Teil 1 Flashcards
(115 cards)
1
Q
Nucleosid
Nucleotid
A
- ) Zucker(Pentose,2Desoxy oder Ribose,Durch Reduktion Rib-Deso am C2 ) +Base(stickstoffkaltige,heterozyklisch)
- ) Zucker +Base+ Phospat
2
Q
Verknüpfung der Nukleotid/Nukleosid
A
Zucker + Base=N glykosidisch
Zucker+Phosphat = O -glykosidisch (Phosphorsäureesterbindung C5)
3
Q
Phosphorsäureesterbindung
A
- Zwischen Zucker + Phosphat.
2. Zwischen den Nukleotiden(3’-5’)
4
Q
Funktionen der Nukleotide
A
Energieträger: Säureanhydridbindung sehr energiereich ,liefert Energie für die Übertragung der Phosphatgruppe auf ein anderes Molekül in gekoppelten Reaktionen.
Je mehr Energie,desto mehr Übertragungspotential der Phosphatgruppe.
Höhere Potential als ATP? =1,3 Biphosphoglycerat und Phosphoenolpyruvat.
Synthesevorstufen:
Bausteine der Nukleinsäure(Energie aus der Säureanhydridbindung geliefert)=====Nukleosidtriphosphate aktivierte energiehaltige Vorstufe.Synthese von Glykogen,Glykoproteinen,Glykolipiden (UDP-Gal,GDP Mannose,GDP Fucose)
Bestandteile von Coenzyme-NAD,NADP,FAD,FMN,Coenzym A
Signalmoleküle
cAMP=second messengee
GTP bei G-Proteinen, damit sie in aktiven Zustand bleiben kann.
extrazelluläre Funktionen–Thrombozytenaggregation.
allosterische Effektoren.
Sie hemmen allosterisch die Aktivität der Schlüsselenzyme für ihre Synthese. ADP/ATP- System bestimmt die Energieladung -Hoch-katabole gehemmt.
5
Q
PP-Px2
A
Pyrophosphat zu 2 mal Phosphat durch Pyrophosphatase
6
Q
DNA
A
- Weitergabe und Speicherung des Erbguts.
- Reihenfolge
- 5-3 Phosphodiesterbindung
- Polarität
7
Q
Doppelhelix
A
2 Stränge(komplementär,antiparallel) mittels spezifischer Basenpaarung über Wasserstoffbrückenbindungen verbunden.
Voraussetzung für die räumliche Struktur-Adenosin Cytosin Aminoform,Thymin Uracil Ketoform
innen basisch außen sauer(Phosphatreste negative Ladung)
Kleine,große Furche aufgrund der Windung.
8
Q
Chromatin
A
maximale Kompression der DNA im Zellkern durch Windung um Proteine.
Nucleosomenstrang-Chromatinfaser-(+nicht-Histon-Proteine) Chromatinfschleifen
euchromatin,heterocromatin
9
Q
Histone
A
viele basische,positiv Aminosäure (Lysin Arginin)-negativ geladene Gruppen an der Außenseite der DNA lagern sich über ionische Wech. an.
jeweils 8 verschiedene Histone-Oktamer(140-160 BP)
Linker DNA 50 60.
10
Q
Modifikation der Histonen
A
wo?
an den N terminalen Aminosäuren den Histonen,die aus dem Oktamer herausragen.
Acetylierung- Histon(de)acetyltransferase : acetylierung der Lysinreste-Destabilisierung der Wechs zwischen DNA/ Histonen oder Abspaltung + verdichtet.
Phosphorylierung-
negativiert die Seitenkette-weniger starke Wechselwirkungun-Transkriptionsrate steigt.
Methylierung-
an Lysin-,Argininresten
Bindungsorte für regulatorische Proteine,je nach Position der modifizierten Aminosäure.
Ribosylierung.
11
Q
RNA
A
- meist einsträngig,teilweise Doppelstrang(Kleeblatt Form tRNA)
- Ribose
12
Q
Intra-,Intermolekularen Bindungstypen
A
H-Brücken-
10,5 Basenpaare je Windung.
Bewirken die Doppelhelix Struktur.
Voraussetzung(A,C, Aminoform)+ (T,U,Ketoform)
Stapelwechselwirkung übereinandergestapelter Basen:
-π - Stacking führt zur Ausbildung der Helixstruktur,da sich bei paralleler Anordnung ladungsidentische Systeme achsenversetzt stapeln.
thermische Stabilität.
Hydrophober Effekt.
Helix ist außen polar und innen hydrophob.Also Wasser dringt nicht ein und die polaren Oberflächen werden dem umgebenden Wasser zugewandt.
Phosphorsäurediesterbindund (5’-3’) zwischen 2 Mononukleotiden.
13
Q
π - Stacking
A
zwischen den übereinanderliegenden,aromatischen Ringsystemen der heterozyklischen Basen kommt es zu Dipol-Wechselwirkung der π - Elektronen
14
Q
Gemeinsamkeiten und Unterschiede
A
-Zucker(Pentose,aber OH)
-Basenpaarung
-Struktur(festgestellte,Vielfalt)
-Stränge(Doppelhelix, einzelsträngig-kurz-alternative BP möglich-Sekundräre Strukturen wie Hairpin möglich.
Funktion.
=Beides Nucleinsäure.3 gleiche Basen,Pentose.
15
Q
Coenzym A
A
ähnlich wie ADP plus eine Phosphatgruppe an der Oh Gruppe des C3 + Panthotensäure (Panthotinsäure + β-Alanin ) + Cysteamin mit reaktiver Thiol-SH Gruppe.
- spielt eine Rolle in zahlereichen Stoffwechselprozesse,vor allem in Fettsäurestoffwechsel.
- Pyrophosphat+ Pantothenyl-beta-aminoäthanthiol(Pantothensäure=Vitamin des B komplexes.
16
Q
Coenzyme
A
Könne in Redoxreaktionen Protonen und Elektronen reversibel aufnehmen.
FAD,NAD,CoA.
17
Q
ATP
A
- zur Gruppe der Mononukleotide gehöriges Molekül.
- 3 Phosphatgruppe mit Säureanhyridbindungen verbunden
- Hauptenergiespeicher innerhalb von Zellen.
18
Q
NAD
A
-NAD+ zu NADH + H+ (Reduktion),also Elktronenübertrager.
19
Q
FAD
A
- Elektronenübertrager an energetischen Stoffwechselprozessen.
- zur Gruppe der Redoxcoenzyme,katalzsiert Redoxreaktionen.
- aus ADP über Ribit(Zuckeralkohol) an einen Isoallaxazinring gebunden.
- Leitet sich von Riboflavin ab.
20
Q
1.5 Wie werden Elektronen, die bei der Oxidation von Kohlenhydraten oder
Fettsäuren „freigesetzt“ werden für andere Reaktionen im Stoffwechsel
„konserviert“?
A
Über die Bildung von Reduktionsäquivalenten,NADH H+ und FADH2(Oxidationsmittel), die als Elektronen-Protonenspeicher dienen.Diese geben ihre Elektronen an die Atmungskette ab,die sie in kleinen Schritten auf O2 überträgt und dabei den universell einsetzbar Träger ATP.
Bei der Oxidation während der Glykolyse(nur NAD),Citratzyklus und der β+-Οxidation werden Elektronen frei,die von NAD+ , FAD+ aufgenommen werden
21
Q
Einflüsse oder Substanzen, die DNA schädigen.
A
Chemische Karzinogenese
Biologische Karzinogenese
Physikalische Karzinogenese.
22
Q
Chemische Karzinogenese
A
Beispiel: Benzopyren!
-Entsteht bei unvollständigen Verbrennung(Zigaretten/Grillen)
-Prokarzinogen, d.h. es wird erst im Körper hydrophobe Molküle über den physiologischen Vorgang der Biotransformation modifiziert(meist durch Cytochrom P450) ,durch Epoxid Hydrolase kommt Wasser im Molekül rein, deaktiviert und unschädlich.
(!) Durch Einfügen von Hydroxylgruppe durch CYP— Benzopyren wird aktiviert und jetzt enthält eine Epoxid-Gruppe.Das Epoxid kann kovalente Bindung mit dem N( Stickstoff) der Basen (Guanin) eingehen und in die DNA schieben–Interkalation—Verzerrung der DNA.
Nitrosamine:aus Hitze, Magensäure, Tabak aus Nitrit(NO2-) und Ami(RNRR).
(!) Aktivierung, durch CYP (Biotransformation) entsteht eine alkylierende(!) Verbindung–zur Alkylierung aller Basen–Punktmutation–veränderter BP(Methyl Guanin mit Thymin)/Inaktivierung von Genen in CpG-Inseln(CpG-Inseln sind Abschnitte auf der DNA eukaryotischer Organismen, in der sich die Nukleotidfolge Cytosin-Guanin häufig wiederholt.)der Promotorregion (Methylierte Cytosin-Reste)
23
Q
Physikalische karzinogenese
A
Beispiel : UV-Licht (1-380nm)
-Elektromagnetische Wellen (kürzere Wellenlänge + energiereicher als sichtbares Licht.
-(!) Keine ionisierende Strahlung.
-Nukleinsäuren absorbieren UV licht (260 nm)—Anregung der Pi-Elektronen der Nukleobasen.—Proble bei zwei übereinanderliegenden Thyminbasen dar ( nicht wieder in unangeregter Zustand) —Thymindimer.
