Erkläre den Ablauf der Stickstofffixierung durch nitrifizierende Bakterien und wie Stickstoff in Pflanzen fixiert wird.

Question

Erkläre den Ablauf der Stickstofffixierung durch nitrifizierende Bakterien und wie Stickstoff in Pflanzen fixiert wird.

Antwort

Verwandte Fragen

Was ist die Funktion von Plasmiden?

Welche Minustemperaturen können Bakterien überleben?

Was ist die biologische Bedeutung von Cellulose?

Was sind Bakteriophagen?

Gibt es stickstofffixierende Bakterien im menschlichen Körper?

Welche speziellen bakteriellen Genprodukte sind an der Nodulation beteiligt?

Produzieren dunkle Trauben Hämoglobin?

Was sind Cecidogene bei Pflanzen?

Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Bakterien und Viren

Sind Viren kleiner als Bakterien?

Accepted Answer

Die Stickstofffixierung ist ein biologischer Prozess, bei dem Stickstoffgas (N₂) aus der Atmosphäre in eine biologisch verfügbare Form umgewandelt wird. Nitrifizierende Bakterien sind jedoch nicht direkt an der Stickstofffixierung beteiligt, sondern an der Nitrifikation, einem Prozess, der Stickstoffverbindungen im Boden umwandelt. Hier ist der Ablauf beider Prozesse: ### Stickstofffixierung 1. **Mikroben**: Bestimmte Bakterien, wie Rhizobien, die in Symbiose mit Leguminosen leben, oder Cyanobakterien, sind für die Stickstofffixierung verantwortlich. 2. **Enzymatische Umwandlung**: Diese Bakterien besitzen das Enzym Nitrogenase, das N₂ in Ammoniak (NH₃) umwandelt. 3. **Assimilation**: Das Ammoniak kann dann von Pflanzen aufgenommen werden oder weiter zu Ammonium (NH₄⁺) ionisiert werden. ### Nitrifikation 1. **Ammoniumoxidation**: Nitrifizierende Bakterien, wie Nitrosomonas, oxidieren Ammonium (NH₄⁺) zu Nitrit (NO₂⁻). 2. **Nitritoxidation**: Ein weiteres Bakterium, Nitrobacter, oxidiert Nitrit zu Nitrat (NO₃⁻). 3. **Verfügbarkeit für Pflanzen**: Nitrat ist die Form, die von Pflanzen am besten aufgenommen werden kann. ### Pflanzenaufnahme 1. **Wurzelaufnahme**: Pflanzen nehmen Nitrat (NO₃⁻) über ihre Wurzeln auf. 2. **Assimilation**: Im Pflanzengewebe wird Nitrat in Ammonium umgewandelt und dann in Aminosäuren und andere organische Verbindungen eingebaut, die für das Wachstum und die Entwicklung der Pflanze notwendig sind. Zusammengefasst: Die Stickstofffixierung erfolgt durch spezielle Bakterien, die N₂ in Ammoniak umwandeln, während nitrifizierende Bakterien Ammonium in Nitrat umwandeln, das dann von Pflanzen aufgenommen wird.

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Plasmide sind kleine, ringförmige DNA-Moleküle, die in Bakterien (und einigen anderen Organismen) vorkommen und unabhängig vom bakteriellen Chromosom repliziert werden. Ihre Hauptfunkti... [mehr]

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Plasmide sind kleine, ringförmige DNA-Moleküle, die in Bakterien (und einigen anderen Organismen) vorkommen und unabhängig vom bakteriellen Chromosom repliziert werden. Ihre Hauptfunktionen sind: 1. **Austausch genetischer Information:** Plasmide können zwischen Bakterien übertragen werden (z.B. durch Konjugation) und so zur Verbreitung von Eigenschaften wie Antibiotikaresistenzen beitragen. 2. **Tragen zusätzlicher Gene:** Sie enthalten oft Gene, die dem Bakterium Vorteile verschaffen, z.B. für den Abbau bestimmter Stoffe, Toxinproduktion oder Resistenz gegen Schwermetalle. 3. **Werkzeug in der Gentechnik:** In der Biotechnologie werden Plasmide als Vektoren genutzt, um gezielt Gene in Zellen einzuschleusen. Plasmide sind also wichtige Träger von Zusatzinformationen, die Bakterien flexibler und anpassungsfähiger machen.

