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MiBi MAP > MAP Hengge > Flashcards

MAP Hengge Flashcards

1
Q

Struktur RNA-Polymerase

A
  • Kern RNAP besteht aus
    • zwei alpha-UE
    • ein beta UE
    • manchmal auch omega UE (Elongationsform)
  • RNA-Holoenzym –> Initiationsform der RNAP
    • Sigma-UE
    • bindet an Promotor
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Q

Promotor

A
  • Promotor Bindestelle für RNA-Polymerase
  • Haben typische Nukleotidsequenz
  • Wird von RNAP erkannt
  • -35 und -10 Region (Pribnow Box) mit spacer von ca. 17 bp
  • Core RNAP besteht aus 2 slpha UE, 1 beta UE
  • Holo-RNAP aus core + sigma UE
  • Sigma UE
    • Vegetative sigma UE
    • Essentiell, braucht Promotor
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3
Q

Funktion der RNA-Polymerase

A
  • Initiation
    • Binden RNAP an Promotor
    • DNA trennt sich in 2 Stränge am zentralleen Teil der Promotorsequenz
      • zwischen -12 und +5
  • Elongation
  • Termination
    • Terminatoren
      • freie RNA entsteht von RNAP
      • kann unmittelbar sekundärstrukturen formen
      • spezifische stem loop Strukturen gefolgt von oligo-U sind Terminatoren
      • werden von RNAP erkannt
      • sind Stoppsignal
      • Freisetzen des Transkripts
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4
Q

(!) Struktur Sigma-UE

A
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5
Q

(!) Funktion Sigma-UE

A
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6
Q

Regulation der Genexpression: AUstausch der Sigma-UE

A
  • Gene können aktiviert und inaktiviert werden
  • Große Gruppen von Gene können koordiniert hoch- oder runterreguliert werden durch Austausch der Sigma-UE von RNAP
  • Meisten Bakterien haben mehrere Sigma-UE
  • Unterschiedliche Sigma UE erkennen unterschiedliche Promotorsequenzen
  • Konkurrieren für RNA-Kern
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7
Q

Verschiedene Sigma-Faktoren in E.Coli

A
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8
Q

Repression der Genexpression

A
  • Erlaubt RNAP nicht zu binden
  • Transkription wird vorzeitig abgebrochen
  • Trennung RNP von der DNA-Vorlage
  • Repression durch sterische Behinderung
    • Repressor zwischen -35 und -10 Stelle
    • Represso Bindestelle überlappt Kernpromotorelemente
    • Blockiert Erkennung des Promotorsvon RNAP
  • Repression durch Schlaufenbildung
    • Repressoren binden an distalen Stellen
    • Interagieren miteinander durch Shclaufenbildung
    • Repression des Promotors
    • RNAP kann nicht transkribieren
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9
Q

Aktivierung der Genexpression

A
  • Transkriptionsfaktoren aktivieren RNAP
  • Binden an Sequenzspezifische DNA stellen in der Nähe des Promotors lokalisiert
  • Protein-Protein Interaktionen mit RNAP und TFs und Alpha-CTD
  • Alpha-UE-CTD
    • Zwei Domänen im flexiblen Linkern: CTD und NTD
    • Alpha-CTD kann spezifisch mit vielen Aktivatoren interagieren und mediates Kontakt mit RNAP Kern
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10
Q

Klasse I Aktivierung

A
  • TF interagiert mit alpha-CTD
  • Aktivator stromaufwärts gebunden
  • Kontakt mit alpha-CTD der RNAP
  • Rekrutieren der Polymerase an Promotor
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11
Q

Klasse II Aktivierung

A
  • Interaktion zwischen TF mit Sigma, alpha-NTD oder Alpha-CTD
  • Aktivator bindet an Ziel neben Promotor -35 Element
  • Gebundener Aktivator interagiert mit Domäne 4 des Sigma70
  • Um Bindung zu gewährleisten muss Aktivator an Position -41,5 bebunden sein
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12
Q

Simultane und unabhängige Kontakte zweier Aktivatore

A
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13
Q

bakterielle Signaltransduktion

A

Die Aktivität von Transkriptionsfaktoren muss kontrolliert werden zur Antwort auf umwelt-bedingte und Zelluläre Signale à Signaltransduktion

Kontrollmechanismen

  • De-novo Expression des Regulator
  • Allosterie: Bindung kleiner Moleküle zu einem Regulator-Protein (Ein-Komponenten Systeme)
  • Bindung anderer Proteine, e.g. einen Antagonisten oder „Anti-Faktor“
  • Chemische Modifikationen des Regulators, z.B. durch Phosphorylierung (Zwei-Komponenten-Systeme) oder Disulfid-Brücken Bildungen (oxidativer Stress)
  • Proteolytische Prozessierung des Regulators
  • Sequestration des Regulators (z.B. Interaktion mit Membran Proteinen
  • Expoort eines Regulators
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14
Q