!!!!passen sterisch nicht in die Doppelhelix–behindert die Replikation und Genexpression.(vs Reparaturmechanismen)(Thymindimerbildung 100x/sec
24
Q
Biologische Karzinogenese
A
Beispiel: Viren.
- DNA wrd ins Wirtsgenom aufgenommen
- Onkogene werden permanent gebildet
- Eines dieser Onkogene bindet an P53.
25
Endogene/Spontane Faktoren für Karzinogenese.
spontane Schädigungen ,ca.20.000 Veränderungen/Zelle/Tag.
1.) Hydrolys--Durch Hydrolytische Disaminierung bspw spontane Bildung von Uracil aus Cytosin .
Problem nur in RNA.100
2.) Oxidation von Nukleobasen durch reactive oxygen species(H-Peroxid.).Oxo-G-C,OxoG-A auch möglich.1000
26
1. )Intekalation=
2. )Primäre Karzinogene=
3. )Sekundäre Karzinogenese=
4. )Kokarzinogene =
5. ) Promotoren=
1. )Einlagerung planarer Moleküle zwischen die gestapelten Basen.
2. )onhe metabolische Aktivierung Krebserzeugend.
3. )Prokarzinogene,durch Biofaktoren Krebserzeugend.
4. )direkte Erhöhung karzinogener Effekte zB durch Induktion biotransformierender Enzyme
5. )indirekte Erhöhung karzinogener Effekte durch Proliferationsreiz(schnelles Gewebewachstum)
27
Replikation
Anfertigung einer exakten Kopie der Gesamten DNA im Zellkern.
-findet während der Interphase, S-Phase des Zellzyklus.
Benötigt werden: DNA- Matrizenstrang,dNTPs als Substrate,Primer.
28
Ablauf der Replikation
1.)ORecognitionComplex an OriginReplicationI
2.)Trennung der komplementären Strängen durch Helicase---Replikationgabel+ssbp(single strand binding proteins) verhindern Reassoziation der Stränge.
3.)Topoisomerasen-verhindern von Torsionsspannung(durch die Entwindung) (Topo1-1 Strang ohne ATP,Topo2- beide Stränge benötigt ATP.
4.) Elongation(Synthese):Primersynthese(freies OH-Gruppe--) durch Primasen(δ,ε) an unterschiedlichen ORI(durch 3-5 Phosphodiester)
am Leitstrang (α,ε)
am Folgestrang-am 5'-Ende,Primer nicht ersetzbar-kein freies Oh-Gruppe.Deswegen gibt es Telomere-Keine Info der DNA verloren.(α,δ)
DNA-Ligase.
29
Telomer Replikation
repetitive,nicht codierende DNA Sequenzen.
am 5 Ende der Folgestränge kann nicht gefüllt werden .Nach 30-50 Teilungen sind codierende Nukleotide betroffen,dann teilt sich die Zelle nicht mehr.
! In stark proliferierenden Geweben gibt es Telomerase(reverse Transkriptase).Hat eine eine einige RNA Matrize und verlängert die Telomere.
Wie?
An 5 Überhang und da mit RNA Matrize DNA Synthese.DNA Primase a folgt.
30
Termination der Replikation
wenn die Terminationsproteine an Terminationssequenzen binden.
31
Welche Unterschieden gibt es in der DNA- Synthese von Eukaryonten und
Prokaryonten?
-Unterschiede aufgrund der Größe (Zeit)
-ORI und Form
-Telomerase
-Primase(Prok:eigenständiges Protein,Euk:Primase aus 2 Unterheiten ,Origin Recognition Complex.
-Pro:Polym 3 und 1 (füllt die Lücke nach der Primerentfernung),Euk δ,ε
-im Zytosol,im Zellkern
-Gyrase vs Topoisomerase 1,2
(Gyrase Hemmer= Antibotikum,bspw Ciproflaxakin)
32
Durch welche Mechanismen wird die Fehlerrate bei der DNA-Replikation
minimiert?
-An Pentosen ,an den Phosphaten und zwischen den Basen möglich.
-4 Reaktionen möglich=Alkylierungsreaktion
(Nitrosamine),Oxidation(spontan),Hydrolasen(spontan C zu U),photoinduzierteCycloaddition durch UV Strahlung(Thymindimer)
-direkte Reparatur--modifiezierte Base ohne zwische Schritte
-Basenexzisionsreparatur:DNA Glykosylase die mod.Base erkennt und schneidet aus(Endonuklease und Phosphdiesterase).+DNA Pol+DNA Ligase.
-NukleotidexzisionsreparaturReparatur größerer Läsionen(bspw UV),Proteinkomplexe erkennen geschädigte Stelle ,Helikase,Endonuklease ,Entfernug eines Oligonukletids,DNA Pol I,DNA
Ligase
-Reaparatur von Doppelstrangbrüchen.1)homologe-während/nach der Synthese(in der S Phase),2) zu Beginn der S phase G1
-Fehlpaarungsmechanismen:Durch spontane Desaminierung.Proteine,Exonuklease, DNA Pol
-sehr genaue DNA-Replikation-proff reading der DNA-Pol ^
-Direkte Entfernung von Alkylierung durch zB Demethylasen
Mit allen Mechanismen--10^9
33
2.4 Erläutern Sie Besonderheiten der Telomer- Replikation und die Rolle der
Telomerase dabei
=komplexe Strukturen an den Enden
der Chromosomen,die deren Abbau und Verkleben verhindern.
-Bestehen aus vielfachen Wiederholungen von 5GGGTTA3
-Somatische Zellen können sich nicht mehr als 50 bis 100 teilen.
Telomer-Replikation:
in stark proliferierenden Geweben(Stammzellen,Tumorzellen,Keimzellen)--reverse Trankriptase.
34
2.5 Welche Rolle spielen mutagene Substanzen im Replikationsprozess?
Mutagene=äußere Einwirkungen,die Genmutationen oder Chromosomenaberrationen auslösen:Benzopyrene,Nitrosamine,UV
auf das virale/bakterielle Genom:Zytostatika,Vitostatika,Antibiotika,DNA-Interkalanzien(Doxorubicin), DNA-Crosslinker(Mitomycin C,Cisplatin)
35
Ciprofloxacin
Gyrasehemmer Toposiomesare 2 hemmer.
36
Topotecan
Hemmer der menschlichen Topoisomerase 1
37
Cytosinarabinosid
DNA pol
38
Mitomycin C
kovalente Bindung an dna dna- strangbrüche
39
Actinomycin D
interkalieren in gcreiche Abscnitte der dna
40
Definieren sie den Genbegriff und nennen sie wichtige Komponenten des
Transkriptionsprozesses
- Genom
- Gen
- Identifiezierung von Personen:Innerhalg dr intergenen DNA existieren auch repititive DNA-Abschnitte,von denen es millionenfache Wiederholungen geben kann.Häufig ähnlich aber nicht identisch-Variationen in diesen Bereichen können genutzt werden,um Personen anhand bestimmter Sequenzen zu identifizieren(Fingerprints).
41
Genom
- Gesamte DNA einer Zelle mit vollständiger genetischer infos den gesamten Organismus.
- komplett in jeder Zelle vorhanden .
- enthält ca.3 Milliarden BP.
- Gene hintereinander in Tandemaordnung oder als kleine Inseln über das Genom verstreut liegen.
- Trankriptom=die Gesamtheit der RNAs
- Proteom=die Gesamtheit der Proteine.
- Intergene DNA=zwischen den Genen.
* repetitive DNA-Abschnitte,von denen es millionenfache Wiederholungen geben kann.
* Satelliten DNA(60-200,für Zentromer zuständig).
* LINES -SINES Anteile=nicht unmittelbar funktionelle DNA Abschnitte.
* mobile DNA-Elemente mit viralen und nicht viralen Retransposon.
42
Gen
DNA-Abschnitt für Synthese eine AS Sequenz oder zur Herstellung einer biologischen aktiven RNA.
- menschlyches Genom enthält ca.30.000 Gene
- Auch Abschnitte,die für die Kontrolle der Transkription sowie für die weiter Modifizierung verantwortlich sind(Promotor,Terminator).
43
Promotor
- Steuerabschnitt,liegt vor der kodierenden Sequenzen(am 5 Ende).
- An den rna pol 2 und tf.
- enhancing oder silencing wirkung- produzierende Hormone bewirken drauf.können die Funktion der TF wächseln.
- nicht transkribiert
- Bestandteile:tata-box,initiator(gc-box,ccaat-box)
* *Haushaltgene:GC-reich,kein TATA-Box.
44
Transkriptionsfaktoren
- Besitzen DNA-Bindungsdomäne und Aktivierungsdomäne.
- Aktivieren das Zielgen.
- Unterschiedliche Sequenzmotive,aber Konsesussequenz.
- Basale TF(aus mehreren Untereinheiten)-ermöglichen die Bindung der RNA pol. und dementsprechend den Beginn der Transkription.
- Spezifische Trankriptionsfaktoren=binden an distale regulatorische Elemente,von Promotor entfernt,zb Enhancer,Silencer.--gezielte Regulation spezifischer Genen.