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Die Überlebensfähigkeit von Bakterien bei Minustemperaturen hängt stark von der Bakterienart und den Umweltbedingungen ab. Viele Bakterien können Temperaturen unter 0 °C ü... [mehr]

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Die Überlebensfähigkeit von Bakterien bei Minustemperaturen hängt stark von der Bakterienart und den Umweltbedingungen ab. Viele Bakterien können Temperaturen unter 0 °C überstehen, indem sie in einen Ruhestand (Dauerstadium) übergehen oder Sporen bilden. Einige wichtige Fakten: - **Viele Bakterien sterben nicht sofort bei Frost**, sondern werden lediglich inaktiv. Sie können nach dem Auftauen wieder aktiv werden. - **Sporenbildende Bakterien** (z. B. Bacillus- oder Clostridium-Arten) sind besonders widerstandsfähig und überleben sogar Temperaturen von −20 °C oder noch kälter über Jahre hinweg. - **Nicht sporenbildende Bakterien** können bei −18 °C (übliche Gefriertemperatur) oft Wochen bis Monate überleben, manche sogar länger, verlieren aber mit der Zeit an Lebensfähigkeit. - **Extremophile Bakterien** (z. B. in arktischem Eis) können sogar bei Temperaturen von −20 °C bis −40 °C oder noch darunter überdauern. Fazit: Die meisten Bakterien werden durch Minustemperaturen nicht abgetötet, sondern nur inaktiviert. Erst sehr tiefe Temperaturen (−70 °C und kälter) über längere Zeit können viele Bakterienarten abtöten, aber selbst dann überleben einige Sporen oder extremophile Arten.

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Cellulose ist ein Polysaccharid und der Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände. Ihre biologische Bedeutung umfasst: 1. **Strukturelle Funktion:** Cellulose verleiht Pflanzenzellen Stabilitä... [mehr]

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Cellulose ist ein Polysaccharid und der Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände. Ihre biologische Bedeutung umfasst: 1. **Strukturelle Funktion:** Cellulose verleiht Pflanzenzellen Stabilität, Festigkeit und Form. Sie bildet ein Gerüst, das die Zellen schützt und die Pflanze aufrecht hält. 2. **Schutz:** Die Zellwand mit Cellulose schützt die Zelle vor mechanischen Einflüssen und verhindert das Platzen der Zelle bei Wasseraufnahme (osmotischer Druck). 3. **Wachstum und Entwicklung:** Cellulose ermöglicht das kontrollierte Wachstum der Pflanzenzellen, da sie flexibel genug ist, um sich bei Wachstum auszudehnen, aber gleichzeitig stabil bleibt. 4. **Ökologische Bedeutung:** Cellulose ist das häufigste organische Polymer auf der Erde und stellt eine wichtige Nahrungsquelle für viele Organismen (z.B. Wiederkäuer, Termiten) dar, die spezielle Enzyme oder Symbionten besitzen, um Cellulose zu verdauen. 5. **Kohlenstoffspeicher:** Cellulose bindet Kohlenstoff und spielt so eine Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Weitere Informationen findest du z.B. bei [Wikipedia: Cellulose](https://de.wikipedia.org/wiki/Cellulose).

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Bakteriophagen (oft auch einfach „Phagen“ genannt) sind Viren, die Bakterien infizieren und zerstören können. Sie bestehen aus genetischem Material (DNA oder RNA), das von einer... [mehr]

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Bakteriophagen (oft auch einfach „Phagen“ genannt) sind Viren, die Bakterien infizieren und zerstören können. Sie bestehen aus genetischem Material (DNA oder RNA), das von einer Proteinhülle umgeben ist. Bakteriophagen heften sich an Bakterienzellen, schleusen ihr Erbgut ein und nutzen die bakterielle Zellmaschinerie, um sich zu vermehren. Am Ende dieses Prozesses wird das Bakterium meist zerstört (Lyse), und neue Phagen werden freigesetzt. Bakteriophagen spielen eine wichtige Rolle in der Forschung, der Medizin (z. B. als Alternative zu Antibiotika) und der Biotechnologie.

