfläche/Volumen-Verhältnis und seine Folgen ;36 1.6.6.4;1.6.4 Stoffwechselvielfalt und individuelle Anpassungsfähigkeit ;37 1.6.6.4.1;Stoffwechselvielfalt;37 1.6.6.4.2;Individuelle Anpassungsfähigkeit;38 1.6.6.5;1.6.5 Rasche genetische Anpassung;38 1.6.6.6;1.6.6 Verbreitung und Überdauerungsvermögen der Mikroorganismen ;38 1.6.6.7;1.6.7 Mikroorganismen als Modellobjekte der Forschung;39 1.6.7;1.7 Rolle der Mikroorganismen für unseren Planeten Erde;39 1.6.7.1;1.7.1 Kreislauf des Kohlenstoffs;41 1.6.7.1.1;Mineralisierung des Kohlenstoffs;41 1.6.7.1.2;Kohlendioxidfixierung;42 1.6.7.2;1.7.2 Kreislauf des Stickstoffs;42 1.6.7.3;1.7.3 Kreislauf des Phosphors;42 1.6.7.4;1.7.4 Kreislauf des Schwefels;44 1.6.7.5;1.7.5 Mikroorganismen und ihre Fressfeinde;44 1.6.8;1.8 Mikroorganismen als Symbionten;44 1.6.9;1.9 Mikroorganismen im Dienste des Menschen;46 1.6.9.1;1.9.1 Klassische mikrobielle Verfahren;46 1.6.9.2;1.9.2 Neue mikrobielle Verfahren;47 1.6.9.3;1.9.3 Mikroorganismen und Gentechnologie;47 1.6.9.4;1.9.4 Mikroorganismen in Umweltprozessen;47 1.6.9.5;1.9.5 Monopolstellung der Mikroorganismen ;48 1.6.10;1.10 Mikroorganismen als Gesundmacher – der Mensch als besiedelter Raum ;48 1.6.11;1.11 Mikroorganismen als Krankheitserreger;48 1.7;2 Die Prokaryonta und die prokaryontische Zelle;52 1.7.1;2.1 Überblick;52 1.7.2;2.2 Prokaryonten versus Eukaryonten;52 1.7.2.1;2.2.1 Struktur des Genoms;52 1.7.2.2;2.2.2 Struktur der Zelle;53 1.7.3;2.3 Archaea versus Bacteria;56 1.7.4;2.4 Die Prokaryontenzelle – Zellform, Größe und chemische Zusammensetzung ;56 1.7.4.1;2.4.1 Morphologische Merkmale;57 1.7.4.2;2.4.2 Stoffliche Zusammensetzung;58 1.7.4.2.1;Proteine;58 1.7.4.2.2;Desoxyribonukleinsäure;60 1.7.4.2.3;Ribonukleinsäure;63 1.7.4.2.4;Polysaccharide;64 1.7.4.2.5;Lipide;64 1.7.4.3;2.4.3 Ausgewählte Beispiele prokaryontischer Organismen aus dem „natürlichen“ System ;66 1.7.4.4;2.4.4 Bacteria ;67 1.7.4.4.1;Proteobakterien (= Purpurbakterien) ;67 1.7.4.4.2;Grampositive Bakterien;68 1.7.4.4.3;Cyanobakterien;69 1.7.4.4.3.1;Chlamydia;69 1.7.4.4.3.2;Planctomyces;69 1.7.4.4.3.3;Bacteroides;69 1.7.4.4.4;Grüne Schwefelbakterien;70 1.7.4.4.5;Spirochäten;70 1.7.4.4.5.1;Deinococcus;70 1.7.4.4.6;Grüne Nicht-Schwefelbakterien (Grüne schwefelfreie Bakterien);71 1.7.4.4.6.1;Thermotoga;71 1.7.4.4.6.2;Aquifex;71 1.7.4.5;2.4.5 Archaea ;71 1.7.4.5.1;Euryarchaeota ;71 1.7.4.5.2;Crenarchaeota;71 1.8;3 Pilze;74 1.8.1;3.1 Überblick;74 1.8.2;3.2 Vorkommen der Pilze;74 1.8.3;3.3 Die pilzliche Zelle;74 1.8.3.1;3.3.1 Aufbau der pilzlichen Zelle;74 1.8.3.2;3.3.2 Pilzwachstum ;76 1.8.3.2.1;Hefen ;76 1.8.3.2.2;Filamentöse Pilze;76 1.8.3.2.3;Septen;76 1.8.4;3.4 Einteilung der Pilze;77 1.8.4.1;3.4.1 Vermehrungsformen der Pilze als Einteilungskriterien;78 1.8.4.2;3.4.2 Basidiomyceten;79 1.8.4.3;3.4.3 Ascomyceten;80 1.8.4.4;3.4.4 Die Verwandtschaftsgruppe der Zygomyceten;80 1.8.4.5;3.4.5 Die Chytridien;80 1.8.5;3.5 Asexuelle Vermehrung;80 1.8.5.1;3.5.1 Mitose und Zellzyklus ;80 1.8.5.1.1;Mitose ;81 1.8.5.1.2;Zellzyklus;81 1.8.5.2;3.5.2 Asexuelle Vermehrungsformen bei Ascomyceten ;81 1.8.5.3;3.5.3 Asexuelle Vermehrungsformen bei anderen Pilzen ;81 1.8.6;3.6 Sexuelle Vermehrung;82 1.8.6.1;3.6.1 Homothallie und Heterothallie;82 1.8.6.2;3.6.2 Sexuelle Entwicklung bei Basidiomyceten;83 1.8.6.3;3.6.3 Sexuelle Entwicklung bei Ascomyceten;83 1.8.6.4;3.6.4 Sexuelle Entwicklung der Zygomyceten;85 1.8.7;3.7 Saprophytisches Wachstum;86 1.8.7.1;3.7.1 Schimmelpilze;86 1.8.7.2;3.7.2 Weißfäule und Braunfäule;86 1.8.8;3.8 Interaktionen mit Pflanzen – von Phytopathogenen zu Symbionten ;87 1.8.8.1;3.8.1 Phytopathogene;87 1.8.8.1.1;Infektion durch phytopathogene Pilze;87 1.8.8.1.2;Pflanzliche Abwehr und Entgiftung von Pflanzenmetaboliten durch den Pilze;89 1.8.8.2;3.8.2 Mykorrhiza;91 1.8.8.2.1;Arbuskuläre Endomykorrhiza;91 1.8.8.2.2;Ektomykorrhiza;91 1.8.8.3;3.8.3 Flechten;92 1.8.8.4;3.8.4 Endophytische Pilze;93 1.8.9;3.9 Tier- und humanpathogene Pilze;93 1.8.9.1;3.9.1 Mykosen;93 1.8.9.2;3.9.2 Insektenpathogene;95 1.8.10;3.10 Pilzgenetik;95 1.8.10.1;3.10.1 Ascusanalyse;95 1.8.10.2;3.10.2 Molekulargenetik mit eukaryontischen Systemen;97 1.8.10.3;3.10.3 Genomforschung und Transformation;97 1.8.11;3.11 Pilze in Biotechnologie und Produktion;100 1.8.11.1;3.11.1 Biotechnologie;100 1.8.11.2;3.11.2 Speisepilze und Pilzgifte;101 1.8.12;3.12 Vielfalt pilzlicher Lebensformen ;102 1.8.12.1;3.12.1 Synchrone Meiose beim Tintling;102 1.8.12.2;3.12.2 Effektoren und Umwandlung von Pflanzenorganen durch Brandpilze;102 1.8.12.3;3.12.3 Komplizierte Lebenszyklen bei Rostpilzen;103 1.8.12.4;3.12.4 Humanpathogene Pilze;104 1.8.12.5;3.12.5 Saccharomyces cerevisiae als Klonierungssystem ;105 1.8.12.6;3.12.6 Die Innere Uhr: Zeitgeber bei Neorospora crassa ;106 1.8.12.7;3.12.7 Die phytopathogenen Ascomyceten Ashbya und Claviceps ;106 1.8.12.8;3.12.8 Eine Symbiose zwischen Zygomyceten und Bakterien;107 1.8.12.9;3.12.9 Oomyceten: pflanzen- und tierpathogene Vertreter;108 1.8.12.10;3.12.10 Mycetozoa: cAMP als Lockstoff;109 1.9;4 Viren;114 1.9.1;4.1 Überblick;114 1.9.2;4.2 Vorkommen und Entdeckung;114 1.9.3;4.3 Der technische Umgang mit Viren;117 1.9.4;4.4 Entwicklung;118 1.9.4.1;4.4.1 Vermehrung von Phagen;119 1.9.4.2;4.4.2 Vermehrung der Viren von Eukaryonten;120 1.9.4.3;4.4.3 Lytischer und lysogener Zyklus;120 1.9.4.3.1;Der lytische Zyklus;120 1.9.4.3.2;Der lysogene Zyklus;121 1.9.4.4;4.4.4 Regulation von Infektions-abläufen;121 1.9.5;4.5 Aufbau;123 1.9.6;4.6 Mechanismen der Verbreitung;125 1.9.7;4.7 Klassifizierung der Viren;126 1.9.8;4.8 Beispiele;126 1.9.8.1;4.8.1 Doppelsträngige DNA-Viren (Klasse-I-Viren) ;127 1.9.8.1.1;Doppelsträngige DNA-Viren der Bakterien ;127 1.9.8.1.2;Doppelsträngige DNA-Viren der