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Was sind polare Effekte bei den co-transkribierten Genen?
Polare Effekte (Mutationen) sind Mutationen am Start des Operons, wobei ein Stop-Codon in mRNA entsteht und die weiteren downstream-Gene wenig exprimiert werden.
- Nur bei polycistronischen RNAs von Bakterien/Archaeen
Was sind polycistronische mRNAs?
Das sind mRNAs mit mehreren ORFs, die viele Polypeptide codieren. In der Regel wird eine solche mRNA von einem Operon kontrolliert.
Was ist xenogeneic silencing?
Reprimierung von fremder, durch horizontalen Gentransfer aufgenommener DNA mit H-NS.
Diese Funktion schützt das Bakterium vor schädlicher Wirkung durch Phagen, welche ihre DNA in das Bakterium als Wirtszelle injizieren, wodurch dieses früher oder später zu Grunde geht. In der Regel erfolgt die Erkennung durch das erhöhte AT-Verhältnis der fremden DNA.
Was ist H-NS?
- Nukleoid-assoziierte Protein H-NS (Histone-like Nucleoid Structuring Protein)
- Genregulator
- DNA-Bindeprotein
- bindet an AT-reiche Sequenzen, meistens von Phagen eingebaut
- Silencing der Transkription (xenogeneic silencing) von fremder, durch horizontalen Gentransfer aufgenommener DNA
Was ist ein tetRA-Operon?
- kodiert Proteine für den Tetrazyklin-Transporter in der inneren Membran
- induzierbare Genexpression
- 2 Gene, divergent transkribiert
Wie kann die Transkription terminiert werden?
- intrinsisch: durch unmittelbare RNA-Interaktion, Ausbildung einer haarnadelförmigen Sekundärstruktur im RNA-Transkript
- Rho-abhängig: Rho erkennt C-reiche Abschnitte auf dem Transkript. Es bindet auf dem neusynthetisierten RNA-Strang, der upstream der Terminationsstelle liegt. Mit ATPase-Aktivität bewegt sich Rho dann auf das 3’-Ende der RNA zu.
Was ist eine Antitermination?
RNA-Polymerase ignoriert eine Terminationssequenz und kann mit der Transkription fortfahren.
- bei Phagen und bakteriellen Operons wichtig
- sie blockieren damit die Wirkung von Terminatoren
- Bsp. Attenuation
Was ist eine Attenuation?
Regulation der Genexpression bei Prokaryoten bezeichnet, mit der eine begonnene Transkription vorzeitig abgebrochen werden kann.
Bsp.: Tryptophan-Biosynthese
- Leader-Peptid mit 2 Trp, als Sensor für Trp-Konzentration
- 3 Sequenzen für Hairpin-Loop-Ausbildung
- Je nach Konzentration
Wie wird eine Translation im his-Operon reguliert?
- Attenuation
- +His: Attenuator gebildet, keine Translation
- -His: Ribosom “trapped”, Translation
Was sind Riboswitches? Nennen Sie ein Beispiel.
Die RNA bildet eine Sekundärstruktur aus und erkennt damit Metabolite (beispielsweise Guanin, Adenin, L-Lysin).
Wenn der Ligand bindet, so kommt es bei fast allen Riboswitches zu einer Konformationsänderung in der RNA.
- Shine-Dalgarno-Sequenz verborgen → keine Translation
- Konformationsänderung → Bildung einer Haarnadelstruktur → keine Transkription
Bsp.: molekulärer Thermometer
Wie wird eine Translation reguliert?
- Antisense-RNA
- Riboswitches
- “trapped” Ribosomen → tmRNA
- Proteinfaltung → Triggerfaktoren
Was sind sRNAs (small regulatory)?
Nicht-codierende RNA-Moleküle, von Bakterien produziert.
- bindet an Protein und modifiziert derer Funktion (z.B. Hfq)
- bindet an komplementäre mRNA (SD verdeckt oder freigesetzt)
- reguliert metabolische oder Virulenz-Prozesse
Wie kann die Transkriprion reguliert werden?
- Aktivatoren, Effektoren
- Repressoren, Effektoren
- Katabolische Repression
- Riboswitches
- H-NS
Was ist eine antisense-RNA?
Die Antisense-RNA (aRNA) ist eine einzelsträngigeRNA, die komplementär zur Messenger-RNA (mRNA) ist.
- Basenpaarung → keine Translation
Wozu wird eine tmRNA (transfer-messenger) in Bakterien verwendet?
- Sie befreit feststeckende Ribosomen von der mRNA (alte mRNA wird gegen tmRNA ausgetauscht und weiter translatiert)
- Sie markiert die bei der Translation entstandenen unvollständigen Peptidketten für den Abbau
Aufbau:
- Hybrid aus der tRNA und mRNA mit ORF (für Stop-Signal oder Degradationstag SSrA, die von Proteasen erkennt werden)
Was ist ein Trigger-Faktor?
Chaperon
- katalysiert eine Proteinfaltung
- assoziiert mit Ribosomen, mit naszierenden cytosolischen und sekretorischen Polypeptidketten
Woraus besteht ein 2-Komponenten-System? Welche Domäne haben die Komponenten?
Wie funktioniert das System? Nennen Sie ein Beispiel.
2-Komponenten-System
Besteht aus:
- Sensorkinase (Input - Transmitter, HK)
- Responce-Regulator (Receiver - Output, HK)
HK — hochkonserviert
Funktionsweise:
- Sensorkinase wird auf Umweltsignal reagieren → Autophosphorylierung an His
- Phosphorylgruppe wird weiter an Responce-Regulator übertragen (Asp wird phosphoryliert)
- Dann erfolgt eine Regulation
Beispiele: Zellhüllenstress (Rcs) Chemotaxis, Quorum sensing
Beschreiben Sie den Verlauf der Antwort auf Zellhüllenstress.