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Nein, im menschlichen Körper gibt es keine Stickstoff fixierenden Bakterien. Stickstofffixierung ist ein Prozess, bei dem bestimmte Mikroorganismen, vor allem einige Bakterien und Archaeen, den m... [mehr]

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Nein, im menschlichen Körper gibt es keine Stickstoff fixierenden Bakterien. Stickstofffixierung ist ein Prozess, bei dem bestimmte Mikroorganismen, vor allem einige Bakterien und Archaeen, den molekularen Stickstoff (N₂) aus der Luft in eine für Lebewesen nutzbare Form (z. B. Ammoniak) umwandeln. Diese Fähigkeit besitzen vor allem frei lebende oder in Symbiose mit Pflanzen lebende Bakterien, wie z. B. Rhizobien oder Cyanobakterien. Im menschlichen Körper kommen zwar viele verschiedene Bakterienarten vor (z. B. im Darm), aber keine davon ist in der Lage, molekularen Stickstoff zu fixieren. Menschen und andere Tiere sind auf die Zufuhr von stickstoffhaltigen Verbindungen (z. B. Aminosäuren, Proteine) über die Nahrung angewiesen, da sie selbst keinen molekularen Stickstoff aus der Luft verwerten können.

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Bei der Nodulation, also der Bildung von Wurzelknöllchen bei Leguminosen (Hülsenfrüchtlern) durch symbiotische Rhizobien-Bakterien, spielen spezielle bakterielle Genprodukte eine zentra... [mehr]

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Bei der Nodulation, also der Bildung von Wurzelknöllchen bei Leguminosen (Hülsenfrüchtlern) durch symbiotische Rhizobien-Bakterien, spielen spezielle bakterielle Genprodukte eine zentrale Rolle. Die wichtigsten sind: **1. Nod-Gene und Nod-Faktoren:** Die sogenannten nod-Gene (z.B. nodA, nodB, nodC) kodieren Enzyme, die sogenannte Nodulationsfaktoren (Nod-Faktoren) synthetisieren. Nod-Faktoren sind lipochitooligosaccharide, die von den Bakterien ausgeschieden werden und in der Pflanze die Knöllchenbildung auslösen. **2. Exopolysaccharide (EPS):** Gene wie exo und pss kodieren für die Synthese von Exopolysacchariden, die für die Infektion der Wurzelhaare und die Bildung des Infektionsfadens wichtig sind. **3. Effektorproteine:** Manche Rhizobien produzieren spezielle Effektorproteine, die über ein Typ-III-Sekretionssystem in die Pflanzenzellen transportiert werden und die Pflanze zur Knöllchenbildung stimulieren oder die Immunantwort modulieren. **4. Nitrogenase-Komplex:** Nach der Nodulation sind die Gene des nif- und fix-Clusters für die Stickstofffixierung im Knöllchen verantwortlich. Sie kodieren die Enzyme, die molekularen Stickstoff (N₂) in Ammonium umwandeln. **Zusammengefasst:** Die wichtigsten bakteriellen Genprodukte bei der Nodulation sind die Nod-Faktoren (aus nod-Genen), Exopolysaccharide, Effektorproteine und später die Enzyme der Stickstofffixierung (nif/fix-Gene). Weitere Informationen findest du z.B. bei [Wikipedia: Nodulation](https://de.wikipedia.org/wiki/Nodulation) oder [Spektrum Lexikon: Nod-Faktoren](https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/nod-faktoren/45613).