Eukaryonten;129 1.9.8.2;4.8.2 Partiell doppelsträngige DNA-Viren;131 1.9.8.3;4.8.3 Einzelsträngige DNA-Viren (Klasse-II-Viren);132 1.9.8.3.1;Einzelsträngige DNA-Viren der Prokaryonten;132 1.9.8.3.2;Einzelsträngige DNA-Viren der Eukaryonten;133 1.9.8.4;4.8.4 Die plus-Strang-RNA-Viren (Klasse-IV- und Klasse-VI-Viren) ;134 1.9.8.4.1;Die plus-Strang-RNA-Viren der Prokaryonten ;134 1.9.8.4.2;Die plus-Strang-RNA-Viren der Eukaryonten;135 1.9.8.5;4.8.5 Die minus-Strang-RNA-Viren der Eukaryonten (Klasse-V-Viren);137 1.9.8.6;4.8.6 Doppelsträngige RNA-Viren (Klasse-III-Viren) ;139 1.9.8.6.1;Doppelsträngige RNA-Viren der Prokaryonten ;139 1.9.8.6.2;Doppelsträngige RNA-Viren der Eukaryonten;139 1.9.8.6.3;Doppelsträngige RNA-Viren der Hefe Saccharomyces cerevisiae ;139 1.9.9;4.9 Viroide;140 1.10;5 Die Besonderheiten prokaryontischer Zellen;144 1.10.1;5.1 Überblick;144 1.10.2;5.2 Abbildung von Mikroorganismen;145 1.10.2.1;5.2.1 Lichtmikroskopie;145 1.10.2.2;5.2.2 Elektronenmikroskopie;147 1.10.3;5.3 Chromosom und Plasmide;147 1.10.4;5.4 Ribosomen;148 1.10.5;5.5 Zellwand;149 1.10.5.1;5.5.1 Zellwand der Bacteria;149 1.10.5.2;5.5.2 Zellwand der Archaea;151 1.10.6;5.6 Kapseln und Schleime;151 1.10.7;5.7 Zellmembranen;152 1.10.7.1;5.7.1 Cytoplasmamembran;152 1.10.7.2;5.7.2 Die äußere Membran gramnegativer Bakterien;154 1.10.8;5.8 Das prokaryontische Cytoskelett;157 1.10.8.1;5.8.1 FtsZ und die Zellteilung;157 1.10.8.2;5.8.2 MreB und die Zellform;160 1.10.8.3;5.8.3 Crescentin;161 1.10.9;5.9 Organellähnliche Kompartimente ;161 1.10.9.1;5.9.1 Von einer Lipidmembran umschlossene Kompartimente;161 1.10.9.2;5.9.2 Proteinumhüllte Kompartimente ;163 1.10.10;5.10 Speicherstoffe;164 1.10.10.1;5.10.1 Polysaccharide;164 1.10.10.2;5.10.2 Fettartige Substanzen;165 1.10.10.3;5.10.3 Polyphosphate;165 1.10.10.4;5.10.4 Schwefel;166 1.10.10.5;5.10.5 Cyanophycin;166 1.10.10.6;5.10.6 Andere Zelleinschlüsse;166 1.10.11;5.11 Zellanhänge;166 1.10.11.1;5.11.1 Flagellen und Chemotaxis;166 1.10.11.2;5.11.2 Fimbrien und Pili;170 1.10.11.3;5.11.3 Cellulosomen;172 1.10.12;5.12 Spezielle Zelldifferenzierung ;173 1.10.12.1;5.12.1 Endosporen und andere Dauerformen;173 1.10.12.2;5.12.2 Heterocysten;174 1.10.13;5.13 Prokaryontische und eukaryontische Zellen im Vergleich;175 1.10.14;5.14 Angriffsorte und Wirkungsweise wichtiger Antibiotika;175 1.11;6 Prokaryontische Genetik und Molekularbiologie;180 1.11.1;6.1 Einführung;180 1.11.2;6.2 Organisation prokaryontischer DNA ;180 1.11.2.1;6.2.1 Struktur der DNA;180 1.11.2.2;6.2.2 Chromosomen;181 1.11.2.3;6.2.3 Plasmide;182 1.11.3;6.3 Weitergabe genetischer Information: DNA-Replikation;183 1.11.3.1;6.3.1 DNA-Polymerasen;183 1.11.3.2;6.3.2 Reaktionen an der Replikationsgabel;183 1.11.3.3;6.3.3 Segregation von Chromosomen und Plasmiden;185 1.11.4;6.4 Mutationen und DNA-Reparatur;186 1.11.4.1;6.4.1 Arten von Mutationen;186 1.11.4.2;6.4.2 Entstehung von Mutationen;186 1.11.4.2.1;Mutagene Verbindungen;188 1.11.4.3;6.4.3 Selektion von Mutanten;189 1.11.4.4;6.4.4 DNA-Reparatur;190 1.11.4.4.1;Reparatur von Fehlpaarungen;190 1.11.4.4.2;Reparatur alkylierter Nukleotide;191 1.11.4.4.3;Reparatur von Schäden durch UV-Licht;191 1.11.5;6.5 Genetische Rekombination;192 1.11.5.1;6.5.1 Homologe Rekombination;192 1.11.5.2;6.5.2 Nichthomologe Rekombination ;193 1.11.6;6.6 Mobile genetische Elemente;193 1.11.6.1;6.6.1 Insertions-(IS-)Elemente;193 1.11.6.2;6.6.2 Transposons;193 1.11.6.3;6.6.3 Konjugative Transposons;196 1.11.7;6.7 Mechanismen der Genübertragung;196 1.11.7.1;6.7.1 Transformation;197 1.11.7.2;6.7.2 Konjugation;198 1.11.7.2.1;Hfr-Stämme;201 1.11.7.2.2;Mobilisierbare Plasmide;202 1.11.7.2.3;Konjugation zwischen grampositiven Bakterien und zwischen Archaebakterien;202 1.11.7.3;6.7.3 Transduktion;202 1.11.7.3.1;Allgemeine Transduktion;203 1.11.7.3.2;Spezifische Transduktion;203 1.11.7.3.3;Andere Transduktionsformen;203 1.11.8;6.8 Restriktion, Modifikation und prokaryontische Immunsysteme ;204 1.11.8.1;6.8.1 Typ-I-R/M-Systeme;204 1.11.8.2;6.8.2 Typ-II-R/M-Systeme;204 1.11.8.3;6.8.3 Typ-III-R/M-Systeme;205 1.11.8.4;6.8.4 Typ-IV-Restriktionsendonu-kleasen;205 1.11.8.5;6.8.5 Immunsystem in Eubakterien und Archaebakterien;205 1.11.9;6.9 Expression genetischer Information: Transkription und Translation;205 1.11.9.1;6.9.1 Transkription;205 1.11.9.1.1;RNA-Polymerasen;206 1.11.9.1.2;Initiation und Elongation;206 1.11.9.1.3;Termination;207 1.11.9.2;6.9.2 Translation;207 1.11.9.2.1;Aminoacyl-tRNA-Synthese;207 1.11.9.2.2;Der genetische Code;208 1.11.9.2.3;Initiation;208 1.11.9.2.4;Elongation;209 1.11.9.2.5;Termination;210 1.11.9.2.6;Faltungshelfer;210 1.11.9.2.7;Co- und posttranslationale Modifikationen;211 1.11.9.2.8;Archaebakterielle Translation;212 1.11.10;6.10 DNA-Klonierung;212 1.11.10.1;6.10.1 Plasmide als Vektoren;213 1.11.10.2;6.10.2 Phagen als Vektoren;214 1.11.10.3;6.10.3 Cosmide;216 1.11.10.4;6.10.4 YACs, BACs und PACs: Vektoren für sehr große DNA-Fragmente ;216 1.11.10.5;6.10.5 cDNA-Banken und Ligationsverfahren;216 1.11.10.6;6.10.6 Identifizierung rekombinanter Klone ;217 1.11.11;6.11 DNA-Sequenzierung und Genomsequenzen;218 1.11.11.1;6.11.1 Genomsequenzierung;218 1.11.11.2;6.11.2 Genomgrößen und Genomorganisation;221 1.11.11.3;6.11.3 Genomvergleiche;223 1.11.12;6.12 Postgenomik, Metagenomik und synthetische Biologie ;223 1.12;7 Wachstum und Ernährung der Mikroorganismen;230 1.12.1;7.1 Überblick;230 1.12.2;7.2 Chemische Zusammensetzung der Zelle und Nahrungsbedarf ;230 1.12.2.1;7.2.1 Elementare Nährstoffansprüche ;230 1.12.2.2;7.2.2 Ergänzungsstoffe;231 1.12.3;7.3 Ernährungstypen und Lebensstrategien;231 1.12.3.1;7.3.1 Energiequellen;231 1.12.3.2;7.3.2 Elektronendonatoren und Kohlenstoffquellen;231 1.12.4;7.4 Substrate für Mikroorganismen;232 