Microbiologie uitwerkingen voor tentamen
Leerdoelen:
1. Aan de hand van voorbeelden kunnen uitleggen:
a. Hoe je op basis van specifieke celstructuren en enzymen (eu)bacteriën kunt
indelen in verschillende groepen middels kweek en kleuringstechnieken.
b. Waardoor bacteria een aparte groep vormen t.o.v. de domeinen archaea en eukarya
2. Uitleggen hoe bij de milieuomstandigheden O2-concentratie, temperatuur, pH, en
wateractiviteit prokaryoten kunnen groeien of niet.
3. Op basis van voorbeelden uit de stikstof en zwavelcyclus laten zien hoe de cellulaire
respiratie (molecuulniveau) van verschillende micro-organismen leidt tot hun rol in deze
cycli. (organismeniveau)
4. De fosforylering op substraatniveau en de oxidatieve fosforylering vergelijken aan de
hand van voorbeelden van fermentatieprocessen
5. Op basis van een microbiologisch voorbeeld-experiment beargumenteren waarom de
verschillende stappen waar een microbiologisch onderzoek uit bestaat zijn genomen.
Stof op tentamen:
1. Stof uit de colleges en de daarbij gebruikte figuren in de powerpoints
2. Voorbereidende/verwerkingsvragen hoorcollege
3. Practicumstof (inhoudelijke achtergrond, technieken bij isoleren, kweek microorganisme.
Inhoud
HC1 ............................................................................................................................................. 2
HC2 ........................................................................................................................................... 15
HC3 ........................................................................................................................................... 45
HC 4 .......................................................................................................................................... 62
Practica ..................................................................................................................................... 72
,HC1
Globale celstructuur:
Alle cellen hebben gemeenschappelijke
eigenschappen en bevatten vergelijkbare
componenten. Ze hebben een
cytoplasmatisch membraan dat de
binnenkant van de cel (het cytoplasma)
scheidt van de buitenkant. Het cytoplasma is
een mengsel van macromoleculen (zoals
eiwitten, lipiden, nucleïnezuren en
polysachariden), kleine organische
moleculen, anorganische ionen en
ribosomen. Ribosomen zijn verantwoordelijk voor de eiwitsynthese. Sommige cellen hebben
een celwand die structuur biedt en sterker is dan het membraan. Celwanden komen vooral
voor bij planten en de meeste micro-organismen, maar niet bij dierlijke cellen.
Er zijn twee fundamentele celtypen: prokaryoten en eukaryoten. Eukaryoten, zoals planten,
dieren, algen, protozoa en schimmels, hebben organellen, waaronder een celkern,
mitochondriën en chloroplasten. Prokaryoten, die te vinden zijn bij Bacteria en Archaea,
hebben weinig interne structuren, geen celkern en meestal geen organellen. Hoewel zowel
Bacteria als Archaea prokaryotische cellen hebben, verschillen ze op moleculair en genetisch
niveau aanzienlijk. Interessant is dat Archaea in sommige opzichten meer lijken op
Eukaryoten dan op Bacteria.
In eukaryotische cellen bestaat het DNA uit meerdere lineaire moleculen, elk in een eigen
chromosoom binnen de met een membraan omhulde celkern. Bij Bacteria en Archaea zijn de
genomen meestal gesloten, circulaire chromosomen, hoewel sommige prokaryoten lineaire
chromosomen hebben. In prokaryotische cellen vormt het chromosoom een nucleoid, een
massa zichtbaar onder een elektronenmicroscoop, maar niet omgeven door een membraan.
De meeste prokaryotische cellen hebben één chromosoom, maar bevatten vaak ook kleine
cirkels DNA, plasmiden genoemd.
,Vormen van soorten Bacteria
Prokaryotische cellen hebben verschillende vormen. Een bolvormige of ovale cel wordt een
coccus genoemd, een cilindervormige cel heet een bacillus of staaf, en een spiraalvormige cel
een spirillum. Een licht gebogen, komma-vormige cel heet een vibrio, terwijl spirocheten
flexibel zijn, in tegenstelling tot de rigide spirilla. Sommige bacteriën hebben onregelmatige
vormen en gebruiken structuren zoals stelen of hyfen voor hechting of vergroting van het
oppervlak. Celverdeling kan leiden tot verschillende patronen, zoals paren (diplococci),
ketens (streptococci), kubussen (tetrads) of clusters (staphylococci). Er zijn ook bacteriën met
unieke vormen, zoals vierkante, zeshoekige of stervormige bacteriën. Deze morfologieën
variëren sterk, waarbij sommige vormen veel vaker voorkomen dan andere.
