Biologische Membranen

Question 1

Was hat die Bezeichnung 18:2 für Fettsäuren für eine Bedeutung?

Answer 1

In diesen Fettsäuren gibt es 18 Kohlenstoffatome und zwei Doppelbindungen.

Question 2

Was sind die zwei Systeme zur Benennung der Position von Doppelbindungen? Geben Sie Beispiele.

Answer 2

1) bezieht sich auf die Doppelbindung relativ zum letzten, oder omega Kohlenstoff. ( Ein Beispiel wäre die omega-3 Fettsäure).
2) nutzt zur Benennung der Position der Doppelbindung ihre Entfernung vom Kohlenstoff am Carboxylende und bezeichnet auch, ob die Bindung in cis oder trans Anordnung vorliegt. ( Ein Beispiel wäre cis-delta^9)

Question 3

Welche Moleküle bilden die polaren Kopfgruppen von Phospholipiden? Geben Sie mehrere Beispiele.

Answer 3

Beispiele für Kopfgruppen sind Serin, Ethanolamin, Cholin, Glycerin und Inositol.

Question 4

Zeichnen Sie den Durchschnitt einer Micelle und einer Membrandoppelschicht.

Answer 4

Micellen sind räumliche Gebilde, in denen Alkylschwänze im Inneren liegen und die hydrophilen Kopfgruppen nach außen zeigen. Doppelschichten haben zwei Lipidschichten, in welchen die Kopfgruppen jeweils nach außen zeigen und die Alkylreste im Inneren in zwei Reihen angeordnet sind. Beispiele finden Sie in ihren Folien.

Question 5

Zeichnen Sie ein typisches Phospholipid und kennzeichnen Sie die unterschiedlichen Bindungen.

Answer 5

Das Phospholipid sollte der unteren Abbildung ähnlich sein. Es sollte ein zentrales Glycerinmolekül enthalten, zu welchem zwei Fettsäuren durch Esterbindung verbrückt sind. An einem Ende sollte das Glycerinmolekül über eine Phosphatgruppe an einen Alkohol gebunden sein. Die Phosphatgruppe sollte bei pH 7 negativ geladen sein.

Question 6

Wie werden Lipiddoppelschichten gebildet? Was ist die Triebkraft?

Answer 6

Bimolekulare Schichten aus Lipiden bilden sich spontan durch Selbstassemblierung. Hydrophobe Wechselwirkungen sind dabei die Triebkraft. Van-der-Waals Wechselwirkungen zwischen den Kohlenwasserstoffketten favorisieren eine dichte Packung der Alkylschwänze. Die polaren Kopfgruppen ziehen sich gegenseitig durch elektrostatische Wechselwirkungen und Wasserstoffbrücken an.

Question 7

Wieso bilden die meisten Phosholipide Schichten statt Micellen aus?

Answer 7

Die zwei Alkylreste der Phospholipide macht es sterisch ungünstig Micellen zu bilden.

Question 8

Was sind Liposomen? Welche kommerziellen Anwendungen haben Sie?

Answer 8

Liposomen sind räumliche Anordnung aus Lipiddoppelschichten, die einen größeren wässrigen Bereich einschließen. Sie sind sehr nützliche Modelle für Zellen. Sie können auch genutzt werden, um Moleküle, wie zum Beispiel Medikamente, zu transportieren und werden häufig in Kosmetika verwendet.

Question 9

Zeichnen Sie eine Lipiddoppelschicht, an die sowohl integrale als auch periphere Membranproteine gebunden sind.

Answer 9

Die Membran sollte als Doppelschicht gezeichnet werden, in der die Kopfgruppen durch kleine Bälle und die Alkylketten als längere Schwänze angedeutet werden. Die peripheren Membranproteine wären lose auf der Außenseite der Membran und die integralen Membranproteine in der Membran positioniert. Beispiele finden Sie in ihren Folien.

Question 10

Was ist die Funktion der Prostaglandin-H2-Synthase-1? Wie erleichtert ihre Assoziation an die Membran ihre Funktion?