1.12.4.1;7.4.1 Kohlenstoffquellen;232 1.12.4.2;7.4.2 Schwefel und Stickstoff;232 1.12.4.3;7.4.3 Phosphor;232 1.12.4.4;7.4.4 Sauerstoff;232 1.12.5;7.5 Anpassung an unterschiedliche Umweltbedingungen ;233 1.12.5.1;7.5.1 Temperatur;233 1.12.5.2;7.5.2 Wasserstoffionenkonzentration ;233 1.12.5.3;7.5.3 Wassergehalt und osmotischer Wert ;234 1.12.6;7.6 Zusammensetzung von Nährmedien und Kultivierungstechniken ;234 1.12.6.1;7.6.1 Nährböden ;235 1.12.6.1.1;Komplexe oder undefinierte Nährböden ;235 1.12.6.1.2;Feste Nährböden;235 1.12.6.2;7.6.2 Kultivierungstechniken ;235 1.12.6.2.1;Kohlendioxidversorgung ;235 1.12.6.2.2;Belüftung;235 1.12.6.2.3;Anaerobenkultur;236 1.12.7;7.7 Selektive Kulturmethoden;237 1.12.7.1;7.7.1 Anreicherungskultur;237 1.12.7.2;7.7.2 Reinkultur;239 1.12.7.3;7.7.3 Mischkultur;239 1.12.8;7.8 Wachstum und Zellteilung;240 1.12.8.1;7.8.1 Methoden zur Bestimmung der Zellzahl und der Bakterienmasse;240 1.12.8.1.1;Bestimmung der Zellzahl;240 1.12.8.1.2;Bestimmung der Zellmasse;241 1.12.8.2;7.8.2 Kinetik des Wachstums ;241 1.12.9;7.9 Physiologie des Wachstums ;242 1.12.9.1;7.9.1 Bakterienwachstum in statischer Kultur ;243 1.12.9.2;7.9.2 Parameter der Wachstumskurve ;244 1.12.9.3;7.9.3 LinearesWachstum;245 1.12.9.4;7.9.4 Bakterienwachstum in kontinuierlicher Kultur;245 1.12.9.4.1;Wachstum im Chemostaten;246 1.12.9.4.2;Wachstum im Turbidostaten;248 1.12.9.5;7.9.5 Unterschiede zwischen statischer und kontinuierlicher Kultur ;248 1.12.10;7.10 Hemmung des Wachstums und Abtötung ;248 1.12.10.1;7.10.1 Schädigung der Zellgrenzschichten ;248 1.12.10.2;7.10.2 Hemmung des Stoffwechsels;248 1.12.10.3;7.10.3 Einfluss von Antibiotika;249 1.12.10.4;7.10.4 Absterben und Abtötung von Mikroorganismen;250 1.12.11;7.11 Sterilisation und Desinfektion ;250 1.12.11.1;7.11.1 Feuchte Hitze;250 1.12.11.2;7.11.2 Trockene Hitze;251 1.12.11.3;7.11.3 Filtration;252 1.12.11.4;7.11.4 Bestrahlung;252 1.12.11.5;7.11.5 Chemische Mittel;252 1.12.12;7.12 Konservierungsverfahren;253 1.12.12.1;7.12.1 Physikalische Konservierungsverfahren ;253 1.12.12.2;7.12.2 Chemische Konservierungsverfahren ;254 1.12.13;7.13 Kulturerhaltung;254 1.12.13.1;7.13.1 Dauerkulturen;254 1.12.13.2;7.13.2 Lebendkulturen;255 1.12.14;7.14 Mikrobiologische Diagnostik;255 1.12.14.1;7.14.1 Klassische Techniken;255 1.12.14.2;7.14.2 Molekularbiologische Techniken ;256 1.13;8 Zentrale Stoffwechselwege;260 1.13.1;8.1 Überblick;260 1.13.2;8.2 Grundmechanismen des Stoffwechsels und der Energie-umwandlung;260 1.13.2.1;8.2.1 Funktion der Enzyme;261 1.13.2.1.1;Wirkungsweise der Enzyme;261 1.13.2.1.2;Regulation der katalytischen Aktivität;262 1.13.2.1.3;Coenzyme und prosthetische Gruppen;262 1.13.2.2;8.2.2 Dehydrogenierung und Pyridinnukleotide ;264 1.13.3;8.3 Allgemeines Prinzip des Stoffwechsels;265 1.13.4;8.4 Umwandlung von Energie;266 1.13.4.1;8.4.1 ATP und andere energiereiche Verbindungen;266 1.13.4.2;8.4.2 Regeneration von ATP;267 1.13.5;8.5 Wege des Hexoseabbaus;267 1.13.5.1;8.5.1 Glykolyse;267 1.13.5.2;8.5.2 Pentosephosphatweg und oxidativer Pentosephosphatzyklus;269 1.13.5.3;8.5.3 KDPG-(2-Keto-3-desoxy-6- phosphogluconat-)Weg;271 1.13.5.4;8.5.4 Wege des Zuckerstoffwechsels in Archaea ;271 1.13.5.5;8.5.5 Energiebilanzen und Verbreitung der Zuckerabbauwege ;272 1.13.6;8.6 Oxidation von Pyruvat;273 1.13.7;8.7 Citratzyklus und alternative Wege ;274 1.13.8;8.8 Elektronentransportphosphorylierung der Atmungskette ;276 1.13.8.1;8.8.1 Energetische Grundlagen und das Prinzip der Atmungskette;276 1.13.8.1.1;Redoxpotenzial;277 1.13.8.2;8.8.2 Komponenten der Atmungskette ;277 1.13.8.2.1;Flavoproteine;277 1.13.8.2.2;Eisen-Schwefel-Proteine;278 1.13.8.2.3;Chinone;278 1.13.8.2.4;Cytochrome;278 1.13.8.3;8.8.3 Atmungskette bei der Veratmung von Sauerstoff;280 1.13.8.3.1;Oxidasepositive Bakterien;281 1.13.8.3.2;Oxidasenegative Bakterien und verzweigte Atmungsketten;282 1.13.8.4;8.8.4 Elektronentransportphosphorylierung ;283 1.13.8.4.1;Elektrochemisches Potenzial ;283 1.13.8.4.2;ATP-Synthese;284 1.13.8.5;8.8.5 Rückläufiger Elektronentransport ;286 1.13.8.6;8.8.6 Elektronentransportprozesse bei anaeroben Bakterien;287 1.13.9;8.9 Eigenschaften und Funktionen von Sauerstoff;287 1.13.9.1;8.9.1 Regulation durch Sauerstoff;287 1.13.9.2;8.9.2 Toxische Wirkung des Sauerstoffs und Entgiftungsreaktionen ;287 1.13.9.3;8.9.3 Sauerstoff als Cosubstrat;288 1.13.9.4;8.9.4 Sauerstoff und Biolumineszenz ;288 1.13.10;8.10 Verbindung zwischen Energiestoffwechsel und Biosynthese;289 1.13.10.1;8.10.1 Bereitstellung des Kohlenstoffs für die Biosynthese ;289 1.13.10.2;8.10.2 Gluconeogenese, Hilfszyklen und Sonderwege ;289 1.13.10.2.1;Gluconeogenese ;290 1.13.10.2.2;Anaplerotische Reaktionen und Gluconeogenese aus C3-Verbindungen ;289 1.13.10.2.3;Gluconeogenese aus Fettsäuren und anderen Substraten;291 1.13.10.3;8.10.3 Regulation von Enzym-aktivität und Genexpression;293 1.14;9 Biosynthesen;296 1.14.1;9.1 Überblick;296 1.14.2;9.2 Organisation der „Zellfabrik“ ;296 1.14.3;9.3 Syntheseleistung der Zelle;298 1.14.4;9.4 Metabolite und ihre Konzentrationen in der Zelle ;298 1.14.5;9.5 Makromoleküle und ihre Bausteine;299 1.14.6;9.6 Assimilation der Elemente N, S, P und der Spurenelemente;300 1.14.6.1;9.6.1 Stickstoff ;300 1.14.6.1.1;Ammoniak bzw. Nitrat als N-Quelle ;300 1.14.6.1.2;Molekularer Stickstoff als N-Quelle;301 1.14.6.2;9.6.2 Schwefel;304 1.14.6.2.1;Sulfat als S-Quelle;304 1.14.6.2.2;Fixierung und Übertragung von Schwefelwasserstoff;305 1.14.6.3;9.6.3 Phosphor;305 1.14.6.4;9.6.4 Spurenelemente;306 1.14.7;9.7 Bereitstellung von C1- Einheiten, Energie, Reduktions- und Oxidationsmitteln ;308 1.14.7.1;9.7.1 C1-Einheiten;308 1.14.7.2;9.7.2 Energie;309 1.14.7.3;9.7.3 Reduktions- und Oxidationsmittel ;310 