Einkomponentensysteme

A
  • Der Regulator hat eine sensorische Domäne
  • Reagiert mit einem Molekül, das die Zelle betritt
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15
Q

Einkomponentensysteme Beispiel: Arg Operon: Aktivierung Repressors mithilfe Corepressor

A
  • Arg Operon: Gene für Arginin Biosynthese Enzyme
  • Repressor wird mithilfe kleinen Corepressor aktiviert
  • Repressor inhibiert Expression des arg Operons bei Anwesenheit des Corepressor Arginin
  • Wenn Arginin vorhanden à Expression des arg Operons (Arginin Biosynthese Enzyme) nicht notwendig
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16
Q

Einkomponentensysteme - Beipiel: lac Operon: Inaktivierung Repressors durch Inducer

A
  • Lac Operon: Gene für beta Galactosidase (spaltet Lactose zu Monomere)
  • Repressor im alleine Zustand aktiv
  • Bindung eines Inducers an Repressor bewirkt Inaktivierung des Reprssors à Transkription fiindet statt
  • Inducer ist Lactose
  • Bei Anwesenheit von Lactose in Zelle wird beta-Galactoseidase benötigt
17
Q

Einkomponentensysteme: Beispiel: maltose Operon Aktivierung der Gene durch small Inducer

A
  • Maltose Aktivator Protein aktiviert RNAP
  • MAP bindet an Aktivator Bindestelle bei Anwesenheit des Inducers
  • RNAP bindet an mal Promotor à Transkription proceeds
  • Ohne Inducer keine Genexpression
18
Q

Zwei-Komponenten-Systeme

A
  • Der Sensor phosphryliert das Regulator Protein

Komponenten

  • Sensorkinase
    • Membrandurchspannend
    • Sensordomäne an der Außenseite
    • Messung des Wertes der Umweltparameter (Temperatur, pH, Konzentration Substanzen)
    • Wertänderung à Konformationsänderung à Kinasedomäne im Cytoplasma, His wird phosphoryliert
  • Antwortregulator
    • Wirkt wie Transkriptionsfaktor (Repressor oder Aktivator)
    • Bindet im phosphorylierten Zustand an eine regulatorische DNA-Sequenz
    • Hemmt oder initiiert Genexpression
19
Q

Unterschiede zwiscee Ein- und Zweikomponentensysteme

A

Einkomponentensystem

  • Nur eine Komponente beteiligt als Transkriptionsfaktor
  • Inhibierung oder Aktivierung der Genexpression, Regulation
  • Vorhandensein des Signals (Molekül) INNERHALB der Zelle aktiviert/inaktivert Repressor-/Aktivator-Protein direkt

Zweikomponentensystem

  • Reguliert Genexpression anhand von EXTERNEN Signalen
    • Die Änderung der Umgebung anzeigen
  • Zwei Komponenten
  • Reaktion der Zelle angemessen auf das Signal
20
Q

Physiologische Funktionen von TS

A

TCS könen folgende Informationen erkennen (sensen)

  • Nährstofflimitationen (Phosphat, Stickstoff)
  • Änderungen in Osmolarität
  • Redoxzustand der Atmungskette
  • Kleine Moleküle, einschließlich Quorum sensor Moleküle (‚Soziomikrobiologie)
  • In Pflanzen: Ethylen und Cytokinin (Entwicklungssignalmoleküle)

Antwort des TCS auf Signale

  • Stressantworten und Adaptationen
  • Chemotaxis
  • Entwicklung
  • Virulence
21
Q

Domänen der TCS

A
  • Sensorkinase
  • Responseregulator
22
Q

Sensorkinase

A
  • Transmitterdomäne – hochkonserviert
    • C-terminal
    • Konservierte ATP-Bindestelle am C-Terminus
    • Phosphorylierungsstelle: konserviertes His (H-Box)
    • Hochspezifisch gebunden an Receiver-Domäne für Phosphattransfer
  • Sensordomäne – Variabel
    • N-terminal
    • Oft Membraninserted
    • Kann extrazelluläre Unterdomänen besitzen, ‚antennen‘
  • Linker/HAMP Domäne
23
Q