Celenvelop
,De celenvelop is het systeem dat het cytoplasma omsluit. De celenvelop heeft drie
belangrijke functies die terugkomen op het tentamen: Het celmembraan van Bacteria en
Archaea. Transportsystemen en de Celwand van bacteria
Het celmembraan heeft drie primaire functies:
Het cytoplasmatische membraan heeft drie belangrijke functies. Ten eerste fungeert het als
een doorlaatbaarheidsbarrière, die passieve lekkage van stoffen in of uit de cel voorkomt.
Ten tweede verankert het membraan verschillende eiwitten die essentiële celprocessen
katalyseren. Ten derde speelt het membraan van bacteriën en archaea een belangrijke rol in
energieopslag en -verbruik.
Het membraan vormt een barrière tegen de diffusie van de meeste stoffen, vooral polaire of
geladen moleculen. Hierdoor moeten transporteiwitten actief stoffen in of uit de cel
transporteren, vaak tegen de concentratiegradiënt in, wat energie vereist. Deze eiwitten zijn
zeer specifiek en efficiënt, met verschillende affiniteiten afhankelijk van de concentratie van
voedingsstoffen.
Daarnaast is het membraan een belangrijke locatie voor energieconservatie. Door de
scheiding van protonen (H+) en hydroxylionen (OH-) ontstaat er een proton motive force,
vergelijkbaar met de energie in een opgeladen batterij. Dit proces kan worden gekoppeld aan
energiereacties zoals transport, celbeweging en ATP-synthese. Bij eukaryoten vindt
energieconservatie plaats in organellen zoals mitochondriën en chloroplasten.
,Het celmembraan van Bacteria bestaat grotendeels uit fosfolipiden. Een glycerol met een
fosfaatgroep met daaraan een restgroep (side chain). Aan het glycerol zit een hydrofobe
vetzuurketen die verbonden is met een ester binding.
Het celmembraan van Archaea bestaat uit fytanylketens. Dit zijn aan elkaar gekoppelde
isopreengroepen met een CH3-groep aan de zijkant. De fytanylketens zijn verbonden met
een ether-groep aan de glycerolfosfaat. De hydrofobe staart is opgemaakt uit bifytanyl of
crenarcheol.
,In het cytoplasmatische membraan zijn verschillende eiwitten aanwezig of eraan gehecht.
Deze membraaneiwitten hebben vaak hydrofobe domeinen die door het membraan lopen en
hydrofiele domeinen die contact maken met de omgeving of het cytoplasma. Eiwitten die
diep in het membraan zitten, worden integrale membraaneiwitten genoemd. Veel van deze
eiwitten steken volledig door het membraan heen en worden transmembraneiwitten
genoemd.
Daarentegen zijn perifere membraaneiwitten losser verbonden. Sommige perifere
membraaneiwitten zijn lipoproteïnen, die een hydrofobe lipidenstaart hebben die het eiwit
verankert in het membraan. Andere perifere eiwitten binden aan de hydrofiele kopgroepen
van fosfolipiden of via andere eiwitten die in het membraan verankerd zijn. Deze perifere
eiwitten spelen een belangrijke rol in processen zoals energiemetabolisme en transport door
interactie met integrale membraaneiwitten.
, Transportsystemen
Actief transport is het proces waarbij cellen opgeloste stoffen verzamelen tegen de
concentratiegradiënt in. In prokaryote cellen worden drie basismechanismen van actief
transport gevonden. Een eenvoudig transportsysteem bestaat alleen uit een
transmembraantransporteiwit, groepstranslocatie maakt gebruik van een reeks eiwitten in
het transportevenement en ABC-transportsystemen bestaan uit drie componenten: een
bindend eiwit, een transmembraantransporter en een ATP-hydrolyserend eiwit (Figuur 2.6).
Elk van deze transportsystemen wordt aangedreven door energie, of het nu gaat om de
protonaandrijfkracht, ATP of een andere energierijke verbinding
De transmembraancomponent van vrijwel alle transportsystemen bestaat uit een
polypeptide met 12 regio's (domeinen genoemd) die heen en weer door het membraan
weven om een kanaal te vormen, en het is via dit kanaal dat de opgeloste stof de cel in wordt
getransporteerd. Transport is gekoppeld aan een conformationele verandering in dit
transmembraanproteïnecomplex dat optreedt wanneer het zijn specifieke opgeloste stof
bindt. Als een poort die openzwaait, veegt deze conformationele verandering de opgeloste
stof de cel in.
