| Katharina Munk: Taschenlehrbuch Biologie – Mikrobiologie | 1 |
| Auf einen Blick | 2 |
| Innentitel | 4 |
| Impressum | 5 |
| Vorwort | 6 |
| Hinweise zur Benutzung | 9 |
| So arbeiten Sie effektiv mit der Taschenlehrbuch-Reihe | 9 |
| Adressen | 10 |
| Inhaltsverzeichnis | 12 |
| 1 Die Welt der Mikroorganismen | 20 |
| 1.1 Winzlinge mit großem Anpassungsvermögen | 20 |
| 1.2 Mikroorganismen in der Natur | 24 |
| 1.3 Mikrobielle Besiedelung von Wirtsorganismen | 27 |
| 1.4 Mikroorganismen im Dienst des Menschen | 30 |
| 2 Struktur und Funktion der Zellen von Mikroorganismen | 33 |
| 2.1 Die Zelle: Grundeinheit des Lebens | 33 |
| 2.1.1 Zellgröße | 35 |
| 2.1.2 Zellformen und Zellverbände | 36 |
| 2.2 Die Endosymbiontentheorie | 38 |
| 2.2.1 Endosymbiosen als flexibles Prinzip der Evolution | 39 |
| 2.2.2 Die Entstehung der Organellen | 40 |
| 2.3 Zellstrukturen | 44 |
| 2.3.1 Zellmembranen | 44 |
| 2.3.2 Zellhülle | 49 |
| 2.3.3 Exopolymere | 58 |
| 2.3.4 Bewegungsformen | 61 |
| 2.3.5 Cytoskelett | 70 |
| 2.3.6 Zelleinschlusskörper und ihre Funktion | 71 |
| 2.4 Zelldifferenzierung | 73 |
| 2.4.1 Dauerformen bei eukaryotischen Einzellern | 74 |
| 2.4.2 Endosporen | 75 |
| 2.4.3 Andere Dauerformen | 77 |
| 3 Systematik und Phylogenie | 78 |
| 3.1 Grundlagen | 78 |
| 3.2 Methoden der Bakterientaxonomie | 79 |
| 3.3 Das System der drei Urreiche | 83 |
| 3.3.1 Sequenzanalysen und Phylogenie | 83 |
| 3.3.2 Der neue Stammbaum des Lebens | 86 |
| 3.4 Die Entwicklungslinien der Bacteria | 89 |
| 3.4.1 Aquificae, Thermodesulfobacteria und Thermotogae | 90 |
| 3.4.2 Chloroflexi: Schwefelfreie Grüne Bakterien | 91 |
| 3.4.3 Chlorobi (Grüne Schwefelbakterien) | 92 |
| 3.4.4 Deinococcus-Thermus | 93 |
| 3.4.5 Spirochaetes | 94 |
| 3.4.6 Bacteroidetes | 94 |
| 3.4.7 Chlamydiae | 95 |
| 3.4.8 Cyanobacteria | 96 |
| 3.4.9 Firmicutes | 97 |
| 3.4.10 Actinobacteria | 100 |
| 3.4.11 Proteobacteria | 102 |
| 3.4.12 Weitere Entwicklungslinien der Bacteria | 115 |
| 3.5 Die Entwicklungslinien der Archaea | 117 |
| 3.5.1 Crenarchaeota | 119 |
| 3.5.2 Euryarchaeota | 121 |
| 3.5.3 Weitere Entwicklungslinien der Archaea | 124 |
| 4 Viren | 125 |
| 4.1 Struktur- und Vermehrungsprinzipien der Viren | 125 |
| 4.2 Virale Genomtypen und Virusgruppen | 131 |
| 4.2.1 DNA-Viren | 133 |
| 4.2.2 RNA-Viren | 138 |
| 4.2.3 Retroviren | 142 |
| 4.2.4 Viroide und defekte Viren | 147 |
| 4.2.5 Prionen | 148 |
| 4.3 Strategien der Virusinfektion | 149 |
| 4.4 Methoden zum Nachweis von Viren | 153 |
| 4.4.1 Elektronenmikroskopische Nachweisverfahren | 153 |
| 4.4.2 Zellbiologische Nachweisverfahren | 154 |
| 4.4.3 Molekularbiologische Nachweisverfahren | 156 |
| 4.4.4 Immunologische Nachweisverfahren | 157 |
| 5 Pilze | 159 |
| 5.1 Was sind Pilze? | 159 |
| 5.1.1 Das System der Pilze | 160 |
| 5.1.2 Der Aufbau der pilzlichen Zelle | 161 |
| 5.1.3 Stoffwechsel der Pilze | 166 |
| 5.1.4 Sekundärmetabolite | 166 |
| 5.2 Molekularbiologie mit Pilzen | 169 |
| 5.2.1 Mutation und Selektion | 169 |
| 5.2.2 Transformation mit Pilzen | 173 |