1.14.8;9.8 Synthese von Zellmaterial aus CO2;310 1.14.8.1;9.8.1 Calvin-Benson-Zyklus;312 1.14.8.2;9.8.2 Alternative Wege der CO2-Fixierung ;314 1.14.8.2.1;Reduktiver Acetyl-CoA-Weg;314 1.14.8.2.2;Reduktiver Citratzyklus;314 1.14.8.2.3;BesondereWege der CO2-Fixierung;315 1.14.8.3;9.8.3 Ökologische, ökonomische und evolutionäre Aspekte;315 1.14.8.4;9.8.4 Synthese von Zellmaterial aus Formaldehyd;316 1.14.8.4.1;Hexulosephosphatzyklus;316 1.14.8.4.2;Serinweg;318 1.14.8.4.3;Dihydroxyacetonzyklus;318 1.14.8.4.4;Anaerober Weg;318 1.14.9;9.9 Biosynthesen der Bausteine;318 1.14.9.1;9.9.1 Aminosäuren;318 1.14.9.2;9.9.2 Zucker;320 1.14.9.3;9.9.3 Nukleotide und Desoxynukleotide ;321 1.14.9.4;9.9.4 Lipide;322 1.14.9.5;9.9.5 Speicherstoffe;325 1.14.10;9.10 Sekundärmetabolite;327 1.14.10.1;9.10.1 Funktion von Sekundärmetaboliten ;327 1.14.10.2;9.10.2 Beispiele für Sekundärmetabolite ;328 1.14.11;9.11 Synthesen von komplexen Zellstrukturen;329 1.14.11.1;9.11.1 Synthese von Zellwandkomponenten an der Membran ;329 1.14.11.2;9.11.2 Zusammenbau komplexer Strukturen;331 1.15;10 Transport durch die Cytoplasmamembran;336 1.15.1;10.1 Überblick;336 1.15.2;10.2 Grundlagen des Transports;336 1.15.2.1;10.2.1 Passiver Transport durch Diffusion;336 1.15.2.2;10.2.2 Passiver Transport durch Kanalproteine;336 1.15.2.3;10.2.3 Aktiver Transport durch Carrier;337 1.15.3;10.3 Transportmechanismen und Transportsysteme;337 1.15.3.1;10.3.1 Primäre Transportsysteme;339 1.15.3.1.1;ABC-Transporter;339 1.15.3.1.2;Na
-abhängige Decarboxylasen;340 1.15.3.2;10.3.2 Sekundäre Transportsysteme;341 1.15.3.3;10.3.3 Gruppentranslokation;342 1.15.3.4;10.3.4 Zusammenwirken von Exoenzymen und Transport;343 1.15.4;10.4 Weitere Aspekte der Transportsysteme;343 1.15.4.1;10.4.1 Beteiligung von Transportsystemen an der Gen- und Proteinregulation ;343 1.15.4.2;10.4.2 Transportsysteme als chemotaktische Rezeptoren ;345 1.15.4.3;10.4.3 Transportsysteme als Mediatoren der Differenzierung ;345 1.15.5;10.5 Resistenz durch proteinvermittelten Export ;345 1.15.6;10.6 Translokationssysteme für den Proteinexport;346 1.15.6.1;10.6.1 Sec-Translokationssystem;346 1.15.6.2;10.6.2 Tat-Translokationssystem;350 1.15.6.3;10.6.3 Spezielle Sekretionssysteme;350 1.15.6.3.1;Sec-abhängige Systeme;350 1.15.6.3.2;Sec-unabhängige Systeme;350 1.15.7;10.7 Aufnahme von DNA;352 1.16;11 Abbau organischer Verbindungen;356 1.16.1;11.1 Überblick;356 1.16.2;11.2 Aerobe und anaerobe Mineralisierung;356 1.16.2.1;11.2.1 Aerobe Mineralisierung;356 1.16.2.2;11.2.2 Anaerobe Mineralisierung;357 1.16.3;11.3 Gemeinsame Aspekte des Polymerabbaus;357 1.16.4;11.4 Abbau von Polysacchariden ;358 1.16.4.1;11.4.1 Cellulose;359 1.16.4.2;11.4.2 Hemicellulosen;359 1.16.4.3;11.4.3 Pectine;360 1.16.4.4;11.4.4 Andere Polysaccharide;361 1.16.4.5;11.4.5 Chitin und Murein;361 1.16.4.6;11.4.6 Stärke;362 1.16.4.7;11.4.7 Fructane;363 1.16.5;11.5 Abbau von Lignin;364 1.16.6;11.6 Abbau von Proteinen, Nukleinsäuren und Lipiden;366 1.16.6.1;11.6.1 Proteine;366 1.16.6.2;11.6.2 Nukleinsäuren;367 1.16.6.3;11.6.3 Lipide;368 1.16.7;11.7 Abbau niedermolekularer Substanzen;369 1.16.7.1;11.7.1 Zucker;370 1.16.7.2;11.7.2 Aminosäuren;372 1.16.7.3;11.7.3 Aromatische Verbindungen;374 1.16.7.3.1;Aerober Abbau von Aromaten;374 1.16.7.3.2;Anaerober Abbau von Aromaten;376 1.16.7.4;11.7.4 Kohlenwasserstoffe ;378 1.16.7.4.1;Aerober Abbau von Kohlenwasserstoffen ;378 1.16.7.4.2;Anaerober Abbau von Kohlenwasserstoffen ;381 1.16.7.5;11.7.5 Fettsäuren;381 1.16.7.6;11.7.6 Purine, Pyrimidine und andere heterozyklische Verbindungen ;384 1.16.8;11.8 Abbau und Cometabolismus von Xenobiotika ;384 1.16.9;11.9 Unvollständige Oxidationen ;386 1.17;12 Oxidation anorganischer Verbindungen: chemolithotrophe Lebensweise;390 1.17.1;12.1 Überblick;390 1.17.2;12.2 Habitate und Lebensweise von chemolithotrophen Bakterien;390 1.17.2.1;12.2.1 Art und Herkunft der Substrate;390 1.17.2.2;12.2.2 Habitate;390 1.17.2.3;12.2.3 Lebensweise;392 1.17.2.3.1;Kultivierung;392 1.17.2.4;12.2.4 Stoffwechseltypen und ihre Nischen;392 1.17.2.5;12.2.5 Symbiosen;394 1.17.3;12.3 Prinzipien der Lithotrophie ;394 1.17.3.1;12.3.1 Stoffwechselprinzip;394 1.17.3.2;12.3.2 Rückläufiger Elektronentransport ;395 1.17.4;12.4 Reduzierte Stickstoffverbindungen als Elektronendonatoren ;395 1.17.4.1;12.4.1 Ammonium- und nitritoxidierende Nitrifikanten ;396 1.17.4.2;12.4.2 Biochemie der Ammoniumoxidation ;397 1.17.4.3;12.4.3 Biochemie der Nitritoxidation ;397 1.17.4.4;12.4.4 Ökologische und praktische Bedeutung der Nitrifikation;398 1.17.5;12.5 Reduzierte Schwefelverbindungen als Elektronendonatoren ;399 1.17.5.1;12.5.1 Biochemie der Sulfid- und Schwefeloxidation;402 1.17.5.1.1;Schwefelstoffwechsel in Acidianus ambivalens ;402 1.17.5.1.2;Schwefelstoffwechsel in neutrophilen Bakterien;403 1.17.5.2;12.5.2 Schwefelwasserstoffoxidierende Symbionten ;404 1.17.6;12.6 Reduzierte Metallionen als Elektronendonatoren;405 1.17.6.1;12.6.1 Biochemie der Oxidation von Metallionen;407 1.17.6.2;12.6.2 Erzlaugung;407 1.17.7;12.7 Wasserstoff als Elektro-nendonator;407 1.17.7.1;12.7.1 Biochemische Grundlagen;408 1.17.7.2;12.7.2 Aerobe wasserstoffoxidierende Mikroorganismen ;408 1.17.8;12.8 Kohlenmonoxid als Elektronendonator;409 1.18;13 Mikrobielle Gärungen;412 1.18.1;13.1 Überblick;412 1.18.2;13.2 Prinzipien der Gärung;412 1.18.2.1;13.2.1 Habitate von gärenden Mikroorganismen;412 1.18.2.2;13.2.2 Regeneration der Redox-Carrier ;412 1.18.2.3;13.2.3 Gärungstypen;413 1.18.2.4;13.2.4 Substratphosphorylierung;413 1.18.2.5;13.2.5 Energiekonservierung durch Elektronenbifurkation;413 1.18.2.6;13.2.6 Ferredoxingetriebene Protonen- bzw. Na