45
RNA Polymerasen
- Polymerase 1 :Bildung rRNA im Nukleolus(5.8s,18s,28s)
- Polymerase 2: Bildung hnRNA,Zellkern (Form von prä-mRNA),miRNA,snRNA
- Polymerase3:tRNA,rRNA,Zellkern,5s
46
Posttranskriptionelle Mechanismen
- Polyadenylierung : am 3 Ende der RNA werden viele Adenine angehängt (150-200)
- CapStruktur:am 5 Ende wird ein GTP mit methyliertem angehängt
- Spleißen und alternatives Spleißen durch snRNA+Proteinen(Speicoseosom) =Herausschneiden von Intros,also nicht codierende Sequenzen der hnRNA.
- mRNA-Editing.
47
scRNA
small cytoplasmatic,Bestandteil der Signalerkennungspartikel.(Signal recognition particle)
48
3.2 Wie läuft die Transkription in einer eukaryotischen Zelle ab?
mRNA=monocistronischRNA--RNA nur für ein Gen,Operon.
- Vorbereitung:Heterochromatin zu Euchromatin(durch Acetylierung der Histonen)
- Initiation:TFIID am 3 Ende(Besitzt TATA Bindeprotein oder TBP-assoziierte Domäne,die TATA-lose Promotoren erkennt--Haushaltgenen) und rekrutiert TFIIB.
TFIIB bindet Polymerase II mit TFIIF am Promotor.Proteinkinase phosphorzliert und aktiviert die Polymerase.
TFIIA stabilisiert die bindung mit dem Promotor,TFIIE rekrutiert TFIIH und moduliert seine Aktivitäten--TFIIH bindet an den Komplex der Pol mit den TFs.(!)TFIIH besitzt Helikase und Proteinkinase Aktivitäten--entwindet die DNA,trennt die Basenpaare,ess entsteht eine Transkriptionsauge und verdrillt wieder die DNA nach der Transkription.+++Topoisomerase I-bricht einen Strang auf und Topo II macht einen Doppelstrangbruch.
-Elongation: Verknüpfung von Nukleotiden(Esterbindung 3-OH und Phosphat) durch die RNA Pol II(NTPs und dannach findet die Abspaltung des Pyrophosphats.
-Termination:RNA Pol II sznthetisiert so lange,bis sie auf ein Poly-A-Sgnal (AAUAAA) stößt.
Synthetisiert Poly-A-Schwanz auf RNA
Führt zur Ablösung und Beendigung der Transkription
(!) Poly -A-Bindungsproteine an Poly-A-Schwanz--essentiell für die Translation
Ablösen der TF
Verdrillung der DNA
Reparatur den Strangbruche.
49
Regualtion der Transkription
Konstitutiver Expression=kontirnuerliche Expression.
Meistens wird die Genexpression unterdruckt(Repression).
-Repressor:DNA-bindendes Protein,das die Transkription eides Gens unterdrückt.,bis ein Signal diese Bindung aufhebt.
-Aktivator:Positive Transkriptioskontrolle.
-(!)Bei Eukaryoten gibt es distale regulatorische Elemente also DNA-Sequenzen,die die Transkriptionsrate eines Gens beeinflussen können.
Enhancer,etwa 20bp lange DNA-Sequenz und wenn spezifische Transkriptionsfaktoren daran binden -Erhöhung der Transkriptionsrate.
50
Transkriptom
Summe aller zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Zelle transkribierten Genen,also die Gesamtheit aller in einer Zelle hergestellten RNA-Moleküle.
51
Eine Vergiftung mit dem Grünen Knollenblätterpilz führt unbehandelt nach
3-5 Tagen zu einem akuten Leberversagen. Wie ist die molekulare Wirkung des
Toxins alpha-Amanitin?
Toxin des Knollenblätterpilzes ist die a-Amanitin.
Interagiert mit den Brückenhelix im aktiven Zentrum der RNA-Pol2 und die Helix wird unbeweglich und damit hemt die a-Amanitin die Synthese den mRNA dementsprechend findet keine oder stark verlangsamte Produktion von Proteinen,Enzymen und Hormonen. Keine Stoffwechselprozesse in der vergifteten Zelle,Apoptose der betroffenen Zellen(vor allem Darmepithelien-dann gelangt der Giftstoff in den Blutkreislauf mit hepatelialen Syptomen bis Leberversagen
Rettung? schnelle Lebertransplation,sonst Tod innerhald von 4-14 Tagen
Klinik: 3 Phasen.
1.)gastroenterische Phase:a-Amanitin in Darmzellen
2.)trügerische Phase:Symptome der Phase 1 klingen ab (nur Anstieg von Transaminasen im Blut.
3.)hepatorenale Phase: nach 3-4 Tagen akutes Leberversagen.
52
Hemmstoffe der Transkripion
- a-Amanitin(aus dem grünen Knollenblätterpilz)-hemmt die eukaryotische RNA-Pol II
- Rifampicin(als Antibiotikum) hemmt die prokaryotich RNA Pol.
- Actinomycin D(als Zytostatikum) bewirkt eine Intekalation in GC reiche Regionen der DNA.
- Ciproflaxakin: hemmt die Gyrase(Topoisomerase II)
- Mitomycin:Zytostatika,verhndert die Enstehung der kovalenten Bindung.
- Actinomycin D:Zytostatika,Interkalation in GC reiche Sequenzen der DNA.
53
Welche Komponenten der bakteriellen Transkription sind Angriffspunkte von
Antibiotika bei der Therapie bakterieller Infektionen, und wie erklärt sich die
Wirkung dieser Antibiotika
- Penicillin/Cephalosporine:Hemmung der Zellwandsynthese
- Rifampicin:Hemmung der prokaryotischen RNA Polymerase.
- Ciproflaxakin:Gyrasehemmer
- Tetrazykline/bakteriostatich:Hemmung der Translantion durch Bindung an der 30S Untereinheit.
- Makrolide/Chloramphenicol:Hemmung der Transaltion durch Bindung an der 50S Untereinheit.(verhindert die Translokase an das Ribosom -dadurch können die beiden tRNAs nicht in die nächsten Bindungsstelle,Proteinbiosynthese wird abgebrochen,Mitochondrien auch betroffen.)
- Aminoglykoside: Bindet an die 30S Untereinheit-verursacht falsches ablesen der RNA-die hergstelle Peptidkette hat keine Funktion.
54
3.4 Wie wird das primäre Transkriptionsprodukt posttranskriptional
prozessiert, um eine funktionsfähige (reife) mRNA zu erhalten?
1.)5-Capping (Cotranskriptional),hnRNA wird mit einer Kopf am 5 Ende versehen.
Funktion:Schutz von Abbau durch Exonukleasen erkennung des Caps von Translationsfaktoren.
Ablauf:Abspaltung des 5 terminalen Phosphat (5 Triptophatase)
Übertragung des GMP-Rests(durch Gyanylintransferase aus einem GTP) auf das entstandene 5Diphosphat.
1-3 Methylierung.
55
Splicing
-im Zellkern-Posttranskriptional
-Herausschneiden den Introns und zusammenfügen der Exons
-Durchführung durch snRNA und 50 weitere Proteine.
-Komplex aus snRNPs + Spleißfaktoren+ hnRNA=Spleißosom.
-Vorgang: 2 Umesterrungen, Introns nehmen eine loop Struktur an, da sich innerhalb des Intros ein Phosphodiester bildet und das Intron wird freigesetzt.
Keine Energie nötig, die Zahl der esterbiondungen bleibt gleich.
56
Alternative Splicing.
Beim Herausscheiden der Introns werden unterschiedlichen Exons ausgewählt,aus einem Gen viele enstehbare Gene.
57
Polyadenylierung.
- Posttranskriptional-bei fast allen hnRNAs
- Funktion: Schutz von Abbau.
- Ablauf:*Erkennung des Polyadenylierungssignals (in der 3'UTR).
* Abspaltung des 3 Endes
* Synthese des PolyASchwanzes 50-250 A durch Poly-A- Polymerase (ATP Verbrauch)
58
mRNA Editing.
Veränderung der Basensequenz duch Modifikation der Basen.
* A zu Inosin(Desaminierung),die mit Cytosoin sich paart.
* G zu Uridin,die sich mit Adenosin paart.
59
Andere Posttraskriptionale Prozesse
Nukleärer Export
Soforte Translation
Speicherung der mRNA in inaktiver Form
Abbau
60
unterschiedlische RNA
mRNA,tRNA,rRNA,hnRNA(heterogenous),snRNA, miRNA
snoRNA=Nicht für Protein kodiert
Prozessierug und Reifung von trna,mrna,snrna.
piRNAs=Silencing und Spermatogenese
RNase P=trna-Reifung
61
Histosmodifikation
Acetylirung:Findet ausschließlich a Lysinen statt,Lysin+ Acetyl-CoA---Lysin acetyl +coA-SH +H+(durch Histonacyltransferase)
(!)Funktion:Neutralisierung der positive Ladung des Histons,schwächere Bindung an die DNA,Entwindung.
Methylierung,an Lysinen und Argininen, Histon-Methyltransferasen übergehen Methyl an dia AS
(!)Stummschaltung von Genen(stärkere Kondesation).
Phosphorylierung-negatviert die Seitenkette-Weniger starke Wechselwirkungen-Transkriptionsrate steigt.