| 5.3 Alternative Wuchsformen: Hefe oder Hyphe? | 175 |
| 5.4 Sporenbildung | 180 |
| 5.4.1 Pilze können sehen – Lichtwahrnehmung | 184 |
| 5.4.2 Pilze haben eine innere Uhr | 188 |
| 5.4.3 Altersforschung bei Pilzen | 189 |
| 5.4.4 Sex ja – Inzucht nein: Die Wahl des richtigen Partners | 190 |
| 5.4.5 Kommunikation über Pheromone | 192 |
| 5.5 Pilze als Lebenspartner | 196 |
| 5.5.1 Flechten | 196 |
| 5.5.2 Die Mykorrhiza | 199 |
| 5.6 Pathogene Pilze | 202 |
| 5.7 Kuriositäten | 206 |
| 5.7.1 „Schießende“ Pilze | 206 |
| 5.7.2 „Pilze“ auf Wanderschaft | 206 |
| 5.7.3 „Räuberische Pilze“ | 208 |
| 6 Mikrobielle Genetik | 209 |
| 6.1 Das genetische System der Mikroorganismen | 209 |
| 6.1.1 Struktur der DNA | 209 |
| 6.1.2 Mikrobielle Genome | 213 |
| 6.1.3 Mikrobielle Chromosomen | 216 |
| 6.1.4 DNA-Replikation | 220 |
| 6.1.5 Transkription | 223 |
| 6.1.6 Translation | 226 |
| 6.1.7 Proteinfaltung, Modifikation und Stabilität | 230 |
| 6.2 Veränderungen der Erbsubstanz durch Mutationen | 232 |
| 6.2.1 Mutationen und Mutanten | 233 |
| 6.2.2 DNA-Reparatur-Mechanismen | 246 |
| 6.3 Veränderungen der Erbsubstanz durch Rekombination | 249 |
| 6.4 Biologie der Plasmide | 252 |
| 6.5 Transponierbare Elemente | 257 |
| 6.6 Gentransfer | 259 |
| 6.6.1 Transformation | 259 |
| 6.6.2 Transduktion | 263 |
| 6.6.3 Konjugation | 266 |
| 6.1.3 Einschränkung des Gentransfers durch Restriktion und Modifikation | 273 |
| 7 Mikrobielles Wachstum | 276 |
| 7.1 Wachstumsansprüche von Mikroorganismen | 276 |
| 7.1.1 Makro- und Mikroelemente | 276 |
| 7.1.2 Wachstumsfaktoren | 279 |
| 7.1.3 Nährmedien | 280 |
| 7.2 Wachstum und Vermehrung | 281 |
| 7.2.1 Zellteilung bei Mikroorganismen | 282 |
| 7.2.2 Wachstum bei Mikroorganismen | 284 |
| 7.2.3 Messung des Wachstums | 290 |
| 7.3 Sicherheit im Umgang mit Mikroorganismen | 296 |
| 7.3.1 Sterilisation und Desinfektion | 297 |
| 7.3.2 Sicherheit im Labor | 300 |
| 7.4 Kultivierung von Mikroorganismen | 304 |
| 7.4.1 Kultivierung im Labormaßstab | 304 |
| 7.4.2 Kultivierung im industriellen Maßstab | 308 |
| 7.4.3 Statische und kontinuierliche Kultur | 309 |
| 7.4.4 Anreicherung von Mikroorganismen | 313 |
| 7.4.5 Isolierung von Mikroorganismen | 314 |
| 7.5 Identifizierung und Charakterisierung von Mikroorganismen | 318 |
| 7.5.1 Mikroskopische Untersuchungen | 318 |
| 7.5.2 Untersuchung von Stoffwechselprozessen | 319 |
| 7.5.3 Molekularbiologische Untersuchungen | 322 |
| 8 Der Energiestoffwechsel der Mikroorganismen | 323 |
| 8.1 Grundprinzipien des Energiestoffwechsels | 323 |
| 8.1.1 Energie- und Leistungsstoffwechsel und ihre Verknüpfung | 323 |
| 8.1.2 Stoffwechselvielfalt der Mikroorganismen | 325 |
| 8.2 Bioenergetische Grundlagen | 328 |
| 8.2.1 Änderung der Freien Energie im Verlauf einer chemischen Reaktion | 330 |
| 8.2.2 Redoxreaktionen und das Redoxpotential | 333 |
| 8.2.3 Das elektrochemische Potential | 335 |
| 8.3 Mechanismen der Energiekonservierung | 338 |
| 8.3.1 Substratstufenphosphorylierung | 339 |
| 8.3.2 Elektronentransportphosphorylierung | 340 |
| 8.4 Phototrophie | 352 |
