Transcript Clostridium tetani

Homoacetogenese
Bakterielle Photosynthese
Organismus des Tages
Clostridium tetani
• Das Ende der Gemeinde von St. Kilda Ende des 19ten
Jahrhunderts
• Zeitungsreport über die Krankheit der 8 Tage (Neugeborene)
und die verfluchten Inseln
• Aufgedeckt durch Reverend Angus Fiddes
• Abreiben der Nabelschnur mit Öl
• Hilfe von Lord Lister, Lehrstuhl für Chirurgie in Glasgow,
Einsatz von Karbolsäure
• Hilfe für St. Kilda zu spät, letzten 35 Bewohner 1930 evakuiert
• Heute ca. 800.000 tote Säuglinge durch Neugeborenentetanus
• Heute noch ein Dorf im Sudan mit 1-2 % Säuglingssterblichkeit
durch C. tetani
Clostridium tetani
Phylum: Firmicutes
Klasse: Clostridia
Ordnung: Clostridiales
Familie: Clostridiaceae
Gattung Clostridium
Spezies: Clostridium
tetani
Clostridium tetani
• Erstbeschreibung 1884 von Arthur Nicolaier aus
Göttingen
• Gram-positiv
• Endosporen bildend
• Reservoir ist Erdreich sowie Rinderkot
• Wundstarrkrampf (Tetanus), Tetanospasmin und
Tetanolysin sind die zweitstärksten Gifte nach
Butulinustoxin
• Zerstört die Kontraktionshemmer in den
Nervenbahnen – Dauerkrämpfe
• Durch Impfmüdigkeit wieder Zunahme
Homoacetogenese
• Gilt als erster autotropher Prozess auf der Erde
• Ist weit verbreitet in 19 verschiedenen Genera
• Ist auch mengenmäßig ein wichtiger Prozess im
Globalen C-Zyklus
• Ersten beiden Acetogenen waren Clostridium
aceticum und Moorella thermoacetica (orginär
Clostrium thermoaceticum)
• Die Schlüsselreaktionen sind:
– C6H12O6 → 3 CH3COOH
1 Glucose zu 3 Acetat?
1 Glucose
2 CH3COCOOH
2 Pyruvat + 2 NADH
?
ADP + Pi
4H
ATP
2 CH3COOH + 2 CO2
?
1 Glucose zu 3 Acetat?
1 Glucose
2 CH3COCOOH
2 Pyruvat + 2 NADH
2 CO2
ADP + Pi
4H
ATP
2 CH3COOH + 2 CO2
CH3COOH
C6H12O6 → 3 CH3COOH
4 H2 + 2 CO2 → 3 CH3COOH + 2 H2O
Frage: wieviel Energie gewinne ich aus
der Reduktion von CO2 zu Acetat mit
Wasserstoff als Elektronendonor?
Frage: wieviel Energie gewinne ich aus
der Reduktion von CO2 zu Acetat?
4 H2 + 2 CO2 → CH3COOH + 2 H2O
4 x 0 + 2 x -394,4 → -369,4 + 2 x – 237,4
∆G0‘ = 788,8 – 369,4 – 474,8
= 788,8 – 844,2
= - 55,4 kJ/mol (Methanogenese ∆G0‘ = - 135,6 kJ/mol)
Wir haben aber nicht 1 Bar Wasserstoffpartialdruck in der
Natur!!!
Änderung um eine Größenordnung ca. 6 kJ/mol. D.h. bei
10-6 Bar ist Schluss wenn ich 20 kJ/mol übrigbehalten
muss!!!
Allgemeines Schema des
Kohlenstoffflusses
Flow of carbon in habitats deficient in inorganic
Terminal electron acceptors (e.g. sulfate and iron).
Reaction C is catalyzed exclusively by acetogens.
Shaded: Reactions facilitated by acetogens and other
fermentative microorganisms
Thick arrows: Reactions A-C in which acetogens
participate
Arrow size does not correlate quantitatively with
carbon flow.
Based in part on the 3-stage model of McInerney &
Bryant (1981)
Generelles Stoffwechselschema
der Acetogenen
Funktionsweise der Acetyl-CoA
Dehydrogenase
Ökologie der Homoacetogenen
• Kommen überall vor in anoxischen Habitaten
• Darmbewohner auch Pansen (hier Methanos
besser)
• Konkurieren mit Methanogenen
• Gewinnen gegen Methanos bei niedrigem pH
<6,2
• Gewinnen auch bei niedriger Temperatur z.B.
