fragen 3 Flashcards
VI.3. Co- und Posttranslationelle Modifikationen
- Was versteht man unter co- und unter posttranslationellen Modifikationen?
Veränderung des Proteins während und nach der Translation. Wichtig für die Funktion des Proteins, Steuerung von Aktivität und Interaktionen sowie der subzellulären Interaktion
- Nenne zwei Beispiele für co- bzw. posttranslationelle Modifikationen an Proteinen und erkläre die Funktion dieser Modifikationen!
Lipidmodifikationen -> Verankerung von Proteinen in Membranen
Disulfidbrücken -> Stabilisierung von sezernierten Proteinen
inen
- Wozu dienen Phosphorylierungen bzw. Dephosphorylierungen von Proteinen und wie werden die Enzyme genannt, die diese Modifikationen katalysieren?
Anhängen von Phosphatgruppen an bestimmte AS als regulatorische Funktion: bestimmte Proteine sind im phosphorylierten Zustand aktiv und im dephosphorylierten inaktiv, oder umgekehrt
Phosphorylierung: Kinasen, Dephosphorylierung: Phosphatasen, meist reversibel
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Erkläre folgende Begriffe!
Was sind die Funktionen der Faktoren und an welchen Prozessen sind sie beteiligt?
a. DNA-Polymerase III
b. Primase
c. σ-Faktor
d. Initiationsfaktoren
e. tRNA
a)DNA-Polymerase III
repliziert das gesamte Genom von E. Coli; besteht aus den Untereinheiten α, β-Ringklemme, γ-Komplex, ε, θ und τ (Replikation)
b)Primase
Primer für die DNA-Polymerase; Replikation der DNA
c) σ-Faktor
Protein, das die -10 und die -35 Regionen der DNA erkennt und RNA-Polymerase-Komplex an den Promotor leitet -> Die korrekte Erkennung des Transkriptionsstartpunktes
d) Initiationsfaktoren
Iniation der Translation; Translation
e) tRNA
transfer-RNA, vermitteln die richtige AS zum entsprechenden Codon auf der mRNA; Translation
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Erkläre folgende Begriffe:
a. Gen
b. Genom
c. Transkriptom
d. Proteom
e. Metagenom
f. Metatranskriptom
g. Metaproteom
a) Gen
Abschnitt auf dem Erbgut (DNA oder RNA), der die Informationen zur Herstellung einer biologisch aktiven RNA trägt, inklusive aller regulatorischen Regionen
b) Genom
Gesamtheit aller Erbinformationen eines Lebewesen oder Virus
c)Transkriptom
Gesamtheit der zu einem bestimmten Zeitpunkt von einem bestimmten Zelltyp unter bestimmten Wachstumsbedingungen gebildeten RNAs
d) Proteom
Gesamtheit der zu einem bestimmten Zeitpunkt von einem bestimmten Zelltyp unter bestimmten Wachstumsbedingungen vorhandener Proteine
e) Metagenom
Die Summe aller Genome einer Lebensgemeinschaft, zB aller Genome aus einem Boden
f) Metatranskriptom
Gesamtheit der RNAs, die von einer komplexen Lebensgemeinschaft zu einem bestimmten Zeitpunkt unter bestimmten Umweltbedingungen gebildet werden
g) Metaproteom
Gesamtheit der Proteine, die in einer komplexen Lebensgemeinschaft zu einem bestimmten Zeitpunkt unter bestimmten Umweltbedingungen vorhanden sind
VII.1. Das lac-Operon
- Was ist die biologische Bedeutung der Regulation von Genen für Stoffwechselfunktionen? Nenne Beispiele!
bestimmte Stoffwechselwege werden erst eingeschaltet, wenn ein bevorzugtes Substrat aufgebraucht ist (z.B. lac-Operon; Verwertung von Lactose als Substrat, wenn keine Glucose vorhanden ist)
oder bestimmte Wachstumsfaktoren nicht in der Umgebung enthalten sind (z.B. trp-Operon; Induzierung der Tryptophanbiosynthese, wenn nicht genug im Substrat vorliegt)
- Wozu werden die Substanzen IPTG (Isopropyl-thiogalactosid) und X-Gal in der Molekulargenetik und Biotechnologie verwendet und was sind die molekularen Grundlagen dafür?
- IPTG:
Induktionsfaktor für die Induktion des Laktosestoffwechsels, kann nicht von LacZ gespalten werden, permanente Induktion
- X-Gal
kann als Farbindikator verwendet werden, da es seine blaue Farbe verliert, wenn es von dem Enzym β-Galaktosidase gespalten wird
- Erkläre Struktur und Funktion von LacI!