-Pumpen;416 1.18.2.7;13.2.7 Wasserstoff als Gärungsprodukt ;416 1.18.2.8;13.2.8 Biotechnologische Bedeutung von Gärungen ;417 1.18.3;13.3 Milchsäuregärung;417 1.18.3.1;13.3.1 Milchsäurebakterien;417 1.18.3.2;13.3.2 Homofermentative Milchsäuregärung ;418 1.18.3.3;13.3.3 Heterofermentative Milchsäuregärung ;419 1.18.3.4;13.3.4 Bifidobacterium-Gärung ;420 1.18.3.5;13.3.5 Praktische Bedeutung der Milchsäurebakterien;421 1.18.3.5.1;Milchprodukte;421 1.18.3.5.2;Käse;421 1.18.3.5.3;Weitere Lebensmittel;421 1.18.3.5.4;Silage;422 1.18.3.6;13.3.6 Medizinische Bedeutung von Milchsäurebakterien;422 1.18.4;13.4 Ethanolgärung;423 1.18.4.1;13.4.1 Biochemie der Ethanolbildung ;423 1.18.4.2;13.4.2 Praktische Bedeutung der alkoholischen Gärung;424 1.18.4.2.1;Wein;424 1.18.4.2.2;Sekt;426 1.18.4.2.3;Bier;426 1.18.4.2.4;Backhefe;426 1.18.4.2.5;Ethanol;426 1.18.5;13.5 Gemischte Säuregärung;427 1.18.5.1;13.5.1 Biochemie der gemischten Säuregärung;428 1.18.5.1.1;Gemischte Säuregärung;428 1.18.5.1.2;Butandiolgärung bei Enterobacter ;429 1.18.5.2;13.5.2 Bedeutung der gemischten Säuregärung für Trinkwasser- und Labordiagnostik;430 1.18.6;13.6 Buttersäure- und Lösungsmittelgärung;431 1.18.6.1;13.6.1 Buttersäuregärende Clostridien ;431 1.18.6.2;13.6.2 Biochemische Grundlagen der Buttersäuregärung;431 1.18.6.3;13.6.3 Lösungsmittelgärung (Butanolgärung) ;433 1.18.7;13.7 Propionsäuregärung;433 1.18.7.1;13.7.1 Propionibacterium ;433 1.18.7.2;13.7.2 Biochemische Grundlagen der Propionsäuregärung;433 1.18.7.2.1;Methylmalonyl-CoA-Weg;433 1.18.7.2.2;Acrylyl-CoA-Weg;434 1.18.8;13.8 Vergärung von Aminosäuren ;435 1.18.8.1;13.8.1 Stickland-Gärung;435 1.18.8.2;13.8.2 Vergärung von Glutamat;436 1.18.9;13.9 Sekundäre Gärungen und Homoacetatgärung;437 1.18.9.1;13.9.1 Sekundäre Gärungen;437 1.18.9.1.1;Eigenschaften und Isolierung der sekundären Gärer;438 1.18.9.2;13.9.2 Homoacetatgärung;440 1.19;14 Anaerobe Atmung;444 1.19.1;14.1 Überblick;444 1.19.2;14.2 Energetisches Prinzip;444 1.19.3;14.3 Nitrat, Nitrit, N2O als Elektronenakzeptoren;446 1.19.3.1;14.3.1 Denitrifikation;446 1.19.3.1.1;Reduktion von Nitrat zu Nitrit;446 1.19.3.1.2;Reduktion von Nitrit zu molekularem Stickstoff;447 1.19.3.2;14.3.2 Nitratammonifikation;448 1.19.3.3;14.3.3 Anammoxreaktion;448 1.19.4;14.4 Fumarat als Elektronenakzeptor ;449 1.19.5;14.5 Oxidierte Metallionen als Elektronenakzeptoren;450 1.19.6;14.6 Sulfat als Elektronenakzeptor ;451 1.19.6.1;14.6.1 Biochemie der Sulfatreduktion ;453 1.19.6.2;14.6.2 Energetik der Sulfatatmung;454 1.19.6.3;14.6.3 Unterschiede zwischen assimilatorischer und dissimilatorischer Sulfatreduktion ;454 1.19.6.4;14.6.4 Rolle der sulfatreduzierenden Mikroorganismen im Naturhaushalt ;455 1.19.7;14.7 Schwefel als Elektronenakzeptor ;456 1.19.7.1;14.7.1 Polysulfidatmung in Wolinella succinogenes ;456 1.19.7.2;14.7.2 Syntrophe Assoziation von Desulfuromonas acetoxidans mit Grünen Schwefelbakterien ;457 1.19.8;14.8 Methanogenese: CO2 als Elektronenakzeptor;458 1.19.8.1;14.8.1 Methanogene Organismen ;458 1.19.8.1.1;Eigenschaften ;459 1.19.8.1.2;Ökologie;459 1.19.8.2;14.8.2 Methanbildung aus H2 und CO2;460 1.19.8.3;14.8.3 Methanbildung aus Acetat;461 1.19.9;14.9 Acetogenese: CO2 als Elektronenakzeptor;463 1.19.9.1;14.9.1 Biochemie der Acetogenese;463 1.19.10;14.10 Reduktion weiterer Elektronenakzeptoren;465 1.19.10.1;14.10.1 Sulfoxide und Aminoxide;465 1.19.10.2;14.10.2 Anorganische Oxyanionen;465 1.19.10.3;14.10.3 Chlororganische Verbin-dungen;466 1.20;15 Phototrophe Lebensweise;468 1.20.1;15.1 Überblick;468 1.20.2;15.2 Bedeutung und Prinzipien der Photosynthese;468 1.20.2.1;15.2.1 Licht als Energiequelle und phototrophesWachstum;468 1.20.2.2;15.2.2 Prinzipien der Photosynthese;469 1.20.3;15.3 Oxygene phototrophe Bakterien (Cyanobakterien);470 1.20.3.1;15.3.1 Vorkommen und Rolle von Cyanobakterien;470 1.20.3.2;15.3.2 Stoffwechsel und Zellstruktur ;471 1.20.3.3;15.3.3 Morphologische Gruppen;472 1.20.3.4;15.3.4 Zelldifferenzierungen;474 1.20.4;15.4 Anoxygene phototrophe Bakterien;474 1.20.4.1;15.4.1 Vorkommen und Rolle von anoxygenen phototrophen Bakte-rien;475 1.20.4.2;15.4.2 Purpurbakterien und Grüne Nicht-Schwefelbakterien (Photosysteme vom Typ II) ;477 1.20.4.2.1;Purpurbakterien;477 1.20.4.2.2;Die Grünen Nicht-Schwefelbakterien;478 1.20.4.3;15.4.3 Grüne Schwefelbakterien und Heliobakterien (Photosysteme vom Typ I);479 1.20.4.3.1;Grüne Schwefelbakterien;479 1.20.4.3.2;Heliobakterien;480 1.20.4.4;15.4.4 Aerobe anoxygene phototrophe Bakterien (Photosysteme vom Typ II oder Bakteriorhodopsin) ;480 1.20.5;15.5 Photosynthetische Pigmente und Thylakoide;480 1.20.5.1;15.5.1 Chlorophylle und Bakteriochlorophylle ;481 1.20.5.1.1;Chlorophyll;481 1.20.5.1.2;Bakteriochlorophylle;481 1.20.5.2;15.5.2 Akzessorische Pigmente;482 1.20.5.2.1;Carotinoide;482 1.20.5.2.2;Phycobiline;484 1.20.5.3;15.5.3 Thylakoide;484 1.20.6;15.6 Antennenkomplexe;484 1.20.6.1;15.6.1 LH I und LH II;485 1.20.6.2;15.6.2 Chlorosomen;485 1.20.6.3;15.6.3 Phycobilisomen;485 1.20.7;15.7 Oxygene Photosynthese;486 1.20.7.1;15.7.1 Die photosynthetische Redoxkette im Überblick;486 1.20.7.2;15.7.2 Photosystem II (Chinon-Typ) und Wasserspaltung ;487 1.20.7.3;15.7.3 Elektronentransportkette;489 1.20.7.3.1;Der Cytochrom-b6f-Komplex ;489 1.20.7.3.2;Plastocyanin;489 1.20.7.4;15.7.4 Photosystem I (FeS-Typ) und NADPH-Bildung;489 1.20.7.5;15.7.5 Zyklische Photophosphorylierung ;489 1.20.7.6;15.7.6 Bilanz, Quantenbedarf und Wirkungsgrad der Lichtreaktion;489 1.20.8;15.8 Anoxygene Photosyn-these;491 1.20.8.1;15.8.1 Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei den anoxygenen Photosystemen;491 1.20.8.2;15.8.2 Photosysteme vom Typ II (Chinon-Typ) und vom Typ I (FeS-Typ) ;492 1.20.8.2.1;Photosystem II ;493 1.20.8.2.2;Photosystem I;492 1.20.9;15.9 Bakteriorhodopsin- und proteorhodopsinabhängige Photosynthese;493 