Leerdoelen:
1. Aan de hand van voorbeelden kunnen uitleggen:
a. Hoe je op basis van specifieke celstructuren en enzymen (eu)bacteriën kunt
indelen in verschillende groepen middels kweek en kleuringstechnieken.
b. Waardoor bacteria een aparte groep vormen t.o.v. de domeinen archaea en eukarya
2. Uitleggen hoe bij de milieuomstandigheden O2-concentratie, temperatuur, pH, en
wateractiviteit prokaryoten kunnen groeien of niet.
3. Op basis van voorbeelden uit de stikstof en zwavelcyclus laten zien hoe de cellulaire
respiratie (molecuulniveau) van verschillende micro-organismen leidt tot hun rol in deze
cycli. (organismeniveau)
4. De fosforylering op substraatniveau en de oxidatieve fosforylering vergelijken aan de
hand van voorbeelden van fermentatieprocessen
5. Op basis van een microbiologisch voorbeeld-experiment beargumenteren waarom de
verschillende stappen waar een microbiologisch onderzoek uit bestaat zijn genomen.
Stof op tentamen:
1. Stof uit de colleges en de daarbij gebruikte figuren in de powerpoints
2. Voorbereidende/verwerkingsvragen hoorcollege
3. Practicumstof (inhoudelijke achtergrond, technieken bij isoleren, kweek microorganisme.
Inhoud
HC1 ............................................................................................................................................. 2
HC2 ........................................................................................................................................... 15
HC3 ........................................................................................................................................... 45
HC 4 .......................................................................................................................................... 62
Practica ..................................................................................................................................... 72
,HC1
Globale celstructuur:
Alle cellen hebben gemeenschappelijke
eigenschappen en bevatten vergelijkbare
componenten. Ze hebben een
cytoplasmatisch membraan dat de
binnenkant van de cel (het cytoplasma)
scheidt van de buitenkant. Het cytoplasma is
een mengsel van macromoleculen (zoals
eiwitten, lipiden, nucleïnezuren en
polysachariden), kleine organische
moleculen, anorganische ionen en
ribosomen. Ribosomen zijn verantwoordelijk voor de eiwitsynthese. Sommige cellen hebben
een celwand die structuur biedt en sterker is dan het membraan. Celwanden komen vooral
voor bij planten en de meeste micro-organismen, maar niet bij dierlijke cellen.
Er zijn twee fundamentele celtypen: prokaryoten en eukaryoten. Eukaryoten, zoals planten,
dieren, algen, protozoa en schimmels, hebben organellen, waaronder een celkern,
mitochondriën en chloroplasten. Prokaryoten, die te vinden zijn bij Bacteria en Archaea,
hebben weinig interne structuren, geen celkern en meestal geen organellen. Hoewel zowel
Bacteria als Archaea prokaryotische cellen hebben, verschillen ze op moleculair en genetisch
niveau aanzienlijk. Interessant is dat Archaea in sommige opzichten meer lijken op
Eukaryoten dan op Bacteria.
In eukaryotische cellen bestaat het DNA uit meerdere lineaire moleculen, elk in een eigen
chromosoom binnen de met een membraan omhulde celkern. Bij Bacteria en Archaea zijn de
genomen meestal gesloten, circulaire chromosomen, hoewel sommige prokaryoten lineaire
chromosomen hebben. In prokaryotische cellen vormt het chromosoom een nucleoid, een
massa zichtbaar onder een elektronenmicroscoop, maar niet omgeven door een membraan.
De meeste prokaryotische cellen hebben één chromosoom, maar bevatten vaak ook kleine
cirkels DNA, plasmiden genoemd.
,Vormen van soorten Bacteria
Prokaryotische cellen hebben verschillende vormen. Een bolvormige of ovale cel wordt een
coccus genoemd, een cilindervormige cel heet een bacillus of staaf, en een spiraalvormige cel
een spirillum. Een licht gebogen, komma-vormige cel heet een vibrio, terwijl spirocheten
flexibel zijn, in tegenstelling tot de rigide spirilla. Sommige bacteriën hebben onregelmatige
vormen en gebruiken structuren zoals stelen of hyfen voor hechting of vergroting van het
oppervlak. Celverdeling kan leiden tot verschillende patronen, zoals paren (diplococci),
ketens (streptococci), kubussen (tetrads) of clusters (staphylococci). Er zijn ook bacteriën met
unieke vormen, zoals vierkante, zeshoekige of stervormige bacteriën. Deze morfologieën
variëren sterk, waarbij sommige vormen veel vaker voorkomen dan andere.
