Klausur 2012 Variante A

Question 1

a) Definieren Sie den Begriff „Zellkompartiment“!

b) Nennen Sie zwei Beispiele für ein „Subkompartiment“

Answer 1

a) Ein Zellkompartiment ist ein abgegrenzter Bereich in der Zelle, der eine spezielle Funktion erfüllt.

b)
- Mitochondrienmatrix
- Nukleolus

Question 2

Unterstreichen Sie alle richtigen Antworten.

1. Das Masseverhältnis von Proteinen zu Lipiden kann in biologische Membranen {30%:70%
   | 50%:50% | 80%:20%} betragen.
2. Die Tm eines Phospholipides steigt mit {der Anzahl der ungesättigten Bindungen | der Größe
   der Kopfgruppen | der Länge der Fettsäureseitenketten}.
3. Membranproteine können über β-Faltblätter in Lipiddoppelschichten integriert sein. Innerhalb
   des membrandurchspannenden Segmentes {muss dabei fast jede Aminosäure hydrophob
   sein | muss i.d.R. jede zweite Aminosäure hydrophob sein | muss i.d.R. jede vierte
   Aminosäure hydrophob sein}.

Answer 2

1. {50%:50%}
2. der Länge der Fettsäureseitenketten
3. muss i.d.R. jede zweite Aminosäure hydrophob sein

Question 3

Unterstreichen Sie alle richtigen Antworten.

1. Folgende Proteinmodifikationen erfolgen typischerweise im Zytoplasma von Säugerzellen:
   {Deformylierung des Startmethionins | O-Glycosylierung | Serinphosphorylierung}
2. Molekulare Chaperone {erhöhen immer die Faltungsgeschwindigkeit deutlich | liefern keine
   Information über die finale 3D-Struktur des Substrates | binden das Substrat transient}.
3. Folgende Chaperone sind keine ATPasen: {Triggerfaktor | HSP70 | Prefoldin}
4. Beim GroEL/GroES System {bildet das GroEL einen trimeren Ring | wird die
   Substratbindestelle des GroEL durch Bindung des GroES-Ringes blockiert | sind die
   Substrate i.d.R. zwischen 80 und 100 kDa groß}.

Answer 3

1. Deformylierung des Startmethionins &
   Serinphosphorylierung
2. binden das Substrat transient
3. Triggerfaktor & Prefoldin
4. wird die Substratbindestelle des GroEL durch Bindung des GroES-Ringes blockiert
   &
   sind die Substrate i.d.R. zwischen 80 und 100 kDa groß

Question 4

Welchen Zusammenhang gibt es zwischen HSP90 und der Fähigkeit von Organismen zur
Evolution?

Answer 4

Der Zusammenhang zwischen HSP90 (Heat Shock Protein 90) und der Fähigkeit von Organismen zur Evolution liegt in der Rolle von HSP90 als sogenannter „molekularer Puffer“ oder „Evolutionspuffer“

Question 5

Beschreiben Sie den Aufbau des eukaryontischen 20S Proteasoms anhand einer Skizze und
beantworten Sie die Fragen.
Skizze:
(Welche Untereinheiten kommen in welcher Position wie oft vor?)

a) Welche und wie viele Untereinheiten sind katalytisch aktiv?

b) An welche Untereinheiten binden Cap-Strukturen?

c) Welche Untereinheiten sind ATPasen?

d) Von welchen Untereinheiten können im Immunoproteasom andere Isoformen vorkommen?

Answer 5

Das 20S-Proteasom ist ein zylindrischer Komplex aus vier Ringen, die wie folgt angeordnet sind:

α7 → äußerer Ring (7 Alpha-Untereinheiten)
β7 → innerer Ring (7 Beta-Untereinheiten)
β7 → innerer Ring (7 Beta-Untereinheiten)
α7 → äußerer Ring (7 Alpha-Untereinheiten)

a) Drei β-Untereinheiten sind katalytisch aktiv:

β1: caspase-ähnliche Aktivität (spaltet nach sauren AS)

β2: trypsin-ähnliche Aktivität (spaltet nach basischen AS)

β5: chymotrypsin-ähnliche Aktivität (spaltet nach hydrophoben AS)

→ Pro innerem Ring 1x β1, β2, β5, insgesamt also 6 katalytisch aktive Untereinheiten (3 pro Ring).

b) - Cap-Strukturen (z. B. das 19S-Regulator-Partikel) binden an die α-Ringe.
- Die Bindung erfolgt insbesondere über α-Untereinheiten, z. B. α3, α4, α6.

c) Die ATPase-Aktivität ist nicht im 20S-Kern selbst enthalten, sondern im 19S-Regulator (Cap).

