Methoden zur Evaluation von Zytotoxizit¨at und Struktur ... - OPUS

34 3. Theoretische Grundlagen
Zuckers Sauerstoff, weisen eine hohe Energieausbeute auf und oxidieren das organi-
sche Substrat vollständig zu CO2 und H2O. Für anaerobe Bakterien hingegen kann der
Sauerstoff toxisch sein. Sie spalten den Zucker nur enzymatisch und haben dabei eine
sehr geringe Energieausbeute. Bei der Fermentation entstehen je nach Art der Spal-
tung Gärungsendprodukte wie Ethanol, Milchsäure, Essigsäure, Propionsäure, Amei-
sensäure, Bernsteinsäure.
3.2.2 Kolloidchemie
Das Wort Kolloid stammt aus dem Griechischen “κoλλα”=Leim, womit eine charakte-
ristische Eigenschaft der Kolloide, eine trübe, leimartige Beschaffenheit aufzuweisen,
beschrieben wird. Dem Vorschlag der “International Union of Pure and Applied Che-
mistry” (IUPAC) von 1971 folgend, werden Kolloide als Objekte definiert, bei denen
mindestens eine Dimension im Bereich von 1 nm bis 1000 nm liegt, womit Bakterien
eingeschlossen sind [128]. Aus dieser Dimension ergeben sich Eigenschaften, die das
Verhalten von Bakterien im Strahlengang, in flüssigem Medium oder im elektrischen
Feld, bestimmen. Die geringe Dimension führt z. B. zu einem sehr großen Verhält-
nis von Oberfläche zu Volumen, so dass die Oberflächeneigenschaften gegenüber den
Festkörpereigenschaften dominieren und damit chemisches Verhalten und Reaktio-
nen bestimmen [129]. Wie in den vorherigen Kapiteln beschrieben, besteht die Bak-
terienhülle größten Teils aus Aminosäuren, Zuckerderivaten und Glykolipiden, wel-
che aufgrund dissoziierbarer und reaktiver funktioneller Gruppen (-OH, -COOH, -
OPO3H, oder -SH) geladen sein können. In aquatischem Medium weisen diese Biokol-
loide meist eine negative Oberflächenladung auf. Zwei unterschiedliche Mechanismen
können zur Entstehung der Oberflächenladung beitragen:
• Ionisierung der Oberflächengruppen als Ergebnis der Protonierung oder Depro-
tonierung basischer oder azider Oberflächenmoleküle. Der Ionisierungsgrad der
Oberfläche ist vom pH-Wert des Mediums abhängig. Dementsprechend ist die
Ladung negativ für hohe pH-Werte und positiv für niedrige pH-Werte. Die Che-
mie der äußeren Zellwand Gram-positiver und -negativer Bakterien unterschei-
det sich. Es ist die überwiegend in den Zellwänden Gram-positiver Bakterien
auftretende Teichonsäure, die den Zellen eine negative Ladung bei pH-Werten
≥ 5 verleiht, während die Oberflächenladung Gram-negativer Bakterien durch
die Lipopolysaccharide der äußeren Membran bestimmt wird [77].
• Adsorption von Ionen aus der umgebenden Lösung [239].
Die elektrostatisch wirksamen Oberflächeneigenschaften von Biokolloiden lassen sich
durch ihr elektrophoretisches Verhalten in einem äußeren elektrischen Feld bestim-
men.