Celenvelop
,De celenvelop is het systeem dat het cytoplasma omsluit. De celenvelop heeft drie
belangrijke functies die terugkomen op het tentamen: Het celmembraan van Bacteria en
Archaea. Transportsystemen en de Celwand van bacteria
Het celmembraan heeft drie primaire functies:
Het cytoplasmatische membraan heeft drie belangrijke functies. Ten eerste fungeert het als
een doorlaatbaarheidsbarrière, die passieve lekkage van stoffen in of uit de cel voorkomt.
Ten tweede verankert het membraan verschillende eiwitten die essentiële celprocessen
katalyseren. Ten derde speelt het membraan van bacteriën en archaea een belangrijke rol in
energieopslag en -verbruik.
Het membraan vormt een barrière tegen de diffusie van de meeste stoffen, vooral polaire of
geladen moleculen. Hierdoor moeten transporteiwitten actief stoffen in of uit de cel
transporteren, vaak tegen de concentratiegradiënt in, wat energie vereist. Deze eiwitten zijn
zeer specifiek en efficiënt, met verschillende affiniteiten afhankelijk van de concentratie van
voedingsstoffen.
Daarnaast is het membraan een belangrijke locatie voor energieconservatie. Door de
scheiding van protonen (H+) en hydroxylionen (OH-) ontstaat er een proton motive force,
vergelijkbaar met de energie in een opgeladen batterij. Dit proces kan worden gekoppeld aan
energiereacties zoals transport, celbeweging en ATP-synthese. Bij eukaryoten vindt
energieconservatie plaats in organellen zoals mitochondriën en chloroplasten.
,Het celmembraan van Bacteria bestaat grotendeels uit fosfolipiden. Een glycerol met een
fosfaatgroep met daaraan een restgroep (side chain). Aan het glycerol zit een hydrofobe
vetzuurketen die verbonden is met een ester binding.
Het celmembraan van Archaea bestaat uit fytanylketens. Dit zijn aan elkaar gekoppelde
isopreengroepen met een CH3-groep aan de zijkant. De fytanylketens zijn verbonden met
een ether-groep aan de glycerolfosfaat. De hydrofobe staart is opgemaakt uit bifytanyl of
crenarcheol.
,In het cytoplasmatische membraan zijn verschillende eiwitten aanwezig of eraan gehecht.
Deze membraaneiwitten hebben vaak hydrofobe domeinen die door het membraan lopen en
hydrofiele domeinen die contact maken met de omgeving of het cytoplasma. Eiwitten die
diep in het membraan zitten, worden integrale membraaneiwitten genoemd. Veel van deze
eiwitten steken volledig door het membraan heen en worden transmembraneiwitten
genoemd.
Daarentegen zijn perifere membraaneiwitten losser verbonden. Sommige perifere
membraaneiwitten zijn lipoproteïnen, die een hydrofobe lipidenstaart hebben die het eiwit
verankert in het membraan. Andere perifere eiwitten binden aan de hydrofiele kopgroepen
van fosfolipiden of via andere eiwitten die in het membraan verankerd zijn. Deze perifere
eiwitten spelen een belangrijke rol in processen zoals energiemetabolisme en transport door
interactie met integrale membraaneiwitten.
, Transportsystemen
Actief transport is het proces waarbij cellen opgeloste stoffen verzamelen tegen de
concentratiegradiënt in. In prokaryote cellen worden drie basismechanismen van actief
transport gevonden. Een eenvoudig transportsysteem bestaat alleen uit een
transmembraantransporteiwit, groepstranslocatie maakt gebruik van een reeks eiwitten in
het transportevenement en ABC-transportsystemen bestaan uit drie componenten: een
bindend eiwit, een transmembraantransporter en een ATP-hydrolyserend eiwit (Figuur 2.6).
Elk van deze transportsystemen wordt aangedreven door energie, of het nu gaat om de
protonaandrijfkracht, ATP of een andere energierijke verbinding
De transmembraancomponent van vrijwel alle transportsystemen bestaat uit een
polypeptide met 12 regio's (domeinen genoemd) die heen en weer door het membraan
weven om een kanaal te vormen, en het is via dit kanaal dat de opgeloste stof de cel in wordt
getransporteerd. Transport is gekoppeld aan een conformationele verandering in dit
transmembraanproteïnecomplex dat optreedt wanneer het zijn specifieke opgeloste stof
bindt. Als een poort die openzwaait, veegt deze conformationele verandering de opgeloste
stof de cel in.