Answer 10

Prostaglandin-H2-Synthase-1 wandelt Arachidonsäure in Prostaglandin-H2 um. Das Protein steckt in der Membran, mit einem hydrophoben Kanal, der zur Hälfte in der Lipiddoppelschicht steckt. Die Arachidonsäure ist ein Produkt der Hydrolyse von Membranlipiden und wandert in den Proteinkanal durch die Lipiddoppelschicht. Sie vermeidet so erfolgreich die Wechselwirkung mit der wässrigen Umgebung.

Question 11

Bakterien müssen unter vielen verschiedenen Bedingungen überleben. Wie adaptieren Sie ihre Membranen?

Answer 11

Bakterien können die Fluidität ihrer Membranen regulieren, wodurch sie
Temperaturänderungen leichter überleben können. Sie variieren dazu die Zahl der
Doppelbindungen in den Fettsäureresten, wie auch die Länge der Fettsäuren.

Question 12

Zeichnen Sie die Struktur der Gruppe, die als Intermediat der P-Typ ATPasen fungiert.

Answer 12

β-­Phosphorylaspartat

Question 13

Was ist „einfache Diffusion“? Nennen Sie ein Beispiel!

Answer 13

Bei der einfachen Diffusion passieren Moleküle eine Membran entlang ihres Konzentrationsgradienten. Dabei
können nur lipophile Moleküle einfach durch die Membran diffundieren. Beispiele: Steroidhormone, wie z.B. Vitamin A.

Question 14

Wie unterscheiden sich aktiver und passiver Transport?

Answer 14

Beim aktiven Transport müssen Moleküle gegen ihren

Konzentrationsgradienten gepumpt werden. Dies benötigt Energie.

Question 15

Wie beeinflusst Energie die Funktion von Na+-K+ ATPasen?

Answer 15

ATP liefert die nötige Energie für diese Pumpen. Sie halten die richtige zelluläre Konzentration von Natrium
und Kalium aufrecht, pumpen Natrium aus und Kalium
in die Zelle. Ohne ATP würden diese Pumpen nicht
funktionieren.

Question 16

Viele Pumpen gehören zu den P-Typ ATPasen. Angenommen, Sie würden ein neues Enzym mit ähnlicher Funktion erforschen… Welches Reaktionsprodukt würde dabei helfen Sie davon zu überzeugen, dass das Enzym tatsächlich zu den
P-Typ ATPasen gehört?

Answer 16

Die Vertreter dieser Enzymfamilie transferieren Phosphat von ATP auf einen speziellen Aspartylrest im Enzym.

Question 17

Beschreiben Sie die Funktion der sarkoplasmatischen Retikulum Ca2+ ATPase !

Answer 17

Dieses Protein besitzt eine integrale Membrandomäne
und einen cytosolischen Kopf mit 3 separaten Domänen. Eine dieser Kopfdomänen ist für die ATP- Bindung zuständig, eine übernimmt die Phosphatgruppe und die andere scheint als Aktuator
zu fungieren. Die membrandurchspannende Domäne
ist für die Calciumbindung zuständig.
Die Ca2+­‐ATPase transportiert Ca2+ entgegen des
Konzentrationsgradienten in das sarkoplasmatische
Retikulum.

Question 18

Beschrieben Sie den vorgeschlagenen Mechanismus für den Laktosepermease-Symporter !

Answer 18

1. Der Zyklus beginnt damit, dass beide Hälften mit der Öffnung in Richtung Bindetasche orientiert sind, welche aus der Zelle zeigt. Ein Proton von ausserhalb der Zelle bindet an einen Glu­‐Rest der Permease.
2. Die protonierte Permease bindet Laktose von außerhalb der Zelle.
3. Die Struktur ändert sich, sodass die Bindetasche in die Zelle zeigt.
4. Die Permease entlässt Lactose in die Zelle.
5. Die Permease gibt das Proton in die Zelle ab.
6. Die Permeasekonformation kehrt in den Grundzustand zurück, worauf der Zyklus abgeschlossen ist. (Siehe Abb. 13.12)

Question 19

Beschreiben Sie die Form des Acetylcholinrezeptors!