Dort gehören die ATPasen zur Base des 19S und heißen Rpt1–Rpt6 (AAA-ATPase-Familie).

→ Im 20S-Proteasom selbst gibt es keine ATPasen.

d) Im Immunoproteasom werden die katalytisch aktiven Untereinheiten ersetzt:

β1 → β1i (LMP2)

β2 → β2i (MECL-1)

β5 → β5i (LMP7)

→ Diese Isoformen optimieren die Peptidproduktion für MHC-Klasse-I-Antigenpräsentation.

Question 6

Unterstreichen Sie alle richtigen Antworten.

1. Neben der Polyubiquitinylierung ist auch die Monoubiquitinylierung eines Substrates {ein
   Signal | kein Signal} für den Abbau durch das Proteasom.
2. Polyubiquitinketten, die Abbausignal sind, unterscheiden sich {nur in der Länge | sowohl in
   der Länge als auch in de Art der Verknüpfung (K48, K63 etc.)}.
3. Am Proteasom wird die Ubiquitinmarkierung durch die {Cap-Struktur | die Core-Struktur | den
   ATPase-Ring} erkannt.
4. Das Ubiquitin {wird | wird nicht} durch das Proteasom verdaut.
5. Eine zur Ubiquitinylierung verwandte Art der Proteinmarkierung ist die {SUMOylierung |
   Ribosylierung}.
6. Diese Markierung {dient ebenfalls | dient nicht} als Signal für den Abbau durch das Proteasom.

Answer 6

1. kein Signal
2. sowohl in der Länge als auch in der Art der Verknüpfung (K48, K63 etc.)
3. Cap-Struktur
4. wird nicht
5. SUMOylierung
6. dient nicht

Question 7

Unterstreichen Sie alle richtigen Antworten.

1. Mikrotubuli entstehen durch Zusammenlagerung von {Monomeren | Dimeren | Trimeren} aus
   {α- | β- | γ-} Tubulin.
2. Mikrotubuli liegen oft {einzeln | in Bündeln | in Netzwerken} vor.
3. Ihre Verankerung im Centrosom {erfolgt | erfolgt nicht} durch direkten Kontakt mit dem γ
   Tubulin der Centriolen.
4. Die Centriolen {entsthen i.d.R. nach jeder Zellteilung neu | teilen sich während der Interphase
   und werden durch Vererbung weitergegeben}.

Answer 7

1. Dimeren, α- & β-
2. in Bündeln
   &
   in Netzwerken
3. erfolgt
4. teilen sich während der Interphase und werden durch Vererbung weitergegeben

Question 8

a) Nenne Sie zwei der wichtigsten Aminosäuremodifikationen, die typisch für Kollagen sind.

b) Welche dieser Modifikationen findet sich auch im Elastin?

Answer 8

a) - Hydroxyprolin
- Hydroxylysin

b) Hydroxyprolin

Question 9

Erläutern Sie den Ablauf des co-translationalen Transportes von Proteinen in das ER unter
Verwendung folgender Begriffe:
Targeting; Translokon; Processing

Answer 9

Targeting:
Eine Signalsequenz am Protein wird vom SRP erkannt → das Ribosom wird zum ER geleitet.

Translokon:
Am ER dockt das Ribosom an das Translokon (Sec61) und schleust das Protein während der Translation ins ER.

Processing:
Im ER erfolgt die Abspaltung der Signalsequenz, Faltung und ggf. Glykosylierung.

Question 10

Unterstreichen Sie alle richtigen Antworten.

1. Myristat-verankerte Proteine nutzen zur Membranassoziierung oft als weitere Eigenschaft
   {Cluster negativ geladener Aminosäuren | Cluster positiv geladener Aminosäuren
   | Palmitylierungen}.
2. Die ersten Syntheseschritte der bei der N-Glykosylierung verwendeten Dolicholphosphat
   verknüpften Oligosaccharide erfolgt {an der zytoplasmatischen Seite des ER | an der
   luminalen Seite des ER | frei im Zytoplasma}.

Answer 10

1. Cluster positiv geladener Aminosäuren
   &
   Palmitylierungen
2. an der zytoplasmatischen Seite des ER

Question 11

Unterstreichen Sie alle richtigen Antworten.