62
DNA-Methylierung
Art der Tranksriptionsregulation
(!)Nur Cytosin kann mit einer angehängten Methylgruppe allerdings nur wenn direkt darauf die Base guanin folgt --häufig in CpG inseln)
(5- Methylcytosin durch DNA-Methyltransferase)
Fehlregulation in Tumorzellen ,Methylierung im Promotorbereich können zu einer Beeinträchtigung der Bindung von Transkriptionsfaktoren führen.
Methylierte CpG Inseln rekrutieren Methylbindungsproteine-binden Histon Deacetylasen-stärker kondesierterte Form des Chromatins.
63
Was verstehen Sie unter Splicing und wie läuft der Splicevorgang prinzipiell ab?
Allg: Prozessierung der hnRNA zur mRNA besteht aus 1.Anheften des poly
a schwanzes 2. Anheften der Kappe und 3. Splicing
Spleißen : - Herausschneiden der Introns und zusammen fügen der Exons
Spliceosom-Besteht aus fünf snRNPs (small nuclear Ribonucleoprotein
particles).
Überträgt Phosphatesterbindungen (Transesterfizierung)
- Spaltet Esterbindung am 3'-Ende des Exons.- Verbindet dieses mit der Branchpoint-Sequenz Spaltet dann die
Esterbindung am 5-Ende des anderen Exons (Rezeptorsequenz)
&verbindet auch diese mit d.Branchpoint-n Sequenz
- Verbindet die beiden Exons mit einer Esterbindung Durch die
Transesterifizierung wird kein ATP benötigt Es entsteht eine mRNA ohne
Introns
(!) Alternatives Splicing ,in 50% der Fälle.
64
3.7 Warum wird der genetische Code als universal,degeneriert und konservativ
bezeichnet?
Universell = genetischer Code in alle Lebewesen identisch, wird aber unterschiedlich
übersetzt.
Degeneriert = ein Codon kann nur für eine AS codieren, eine AS kann aber von mehreren
Codons codiert werden
Konservativ = ersten beiden Nukleotide eines Codons bedeutender als drittes
stumme Mutation: selbe AS gebildet, evtl Problem mit TFs?
Konservative Mutation: = Gleichsinnmutation, AS mit ähnlichen Eigenschaften
Schlimme Mutation: Punktmutation von bsp. Phenylalanin oder Tryptophan = haben
jeweils nur 1 Triplettcode!
Wobble Theorie:ungewohnliche Basenpaarung (erste Base)zwischen Anticodon(wo häufig anderen Basen Inosin binden) und Codon(dritte Base)
nur 31 trnas nötig
u-a,g g-u,c i-uca
65
3.9 Welche Funktion hat die t-RNA im Prozess der Genexpression?
• Wird im Nukleus durch Transkription gebildet
• Nach Reifung Export ins Cytosol
• Kleeblattstruktur
o CCA-Ende für AS-Anheftung
o Anticodon-Abschnitt komplementär zu einem Codon der mRNA
o Leicht veränderte Paarungen der dritten Base sind möglich (WobbleHypothese)
2 funktionelle Bereiche:
a) kovalente Anbindungstelle der AS am 3’Ende mit CCA-Sequenz (Aminosäure-
Akzeptorbereich)
b) am anderen Ende der Struktur = Basentriplett (Anticodon) à erkennt Codon auf mRNA
aminosäurespezifische Aminoacyl-tRNASynthetasen
verknüpfen die Aminosäure
spezifisch mit der passenden tRNA
1. Aktivierung der Aminosäure durch Verknüpfung
mit einem AMP-Rest (aus ATP)
2. Übertragung der Aminosäure auf die 2'- oder 3'-
OH-Gruppe der endständigen Ribose des (3'-
)CCA-Endes der tRNA (gelb)
Genauigkeit durch Korrekturlesemechanismus
(fehlbeladene Aminoacyl-tRNAs können wieder
hydrolytisch gespalten
werden!)
AS-Beladung:
- ATP-abhängige AS-Beladung durch AS-spezifische Aminoacyl-tRNA-Synthetasen
(erkennen Bdgstelle für AS & Triplettcode; verfügen über ATP-Bdgstelle)(tRNASynthetasen
haben eine Editing-Site zur Überprüfung der richtigen Beladung der tRNA)
1. Aktivierung: AS+ATP → energiereiche Aminoacyl-AMP Verbindung
2. Übertragung: Carboxylgruppe der AS mit 3’OH-Gruppe der Ribose des
3’terminalen Nukleotids (Adenosin) verbunden (Ester)
= Energiegehalt des Produkts reicht zur Übertragung/ Knüpfung der Peptidbindung aus!
66
3.10 Beschreiben Sie die den prinzipiellen Ablauf der Translation und
definieren Sie die Rolle der beteiligten Komponenten!
Ort: Cytosol/cytosolische Seite des ER (Ribosomen), Mitochondrien
Aufgabe: Übersetzung des genetischen Codes in die AS-Sequenz, Biosynthese von Proteinen
```
o beteiligte Moleküle:
➢ 40S- u. 60S-Untereinheiten des Ribosoms (80S)
➢ GTP
➢ mRNA , t-RNA
➢ Initiator Methionyl t-RNA
➢ verschiede Initiationsfaktoren.
```
67
Ablauf der Translation
1.) Initiation:alle Prozesse, die zur Assembierung des 80s-Ribosoms führen+ Initiator-Methionyl-trna am startcodo der mrna lokalisiert.
ternärer Komplex/Präinitiationskomplex(43s): Initiator-Methionyl-tRNA+ eIF2 +GTP+eIF1+eIF1a,eIF3 an die 40s untereinheit.
Erkennung der mRNA: eIF4E(Cap-bindendes Protein)+eIF4A(Rna-Helicase)+eIF4G(multivalentes adaptermölekül-bindet 43smit mrna) --48s Initiatioskomplex + Bindungsstelle für PABP,eIF4E
48s erreicht das Startcodon-eiF2 hydrolysiert GTP--löst sich mit den anderen Iniationsfaktoern ,Basenpaarung Anticodon-codon
60sU an den Initiationskomplex-komplettes 80S
3 Bindungsstelle für die trnas-P(aminoacyl) A(Peptidyl)E(Exit)
2.) Elongation:Zyklischer Vorgang.
Aminoacyl-tRNA an A(ternärer Komplex)
Bildung der Peptidbindung-aminogruppe der AS auf der A+Carbonyl-Gruppe P NUKLEOPHIL
Fortbewegung des Ribosoms auf der mRNA um ein Triplett-Peptidyl-trna von der A auf die P-Stelle verschoben.
(!)unter Hydrolase von GTP durch eIF2,Ribosom bewegt sich 3 Nukleotide weiter.
Der Zyklus wiederholt sich unter Hinzufügung neuer AS
- Synthese der Peptidkette vom N- zum C-Terminus!
3. Termination
Stoppcodon wird erreicht (kein existentes Anticodon/tRNA; AUSNAHME: Selenocystein UGA)
- GTP-abhängiger Terminationsfaktor eRF (releasing factor) bindet & bewirkt hydrolytische
Freisetzung der Polypeptidkette
- Das letzte tRNA-Molekül, der eRF & die Polypeptidkette dissoziieren vom Ribosom ab, das
Ribosom zerfällt in seine UE
- Termination abgeschlossen, UE stehen für neue PBS zur Verfügung
- Im Anschluss: Faltung des Polypeptids (posttranslationelle Modifizierungen) Funktion
68
Regulation der Translation
Hemmung durch Phosphorylierung durch 4 verschiedenen Proteinkinasen
eIF2a-Kinase 1(Hämmangel in Retikulozyten)
2(virusinfektionen
3(Fehlgefaltente Proteine im ER
4(Aminosäuremangel.)
69
3.11 Wie gelangen neusynthetisierte Plasmamembranproteine zu ihrem
Bestimmungsort?
Bildung:im Cytosol
Sekundäre Proteinmodifikation :im ER
Synthese von Proteinen am ER > sekretorischer Weg
Die Synthese von membranständigen, sekretorischen oder auch lysosomalen
Proteinen und solchen, die für das Lumen von rER und Golgi-Apparat bestimmt sind,
findet am rER statt.Protein Targeting in das ER: Abhängig von der N-terminalen Signalsequenz
(Basischer N-Terminus nötig), ob das synthetisierte Protein währen der Translation
direkt in das ER geleitet wird.
Im Golgi werden auf der dem Zellkern zugewandte Seite (cis-Golgi) protein Versikel
übernommen.
• In Richtung Lysosomen und andere intrazelluläre Bereiche
• Zur Sekretion aus der Zelle
• Zum Einbau in die Zellmembran
Versikel werden von speziell Hüllproteine bedeckt (COP=Coat Protein) die sich in
Abhängigkeit von der Richtung unterscheiden
Synthese vom Proteinen im Zytosol
Zytosolische Proteine und Proteine mit Eintritts- und Zielsteuerungssequenzen für
Organellen (Mitochondrien, Zellkern, Peroxisomen) werden von Ribosomen
synthesisiert, die frei im Zytosol vorliegen.
Lysosomale Proteine: Proteine mit Funktion in den Lysosomen werden im Golgi-Apparat
durch eine spezielle Modifizierung von N-glykosidisch gebunden Oligosacchariden makiert.