1.21;16 Regulation des Stoffwechsels und des Zellaufbaus von Bakterien;496 1.21.1;16.1 Überblick;496 1.21.2;16.2 Aufrechterhaltung des Zellmilieus und Antwort auf Änderungen;496 1.21.3;16.3 Mechanismen zur Anpas-sung und Änderung des Zellaufbaus ;497 1.21.3.1;16.3.1 Veränderung der DNA-Struktur;497 1.21.3.2;16.3.2 Kontrolle der Transkription und Translation;498 1.21.3.3;16.3.3 Regulation der Transkription durch DNA-bindende Proteine;498 1.21.3.3.1;Negative Regulation durch Repressorproteine ;499 1.21.3.3.2;Positive Regulation durch Aktivatorproteine ;499 1.21.3.3.3;Verwendung komplexer Promotoren;500 1.21.3.4;16.3.4 Alternative s-Faktoren ;501 1.21.3.5;16.3.5 Funktionskontrolle durch Synthese und Proteolyse;501 1.21.3.6;16.3.6 Kontrolle durch regulatorische RNA und Attenuation ;502 1.21.3.6.1;Cis-codierte regulatorische RNA ;502 1.21.3.6.2;Attenuation;503 1.21.3.7;16.3.7 Posttranslationale Regulation ;504 1.21.4;16.4 Reizaufnahme und Reizverarbeitung ;506 1.21.4.1;16.4.1 Membranständige und cytoplasmatische Sensoren;506 1.21.4.2;16.4.2 Regulons, Stimulons und Netzwerke;506 1.21.4.3;16.4.3 Aufbau und Funktion von Zweikomponentensystemen;507 1.21.4.4;16.4.4 Intrazelluläre Signalmoleküle;508 1.21.5;16.5 Regulation von Katabolismus und Energiestoffwechsel ;508 1.21.5.1;16.5.1 Übergeordnete Regulation des Kohlenstoffkatabolismus;509 1.21.5.2;16.5.2 Regulation des Stoffwechsels durch Elektronenakzeptoren;511 1.21.5.2.1;Regulatorsysteme;512 1.21.6;16.6 Regulation der Stickstoffassimilierung ;514 1.21.7;16.7 Stringente Kontrolle und generelle Stressantwort;516 1.21.7.1;16.7.1 Stringente Kontrolle und Kopplung von Anabolismus und Katabolismus;516 1.21.7.2;16.7.2 Generelle Stressantwort und Regulation der stationären Phase in E. coli ;517 1.21.7.2.1;Regulation durch den alternativen s-Faktor sS in E. coli ;517 1.21.7.2.2;Regulation durch den alternativen s-Faktor sB in Bacillus ;518 1.21.7.3;16.7.3 Toxin-Antitoxin-Systeme und bakterielle Persistenz;518 1.21.8;16.8 Spezifische Stressreaktionen ;519 1.21.8.1;16.8.1 Oxidativer Stress;520 1.21.8.2;16.8.2 Hitze- und Kälteschockreaktion ;520 1.21.8.2.1;Regulation der Hitzeschockantwort;521 1.21.8.2.2;Kälteschock;521 1.21.8.3;16.8.3 Hüllstress und Reizerkennung durch ECF-s-Faktoren ;522 1.21.8.4;16.8.4 Osmoregulation;522 1.21.9;16.9 Interzelluläre Kommunikation und Zelldichteregulation (Quorum Sensing) ;523 1.21.10;16.10 Chemotaxis;525 1.21.11;16.11 Differenzierung bei Bakterien;526 1.21.11.1;16.11.1 Endosporenbildung bei B. subtilis ;527 1.21.11.2;16.11.2 Lebenszyklus von Caulobacter crescentus ;529 1.21.11.3;16.11.3 Fruchtkörperbildende Myxobakterien;530 1.22;17 Mikrobielle Vielfalt, Evolution und Systematik;534 1.22.1;17.1 Überblick;534 1.22.2;17.2 Diversität;534 1.22.2.1;17.2.1 Diversitätsbegriff und Definition ;534 1.22.2.2;17.2.2 Quantifizierung und Umfang mikrobieller Diversität ;534 1.22.2.2.1;Beobachtungseinheit der mikrobiellen Diversitätsforschung ;534 1.22.2.2.2;Umfang bakterieller Diversität;536 1.22.2.3;17.2.3 Relevanz der mikrobiellen Diversitätsforschung;536 1.22.3;17.3 Systematik der Prokaryonten;537 1.22.3.1;17.3.1 Bestandteile der Systematik: Charakterisierung, Taxonomie, und Phylogenie;537 1.22.3.2;17.3.2 Methoden der Charakterisierung und Systematik bei Prokaryonten ;539 1.22.3.2.1;Morphologisch-cytologische Merkmale;539 1.22.3.2.2;Physiologische Merkmale;539 1.22.3.2.3;Chemotaxonomie;539 1.22.3.2.4;Molekularbiologische Charakterisierung;540 1.22.3.2.5;Numerische Taxonomie;541 1.22.3.3;17.3.3 Artkonzept und Artbeschrei-bung bei Prokaryonten;541 1.22.4;17.4 Evolutionäre Grundlagen der prokaryontischen Vielfalt;543 1.22.4.1;17.4.1 Mechanismen prokaryontischer Evolution und Relevanz für die Systematik ;543 1.22.4.1.1;Mutation;543 1.22.4.1.2;Rekombination;543 1.22.4.1.3;Selektion;544 1.22.4.1.4;Migration;545 1.22.4.2;17.4.2 Populationsgenetische Evolutionsmodelle;545 1.22.5;17.5 Archaea – extremophile lebende Fossilien? ;545 1.22.5.1;17.5.1 Crenarchaeota;547 1.22.5.1.1;Thermoproteales;547 1.22.5.1.2;Desulfurococcales;547 1.22.5.1.3;Sulfolobales;548 1.22.5.2;17.5.2 Euryarchaeota;549 1.22.5.2.1;Thermococcales;549 1.22.5.2.2;Nanoarchaeota;549 1.22.5.2.3;Methanopyrales;549 1.22.5.2.4;Methanobacteriales;550 1.22.5.2.5;Methanococcales;550 1.22.5.2.6;Thermoplasmatales;550 1.22.5.2.7;Archaeoglobales;550 1.22.5.2.8;Methanomicrobiales;550 1.22.5.2.9;Methanosarcinales;551 1.22.5.2.10;Halobacteriales;551 1.22.5.3;17.5.3 Tief abzweigende neue Phyla: Korarchaeota und Thaumarchaeota ;552 1.22.6;17.6 Vorwiegend thermophile Bacteria: Aquificae, Thermotogae, Thermodesulfobacteria, Dictyoglomi ;553 1.22.6.1;17.6.1 Aquificae;553 1.22.6.2;17.6.2 Thermotogae;554 1.22.6.3;17.6.3 Thermodesulfobacteria;554 1.22.6.4;17.6.4 Dictyoglomi;555 1.22.7;17.7 Deinococcus-Thermus;555 1.22.8;17.8 Chloroflexi und Armatimonadetes ;556 1.22.8.1;17.8.1 Chloroflexi;556 1.22.8.1.1;Chloroflexi;556 1.22.8.1.2;Thermomicrobia;557 1.22.8.1.3;Anaerolineae und Caldilineae;557 1.22.8.1.4;Dehalococcoidetes;557 1.22.8.1.5;Ktedonobacteria;557 1.22.8.2;17.8.2 Armatimonadetes;557 1.22.9;17.9 Firmicutes und Tenericutes: grampositiv mit niedrigem GC-Gehalt ;558 1.22.9.1;17.9.1 Firmicutes;558 1.22.9.1.1;Bacilli;558 1.22.9.1.2;Clostridia;562 1.22.9.1.3;Negativicutes;564 1.22.9.2;17.9.2 Tenericutes;564 1.22.10;17.10 Actinobacteria: grampositiv mit hohem GC-Gehalt ;565 1.22.10.1;17.10.1 Rubrobacterales, Coriobacterales, Acidimicrobiales, Bifidobacteriales ;565 1.22.10.2;17.10.2 Actinomycetales;566 1.22.10.2.1;Streptomyces;568 1.22.10.2.2;Andere myzelbildende Actinomycetales;568 1.22.10.2.3;Actinomycetales ohne Myzel;569 1.22.11;17.11 Fusobacteria;570 1.22.12;17.12 Cyanobacteria – oxygen photosynthetisch, hoch divers