1. Die Bildung von Disulfidbrücken in Membranproteinen erfolgt in Säugern im {ER | cis-Golgi
   | sekretorischen Vesikel}.
2. Diese Verknüpfung erfolgt {erst nach Erreichen der endgültigen Tertiärstruktur | auch in
   intermediären Konformeren}.
3. Die dabei frei werdenden Elektronen werden letztendlich {auf die Atmungskette der
   Mitochondrien übertragen | im ER auf molekularen Sauerstoff übertragen | in Peroxysomen
   auf molekularen Sauerstoff übertragen}.
4. Der in der UPR involvierte Ire1-abhängige Signaltransduktionsweg umfasst als Schritte {die
   Autophosphorylierung eines Membranrezeptors | die Ligation einer RNA | das Trimmen
   durch eine Intermembranprotease}

Answer 11

1. ER
2. auch in intermediären Konformeren
3. im ER auf molekularen Sauerstoff übertragen
4. die Autophosphorylierung eines Membranrezeptors
   &
   die Ligation einer RNA

Question 12

a) Welche Mechanismen ermöglichen die spezifische Verpackung eines löslichen
Cargoproteins in ein Vesikel?

b) Welche Bestandteile eines COPII-Vesikels sind an der Spezifität des Transportes beteiligt
und bei welchem Schritt des Vesikeltransportes wirken sie?

Answer 12

a)
Mechanismen zur spezifischen Verpackung eines löslichen Cargoproteins in ein Vesikel:

Cargorezeptoren in der Membran erkennen lösliche Cargoproteine im Lumen (z. B. ER).

Diese Rezeptoren haben Erkennungssignale für das Cargoprotein und Bindestellen für das Coat-Protein.

Dadurch wird das Cargoprotein indirekt über den Rezeptor in das entstehende Vesikel aufgenommen.

b)
Bestandteile eines COPII-Vesikels mit Funktion im spezifischen Transport:

Sar1 (GTPase):

Rekrutiert die COPII-Komponenten an die ER-Membran

Aktiviert durch GTP-Bindung → initiiert Vesikelbildung

Sec23/Sec24-Komplex (inneres Coat):

Sec24 erkennt Cargorezeptoren → entscheidend für die Spezifität der Beladung

Sec23 bindet an Sar1-GTP → stabilisiert die Vesikelbildung

Sec13/Sec31-Komplex (äußeres Coat):

Bildet den strukturellen Käfig → gibt dem Vesikel seine Form

Wirkungszeitpunkt:
→ Diese Bestandteile wirken beim Vesikelbildungs-Schritt (Budding) am ER

Question 13

Kreuzen Sie jeweils “ja” oder “nein” an.
Das extrinsische Auslösen der Apoptose kann u.a. durch Bindung von Fas-Liganden an das
Protein Fas in der Plasmamembran erfolgen.

1. Fas ist eine Protease, die Procaspasen spaltent und so aktive Caspasen erzeugt.
2. Fas ist eine Rezeptor-Tyrosinkinase, die den MAP-Kinase-Weg aktiviert
   und so die Transkription von proapoptotischen Genen steigert.
3. Fas interagiert mit Adaptermolekülen, so dass Procaspasen gebunden
   werden können, die sich dann durch Autoproteolyse in aktive Caspasen
   umwandeln.
4. Für die Bildung des DISC (death inducing signalling complex) ist die
   Freisetzung von Cytochrom-c aus den Mitochondrien eine wichtige
   Voraussetzung.
5. Durch die Interaktion von „death domains“ bindet das Adapterprotein
   FADD an Fas.

Answer 13

1. nein
2. nein
3. ja
4. nein
5. ja

Question 14

Bei der Regulation des M-Cdk-Komplexes spielen die Enzyme Wee1, CAK, Cdc20-APC und
Cdc25 eine wichtige Rolle.
Ordnen Sie die Enzyme einer Enzymklasse zu und kreuzen Sie die entsprechende Funktion
der Enzyme in Bezug auf die M-Cdk-Regulation an.
Funktion: aktivierend| hemmend
Enzymklasse: Protease| Kinase| Ubiquitin-Ligase| Phosphatase

1. CAK
2. Cdc25
3. Wee1
4. Cdc20-APC

Answer 14

1. Enzymklasse: Kinase
   Funktion: aktivierend
2. Enzymklasse: Phosphatase
   Funktion: aktivierend
3. Enzymklasse: Kinase
   Funktion: hemmend
4. Enzymklasse: Ubiquitin-Ligase
   Funktion: hemmend

Question 15

Kreuzen Sie jeweils „ja“ oder „nein“ an.
Die mehrfache Replikation der DNA während der S-Phase wird verhindert durch …

1. … einen Inhibitor der DNA-Polymerase.
2. … proteolytischen Abbau der DNA-Polymerase.
3. … Phosphorylierung von Komponenten des präreplikativen Komplexes.
4. … Ubiquitinylierung und Abbau von Cdc6.
5. … proteolytischen Abbau bestimmter Promotorstrukturen

Answer 15

1. nein
2. nein
3. ja
4. ja
5. nein

Question 16

Während einer Signalkaskade werden häufig “second messengers” erzeugt.
Nennen Sie vier Moleküle, die als “second messenger” wirken.