| 8.4.1 Photosynthetische Pigmente | 355 |
| 8.4.2 Antennensysteme und photosynthetische Membranen | 357 |
| 8.4.3 Reaktionszentren der Photosysteme | 359 |
| 8.4.4 Lichtgetriebener Elektronentransport mit einem Photosystem | 359 |
| 8.4.5 Lichtgetriebener Elektronentransport mit zwei Photosystemen | 362 |
| 8.4.6 Die lichtgetriebene Protonenpumpe der Haloarchaea | 365 |
| 8.5 Chemoorganotrophie: I. Zentrale Abbauwege zur Oxidation organischer Verbindungen | 368 |
| 8.5.1 Die Glykolyse: Der Embden-Meyerhof-Parnas-Weg | 369 |
| 8.5.2 Der Entner-Doudoroff-Weg | 371 |
| 8.5.3 Der Phosphoketolase-Weg | 374 |
| 8.5.4 Oxidation des Pyruvats | 374 |
| 8.5.5 Der Citratzyklus | 374 |
| 8.5.6 Die ?-Oxidation der Fettsäuren | 376 |
| 8.6 Chemoorganotrophie: II. Aerobe und anaerobe Atmung | 378 |
| 8.6.1 Aerobe Atmung | 380 |
| 8.6.2 Nitratatmung | 383 |
| 8.6.3 Fumaratatmung | 384 |
| 8.6.4 Sulfatatmung | 385 |
| 8.6.5 Methanogenese | 386 |
| 8.6.6 Acetogenese | 390 |
| 8.7 Chemoorganotrophie: III. Gärung | 393 |
| 8.7.1 Milchsäuregärung | 395 |
| 8.7.2 Ethanolgärung | 397 |
| 8.7.3 Gemischte Säuregärung | 398 |
| 8.7.4 Propionsäuregärung | 400 |
| 8.7.5 Buttersäuregärung und Lösungmittelgärung | 402 |
| 8.7.6 Vergärung von Aminosäuren | 404 |
| 8.7.7 Vergärung von Citrat | 405 |
| 8.8 Chemolithotrophie | 407 |
| 8.8.1 Nitrifikanten: Ammonium- und nitritoxidierende Bakterien | 410 |
| 8.8.2 Sulfurikanten: Oxidation reduzierter Schwefelverbindungen | 410 |
| 8.8.3 Eisenoxidierende Bakterien | 411 |
| 8.8.4 Wasserstoffoxidierende Bakterien | 412 |
| 8.8.5 Kohlenmonoxidoxidierende Bakterien | 412 |
| 9 Biosyntheseleistungen von Mikroorganismen | 414 |
| 9.1 Stoffaufnahme und Transport | 414 |
| 9.2 Das Netzwerk des Stoffwechsels | 421 |
| 9.2.1 Anaplerotische Reaktionen | 423 |
| 9.2.2 CO2-Fixierung in Prokaryoten | 427 |
| 9.3 Die Biosynthese von Monomeren in Mikroorganismen | 433 |
| 9.3.1 Monosaccharide | 434 |
| 9.3.2 Aminosäuren | 436 |
| 9.3.3 Nucleotide | 440 |
| 9.3.4 Fettsäuren | 443 |
| 9.4 Die Synthese von Polymeren in Mikroorganismen | 446 |
| 9.4.1 Polysaccharide | 447 |
| 9.4.2 Lipide | 448 |
| 9.4.3 Nucleinsäuren und Proteine | 452 |
| 9.5 Die Synthese der bakteriellen Zellwand | 454 |
| 9.5.1 Die Biosynthese des Peptidoglykans | 454 |
| 9.5.2 Biosynthese archaebakterieller Zellwände | 461 |
| 10 Anpassungsfähigkeit von Mikroorganismen | 463 |
| 10.1 Grundlagen der Anpassung von Mikroorganismen an Veränderungen in ihrem Lebensraum | 463 |
| 10.1.1 Organismus und Umwelt | 463 |
| 10.1.2 Umweltreiz und molekulare Antwort | 464 |
| 10.1.3 Regulatoren der Anpassung | 466 |
| 10.1.4 Regulon, Modulon, Stimulon | 468 |
| 10.2 Anpassung an Temperaturbedingungen | 471 |
| 10.2.1 Anpassung an extreme Temperaturen | 472 |
| 10.2.2 Hitzeschock-Antwort | 474 |
| 10.2.3 Kälteschock-Antwort | 476 |
| 10.3 Anpassung an pH-Bedingungen | 477 |
| 10.3.3 Anpassung an Lebensräume mit extremen pH-Werten | 479 |
| 10.3.4 Säure-Base-Schock-Antwort | 480 |
| 10.4 Anpassung an osmotische Bedingungen | 482 |