Responseregulator

A
  • Receiverdomäne – hochkonserviert
    • Bekommt Phosphat der Transmitterdomäne
    • 5 alpha-Helices und 5 beta-Stränge, alternierend (120 aa)
    • Hochkonserviertes Asp (Position 54-58) und weitere hochkonservierte AS bilden saure Tasche, wo Mg++ bindet
    • Katalysiert Phosphotransfer von SK zum eigenen Asp-Rest
    • Konformationsänderung nach Phosphorylierung
  • Outputdomäne – Variabel
    • Transkriptionsfaktrenn
    • Enzyme (manche produzieren second messenger)
    • Proteolytische Zielfaktoren

Linker

24
Q

Turgordruck

A
  • ~ 10 atm
  • Osmotischer und Turgordruck wirken gegeneinander
  • Zelle enthält höhere Konzentration von kleinen osmotisch aktiven Substanzen als Umgeebung
  • Wasser fließt ständig in Zelle hinein à osmotischer Druck
  • Turgordruck wirkt diesen entgegen, Druck des Zellsafts auf die Zellwand
25
Q

Plasmolyse

A
  • Der durch Osmose verursachte Wasserentzug aus einer Zelle
  • Plasmamembran löst sich von Zellwand ab
  • Hohe Salzkonzentrationen/Osmolaritöt im Außenmedium resultiert in Wasserefflu und Schrumpfen der Zelle à Plasmolyse
  • Wasser diffundier aus Zelle hinaus
  • Wachstum der Zeelle ist inhibiert
  • Enzyme funktionieren nicht
26
Q

Bakterielle Adaptation zu hoher Osmolarität

A

Die hyperosmotische StressAntwort erfolgt in 3 Phasen

  1. Zustrom von K+-Ionen (>0.5 M)
  • Bioverfügbarkeit von Kalium sehr hoch
  • Mehr Teilchen in Zelle à hohe Osmolarität
  • Elektrische Ausbalancierung notwendig
  1. Synthese von Gegenionen (Glutamat)
    • Glutamat in den meisten Fällen
    • Aus dem Citratzyklus (aus Ketoglutarat
    • Nur kurzfristige Lösung
    • Nicht kompatibel mit Stoffwechsel
  2. Austausch von K+ gegen „compatible solutes/osmoprotectants“
    • Können aufgenommen oder synthetisiert werden
    • Glyinbetain, Prolin, Trehalose
27
Q

Hitzeschockantwort

A
  • Meisten Hitzeschock Gene kodieren für Chaperone und Proteasen (Topoisomerasen)
  • Hitze à Denaturierung der Hydrophoben Aminosäuren außen
  • Chaperone
    • Binden an hydrophobe Reste außen und
    • helfen bei der Rückfaltung
  • Proteasen
    • Bauen Proteine ab, wenn Chaperone nicht helfen können
    • Bei irreversibler Denaturierung
  • Topoisomerase
    • Stärkere Verdrillung der DNA
    • Kann somit nicht so leicht aufgelöst werden
28
Q

Regulation von Sigma32 - Aktivierung

A
  • Post-transriptional
  • Translationale Regulation
  • Sekundärstruktur von rphH mRNA (kodiert für Sigma-32) agiert als molekularer Thermometer
    • Relativ stabil
    • Wird nicht oft translatiert
    • Schmilzt bei hohen Temperaturen
  • Geschmolzene Sekundärstruktur von rpoH Mrna
    • Sensor für Temperatur
    • Rasanter Anstieg der Transkribierung
  • Aktivierung erfolgt nicht an den Promotoren
  • Bei Hitzeschock ist Sigma-32 stabilisiert (zusätzlich aktiviert)
  • Indirekte Wirkung
  • DnaK-Chaperonsystem
    • Ebenfalls Bestandteil des Sigma32 Regulons
    • Wird gefördert
    • Vermehrtes Auftreten denaturierte Proteine führt zur verstärkten Bindung des Chaperon DnaK an fehlgefaltete Proteine
    • Rekrutierung DnaK verlängert die Halbwertszeit von Sigma32
    • Verstärkung der Expression der Hitzeschock Gene
29
Q

Deaktivierung

A
  • Denaturierte Proteine aus der Zelle entfernt
  • DnaK-System steht wieder zur Verfügung
  • DnaK-System reduziert die Translation des rpoH mRNA
  • Bindet wieder an Sigma32
  • Abschlatung der Hitzeschockantwort
30
Q

Regulation Sigma 32 Zusammengefast

A
  • Chaperonsystem erkennt bei Hitzeschock denaturierte Proteine
  • Sigma32 Abbau ist abgelenkt, Sigma 32 bleibt frei und aktiv
  • Erhöhte Translation, kann an RNAP binden
  • Sigma Faktor ist auch zuständig für Expression der Chaperone

–> Selbstreguliertes negatives Feedback System

MiBi MAP (4 decks)

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