und weit verbreitet ;571 1.22.12.1;17.12.1 Phylogenie und Taxonomie;571 1.22.12.2;17.12.2 Stoffwechsel und Sekundärstoffe ;572 1.22.13;17.13 Nitrospirae;572 1.22.14;17.14 Acidobacteria;573 1.22.15;17.15 Spirochaetae;574 1.22.16;17.16 Planctomycetes, Verrucomicrobia, Chlamydiae;575 1.22.16.1;17.16.1 Planctomycetes;575 1.22.16.1.1;Planctomycetaceae;576 1.22.16.1.2;Anammoxbakterien;577 1.22.16.2;17.16.2 Verrucomicrobia;577 1.22.16.2.1;Prosthekate, aerobe Formen;577 1.22.16.2.2;Kokkoide, obligat anaerobe Formen;578 1.22.16.2.3;Pelagiococcus, ein Vertreter ohne Peptidoglykan ;578 1.22.16.2.4;Epixenosomen;578 1.22.16.2.5;„ Candidatus Xiphinematobacter“, ein symbiontischer Vertreter ;578 1.22.16.3;17.16.3 Chlamydiae;578 1.22.17;17.17 Chlorobi;579 1.22.17.1;17.17.1 Chlorobiaceae;580 1.22.17.2;17.17.2 Klasse Ignavibacteria;580 1.22.17.3;17.17.3 „Thermochlorobacteriaceae“ ;580 1.22.18;17.18 Bacteroidetes;580 1.22.18.1;17.18.1 Bacteroidales;580 1.22.18.2;17.18.2 Cytophagales;581 1.22.18.3;17.18.3 Flavobacteriales;582 1.22.18.4;17.18.4 Sphingobacteriales;582 1.22.19;17.19 Proteobacteria;583 1.22.19.1;17.19.1 Alphaproteobacteria;583 1.22.19.1.1;Anoxygen phototrophe Alphaproteobacteria ;583 1.22.19.1.2;Obligat aerobe anoxygen phototrophe Alphaproteobacteria;584 1.22.19.1.3;Chemolithoautotrophe Alphaproteobacteria ;584 1.22.19.1.4;Methanotrophe und fakultativ methylotrophe Alphaproteobacteria ;584 1.22.19.1.5;Symbionten der Leguminosen;585 1.22.19.1.6;Intrazelluläre human- und tierpathogene Arten;586 1.22.19.1.7;Stoffwechselphysiologisch besondere Gattungen;587 1.22.19.2;17.19.2 Betaproteobacteria Anoxygen phototrophe Betaproteobacteria ;587 1.22.19.2.1;Chemolithoautotrophe Betaproteobacteria ;587 1.22.19.2.2;Rhodocyclales;587 1.22.19.2.3;Burkholderiales;588 1.22.19.2.4;Neisseriales;588 1.22.19.3;17.19.3 Gammaproteobacteria Anoxygen phototrophe Gammaproteobacteria ;589 1.22.19.3.1;Chemolithoautotrophe schwefeloxidierende Gammaproteobacteria ;589 1.22.19.3.2;Methylococcales;591 1.22.19.3.3;Pseudomonadales;591 1.22.19.3.4;Xanthomonadales;592 1.22.19.3.5;Alteromonadales;593 1.22.19.3.6;Enterobacteriales;593 1.22.19.3.7;Legionellales;594 1.22.19.3.8;Pasteurellales;595 1.22.19.3.9;Vibrionales;595 1.22.19.4;17.19.4 Deltaproteobacteria;595 1.22.19.4.1;Myxococcales;595 1.22.19.4.2;Bdellovibrionales;596 1.22.19.5;17.19.5 Epsilonproteobacteria;597 1.22.19.5.1;Pathogene Vertreter der Epsilon-Protobacteria ;597 1.23;18 Die Rolle von Mikroorganismen im Stoffkreislauf und in der Natur;600 1.23.1;18.1 Überblick;600 1.23.2;18.2 Ökosystem, Standort und ökologische Nische;600 1.23.2.1;18.2.1 Ökosystem;600 1.23.2.2;18.2.2 Standort;600 1.23.2.3;18.2.3 Ökologische Nische;601 1.23.2.4;18.2.4 Bewohner eines Ökosystems;601 1.23.3;18.3 Limitierung von Substraten und Energiequellen;601 1.23.3.1;18.3.1 LogistischesWachstum;601 1.23.3.2;18.3.2 Begrenzung der Substratverfügbarkeit ;602 1.23.4;18.4 Fließsysteme, Substrataffinität und Schwellenwerte ;602 1.23.5;18.5 Hunger, Stress, Abweidung und Populationskontrolle durch Phagen ;603 1.23.5.1;18.5.1 Hunger;603 1.23.5.2;18.5.2 Stress;604 1.23.5.3;18.5.3 Abweidung;604 1.23.5.4;18.5.4 Phagen;605 1.23.6;18.6 Transport von Substraten und Produkten;605 1.23.6.1;18.6.1 Diffusionskontrollierte Lebensräume und Gradientenorga-nismen;607 1.23.7;18.7 Methoden zur Analyse mikrobieller Populationen und ihrer Aktivitäten in der Natur;607 1.23.7.1;18.7.1 Färbetechniken und Mikroautoradiografie ;608 1.23.7.2;18.7.2 Chemische Methoden;608 1.23.7.3;18.7.3 Kultivierungsmethoden;608 1.23.7.4;18.7.4 Molekularbiologische Methoden;609 1.23.7.5;18.7.5 Analyse von Organismengemeinschaften ;611 1.23.8;18.8 Oberflächenanheftung, Biofilme und interzelluläre Kommunikation;611 1.23.8.1;18.8.1 Oberflächenanheftung;611 1.23.8.2;18.8.2 Funktionelle Differenzierung im Biofilm;612 1.23.9;18.9 Kooperation zwischen Mikroorganismen;613 1.23.9.1;18.9.1 Die anaerobe Fütterungskette ;614 1.23.9.2;18.9.2 Andere Typen von Symbiosen;614 1.23.10;18.10 Seen und Ozeane;615 1.23.10.1;18.10.1 Süßgewässer ;616 1.23.10.1.1;Seen ;616 1.23.10.1.2;Freiwasser;617 1.23.10.1.3;Seesediment;618 1.23.10.1.4;Lithotrophe Oxidation;619 1.23.10.1.5;Fließgewässer;620 1.23.10.2;18.10.2 Ozean;620 1.23.10.2.1;Primärproduktion;620 1.23.10.2.2;Tiefsee;621 1.23.10.2.3;Marschen;621 1.23.10.2.4;Marine Sedimente;622 1.23.10.2.5;Anaerobe Methanoxidation;622 1.23.10.2.6;Anaerobe Ammoniumoxidation;623 1.23.11;18.11 Boden und tiefer Untergrund;623 1.23.11.1;18.11.1 Boden als Standort für Mikroorganismen;623 1.23.11.2;18.11.2 Bodenbestandteile;623 1.23.11.3;18.11.3 Mikroorganismen im Boden;625 1.23.11.4;18.11.4 Stickstoffhaushalt;625 1.23.11.5;18.11.5 Methankreislauf;626 1.23.11.6;18.11.6 Schichtung des Bodens;626 1.23.11.7;18.11.7 Tiefer Untergrund;626 1.23.12;18.12 Extreme Standorte und ihre Bewohner;626 1.23.12.1;18.12.1 Heiße Standorte und thermophile Organismen ;627 1.23.12.1.1;Extrem heiße Standorte;627 1.23.12.2;18.12.2 Kalte Standorte, psychrophile Organismen und Kältekonservierung ;629 1.23.12.3;18.12.3 Saure und basische Standorte und daran angepasste Organismen ;630 1.23.12.4;18.12.4 Salzreiche Standorte und halophile Organismen;631 1.23.13;18.13 Geomikrobiologie, Mikroorganismen als Gestalter unserer Erde;632 1.23.13.1;18.13.1 Eisenablagerung;632 1.23.13.2;18.13.2 Ablagerung von Calciumcarbonat ;633 1.23.13.3;18.13.3 Schwefelablagerung und andere Lagerstätten;633 1.23.13.4;18.13.4 Eliminierung von toxischen Metallen und Metalloiden;633 1.23.14;18.14 Tierische Verdauungssysteme ;633 1.23.14.1;18.14.1 Ernährungs- und Verdauungstypen ;634 1.23.14.2;18.14.2 Verdauungsapparat der Wiederkäuer;634 1.23.14.3;18.14.3 Verdauungsapparat des Pferdes;636 1.23.14.4;18.14.4 Verdauungsapparat