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Nein, dunkle Trauben produzieren kein Hämoglobin. Hämoglobin ist ein Protein, das ausschließlich in tierischen Organismen vorkommt, insbesondere in den roten Blutkörperchen von Wi... [mehr]

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Nein, dunkle Trauben produzieren kein Hämoglobin. Hämoglobin ist ein Protein, das ausschließlich in tierischen Organismen vorkommt, insbesondere in den roten Blutkörperchen von Wirbeltieren. Es ist für den Sauerstofftransport im Blut verantwortlich. Dunkle Trauben (wie z. B. rote oder blaue Weintrauben) enthalten hingegen Pflanzenfarbstoffe wie Anthocyane, die ihnen ihre dunkle Farbe verleihen. Diese Farbstoffe haben antioxidative Eigenschaften, sind aber chemisch und funktionell völlig verschieden von Hämoglobin.

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Cecidogene sind Organismen oder Faktoren, die bei Pflanzen die Bildung von Gallen (Cecidien) auslösen. Gallen sind spezielle, oft auffällig geformte Wucherungen an Pflanzen, die durch das Ei... [mehr]

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Cecidogene sind Organismen oder Faktoren, die bei Pflanzen die Bildung von Gallen (Cecidien) auslösen. Gallen sind spezielle, oft auffällig geformte Wucherungen an Pflanzen, die durch das Einwirken von Tieren (wie Gallwespen, Gallmücken, Milben), Pilzen, Bakterien oder Viren entstehen können. Die Cecidogene regen das Pflanzengewebe dazu an, sich untypisch zu teilen und zu wachsen, sodass die charakteristischen Gallen entstehen. Diese dienen den Cecidogenen oft als Schutzraum und Nahrungsquelle.

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Bakterien und Viren sind beide Mikroorganismen, unterscheiden sich jedoch in mehreren wichtigen Aspekten: **Gemeinsamkeiten:** 1. **Mikroskopische Größe:** Sowohl Bakterien als auch Viren... [mehr]

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Bakterien und Viren sind beide Mikroorganismen, unterscheiden sich jedoch in mehreren wichtigen Aspekten: **Gemeinsamkeiten:** 1. **Mikroskopische Größe:** Sowohl Bakterien als auch Viren sind so klein, dass sie nur unter einem Mikroskop sichtbar sind. 2. **Infektionsfähigkeit:** Beide können Krankheiten verursachen und sind pathogen, das heißt, sie können den menschlichen Körper und andere Organismen infizieren. 3. **Genetisches Material:** Sowohl Bakterien als auch Viren besitzen genetisches Material (DNA oder RNA), das für ihre Reproduktion und Funktion notwendig ist. **Unterschiede:** 1. **Zellstruktur:** Bakterien sind prokaryotische Zellen, die eine Zellwand und Zellmembran besitzen und eigenständig leben können. Viren hingegen sind keine Zellen; sie bestehen aus einem Proteinmantel, der genetisches Material umschließt, und benötigen einen Wirt, um sich zu reproduzieren. 2. **Reproduktion:** Bakterien vermehren sich durch Zellteilung, während Viren sich nur innerhalb von Wirtszellen replizieren können, indem sie die zellulären Mechanismen des Wirts nutzen. 3. **Antibiotika:** Bakterien können durch Antibiotika behandelt werden, während Viren nicht auf Antibiotika ansprechen und stattdessen antivirale Medikamente erfordern. 4. **Lebensweise:** Bakterien können in verschiedenen Umgebungen leben, einschließlich extremen Bedingungen, während Viren auf lebende Zellen angewiesen sind, um sich zu vermehren und zu überleben. Diese Unterschiede und Gemeinsamkeiten sind entscheidend für das Verständnis von Infektionskrankheiten und deren Behandlung.

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Ja, Viren sind in der Regel viel kleiner als Bakterien. Während Bakterien typischerweise Größen von etwa 0,5 bis 5 Mikrometern haben, liegen die meisten Viren im Bereich von 20 bis 300... [mehr]

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Ja, Viren sind in der Regel viel kleiner als Bakterien. Während Bakterien typischerweise Größen von etwa 0,5 bis 5 Mikrometern haben, liegen die meisten Viren im Bereich von 20 bis 300 Nanometern. Das bedeutet, dass Viren um ein Vielfaches kleiner sind als Bakterien.