Hengge VL2: bakterielle Signaltransduktion - ein/zwei Komponenten Systeme

Question 1

Signaltransduktion

Answer 1

Kontrolle der TF Aktivität als Antwort auf umwelt/zellsignale

Dynamische Veränderung der genexpression

Question 2

De Novo Expression

Answer 2

Neuexpression eines Regulatorgenes

Question 3

Kontrolle durch Allosterie

Answer 3

Bindung eines kleinen Moleküle an Regulator Protein ( einKomponenten system)

Konformationsänderung

Question 4

Kontrolle durch einen Antagonist

Answer 4

Bindung eines anderen Proteins

Question 5

Kontrolle durch chemische modifikation

Answer 5

Phosphorylierung oder Disulfid-bindeformation des Regulators (Zweikomponenten System)

Question 6

Weitere kontrollmechanismen

Answer 6

Proteolytische Prozessierung des Regulators

Sequestration des Regulators

Export des Regulators

Question 7

Wodurch werden operons kontrolliert?

Answer 7

Durch gemeinsamen Regulator

Question 8

Was sind operons?

Answer 8

Funktionseinheit aus Promotor, Operator und mehreren Genen, die Proteine mit verwandten Funktionen kodieren.

Haben einen gemeinsamen Promoter-> werden als Einheit transkribiert

Binden Aktivatoren und repressoren -> negative, positive Kontrolle eines operons

Question 9

Einkomponeneten system

Answer 9

Regulator hat eine sensor domäne (SD), die mit dem Molekül interagiert, das in die Zelle eindringt

Question 10

Zweikomponenten system = TCS

Answer 10

Der sensor phosphoryliert das Regulator Protein

In Bakterien:
- viele verschiedene für verschiedene Signale zB kleine Moleküle, mebranänderungen

Benötigt für:

• traskriptionsregulation
• enzym aktivität
• chemotaxis

Question 11

Second Messenger signal

Answer 11

Sensor generiert ein kleines molekül(=Second messenger), das an den Regulator (effektor) bindet

Question 12

Repression der enzym synthese

Answer 12

Zum Beispiel Arg operon wird ausgeschaltet, wenn die enzyme für die argininsynthese nicht mehr gebraucht werden, zb bei argininzugabe zum medium

Question 13

Lac operon

Answer 13

Inducer, der zur Inaktivierung des repressors führt

• kodiert beta-galactosidase (lacZ), Lactose permease (lacY)
• lacL = lac-repressor
• Glucose reguliert das lag operon

Lac operon Expression benötigt:
Lactose und viel cAMP-CRP

Question 14

Derepression der enzym synthese

Answer 14

Beta-galactosidase wird nur induziert, wenn benötigt zb nach lactose zugabe

Question 15

Maltose operon

Answer 15

Inducer, der gene aktiviert

Question 16

Beispiel für genaktivierung durch Bindung eines Second messengers an regulator

Answer 16

cAMP-CRP

Question 17

cAMP-CRP

Answer 17

• CRP bildet Dimere
• CRP bindet an den second messenger cAMP, welcher produziert wird wenn Glucose nicht länger gebraucht wird
• cAMP-CRP = aktive Form, die an operon, am DANN, bindet
• cAMP-CRP = globaler TF, kontrolliert mehr als 100 gene

Question 18

Phylogenetische Verteilung von TCS

Answer 18

• in Bakterien
• niederen Eukaryoten
• pflanzen
• NICHT in Tieren

Question 19

Einsatzgebiete von TCS

Answer 19

• Nährstoff limitation
• Veränderungen der osmolarität
• redoxstatus der Atmungskette

Question 20

Physiologische Funktionen von TCS

Answer 20

• stressantwort und Adaptation
• chemotaxis
• Entwicklung
• virulence

Question 21

Struktur und Funktion von TCS

Answer 21

Hoch konservierte domänen:

• Transmitter domäne SK
• receptor domäne RR

Variable domäne:

• sensor domäne SK (oft membranständig mit extrazellulären UEs)
• Output domäne RR (fungieren als TFs, Enzyme)

Question 22

Phosphorelay systeme

Answer 22

• serieller phosphotransfer, oft in hybrid sensor kinasen
• oft reversibel
• sigmoidaler reaktionsverlauf
• homodimere in trans

Question 23

Struktur und Funktion von his sensor kinasen

Answer 23

Domänen einer typischen SK:

• Sensordomäne in der Membran
• Linker / HAMP Domäne
• transmitter domain

Eine transmitterdomäne besteht aus:

• Phosphorylierungsstelle: die konservierte His (H-box)
• konservierte ATP-Bindestelle, zB Dimerisation domain catalytic domain/Kinase

Question 24

Histidin sensor kinasen: aufbau

Answer 24

Sensor - autokinase -rezeptor - his Transfer Domänen

Question 25

Aufbau von antwort regulatoren (Respone regulators RR)

Answer 25

Rezeptor - Output domäne

Question 26

Struktur und Funktion von antwort regulatoren

Answer 26

• hochkonservierte Rezeptordomäne
• linker
• Ausgangs-(output)domäne - normalerweise mit einem DNA-bindenden HTH motiv

Question 27

Wie sieht eine receptor domäne aus?

Answer 27

A receiver domain:
• besteht aus 5 alternierenden α helices and 5 β stränge (about 120 AS)
• enthält Asp (in position 54-58), welche mit anderen hochkonservierten AS eine saure Tasche bilden an der Mg++ bindet
• katalysiert den Phosphotransfer von SK zum eigenen Asp Überrest
• verändert die Konformation bei Phosphorylierung

Question 28

Wie kommunizieren rezeptor und Ausgangs- (output)domäne?

Answer 28

• phosphorilyierung induziert eine konformationsänderung an der Oberfläche, alpha3-beta4-alpha4-beta5
• Oberfläche wechselt von sauer zu hydrophob
• > Veränderung der Interaktionen mit anderen Domänen und proteinen

Question 29

Kontrolle der Output Domänen Aktivität durch phosphorilyierung der rezeptor domäne

Answer 29

• intramolekulare hinderung
• dimerisierung und oligomeristation kann DNA Bindung stabilisieren
• Interaktion mit rnap kann transkription aktivieren

Question 30

Antwort auf Osmolarität signale

Answer 30

• regulation der Poren Expression in E. coli
• [ OmpF] hoch bei niedriger Osmolarität -[ OmpC] hoch bei hoher Osmolarität

reguliert von:

• EnvZ (membranständigeSK)
• OmpR (DNA bindende und transkription aktivierende RR)

Question 31

Abschalten von TCS

Answer 31

• wenn Stimulus weg, Dephosphorylierung von sensorkinase und Antwort regulator
• SK schalten zu einer Autophosphataseakivität bei Abwesenheit vom Stimulus
• RR haben auch eine Autophosphataseaktivität, welche mit der verwandten SK-Stelle interagiert

Question 32

Abschalten von phosphorelays

Answer 32

Rückläufiger phospho-fluss zur primären Transmitter domäne, die dann phosphoryliert

Question 33

Repression beim arg Operon

Answer 33

Ein Repressor wird durch einen kleinen Kernrepressor aktiviert.