von holzfressenden Termiten;636 1.24;19 Mikroorganismen als Symbionten und Antagonisten;640 1.24.1;19.1 Symbiosen;640 1.24.2;19.2 Symbiose von stickstofffixierenden Bakterien mit Pflanzen ;640 1.24.2.1;19.2.1 Wurzel- oder Stammknöllchenbakterien ;640 1.24.2.2;19.2.2 Andere Formen;643 1.24.3;19.3 Lebensgemeinschaften von Mikroorganismen mit Tieren;644 1.24.4;19.4 Körperflora des Menschen;645 1.24.4.1;19.4.1 Haut;645 1.24.4.2;19.4.2 Mundhöhle;647 1.24.4.3;19.4.3 Verdauungstrakt;647 1.24.4.4;19.4.4 Atemwege;649 1.24.4.5;19.4.5 Urogenitalbereich;649 1.24.5;19.5 Mikroorganismen als Auslöser von Krankheiten;649 1.24.5.1;19.5.1 Wirkmechanismen tier- und humanpathogener Bakterien;649 1.24.5.1.1;Adhäsion der Bakterien;651 1.24.5.1.2;Invasion der Bakterien;651 1.24.5.1.3;Kolonisation und Ausbreitung der Bakterien;653 1.24.5.1.4;Toxine;653 1.24.5.1.5;Überwindung von Abwehrmechanismen des Wirtes;655 1.24.5.1.6;Medizinische Diagnostik;659 1.24.5.2;19.5.2 Ausgewählte bakterielle Krankheitserreger bei Mensch und Tier Erkrankungen der Atemwege;661 1.24.5.2.1;Erkrankungen des Verdauungstraktes;663 1.24.5.2.2;Erkrankungen des Urogenitaltrakts;668 1.24.5.2.3;Erkrankungen des Zentralnervensystems;669 1.24.5.2.4;Systemische Infektionen;670 1.24.5.3;19.5.3 Virale Krankheitserreger und Prionen;671 1.24.6;19.6 Epidemiologie und öffentliche Gesundheit ;674 1.24.6.1;19.6.1 Epidemiologische Grundbegriffe ;674 1.24.6.2;19.6.2 Krankenhaushygiene und nosokomiale Infektionen;675 1.24.6.3;19.6.3 Umwelthygiene (Wasserhygiene) ;676 1.24.7;19.7 Pflanzenpathogene Bakterien;676 1.24.7.1;19.7.1 Ausgewählte pflanzenpathogene Bakterien ;676 1.24.7.2;19.7.2 Pflanzenabwehr gegen Mikroorganismen;677 1.24.8;19.8 BiologischeWaffen;680 1.25;20 Mikroorganismen im Dienste des Menschen: Biotechnologie;686 1.25.1;20.1 Überblick;686 1.25.2;20.2 Die Bakterienzelle als Produzent;686 1.25.3;20.3 Technische Abläufe in der klassischen Biotechnologie;687 1.25.4;20.4 Essigsäure;689 1.25.4.1;20.4.1 Unvollständige Oxidationen;689 1.25.4.2;20.4.2 Stoffwechselleistungen von Essigsäurebakterien;689 1.25.4.3;20.4.3 Biochemie der Essigsäurebildung ;690 1.25.5;20.5 Produktion organischer Säuren durch Pilze und Bakterien ;690 1.25.5.1;20.5.1 Physiologie und Biotechnologie ;691 1.25.5.1.1;Synthese von Zitronensäure;691 1.25.5.1.2;Optimierung der Ausbeute an Zitronensäure ;692 1.25.5.2;20.5.2 Biochemie der Säurebildung durch Pilze;692 1.25.5.3;20.5.3 Produktion organischer Säuren durch Bakterien;694 1.25.6;20.6 Aminosäuren;694 1.25.7;20.7 Stoffumwandlungen;695 1.25.8;20.8 Antibiotika;696 1.25.8.1;20.8.1 Antibiotikabildende Mikro-organismen;697 1.25.8.2;20.8.2 Nachweis der Synthese von Antibiotika;697 1.25.8.3;20.8.3 Therapeutisch wichtige Antibiotika;699 1.25.8.3.1;Penicilline;699 1.25.8.3.2;Cephalosporine;699 1.25.8.3.3;Streptomycin;699 1.25.8.3.4;Chloramphenicol;699 1.25.8.3.5;Tetracycline;700 1.25.8.3.6;Makrolide;700 1.25.8.3.7;Polypeptidantibiotika;700 1.25.8.4;20.8.4 Mykotoxine;701 1.25.9;20.9 Vitamine;702 1.25.10;20.10 Exopolysaccharide und Tenside;703 1.25.11;20.11 Enzyme;703 1.25.12;20.12 Polyhydroxyalkanoate;704 1.25.13;20.13 Gentechnische Verfahren;705 1.25.13.1;20.13.1 Klassische Verfahren versus Gentechnik;705 1.25.13.2;20.13.2 Überblick über Prozesse;705 1.25.13.3;20.13.3 Produktionsstämme;705 1.25.13.4;20.13.4 Vektoren;706 1.25.13.5;20.13.5 Exoenzyme;706 1.25.13.6;20.13.6 Einschlusskörper;706 1.25.14;20.14 Produktion von Biomasse;706 1.25.15;20.15 Umwelttechnologie;707 1.25.15.1;20.15.1 Abwasserreinigung;707 1.25.15.1.1;Abwasserreinigung im Belebtschlammverfahren ;707 1.25.15.1.2;Entfernung von Stickstoff- und Phosphorverbindungen ;710 1.25.15.1.3;Primär anaerobe Abwasserbehandlung;710 1.25.15.2;20.15.2 Kompostierung;711 1.25.15.3;20.15.3 Trinkwasserbehandlung;711 1.25.15.4;20.15.4 Abluftreinigung;711 1.25.15.5;20.15.5 Bodensanierung;712 1.25.16;20.16 Metalllaugung und Renaturierung im Tagebau;712 1.25.17;20.17 Energieversorgung;713 1.25.18;20.18 Biosensoren;714 1.25.19;20.19 Mikrobiologische Prozesskontrolle;714 1.25.20;20.20 Mikrobielle Schädlingsbekämpfung ;715 1.26;Anhang;718 1.26.1;Thermodynamische Grundlagen des Stoffwechsels ;718 1.26.1.1;Berechnung von freien Reaktionsenergien ;718 1.26.1.2;Kopplung von ATP-Synthese an den Energiestoffwechsel;718 1.26.1.3;Abschätzung der möglichen ATP-Ausbeute im Energiestoffwechsel;719 1.26.1.4;Berechnung der freien Reaktionsenergie .G0 aus den Bildungsenergien der Reaktanden ;719 1.26.1.5;Redoxreaktionen und Redoxpotenzial (Nernst-Gleichung) ;720 1.26.1.5.1;Biologische Redoxreaktionen und ihre Beschreibung ;721 1.26.1.5.2;Betrachtung der Knallgasreaktion als Modell für die Atmung;721 1.26.1.5.3;Nernst-Gleichung;722 1.26.1.5.4;Nernst-Gleichung für die zellulären Konzentrationen der Redoxpartner ;722 1.26.1.5.5;Redoxpotenzial als Maß für die maximale Nutzbarkeit oder für die Freie Energie .G0 einer Reaktion ;723 1.26.2;Vocabularium;724 1.26.2.1;A;724 1.26.2.2;B;724 1.26.2.3;C;724 1.26.2.4;D;725 1.26.2.5;E;725 1.26.2.6;F;725 1.26.2.7;G;725 1.26.2.8;H;726 1.26.2.9;I;726 1.26.2.10;K;726 1.26.2.11;L;726 1.26.2.12;M;726 1.26.2.13;N;727 1.26.2.14;O;727 1.26.2.15;P;727 1.26.2.16;Q;728 1.26.2.17;R;728 1.26.2.18;S;728 1.26.2.19;T;729 1.26.2.20;U;729 1.26.2.21;V;729 1.26.2.22;X;729 1.26.2.23;Z;729 1.26.3;Sachverzeichnis;730 1.26.3.1;A;730 1.26.3.2;B;732 1.26.3.3;C;733 1.26.3.4;D;734 1.26.3.5;E;735 1.26.3.6;F;736 1.26.3.7;G;737 1.26.3.8;H;738 1.26.3.9;I;739 1.26.3.10;J;740 1.26.3.11;K;740 1.26.3.12;L;740 1.26.3.13;M;741 1.26.3.14;N;743 1.26.3.15;O;743 1.26.3.16;P;744 1.26.3.17;Q;746 1.26.3.18;R;746 1.26.3.19;S;747 1.26.3.20;T;749 1.26.3.21;U;751 1.26.3.22;V;751 1.26.3.23;W;751 1.26.3.24;X;752 1.26.3.25;Y;752 1.26.3.26;Z;752