= Mannose-6-phosphat
Mitochondrien Proteine: Transport wird durch eine spezielle N-terminale Signalsequenz
vermittelt. Chaperon-Proteine verhindern eine vorzeitige Faltung des Proteins im
Zytoplasma (Transport erfolgt in ungefalteter Form) . Proteine die die
Mitochondirenmembran gelangen wollen müssen den TOM-Komplex passieren
(Translokase der Außenmembran). Für die Insertion von Proteinen in die
Mirochondirenmembran existieren zusätzlich spezielle Sortierungsproteine (SAM).
Peroxisomale Proteine: Import erfolgt energieabhängig, im Unterschied zum
mitochondrialen Import in gefalteter Form. Signalsequenz ist: C-terminal (3
Aminosäuren) N-terminal (basischer Rest)
Proteine des Zellkerns: Kleine Proteine können frei diffundieren, größere Proteine werden
selektiv transportiert. Dies geschieht in gefalteten Zustand. Kernporenkomplex sind für
den Transfer zuständig. Der selektive Transport erfolgt durch Kernimport-Proteine
(Karyopherin) die sich an das Protein lagern und wird durch ein kleines G-Protein mit
GTPase-Aktivität (RAN) getrieben.. Die Karyopherine verlassen nach Freisetzung ihrer
„Fracht“ wieder den Zellkern durch die Pore.
70
4.1 Wie können Sie vorgehen, um experimentell die genetische Information für
die Synthese eines bestimmten Proteins in eine Zielzelle zu transferieren um
dieses dort zu exprimieren?
Transfektion:ohne Intergration der DNA,DNA oder RNA unte Bildung des Genproduktes.
Transduktion: durch Viren(viraler Vektoren) Intergration der DNA in das Genom.Vorteil des Tropismus,d.h. je nach Virus stürzen sie sich nicht auf alle Zelltypen ,sondern sind gewebespezifisch.
Retroviren;hohe Selktivität,transzudieren fast ausschließlich sich teilende Zellen,Heilung mancher Erbkrankheiten möglich
Adenoviren: Hohe Transfektionseffizienz,wenig selektiv,keine Intergration
Nicht-virale Vektoren: Lipid Partikel,bei denen die DNA kationischen Lipiden untergemischt is,so dass eine Endozytose erst durch die Zellmembran und dann durch die Zellkernmembran stattfinden kann. lokale injektion nackter DNA.
71
```
4.2 Welche Methoden stehen zur Verfügung, um die Synthese eines
Genproduktes abzuschalten (in zellulären Systemen und im Tiermodell)?
```
Gene Silencing: über RNA-Interferenz,Dabei dna schon transkribiert und mrna in zytosol--gezielte abbau von der mrna.mirna an mrna und dann von RISC.durch sirna,repression der Translation.
72
4.3 Welche Techniken können zur Identifizierung von Gendefekten genutzt
werden?
Kettenabbruchmethode nach Sanger ist eine Methode um die Reihefolge der Nucleotide in der DNA zu bestimmen.
was wird benötigt:DNA-Matrize,Primer,DNA pol(taq) ,nukleotide,Abbruch nukleotide,Thermozykler,Gelelektrophorese (für die Auswertung)
Vorgang:* Doppelhelix in 2 Einzelstränge gespalten(Hitze 94,50,60 für 4 Minuten).
* Primer bindet an einem Strang.
* DNA pol fängt an,abe eine der Basen wird zum Teil als ddntp (radioakiv markiert Fluorenz)dazugegeben(keine Hydroxylgruppe)-Termination(Kettenabbruchreaktion).--Entstehung von DNA Fragmente.
-Gelelektrophorese=Anordnung der Abbruchstränge nach Masse.
73
4.4 Wie kann selbst aus sehr geringen DNA-Mengen (d.h. aus wenigen Zellen)
eine genetische Identifizierung von Individuen mittels Fingerprint- Analyse
vorgenommen werden?
PCR
Definiton:
• Exponentielle Vermehrung eines DNA-Fragments
• Methode zur Vervielfältigung spez. DNA-Abschnitte aus sehr kl. Mengen an DNA zur
Voraussetzung:
• der zu amplifizierende Abschnitt ist bekannt, (so dass die Primer hergestellt werden können)
Bestandteile
• Primer (Oligonukleotide)
o DNA-Moleküle, die künstlich im Labor synthetisiert werden (ca. 20-40 bp)
o Es sind zwei Primer nötig (für Sense und Anti-Sense-Strang): komplementär zu je
einem Ende des zu amplifizierenden Bereichs
o Hitzestabile DNA-Polymerase
▪ Verlängert die Primer
▪ taq-Polymerase (thermophilius aquaticus), da hitzeresistent
74
5.1 Geben Sie einen Überblick darüber, welche zellulären Prozesse über
posttranslationale Modifizierungen von Proteinen gesteuert werden?
Glykosylierung(N O)-Löslichkeit der Proteine, Stabilisieren ,Schutz vor proteolytischem abbau
Phosphorylierung- Rezeptor und Enzymaktivität
Ubiquitinylierung: Abbau von falsch gefalteten Protein
Bindung prosthetischer Gruppen-als Koenzym(oft Ionen),machen Aktivität möglich
Acetylierung-Regulation des Proteinabbaus
Methylierung- Actin-Polymerisierung für die Zellbewegung
Bindung von Disulfidbrücken
Quervernetzung zwischen Proteinen(im Kollagen)-Stabilisierung
Hydroxylierung -Stabilisierung
75
5.2 Wie kann über Proteinmodifizierungen die Interaktion von Proteinen oder
von Proteinen mit der DNA reguliert werden?
Dekomprimierung:
- Histon-Acetylierung: Transfer eines Acetatrests von Acetyl-CoA aus Lysinreste der Histone
durch Histonacetyltransferasen (HAT)
ð Folge: Acetylierung => Dekomprimierung des Chromatin à erhöhte Abbaurate von
Histonen à mehr Transkription von Zielgenen
Phosphorylierung: wie Acetylierung
ð Auflockerung der DNA-Histon-Verbindung durch Negativierung der SK der HIstone à
schlechtere WW mit neg. geladener DNA
ð An Serinen, Threoninen und Tyronin.
Komprimierung:
- Deacetylierung: durch Histondeacetylasen (HDAC)
ð Entfernen der Acetyl-R von Lysin
ð Stärkere WW mit DNA durch Wegfall der negativierenden Wirkung des Acetyl-R
Unterschiedlich:
- Methylierung: hat unterschiedliche Auswirkungen
ð An Lysin/Arginin-Resten
ð Unterschiede, je nach Position des methylierten Lysin/Arginin
76
5.3 Erläutern Sie anhand von Beispielen, wie posttranslationale
Modifizierungen von Proteinen den Stoffwechsel der Zelle beeinflussen!
Hydroxylierung-Einführung einer oder mehrere Hydroxylgruppe,Prolin,Lysin
Beispiel:Kollagen,Prolin zu Hydroxyprolin,zur Festigung der Tripelhelix des Moleküls.
Carboxylierung: Einführung einer Carboxylgruppe
Beispiel:Gerinnungsfaktoren,Carboxylierung des Gerinnungsfaktoren mit Hilfe des Cofaktors Vitamin K wodurch Bindung von Ca2+ möglich wird.
Phosphorylierung;Reversibel,mit Hilfe von Proteinkinasen.TST.ATP-abhängig. Regulation z.b. G protein gekoppelten Rezeptoren.
Sulfatierung:Anhängen einer Sulfatgruppe,meist Tyrosin,Zelladhäsion,oft in der Membran verankert.
Isoprenylierung :Anhängen einen Terpen-Rests,meist an Cystein,dadurch Protein eine große hydrophobe Gruppe,da die Verankerung in Membranen ermöglicht.GTPase Protoonkoge,GProteinRas
GPI-ANker,anhängen eines GPI-Ankers(Glycosidylphosphatidylinositol),meist an C Terminus von Glycoproteine,Verankerung an Zelloberfläche.
77
5.4 Wie gelangen Proteine nach der Synthese an ihren Bestimmungsort
(Mitochondrien, Zellkern oder Lysosomen)?
Mitochondriale Proteine:
- Transport in ungefalteter Form an spezielle (ATP-abhängige) Chaperone gebunden
Verhindert vorzeitige Faltung im Cytoplasma & stabilisiert
Bindung durch spez. N-Terminale Sequenz vermittelt
- An mitotischer Membran über Translokation in die Matrix, dann Faltung
Bestimmte Aminosäuresequenzen (z.B. Transit-Sequenz, Stop-Transfer-Sequenz) ermöglichen den Eintritt von
Proteinen in bestimmte Kompartimente (Mitochondrien-Eintrittsequenz)> Transit-Sequenz (sehr positive
geladenen Aminosäuresequenz), die deren Ankopplung an einen in der äußeren Mitochondrienmembran
lokalisierten Rezeptor (drei Rezeptoren sind bekannt: TOM20,TOM22,TOM70) und damit den Transport durch
die Mitochondrienmembranen in die Matrix ermöglicht
• Transport des Proteins durch zytosolische Chaperone zur Mitochondrienmembran
Lysosomale Proteine:
- In Golgi Markierung durch spez. N-glykosidisch gebundene Oligosaccharide (Endständig = Mannose-6-P)
- M6P von Rezeptor erkannt, lysosomale Enzyme sammeln sich lokal, Vesikel wird abgeschnürt und
zum Lysosom transportiert
- Genetischer Defekt bewirkt bspw. Kein M6P an l. Enzymen à Transport in extrazellularraum
Zellkern Proteine:
- Kleinere diffundieren, größere aktiv in gefaltetem Zustand transportiert
- Kernporenkomplex-Proteine durch Transportproteine geleitet
Nukleäre Proteine tragen eine bestimmte Kernlokalisationssequenz mit vorwiegend positiv
geladenen Aminosäuren, die sie für den Import markiert. Über diese Sequenz binden sie im Zytosol die
Transportrezeptoren Importin α und Importin β, die das Protein durch die Kernporen in den Zellkern
transportieren
78
5.5 Welche proteolytischen Systeme sind am intrazellulären Proteinabbau
beteiligt und wie können diese reguliert werden?