Answer 19

Der Acetylcholinrezeptor ist ein Tetramer, das aus 5
Untereinheiten besteht:
2 identische und 3 verwandte Peptidketten (2α,β,χ,δ). Die Ähnlichkeit zwischen den Untereinheiten lässt auf Genduplikation und Divergenz schließen. Ligandenbindung scheint eine Konformationsänderung
herbeizuführen, wobei durch eine Rotationsbewegung
der Kanal geöffnet wird. Die Pore ist mit polaren Resten
besetzt, große hydrophobe Aminosäuren schließen den geschlossenen Kanal ab.

Question 20

Beschreiben Sie die Form des Acetylcholinrezeptors!

Answer 20

Der Acetylcholinrezeptor ist ein Tetramer, das aus 5
Untereinheiten besteht:
2 identische und 3 verwandte Peptidketten (2α,β,χ,δ). Die Ähnlichkeit zwischen den Untereinheiten lässt auf Genduplikation und Divergenz schließen. Ligandenbindung scheint eine Konformationsänderung
herbeizuführen, wobei durch eine Rotationsbewegung
der Kanal geöffnet wird. Die Pore ist mit polaren Resten besetzt, große hydrophobe Aminosäuren schließen den geschlossenen Kanal ab.

Question 21

Wieso ist eine Vorhersage der Struktur eines Kanalproteins schwierig, obwohl bekannt ist, welche Aminosäuren sich vermutlich in der Membranen befinden?

Answer 21

Es ist unwahrscheinlich, dass eine einzelne membranbindende Domäne einen Kanal bilden kann, der groß genug für die Passage von Molekülen ist. Die meisten Proteinkanäle bestehen aus mehreren Untereinheiten, die zusammen eine Einheit bilden. Während das Innere des Kanals polar ist, ist die Aussenseite, die im Kontakt mit den Lipiden steht, hydrophob. Anhand der Aminosäuresequenz ist es schwierig vorherzusagen, welche Untereinheiten eine Einheit bilden.

Question 22

Wieso ist es gefährlich, unfachmännisch zubereiteten Kugelfisch zu essen?

Answer 22

Kugelfisch enthält Tetrodotoxin, ein Gift, das fest an den Natriumkanal bindet. Schon 10 ng sind für den
Menschen tödlich.

Question 23

Wie werden Kaliumionen, die die Membran durch einen Kanal passieren freigesetzt, wenn sie doch fest an den
selektiven Filter binden?

Answer 23

Der selektive Filter besitzt vier Bindestellen. Hydratisiertes Kalium kann einzeln in diese Stellen eindringen, wobei es seine Hydrathülle verliert. Wenn zwei Ionen benachbarte Stellen besetzen, dann stoßen sich diese durch elektrostatische Kräfte ab. Gelangen nun Ionen von der einen Seite in den Kanal, so werden Ionen auf der anderen Seite hinausgedrückt.

Question 24

Was versteht man unter dem Begriff „ball-and-chain“ Modell?

Answer 24

Unter dem „ball-­and-­chain“ Modell versteht man die Inaktivierung einer Pore durch Verschluss. Bei diesem Modell bildet eine Gruppe an Aminosäuren einen Ball („ball“), der über eine flexible Peptidkette („chain“) mit dem restlichen Protein verbunden ist. Nachdem der Kanal sich öffnet bewegt sich der Ball an eine Stelle, die den Kanal blockiert, was zu einer schnellen Inaktivierung führt.

Question 25

Beschreibe, wie spannungsgesteuerte Kanäle funktionieren !

Answer 25

Spannungsgesteuerte Kanäle bestehen aus den Segmenten S1­‐S6. Die Pore wird durch S5 und S6 gebildet, wohingegen S1-­S4, die spannungssensitiven Helices („voltage-­‐sensing paddles“) den Kanal schließen. Diese Helices befinden sich in der „unteren“ Position unter dem geschlossenen Kanal. Eine Depolarisation der Membran zieht die Helices durch die Membran, wodurch der Kanal geöffnet wird.