Tundra
• Oft Sporenbildner und leben auch in gut
belüfteten Böden (Mikronischen)
Mikroagregate
Physiologische Eigenschaften
• Können sehr viele verschiedene Substrate
oxidieren
– CO, H2, Kohlehydrate, Karbonsäuren,
Methoxygruppen von Aromaten
(Ligninbausteine?), etc.
– Keine Polymere
– Nitrat, Nitrit (NH4+), DMSO, Thiosulfat, etc.
– Normalerweise strickt anaerob, aber
aerotolerante Stämme
Organismus des Tages
Chloroflexus aurantiacus
Phylogenie von Chloroflexus
•
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•
Domäne: Bakterien
Phylum: Chloroflexi
Ordnung: Chloroflexales
Familie: Chloroflexaceae
Genus: Chloroflexus
andere Genera:
– Chloronema
– Roseiflexus
The uncultured majority
13
9
1205
4
n = published species
1367
8
220
•
Black: 12 original Phyla
(Woese 1987)
many pure cultures
•
White: 14 new phyla since 1987
some isolates
•
Gray: 26 candidate phyla
no isolates
1808
91
 What are they all doing ?
24
11
25
Rappé & Giovannoni (Annu Rev Microbiol, 2003)
Keller & Zengler (Nat Rev Microbiol, 2004)
Physiologische Eigenschaften von
C. aurantiacus
• Thermophil (bis 70° C)
• Aerob, fakultativ anaerob
• Wächst:
– Photoautotroph über 3-Hydroxypropionatzyklus
– Photoorganotroph (wie
Nichtschwefelpurpurbakterien)
– Chemoorganotroph (bei Lichtmangel)
• Anoxygene Photosynthese
Entnommen aus Fuchs et al., 2007
Photosynthese von C. aurantiacus
• Eigenschaften der grünen
Schwefelbakterien (Chlorobi)
– Chlorosom
– Bacteriochlorophyl c
• Eigenschaften der
Nichtschwefelpurpurbakterien
– Bacteriochlorophyl a
– Reaktionszentrum der Nichtschwefelpurpur?
– B880 Antennenkomplex
Schema des Photosyntheseapparates
von Chloroflexus
Wo absorbieren welche Chlorophylle?
Schichtung im stratifizierten See
Erfolgreiche Jagd in der Sprungschicht
Es geht aber auch in einem Tümpel
Vergleich zu Chlorobi (grüne
Schwefelbakterien)
- Ähnliche Photosynthese
- Aber keine reduzierten
Schwefelverbindungen als Elektronendonor
Wichtigster Unterschied zu oxygener
Photosynthese?
- Nur ein Photosystem
- Nicht genügend Energie um von
Wasserspaltung (+ 1,2 V) zur Reduktion von
NADH zu kommen (- 0,32V)
Aufgaben der Photosynthese:
1)Energiegewinnung
2)Bereitstellen von
Reduktionsäquivalenten (NAD(P)H)
Halobakterien
Habitate für Hyperhalophile
Phototrophe halophile Einzeller färben das Wasser dieser
Salzgewinnungsanlage. Je nach Salzgehalt dominieren bestimmte Arten in
den einzelnen Becken.
Salzsee
• Bild aus Fuchs Seite 563
Saline
Spezielle phototrophe
Energiegewinnung bei Halobakterien
• Bacteriorhodopsin
• Lichtgetriebene Protonenpumpe (ohne ETP)
• Integrales Membranprotein mit 7 Helices
(Österheld, MPI Martinsried)
• Bildet eine quasikristalline Struktur in der
Membran (Purpurmembran)
• Pigment Retinal ist kovalent gebunden
Halobacterium salinarum und
Bacteriorhodopsin
Geklaut vom Lehrstuhl für Biophysik RuhrUni Bochum
Funktionsweise von
Bacteriorhodopsin
• Anregung führt zu
– Konformationsänderung des Proteins
– pKa-Erhöhung der Lysin Schiffschen Base
(Freigabe des Protons)
– Rückfaltung zum CP und erneute Protonierung