Abbaugründe:
- Defekte
- Alterung von Proteinen (Halbwertszeit)
- Aufnahme von Substraten (LDL)
- Phagozytose (Mikroorganismen)
- Autophagie (Organellen)
- Regulation
- Antigen-Prozessierung
- Freisetzung von Produkten nach Abbau (Recykling)
Ubichitin-Proteasom-System (UPS)
1. Markierung: Ubichitinylierung
- Ubichitin durch mehrere Schritte (enzymatisch) in oligomerer Form an Lysinrest des zu
markierenden Proteins gekoppelt
1. Aktivierung des Ubichitin durch ATP am C-Terminus
2. Übertragung auf Transferproteine
3. Ubichitin-Ligase koppelt Ubichitin an Lysin-R des fehlerhaften Proteins
4. Mindestens 4 Ubichitin-R in Reihe für Abbau erforderlich!
2. Abbau: Proteasom
- Ubichitin lagert sich an Proteasom an, 19S-Komplexe binden à Ubichitin wird abgespalten
& Protein entfaltet
- Mehrere katalytische aktive Zentren im Proteasom zerlegen die Polypeptidkette in
kleinere Peptide, die anschließend das Proteasom als Septa- und Nonapeptide verlassen
- Spezielle Peptidasen spalten Peptide in Einzelbausteine à recycling (Energiegewinnung,
Neusynthese, allg. AS-Pool)
- Zelleigene bzw. virale Peptide die beim entsprechenden Proteinabbau im Proteasom
entstehen, werden zstl. über MHC-I-Moleküe dem Immunsystem präsentiert und ggf.
illiminiert à Unterscheidung gesunde/kranke Zelle
Lysosomaler Abbau:durch Endozytose.
79
5.6 Welche strukturellen Unterschiede in den Zuckeranteilen sind für
Glykoproteine und Proteoglykane charakteristisch, und welche Eigenschaften
resultieren aus diesen Unterschieden?
Glykoproteine: (KH < Protein)
- Proteine mit einer oder mehreren kovalent gebundenen Oligosaccharidkette
- Kohlenhydratanteil: verzweigte Ketten aus 5-20 Monomeren
- N- oder O-Glykosidische Verknüpfung
Beispiele:
- Zellmembranproteine (Rezeptoren, AB0-Blutgruppenproteine, Kanäle, Glykokalix)
- Alle Blutplasmaproteine (außer Albumin)
- Extrazelluläre Proteine (Schleimproteine = Mucine, Kollagene, Elastin)
```
N:Verbindung über Amidstickstoff eines
Asparagin-R
- erfolgt im ER & Golgi
- Erkennungssequenz: Asn-X-Ser (Thr)
- verzweigt
```
```
OVerbindung über OH-Gruppe eines Serin-R
oder Threonin-R
- erfolgt im Golgi
- KH-Synthese direkt am Protein
- Linear (wenige Ausreißer).
```
- Kovalente Bindung sulfatierter Glucosaminglykanketten an ein Kernprotein
- KH machen bis zu 95% des Gewichts aus
- Unterscheidung einfacher & komplexer Proteoglykane
Bestandteile komplexer Proteoglykane:
- Bildung von Proteoglykanaggregaten
- Supramolekulare Ansammlungen aus zahlreichen (einfachen) Proteoglykanen
- Kernproteine der einfachen Proteoglykane sind über Verbindungsproteine nicht
kovalent an ein Hyaluronmolekül gebunden
Beispiele für Funktionen von Proteoglykanen:
- Wichtige strukturelle/funktionelle Bestandteile der Extrazellulären Matrix (EZM)
- Funktion der PG resultieren aus deren biophysikalischen Eigenschaften
- Starke Hydratisierung (gelähnliche Substanz)
- Hohe Druckelastizität (Knorpel) à mechanische Stabilität, Schutz
- Filtrationsbarriere (Regulation der Bewegung von Molekülen durch EZM)
- Korezeptoren für Wachstumsfaktoren
- Modulatoren der Zell-Matrixinteraktion
80
6.1 Welche Phasen können bei einer Zellteilung unterschieden werden, und
wie wird der korrekte Ablauf des Zellzyklus kontrolliert?
Phasen:
0.) G0:Von Wachstumhormonen beeinflusst,kann wieder in G1 eintreten(Leberzellen),Apoptose oder Ausdifferenzierung(Nerven-Muskelzellen)
1. )G1(9-12h)Aufgabe der Zelle der Organismus,Zellwachstum,Aufbau der Organellen ,3 Möglichkeiten:Teilung,Differenzierung Teilungsinaktive G0.
2. )S-Phase(7-10h):DNA-Replikation,Tetraploide DNA.
3. ) G2-Phase(4h):Kontrolle des Erbgutes und der korrekten Verdopplung der Replikation.G2-Checkpoint.
4. )Mitose und Cytokinese.
Checkpoints:
a)G1 Restrictiospunkte,ausreichend Nährstoffe,Wachsumfaktoren.
Regulation: Cyclin D über RAS-Kaskade- CDK4/6+CD(abhängig von GF) phosphoryliert RB,pRB sorgt für eine Cyclin E-Expression,CE+CDK2 phosphryliert prb,pprb gibt Transkriptionfaktor E2F frei,für die S-Phase notwendigen Genen.!p16 bindet an CDK4/6 inhibitorisch gebunden,bei Tumorenist p16 häufig inaktiviert.
b) G2 Checkpoint.
* Richtige Verdopplung der DNA?
* Umweltbedingungen
* Größe der Zelle
- Serinproteinkinase ATM fungiert als Sensor von Doppelstrangbrüchen,wenn ein Bruch vorhanden ist,phosphoryliert ATM p53
- DNA Fehler,phosphoryliert und ubiquitinyliert cdc25-Phosphatase(wasCB+CDK1 aktiviert,aber in phosphorylierten Form kann es nicht machen),ATM phosphoryliert p53,welches p21 und CDK komplexe inhibiert.
Spindel-Checkpoint:Entzeidung zu Trennung der Chromariden in der Metaphase.
81
6.2 Was sind Protoonkogene, Onkogene und Tumorsuppressoren und welche
molekularen Funktionen haben sie?
Onkogene:
Begünstigen oder verursachen durch Mutation die Enstehung von Krebs.
Protoonkogene:
Natürlich vorkommende häufige Gene,die zu Onkogenen werden können und normalerweise die Proliferation regulierieren.
**wie passiert die Entstehung der Onkogene?
-Punktmutation in Exonen,Deletion der inhibitorischer Domänen in mRNA,virale Proteine mit erhöhter Aktivität,epigenetisch.
Beispiele:
1.) Cyclin D)-CDK4/6 phosphoryliert rb,prb aktiviert die CE Expression, CE-CDK2 phosphoryliert prb(Retinoblastoma),pprb e2f frei.
Unkotrollierte Produktion von Cyc D...
Durch:*Genamplifikation(durch Duplikation):Brust ,Lunge ,Melanom
*Translokation:Mantell-Lymphom.
*Verlust inhibitorischer miRNA :Lunge,Prostata
Cyclin E:Brust,Darm,Blase,Haut,Lunge.
82
Tumorsuppressoren
wirken hemmend auf das Zellwachstum.
codieren für Proteine,die auf verschidene Weise den Zellzyklus regulieren.
-unterdrücken unkontrollierte Zellteilung.
-Leiten Dna-reparatur und apoptose ein.
-rezessiv
Beispiel:Retinoblastoma
p53:
-Wächter des Genoms,wirkt vor allem als Transkriptionsfaktor(von fast 100 Genen)
-Aufgaben:Überwacht die Intaktheit der DNA am G1-S, G2-M Übergang(über Induktion des p21 Gens ) und Einleitung der Apoptose(durch Induktion des BAX-Gens)
-Abbau durch Ubiquitinylierung durch HDM2
!!!-Nach DNA-Schäden wird p53 phsphoryliert ,HDM2 kann nicht mehr dran binden.
(oder) nach DNA schäden,Hypoxie,Nährstoffmangel,Hyperaktivität von Onkogenen--Kinase-Aktivität steigt.--ATM(Kinase) phosphoryliert p53,HDM2 kann nicht mehr dran binden.
83
Fragenkatalog zur mündlichen Stationenprüfung SS 2017 Seite: 72
6.3 Was versteht man unter Apoptose und welche molekulare Prozesse lösen
eine Apoptose aus? Welche Rolle spielen Caspasen bei diesem Prozess? Wie
wird eine Apoptose von einer Nekrose abgegrenzt?
