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Vorlesung Grundlagen der Umweltmikrobiologie
Rainer U. MeckenstockLehrstuhl für Grundwasserökologie (WZW)
und Helmholtz-Zentrum München
Institut für GrundwasserökologieTel: 089 3187 2561
Empfohlene Literatur
• Fuchs: Allgemeine Mikrobiologie (Thieme)
• Dixon: Der Pilz der John F. Kennedy zum Präsidenten machte (Spektrum)
• Lengeler: Biology of the Prokaryotes (Thieme)
Was müssen wir über die Mikroorganismen in der Umwelt
überhaupt wissen?
Sie wollen im Landesamt für Umweltschutz einen Mikrobiologen zur Bewertung von Grundwasser (sauber und kontaminiert) einstellen. Frage:Welches Wissen muss der ideale Kandidat mitbringen um das leisten zu können?
Organismus des TagesDesulfovibrio desulfuricans
• Abteilung: Proteobacteria• Klasse: Deltaproteobacteria• Ordnung: Desulfovibrionales• Familie: Desulfovibrionaceae• Gattung: Desulfovibrio• Art: Desulfovibrio desulfuricans
The uncultured majority
• Black: 12 original Phyla (Woese 1987)many pure cultures
• White: 14 new phyla since 1987some isolates
• Gray: 26 candidate phylano isolates
Rappé & Giovannoni (Annu Rev Microbiol, 2003)Keller & Zengler (Nat Rev Microbiol, 2004)
What are they all doing ?
1205
1367
220
1808
91
8
4
9
13
1124
25
n = published species
Frage: Wie funktioniert eigentlich Atmung oder Gärung?
Wie gewinne ich prinzipiell Energie?
Welches sind die energetisch wichtigen Reaktionen, die einem Mikroorganismus erlauben einen Protonengradienten aufzubauen?
Generelles Prinzip der Energiegewinnung
Substrat red Substrat ox
Produkt ox Produkt red
H
Oxidierender Ast Reduzierender Ast
Beispiel Glukose und Sauerstoff
Glc O2
CO2 H2O
H
ADP + Pi
ATP
ADP + Pi
ATP
Beispiel Glukosevergärung
Glc CH3COOH
CH3COOH + CO2 H2 + Butyrat
H
ADP + Pi
ATP
Beispiel Eisensulfid und Sauerstoff
FeS O2
SO42- + Fe(OH)3 H2O
H
ADP + Pi
ATP
Stöchiometrie aerob?
Erstellen sie bitte kurz die Redoxgleichung für die Oxidation von Glucose mit Sauerstoff.
C6H12O6 + O2 ↔ CO2 +
Stöchiometrie aerob?
Erstellen sie bitte kurz die Redoxgleichung für die Oxidation von Glucose mit Sauerstoff.
C6H12O6 + 6 O2 ↔ 6 CO2 + 6 H2O
C6H12O6 + 6 H2O ↔ 6 CO2 + 24 e- + 24 H+ oxidativ
O2 + 4 e- + 4 H+ ↔ 2 H2O / x 6 reduktiv
6 O2 + 24 e- + 24 H+ ↔ 12 H2O
C6H12O6 + 6 O2 ↔ 6 CO2 + 6 H2O oxidativ plus reduktiv
Sehr vereinfacht wird die Erstellung der Gleichungen durch die Aufteilung in die oxidative und in die reduktive Partialgleichung
Stöchiometrie anaerobe Sulfatreduktion?
Erstellen sie bitte kurz die Redoxgleichung für die Oxidation von Glucose mit Sulfat.
C6H12O6 + SO42-↔ X + Y
Stöchiometrie anaerobe Sulfatreduktion?
Erstellen sie bitte kurz die Redoxgleichung für die Oxidation von Glucose mit Sulfat.
C6H12O6 + SO42-↔ X + Y
1) C6H12O6 + 6 H2O ↔ 6 CO2 + 24 e- + 24 H+
2) SO42- + 8 e- + 10 H+ ↔ H2S + 4 H2O / x 3
3) 3 SO42- + 24 e- + 30 H+ ↔ 3 H2S + 12 H2O
4) C6H12O6 + 3 SO42- + 6 H+ ↔ 6 CO2 + 3 H2S + 6 H2O
5) 6 CO2 + 6 H2O ↔ 6 HCO3- + 6 H+
6) 3 H2S + 3 H2O ↔ 3 HS- + 3 H+
7) C6H12O6 + 3 SO42- ↔ 6 HCO3
- + 3 HS- + 3 H+
Wofür ist das gut? Beispiel einer Elektronenbilanz für einen neuen Stoffwechselweg
Wir haben eine neue Anreicherungskultur isoliert, die Benzol anaerob mit Sulfat als Elektronenakzeptor abbauen kann.
- Wird das Benzol vollständig zu CO2 oxidiert? Benzol ca. 500 µM, Sulfat ca. 1,5 mM
0 10 20 300
100
200
300
400
500
600
0.0
1.0
2.0
3.0
Be
nze
ne
[µM
]
Time [d]
Sul
fate
[mM
]
BenzeneSulfate
Wofür ist das gut? Beispiel einer Elektronenbilanz für einen
Grundwasserschaden
- Ist genügend Elektronenakzeptor im Grundwasser um einen Stoff abzubauen?
O Berechnen sie die Konzentration von Benzol, die man maximal mit einer durchschnittlichen Sulfatkonzentration im Grundwasser von 150 µM SO4
2- abbauen kann.
Hausaufgabe
• Erstellen sie eine Prüfungsfrage über die letzte Stunde– Anspruchsvoll aber nicht zu schwer– Was war ihnen am wichtigsten