| 10.4.1 Wasseraktivität | 482 |
| 10.4.2 Halophile Mikroorganismen | 484 |
| 10.4.3 Anpassung an Standorte extremer Osmolarität | 485 |
| 10.5 Anpassung an Sauerstoffpartialdruck und Sauerstoffstress | 488 |
| 10.5.1 Sauerstoff und Energiegewinnung | 488 |
| 10.5.2 Regulation des Energiestoffwechsels | 489 |
| 10.5.3 Sauerstoffstress | 491 |
| 10.5.4 Sauerstoffstress-Antwort | 492 |
| 10.6 Stoffwechselsteuerung durch stringente Kontrolle, Attenuation, RNA-Schalter, Stationärphase und Katabolitenregulation | 494 |
| 10.6.1 Stringente Kontrolle | 495 |
| 10.6.2 Steuerung der Aminosäure- und Cofaktorenbiosynthese auf Ebene der RNA durch Attenuation und RNA-Schalter | 497 |
| 10.6.3 Stationärphase und generelle Stressantwort | 499 |
| 10.6.4 Regulation des Katabolismus | 502 |
| 10.7 Regulation der Assimilation und Fixierung von Stickstoff | 505 |
| 10.7.1 Regulation der Stickstoffassimilation | 506 |
| 10.7.2 Kontrolle der Stickstofffixierung | 508 |
| 10.8 Regulation der Phosphorassimilation | 510 |
| 10.9 Regulation der Sporulation von Bacillus subtilis | 512 |
| 10.9.1 Sporenbildung bei Bakterien | 512 |
| 10.9.2 Molekulare Regulation der Sporenbildung in B. subtilis | 514 |
| 11 Einfluss von Mikroorganismen auf Natur und Mensch | 517 |
| 11.1 Auf- und Abbau von Biomasse | 517 |
| 11.1.1 Der Biomassekreislauf | 517 |
| 11.1.2 Zusammensetzung und Depolymerisierung der Biomasse | 519 |
| 11.2 Stoffkreisläufe | 531 |
| 11.2.1 Kohlenstoffkreislauf | 532 |
| 11.2.2 Stickstoffkreislauf | 536 |
| 11.2.3 Schwefelkreislauf | 543 |
| 11.2.4 Phosphorkreislauf | 547 |
| 11.3 Mikrobielle Besiedelung des Menschen | 548 |
| 11.3.1 Die Normalflora des Menschen | 549 |
| 11.3.2 Pathogene Mikroorganismen | 552 |
| 11.3.3 Übertragungswege | 555 |
| 11.3.4 Infektionskrankheiten des Menschen | 555 |
| 11.3.5 Infektionsschutz | 564 |
| 11.3.6 Infektionstherapie | 565 |
| 12 Mikrobielle Biotechnologie | 568 |
| 12.1 Mikroorganismen und mikrobielle Enzyme im Dienste des Menschen | 568 |
| 12.1.1 Wirtschaftliche Bedeutung der mikrobiellen Biotechnologie | 570 |
| 12.1.2 Der Einsatz von Mikroorganismen in der Biotechnologie | 571 |
| 12.2 Lebensmittelherstellung und -veredelung | 574 |
| 12.2.1 Fermentierte Lebensmittel | 574 |
| 12.2.2 Alkoholische Getränke | 575 |
| 12.2.3 Essig | 576 |
| 12.3 Stoffproduktion mit Mikroorganismen | 577 |
| 12.3.1 Ablauf biotechnologischer Produktionsverfahren | 578 |
| 12.3.2 Biomasse als Produkt | 580 |
| 12.3.3 Mikrobielle Produkte für Gesundheit und Ernährung | 581 |
| 12.3.4 Mikrobielle Produkte für technische Zwecke | 592 |
| 12.3.5 Mikrobielle Produktion von Enzymen | 593 |
| 12.4 Stoffumwandlung mit Mikroorganismen und Enzymen | 595 |
| 12.4.1 Biotransformationen | 596 |
| 12.4.2 Stoffumwandlung mit mikrobiellen Enzymen | 596 |
| 12.5 Umweltbiotechnologie | 599 |
| 12.5.1 Abwasseraufbereitung | 599 |
| 12.5.2 Abbau von Naturstoffen | 602 |
| 12.5.3 Bodensanierung und Abbau von Xenobiotika | 602 |
| 12.5.4 Mikrobielle Luftreinigung | 603 |
| Bildquellen | 606 |
| Titelliste | 607 |
| Sachverzeichnis | 608 |