Programmierte Zelltod der Zelle
* Im Unterschied zu Nekrose betrifft meist einzelne Zellen und keinen Zellverband.
- extrinisischer oder intrinisischer Weg.(Allgemeiner Ablauf:Stimulus,Aktivierung von Iniatiatorcaspasen,Aktivierung von Effektorcaspasen, Apoptose.
Extrinsischer Weg: TNF-alpha,FasL,TRAIL binden an Todesrezeptor und aktiviert den.Das komples aktiviert Caspase 8(Initiator),Caspase 3.
Intrinsischer Weg:Durch DNA schädigende Reize(chemische Noxen,Bestrahlung) wird das Protein p53-Anstieg von proapoptotische Proteine (BAX,Bad)-Diese Proteine erhöhen die Permeabilität der äußeren Mitochondrienmebran,indem das Heterodimer einen Kanal bildet,Cytochrom C ins Cytosol, wo mit APAF1(Apoptosom)(apoptotischer Protease Aktivierungsfaktoren)-Procaspase 9 zu Caspase 9-Caspase 3.
*Verbindung zwischen den beiden Wegen-Caspase 8 (Permeabilität der MM)
BCL-2 Proteinfamilie wirken antiproapoptotisch.
84
Caspasen
Enzyme der Gruppe Cystein-Aspartat-spezifische Proteasen,die Proteine und Peptide und Peptide spalten deswegen alle Strukturen angreifen. 3,6,7
85
Effekte der Apoptose
1. Schrupfung des Zellkerns durch Kondesation des Chromatins.
2. Verbindungen mit anderen Zellen-EZM löscht sich auf.
3. Fragmentierung des Zellkerns.
4. Zerfall in apoptotischen Partikeln.
5. Phagozytose durch Magrophagen.
86
Schlüsselelemente der Apoptose
Caspasen=Proteine, die in ihrem aktiven Zentrum Cystein enhalten.
- Spalten Substrate immer nach der Aspartat.
- drei funktionelle Gruppen.
Gruppe I.)Regulation der inflammatorischer
Prozesse
Gruppe II.)Iitiatorcaspasen/Adaptercaspasen 2,8,9,10,aktivieren die Effektor Caspasen.
Gruppe III.)3,6,9,Spalten zelluläre Proteine,sind für morphologische Veränderungen der Apoptose verantwortlich ,Apoptosom.
!!!!Cytochrom C wird durch BLC-2 gehalten und wird durch BAX freigesetzt.
87
Exekutions- und Endphase d. Apoptose.
Akt. v. endonukleasen (Spalten DNA/RNA)
Veränderung der Zelloberfläche(Umlagerung Phosphatidylserin.)
Umstruktrurierung Zytoskeletts-Zellschrumpfung-Phagozytose.
88
Nekrose.
* Durch Noxen induziert, Entzündungsreaktion.
* Betrifft Zellgruppen.
* Desintergration der Zellmembran.
* inflamator. Entzundungsreaktion-Phagozytose durch Granulozyten und Makrophagen.
* Passiv.
* Verklumpung Chromatin.
* Verlust zell Homöostase.
89
6.4 Wodurch unterscheiden sich Chromatin von Transkriptions-aktiven und –
inaktiven Bereichen?
Heterochromatin:
* Hochspiralisierte,kondesierte und Gen-arme Anteile des Nukleinsäurestranges.
* in allen Phasen des Zellzyklus gleich.
* bildet Zentromere und Bärrkorperchen
* Protein bzw. Histonreiche Bereiche.
* Hypoacetylierung.
* DNA-Methylierung:
- konstitives DNA:Telomere,in der Nähe der Centromere,werden niemals exprimiert.
- fakultatives Heterochromatin:wird anchmal exprimiert,z.B. Barr Körperchen.
Euchromatin:
* transkriptionsaktiver, Ren-reiche Anteil
* nach der Mitoes in der Interphase wieder entspiralisiert.
* Histonacetylierung.
90
Differentielle Färbemethoden z. B. Giemsa-Färbung + C-Bandentechnik
- erzeugen charakterisches chromosomales Bandenmuster.
- eindeutige Identifikation von Chromosomenpaare,Banden unterschiedlich dick.
- Nachweis kleiner struktureller Veränderungen.
- C-Bandentechnik wird das konstituive Heterochromatin spezifisch angefärbt.
- helle G Banden =Gene,die in nahezu sämtlichen Zellen aktiv sind.(GC reich)
- dunkle G-Banden=Gene,die gewebs- und entwicklungsreguliert sind.(AT reich)
- C Banden=einfache repetitive DNA-Sequenzen jedoch keine Gene.
- Chromosomen 13,18,21 viele dunkle g-banden=nich so viele Genen vorhanden.
91
7. Chemie und Funktion von Aminosäuren
Derivate von Carbonsäuren,die zusätzlich noch mit Aminogruppe substituiert sind.vielfältige Funktionen:Neurotransmitter,Proteinbiosynthese.
Grundlegende Bestandteile:zentrales C-Atom,Wasserstoffatom,Carboxylgruppe,Aminogruppe,individueller Rest.
alle proteinogene Aminosäueren sind:
* α-Aminosäuren,d.h. die Aminogruppe ist am ersten C-Atom nach der Carboxylgruppe substituiert.
* α-L-Aminosäure,da alle außer Glycin chiral sind,d.h. das zentrale C -Atom besitzt 4 verschiedene Liganden,sodass Enantiomere =Spiegelbild-Isomere existieren.
* proteinogen also die sind Bausteine von Proteinen bzw. durch eine spezifische t-RNA translatiert werden.
Essentielle AS=Leucin,Isoleucin,Lysin,Valin,Methionin,Phenylalanin Tryptophan,Threonin,Histidin=Phe TTVILLM +Hystidin.
92
Chemische Eigenscaften der proteinogenen Aminosäuren.
- chirale Eigenschaften(außer Glycin)
- immer in L-Form.
- Ampholyten=Zwitterionen,Aminogruppe-als Protonenakzeptoren,Carboxylgruppe als Protonendonatoren.(also säure und basische Eigenschaften.
- Isoelektrischer Punkt:pH-Wert,an dem alle Carboxylgruppen negativ und alle Aminogruppe postitiv geladen sind,aber hier die maximale Konzentration des Zustands als Zwitterion.Am IP liegen die Aminosäuren bzw. die Proteine ungeladen vor(maßgeblich für die phbestimmung bei der Gelektrophorese.
93
Wichtige chemische Reaktionen zwischen Aminosäuren.
1. )Kondesationen-z.B. Peptidbindung=Verknüpfung von AS unter Wasserabspaltung.
2. )Transaminierung-z.B.Bildung von Ketosäuren durch Übertragung der α-Aminogruppen.
3. )Decarboxylierung-z.B. Bildung von biogenen Aminen wie GABA aus Glutamat.
94
Funktionen der Aminosäuren im Körper und Klinische Relevanz.
* Proteinogene Aminosäure,also Bestandteile der Proteine.
* Energiequelle:
- Glukogene AS-Kohlenstoffkette kann als Substrat für Gluconeogense dienen.
- Ketogene AS-Umwandlung in Ketonkörper.
- Transport von Aminogruppen durtch Transaminierung.
- Synthese Vorstufe für biogene Amine wie GABA.
- Neurotransmitrer:Glutamat(exzitatorisch),Glycin(inhib)
- -Stickstofflieferanten für Stickstoffhaltige Verbindungen(Disulfidbrücke)
- Nicht Proteinogene Aminosäure:
z. B.*5-Hydroxy-Lysin,4-Hydroxy Prolin in Bindegewebe
* Blutgerrinung:γ-Carboxy-Glutamat.
Klinische Relevanz:
Sichelzellanämie,wobei eine Punktmutation am Position 6 im b-Globulin Kette des Hämoglobins glutamat durch Valin ersetzt wird.--Im desoxyginierten Zustand des Hbs gelangt Valin nach außen an Oberfläche-Heerabsetzung des Löslichkeits-Polymerisation des Häms in unlösslichen Fibrillen-Funktionsverlust und Sichelform der Erys.
95
7.1 Wie beeinflussen die Aminosäurebausteine die chemischen Eigenschaften
eines Proteins?
Proteine=Kette von über 100 AS,die durch Peptidbindungen miteinander verknüpft.
Funktion:Wichtigste Struktrureinheit des menschlichen Körpers.
*Einteilung in primär,sekundär,tertiär,,quartärstruktur
*Rückgrat der Peptidkette:N-C-C-N-C-C-N-C-C.
* Primärstruktur:die genetisch festgelegte Aminosäuresequenz eines Proteins.Definitionsgemäß liest man eine Peptidkette vom N-Terminus zum C-Terminus.
* Sekundärstruktur ist Folge der Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Carbonyl- und NH-Gruppen des Rückgrats der Petikette.α-Helix,β-Faltblatt,β-Kehre,ω-Schleife.
96
α-Helix
- Schraubenförmig gewundene Peptidkette,die durch Wasserstoffbrücken stabilisiert wird.
- Rückgrat der Aminosäurekette liegt parallel zur Helixachse,die Seitenketten weisen nach außen.
- Meist rechtsgängig.