LacI = DNA-bindendes Protein (Transkriptionsfaktor),
bestehend aus drei Domänen:
N-Terminus: hier liegt die DNA-Bindungsdomäne mit drei α (alpha)-Helices (Helix-Turn-Helix-Motiv)
N-terminale DNA-Bindungsdomäne: ist über ein Zwischenstück mit der zentralen Domäne verbunden, dort liegen die Bindungsstelle für den Induktor (Allolaktase oder IPTG) und der Dimerisierungsbereich
C-terminal: hier liegt eine α(alpha)-Helix, über die das Tetramer gebildet wird
- Wie reguliert das Darmbakterium Escherichia coli die optimale Verwertung von Laktose?
Glukose unterdrückt die Verwertung anderer Kohlenstoffquellen durch die Phosphorylierung von EIIA, welches zur Laktose Hemmung führt (wird über cAMP vermittelt). Wenn der Glukose Spiegel sinkt steigt das cAMP Level was zur synthetisierung einer Vielzahl von Operons führt. CAP und cAMP können an die DNA binden und Dimere wie LacI ausbilden, welche die Laktose verwerten. Wenn das Laktose Level nun wieder sinkt, so werden vermehrt LacI-Repressoren ausgebildet, welche sich an die Bindungsstelle des Operators binden.
- Bakterielle Gene haben zur regulierten Transkription einen Promotor und einen Operator. Erklären Sie die Funktion dieser Elemente am Beispiel des lac-Operons (Laktose-Verwertung). Welche Faktoren binden an den Promotor bzw. Operator und was bewirken diese Faktoren?
Promotoren markieren den Beginn der Transkription – an den Promotor des lac-Operons bindet LacI als Transkriptionsfaktor, welcher die Initiation der Transkription ermöglicht
Operatoren sind Kontrollregionen im Bereich von Promotoren und erlauben die Regulation der Genexpression – an den lac-Operator bindet der LacI-Repressor der den Promotor blockiert und somit die Transkription des lac-Operons verhindert
- Erkläre anhand des lac-Operons von Escherichia coli die Funktionsweise folgender an der Genexpression beteiligten Elemente: Promotor, Operator, Repressor und Aktivator.
der Promotor des lac-Operons markiert den Start der Transkription – bindet ein LacI-Repressor an den Operator, der im Bereich des Promotors als Kontrollregion dient, wird die Transkription verhindert - der Aktivator CAP aktiviert in Anwesenheit des Coaktivators cAMP die Transkription des lac-Operons
VII.2. Katabolitrepression
- Was versteht man unter Katabolitrepression?
Erkläre die biologische Funktion sowie die molekularen Grundlagen in E. coli!
Katabolitrepression = Hemmung der Produktion von bestimmten katabolischen Stoffwechselkomponenten (Enzyme), so lange wie ein energetisch günstigeres Substrat eines alternativen katabolischen Stoffwechselweges (Katabolit) in signifikanter Menge vorhanden ist.
Diauxie: Glukose und Lactose werden NACHEINANDER verwertet.
Glukose unterdrückt die Verwertung alternativer Kohlenstoffquellen.
solange Glucose zur Verfügung steht, wird der Transporter dephosphoryliert und Lactosepermease gehemmt, wodurch keine Lactose aufgenommen werden kann – sobald die Glucosevorräte zu Ende gehen, bleibt der Transporter phosphoryliert, aktiviert dadurch Adenylatcyclasen, der cAMP-Spiegel steigt und aktiviert CAP (steuert die Verwertung von alternativen Kohlenstoffquellen)
- Wie funktioniert die Attenuation und wieso gibt es diesen Mechanismus nur bei Prokaryoten?
Das Ribosom schreitet bei der Transkription so schnell voran, dass eine Stelle im Genom (bei nicht ausreichendem Vorhandensein von z.B. speziellen Aminosäuren) nicht transkribiert werden kann, stattdessen bildet sich ein Terminator und die Transkription wird abgebrochen; Eukaryoten haben diesen Mechanismus nicht, da deren DNA sowohl zeitlich als auch räumlich getrennt translatiert wird
VII.4. Das Hitzeschutz-Regulon
- Wie reagiert das Darmbakterium E. coli auf Fieber des Wirtes?
E. Coli aktiviert in diesem Fall das Hitzeschock-Regulation, das dazu dient, die Zellmembran zu stabilisieren, denaturierte Proteine abzubauen und die Bildung von Protein-Aggregaten zu verhindern
- Beschreibe die koordinierte Genaktivierung im Zuge der Hitzeschockantwort!
die -10 und -35 Regionen der Hitzeschock-Gene weichen stark vom Konsensus ab, was dazu führt, dass der σ32-Faktor (anstatt des σ70-Faktors) an die Promotoren bindet; nachdem die Temperatur wieder sinkt, wird σ32 wieder bevorzugt von Chaperonen und Proteasen abgebaut und die Expression der Hitzeschock-Genen wird weniger