Answer 16

1. cAMP (zyklisches Adenosinmonophosphat)
2. Ca²⁺ (Calciumionen)
3. IP₃ (Inositoltriphosphat)
4. DAG (Diacylglycerin)

Question 17

Bei der Regulation des Zellzyklus spielt der sogenannte “restriction point” eine wichtige
Rolle.
Kreuzen Sie jeweils “ja” oder “nein” an.

1. Das Protein Rb wird nur in der G1-Phase exprimiert, um das Passieren
   des „restriction points“ zu ermöglichen.
2. Rb ist ein Inhibitor eines Transkriptionsfaktors.
3. Durch die Aktivierung der S-Cdk entsteht eine positive Rückkopplung,
   indem die S-Cdk das Protein Rb durch Phosphorylierung inaktiviert.
4. Der “restriction point” befindet sich am S/G2-Übergang im Zellzyklus.

Answer 17

1. nein
2. ja
3. ja
4. nein

Question 18

Bei der Musterbildung der dorso-ventralen Achse bei Drosophila spielt das Protein Spätzle
eine große Rolle. Welche Aussagen sind richtig?
Kreuzen Sie jeweils „ja“ oder „nein“ an.

1. Spätzle aktiviert die Expression maternaler Gene als Transkriptionsfaktor.
2. Spätzle gelangt durch Aktivierung des Toll-Rezeptors in den Zellkern.
3. Spätzle bindet an den Toll-Rezeptor.
4. Spätzle bildet ein Heterodimer mit dem Protein Dorsal.
5. Spätzle wird durch eine Protease aktiviert.

Answer 18

1. nein
2. nein
3. ja
4. nein
5. ja

Question 19

Das Protein Gurken ist u.a. wichtig für die Initiation der anterior-posterioren Achse bei
Drosophila. Welche Aussagen sind richtig?
Kreuzen Sie jeweils „ja“ oder „nein“ an.

1. Gurken mRNA wird während der Eireifung exprimiert.
2. Das Protein Gurken wird erst im zellulären Blastoderm-Stadium gebildet.
3. Das Protein Gurken bindet an Rezeptoren der Follikelzellen.
4. Das Protein Gurken reguliert die Expression der Segmentpolaritätsgene.
5. Eine Mutation im Gen Gurken wird auch als homeotische Mutation
   bezeichnet.

Answer 19

1. ja
2. nein
3. ja
4. nein
5. ja

Question 20

Bitte ergänzen Sie die folgenden Sätze:

1. Das embryonale Entwicklungsstadium, in dem die drei Keimblätter gebildet werden, ist das
   Stadium der ……………………………………………………
2. Die Keimblätter werden als ……………………………., ……………………………
   und ……………………………. bezeichnet.
3. Aus den Keimblättern entwickeln sich die verschiedenen Gewebe/Organe, und zwar z. B.
   Nervenzellen aus dem…………………. und Muskelzellen aus dem …………………………..

Answer 20

1. Stadium der Gastrulation.
2. Ektoderm, Mesoderm und Endoderm
3. Nervenzellen, Ektoderm und Muskelzellen aus dem Mesoderm.

Question 21

Welche Strukturen werden in welchem Stadium der Wirbeltierentwicklung gebildet?
Kreuzen Sie an.
Strukturen:

Blastomeren |Neuralrohr |Mesoderm |Primitivstreifen |Blastocoel |Urdarm |Chorda |Urmund

1. Furchung
2. Blastulabildung
3. Gastrulation
4. Neurulation

Answer 21

1. Blastomeren
2. Blastocoel
3. Mesoderm, Primitivstreifen, Urdarm, Chorda, Urmund
4. Neuralrohr

Question 22

Der Wnt/β-Catenin-Signalweg spielt bei der Induktion des Nieuwkoop-Zentrums im Xenopus
Embryo eine wichtige Rolle.
Kreuzen Sie jeweils „ja“ oder „nein“ an.

1. Das Protein Dishevelled bildet den Wnt-Rezeptor.
2. Das Protein Frizzled bindet an der Regulatorregion zygotischer Gene.
3. Die Kinase GSK-3 phosphoryliert das Protein Frizzled.
4. Wnt-Proteine binden an den Rezeptor.
5. β-Catenin wird vom Rezeptor phosphoryliert.
6. Das Protein Dishevelled ist ein Transkriptionsfaktor.

Answer 22

1. nein
2. nein
3. nein
4. ja
5. nein
6. nein