- Pro Windung liegen 3,6 Aminosäureseitenketen vor.
97
β-Faltblatt?
- Verknüpfung mindestens zweier Peptidketten mit Wasserstoffbrückenbindungen.
- Rückgrat der Aminosäurekette liegt nahezu gestreckt vor,die Seitenkette liegen abwechselnd oberhalb und unterhalbder Faltblattebene.
* Paralleles Faltblatt:Die miteinander verknüpften Peptidketten verlaufen in derselben Richtung.
* Antiparalleles Faltblatt:Die Peptidketten laufen in entgegengesetzter Richtung.
* Gemischtes Faltblatt:Bei mehr als zwei Peptidketten können sowohl parallel als auch antiparallel auftreten.
98
ß-Schleife
Richtungsänderung im Protein,die durch eine Wasserstoffbrückenbindung stabilisiert wird.
99
ω-Schleife
Unstrukturierte Bereiche in der Peptidkette.
100
Tertiärstruktur
Die stabile räumliche Anordnung der verschiedenen Sekundärstrukturen innerhalb eines Proteins,wird stabilisiert durch eine spezifische räumliche Anordnung der Aminosäure,sowie Wechselwirkungen der Seitenketten untereinander.
* Wasserstoffbruckbindungen.
* van-der-Waals-Kräfte.
* Hydrophobe Wechselwirkungen
* Disulfidbrücken
* Ionenbindungen
Proteindomäne:Bereich eines Proteins mit stabiler Faltungsstruktur,der sowohl funtionell als auch strukturell unabhängig vin anderen Proteinbereichen funktionieren kann.Beispiel ß-Barrel(Porenbildende Proteine,mindestens 5 ß)
101
Eigenschaften der Seitenketten.
* AS mit unpolaren/aromatischen SK sind HYDROPHOB
- Stabilisierung der Proteinstruktur durch hydrophobe WW.
- Verankerung der Proteinen dadurch in Membranen.
- Ausbildung von hydrophobischen Bindungstachen für hydrophobe Substrate.
-AS mit polaren/sauren/basischen SK sind hydrophil:
*Stabilisierung der Proteinstruktur durch H-Brücken.
*Stabilisierung auch durch Salzbrücken.
*WW mit ungebendem Wasser (Hydratisierung)
Ausbildung hydrophile Bindungstasche für hydrophile Substrate.
Bei pH=7 sind saure AS - geladen und basische AS + geladen.
Beispiel:Histone=Proteine mit ungewöhnlich vielen basischen AS(+++++) also ww mit negativ geladener DNA.
oder Hämoglobin,das ungewohnlich viel Histidin hat.
102
unpolare AS
Alanin,Valin,Leucin,Isoleucin
| AVLI
103
polare AS
Serin,Threonin,Asparagin,Glutamin.
| STAG
104
Aromaten
Phenylalanin,Tyrosin,Tryptophan(PTT)
105
Sauere AS
Glutamat,Aspartat
106
Basische AS
Histidin,Argynin,Lysin
107
++ Aminosäure
Glycin=nicht chiral,also wieder polar noch unpolar.
Prolin,die eine sekundäre AS ist und als a-Helixbrecher bezeichnet.
Schwefelhaltige Aminosäure:*Cystein(bildet Disulfidbrücke)
*Methionin=unpolar,Thioether.
108
7.3 Wie sind Aminosäuren in einer Peptidkette miteinander verbunden, und wie
ist diese chemische Bindung charakterisierbar?
Peptidbindung(Carboxylgruppe reagiert mit der Aminogruppe) ist planar und nicht drehbar--mesomeriebedingter partieller Doppelbindungscharakter,Einschränkung der freien Drehbarkeit ergibt trans-Position.
Liegen in L-Form,in fischer-projektion Aminogruppe zeigt nach links.
- Kovalente Bindung am Ribosom zwischen carboxylgruppe und Aminogruppe.
- Hydrolyse der kovalenten Bindung durch Proteasen (in Zytosol)
109
7.5. Was sind biogene Amine? Nennen Sie Beispiele und deren Funktionen!
Zwischenprodukte des ASstoffwechsels,die selbst physiologische Funktionen haben oder als Ausgangssoffe für die Synthese wichtiger biogener Substanzen dienen.(Aminosäuerederivate)
Beispiel: aus Glutamat wird GABA gebildet,das ein hemmender Neurotransmitter in Gehirn ist.
aus Tyrosin wird Dopamin (Neurotransmitter),Adrenalin und Noradrenalin (Stresshormone)
aus Tryptophan wird Serotonin(Neurotransmitter) gebildet(Hydroxylierung),aus welchem Melatonin gebildet werden kann,das den zirkadianen Rythmus steuert(Schlaf-Wach-Rythmus)
110
8.1 Wie kommen Proteine zu ihrem komplexen dreidimensionalen Aufbau?
Säureamidbindung zwischen zwei AS durch Kondesation(Wasserabspaltung)(während die Translation)
-die Peptidbindung ist mesomeriestabilisiert(=die freie Elektronen sind delokalisiert) und dadurch nicht frei dehnbar.Alle an der PB beteiligten AS sind in einer Ebene(planar).
Sekundärstruktur:
- die Relative Anordnung der AS.
- bestimmt durch WSBB und die Primärstruktur.
* a-Helix-durch WSB zwischen den NH und CO Gruppen der Hauptkette stabilisiert.vier AS vor der ersten AS liegt.
*b-Faltblatt-parallel oder antiparallel,uber wsb zum benachbarten Strang stabilisiert.
Tertiärstruktur: Die räumliche Beziehung von Aminosäureresten,die innerhalb der linearen Sequenzen(aus einer Kette).
Quartärstruktur:Anzahl und gegenseitige räumliche Anordnung der Untereinheiten mehrerer Proteinkomplexe.
!!!!!!Faltung entweder freiwillig oder durch Unterstützung von Chaperonen.
111
Heat-Schock-Proteine
- Hilfe bei der korrekten Faltung
- Vermehrt bei hohen Temperaturen /oxidativer Stress ausgeschüttet um die Denaturierung zu verhindern.
- co-Chaperone =unterstützen andere Chaperone.
112
Chaperone
Proteine, die andere Proteine ATP-abhängig bei der Faltung unterstützen
- verhindern Aggregatbildung fehlgefalteter oder noch nicht komplett gefalteter Proteine
- unterstützen die Translokation von Proteinen durch Membranen (z.B. Proteintransport zu
Mitochondrien) und verhindern frühzeitige Faltung
- beteiligt an Signaltransduktionen
Lokalisation: Cytoplasma, ER, Mitochondrien, ZK
Prinzipieller Aufbau verschiedener Chaperon-Klassen:
a)aus vilen UE bestehende fassähnliche Strukturen,die PK von der Umgebung abschirmen können,ein Deckel verschließt das Fass.
b)bereits an das wachsende Protein um zb die Zusammenlagerung der hydrophoben AS zu verhindern.
!!in ER Erkennung von fehlgefalteten Proteinen über Rezeptoren/Signale-vermehrte Chaperoneexpression und/oder ausschleusen des Proteins ins Cytoplasma zum Abbau.
113
Proteindisulfid-Isomerasen.
katalytische Unterstutzung der Ausbildung von richtigen Disulfidbrücken,wenn Fehlfaltung-kein Problem,reversibel Prozess,aber verlangsamt die Faltungsprozesse.
114
8.2 Welche Effekte haben hohe Temperaturen, Harnstoff, Säuren oder
Schwermetallionen auf ein Protein?
Deanturierend auf Proteine-Verlust der biologischen funktion ohne ändertung der Primärstruktur.völlig veränderte physikalische und chemische Eigenschaften.!!!Meist sind sie wasserunlöslich(Aggregation) und flocken aus.kann reversibel und unreversibel sein.
-Temperatur-steigt die Molekularbewegung,alle nicht kovalente Bindungen brechen auf.
-pH Wert (zb im Magen)
Durch Protonierung können die H brücken nicht mehr gebildet werden,oder bei Deprotonierung werde die Ionische WW aufgelöst,da es keinen positiven Pol gibt.
(!)Beim IP Gesamtladung neutral,Abstossungskräfte entfalten-hydrophobe Bereiche miteinander wechselwirken-Aggregation.
Harnstoff:Wasserstofbrücken werden aufgelöst.
Säuren:Mangel an Vit C-Hydroxyprolin Bildung führt zur geringeren H-Brücken-Bildung.-Destabilisirung des Kollages in der Zelle-Skorbut.
Schwermetallionen(Hg2+):Gute Resorption von Hg2+ im Darm,hohe Affinitöt zu Schwefel-Zerstörung der Disulfidbrücken-Proteinstruktur.
115
8.3 Warum haben Proteine wie Kollagen, Elastin oder Tubulin verglichen mit
der Laktatdehydrogenase oder Myoglobin eine geringere Wasserlöslichkeit?
Kollagen,Elastin,Tubulis sind fibrilläre Proteine(fadenförmig-zu Bündeln zusammengesetzt,subzelluläre Strukturen) und meist unlöslich,globuläre Proteien wie Myoglobin gut löslich(Hydrophobe ins Moleküllarinneren,Hydrophile auf Oberfläche-HBrücken it umgebenden Wassermollekülen,Funktionsproteine.(also Unterschidliche Konformation.)