Zellhüllenstress
- Signal kommt → RcsF leitet das Signal weiter an RcsC (wird phosphoryliert)
- RcsS überträgt P auf RcsD
- RcsD überträgt P auf RcsB (dabei wird D phosphoryliert)
- RcsB reguliert Gene für Motilität, Kapselbindung, Virulenz
Wenn Stress,
Wie funktioniert Chemotaxis bei E.coli?
Chemotaxis
- 2-Komponenten-System
- Adaptiv
- Signal kommt → Chemorezeptoren in der Membran (MCP, methyl-accepting chemotaxis proteins) methyliert → CheW (Adaptor) → CheA (Sensorkinase)
- CheA autophosphoryliert
- P von CheA wird auf CheY übertragen
- CheY bindet am Motor des Flagellums → Änderung der Drehrichtung → CW (clockwise) = Taumeln
Falls kein Signal:
- CheA nicht phosphoryliert, MCP demethyliert → CheB wird konstitutiv phosphoryliert
- CheB wirkt als Adaptor → CCW, Schmimmen
Was ist quorum sensing? Nennen Sie ein Beispiel und beschreiben es.
Quorum sensing
Messung der Zelldichte der Population (interzelluläre Kommunikation). Dadurch werden reguliert:
— Biofilme
— Biolumineszens
— Virulenz
Ein Beispiel: Biolumineszens von Vibrio fischeri
- Sie produzieren Autoinduktoren 1/2
- Autoinduktor 1 = AHL (acetyl homoserin lacton), wird von allen produziert
- Wenn genug AHL vorhanden, wird Autoinduktor 2 produziert → positive Rückkoplung bei höher Zelldichte
- Dadurch wird lux-Operon aktiviert (Luciferase) → Lumineszenz
Wie funktioniert Biolumineszenz bei Vibrio fischeri?
Biolumineszens von Vibrio fischeri
- Sie produzieren Autoinduktoren 1/2
- Autoinduktor 1 = AHL (acetyl homoserin lacton), wird von allen produziert
- Wenn genug AHL vorhanden, wird Autoinduktor 2 produziert → positive Rückkoplung bei höher Zelldichte
- Dadurch wird lux-Operon aktiviert (Luciferase) → Lumineszenz
= Quorum sensing
Beschreiben Sie zwei Antworten auf Osmostress.
Osmostress
hypertonische Umgebung
- K+-Aufnahme
- Compatible solutes (Aufnahme/Neusynthese)
Aufnahme erfolgt mit 2-Komponenten-System EnvZ-OmpR
- EnvZ — Sensorkinase, ändert ihre Konformation je nach Osmolarität
- EnvZ-P überträgt P auf OmpR (Responce regulator)
- OmpR reguliert OmpF/OmpC
- höhe Osmolarität: OmpF
- niedrige Osmolarität: OmpC (Porin für compatible solutes)
Wie funktioniert EnvZ-OmpR System? Was reguliert sie?
2-Komponenten-System EnvZ-OmpR
- EnvZ — Sensorkinase, ändert ihre Konformation je nach Osmolarität
- EnvZ-P überträgt P auf OmpR (Responce regulator)
- OmpR reguliert OmpF/OmpC
- höhe Osmolarität: OmpF
- niedrige Osmolarität: OmpC (Porin für compatible solutes)
Antwort auf osmotischen Stress
Was ist cyclische di-GMP? An welchen Prozessen ist sie beteiligt?
cyclische di-GMP
- second messenger in Bakterien
- beteiligt an zellulären Prozessen wie Motilität, Virulenz und Biofilme
- über Diguanylat-Cyclase (GGDEF-Motif) aus 2GTP synthetisiert
- über Phosphodiesterasen (EAL-Motif) abgebaut
Beschreiben Sie den Zyklus von Caulobacter crescentus.
Caulobacter crescentus
Swarmer cells → Stalk formation → cell with holdfast and motile cell
- stalked cell: Reproduktion
- motile cell: Verbreitung
Wie werden Biofilme aufgebaut? Welche second messenger ist daran beteiligt?
Biofilm-Aufbau
- schwimmende Zellen werden sessil und bilden extrazelluläre polymere Substanz (EPS)
- schalten dafür ihre Flagellen aus
- c-di-GMP als second messenger
Verlauf
- Wenn YhjH (Phosphodiesterase) nicht mehr vorhanden, c-di-GMP hochkonzentriert
- c-di-GMP reagiert mit YcgR (Rezeptor am Motor) → schalten das Flagellum aus
Nennen Sie ein Beispiel vom ABC-Transporter. Wie funktioniert er?
ABC-Transporter
- Maltose-Maltodextrin-Transporter
Über ATP-Bildung ändert sich die Konformation vom Protein → Maltose wird transportiert
Beschreiben Sie den Mechanismus vom PMF-abhängigen Transporter (Lactase)
PMF-abhängiger Transporter
- Lactose Permease (LacY)
- Symporter
- Transportiert Lactose mit H+ zusammen in die Zelle, H+ aus der Elektronentransportkette gewonnen
Wie funktioniert PEP-PTS? Was bedeutet die Abkürzung? Nennen Sie 2 PTS-Zucker.
PEP-PTS
- Phosphoenolpyruvat-Phosphotransferase System
- Der letzte Schritt irreversibel
PEP wird in Pyruvat umgewandelt, dabei wird P übertragen auf E1 → HPr → E2A → E2B → EIIC → Substrat wird phosphoryliert und transportiert.
- PTS-Zucker: Glucose, Fructose, Trehalose, Mannitol, Mannose
- Nicht-PTS-Zucker: Lactose, Maltose, Galactose, Ribose, Xylose, Arabinose
