MAP VL 2

Question 1

Was sind Transkription, Translation und Replikation?

Answer 1

• Transkription: Ablesen der DNA durch RNA-Polymerase und Bildung vom mRNA von 5’ nach 3’
• Translation: Ablesen der mRNA durch Ribosomen und Bildung von Proteinen oder noncoding RNA
• Replikation: Ablesen der DNA durch DNA-Polymerase und vervielfältigung der DNA

Question 2

Was ist ein Gen?

Was ist ein Operon?

Was ist ein Promotor?

Was ist ein Operator

Answer 2

• ein Gen codiert in Prokaryoten für ein Protein oder eine noncoding RNA
• Operon: Funktionseinheit der DNA auf Promotor, Operator und Strukturgenen
• Promotor: Bindestelle für DNA bindende Proteine die den Start der Transkription kennzeichnen
• Operator: Bindestelle für Regulatorproteine die Transkription regulieren

Question 3

Wie sind DNA und RNA aufgebaut?

Answer 3

Question 4

Wie ist die RNA-Polymerase aufgebaut?

Answer 4

• Core enzyme
  
  • Haupteinheit zur Transkription
  • 2 alpa UE, 1 beta UE, 1 beta’ UE, 1 omega UE
• Holoenzym
  
  • ​​zusätzliche σ UE
  • verschiedene σ UE konkurrieren um RNAP Kerneinheit
• Holoenzym bindet an für σ spezifischen Promotor, σ löst sich und das Kernenzym beginnt mit der Synthetisierung der RNA

Question 5

Was ist ein Promotor und welche Funktion hat er?

Answer 5

• Initiationsstellen für Transkription auf der DNA
• werden durch σ - Faktoren erkannt
• RNAP öffnet Doppelhelix am Promotor und bildet Transkriptionsblase
• aufgeteilt in -35 und -10 Region (Pribnow-Box) mit spacer Region von 17 bp
• σ - Faktoren erkennen spezifische Promotor Sequenz

Question 6

Wie läuft die Transkription ab?

Answer 6

• Initation, Elongation, Termination
• Sigmauntereinheit und Haupteinheit der RNAP bilden Holoenzym und binden an DNA nach dem Sigma den Promotor erkennt
• Sigma wird entlassen und Transkription beginnt
• Elongation bis terminator site, RNA wächst nicht weiter, RNA und RNAP werden entlassen

Question 7

Wie ist die terminator site aufgebaut?

Answer 7

• inverted repeats (Palindrom), dadurch loop Bildung der RNA, was durch RNAP erkannt wird und zur Entlassung von RNA und RNAP führt

Question 8

Was sind Aktivatoren und Repressoren und wo binden sie?

Answer 8

• Transkriptionsfaktoren
• Aktivator
  
  • erhöht die Affinität RNAP/Sigma an Promotorregion
  • interagieren mit Alpha UE der RNAP
  • bindet meist vor dem Promotor
• Repressor
  
  • verringert die Affinität bzw blockiert die DNA für Sigma UE oder RNAP
  • bindet in Promotorregion oder dahinter

Question 9

Was sind Einkomponentensysteme, Zweikomponentensysteme und second messenger signaling?

Answer 9

• Signaltransduktionssysteme
• Einkomponent:
  
  • Regulatorprotein hat Sensordomäne welche Moleküle in der Zelle wahrnimmt
• Zweikomponent:
  
  • Regulatorprotein wird von Sensorprotein phosphoryliert
• second messenger
  
  • Sensor stellt Molekül bereit, welches an Regulator bindet (effector)

Question 10

Wie werden Repressoren in Einkomponentensystemen aktiviert oder deaktiviert?

Wodurch werden Gene in Einkomponentensystemen aktiviert?

Answer 10

• Repressorproteine werden durch Corepressoren aktiviert, wodurch sie an die DNA binden können und die Transkription behindern können
• Repressorproteine werden deaktiviert in dem Inducer an sie binden und die Repressoren sich dadurch von der DNA lösen
• Inducer binden an Aktivatorproteine wodurch sie besser an die DNA binden und die Affinität für die RNAP erhöhen

Question 11

Second messenger am Bsp. von cAMP-CRP

Answer 11

• CRP ist Transkriptionsfaktor
• cAMP wird als Signal produziert und bindet an CRP
• cAMP-CRP ist aktive Form die an Operator Sequenz bindet
• der Transkriptionsfaktor cAMP-CRP kontrolliert über 100 Gene
  
  • u.a. Katabolitrepression
  • System reagiert auf Kohlenstoffquellen wie Glucose

Question 12

Was ist der Hitzeschock?

Answer 12

• bei Temperaturen am oberen Rand des Wachstumsbereiches beginnen Proteine zu denaturieren
• Denaturierte Proteine müssen neu gefaltet, abgebaut und neu synthetisiert werden (ATP Verbrauch)
• Vermehrte Produktion von Hitzeschockproteinen
  
  • Protease, Chaperone, σ⁷⁰ für Neusynthese d. Haushaltsproteine nach Hitzeschock
• dadurch Störung der Zellfunktion und verlangsamtes Wachstum

Question 13

Wie wird die Hitzeschockantwort reguliert?

Answer 13

• σ³² - RNAP - Komplex transkribiert Hitzeschockgene
• mRNA für σ³² liegt bei niedrigen Temperaturen in Sekundärstruktur vor, die ein Ablesen durch Ribosome verhindert
• bei steigender Temperatur fungiert mRNA für σ³² als molekulares Thermometer und Sekundärstruktur löst sich auf, dadurch zugänglich für Ribosom und σ³² wird in hohen Konzentrationen gebildet wodurch sich bevorzugt σ³² - RNAP - Komplex bildet
• Produktion Hitzeschockproteine u.a. DnaJ / DnaK (Chaperonkomplex) welche bevorzugt denaturierte Proteine binden und unter ATP Verbrauch neu falten
• nach Hitzeschock hohe Konzentration DnaJ / DnaK und geringer werdende Konzentration denaturierte Proteine
  
  • dadurch vermehrte Bindung von σ32, welcher FtsH Protease zugeführt wird
  • dadurch geringere Transkription der Hitzeschockgene

Question 14

Was sind Struktur und Funktion der σ - Untereinheit?

Answer 14

• besteht aus 3 Domänen (2,3,4)
• erkennt spezifische Promotorsequenzen und bindet als σ-RNAP-Komplex an DNA
• trennt DNA Doppelstrang durch aromatische Seitenketten auf
• σ₁ - Domäne verhindert Bindung von einzelnen σ-Faktoren ohne RNAP an DNA

Question 15

• Wieso gibt es verschiedene σ-Faktoren und wie werden sie Ausgetaucht

Answer 15

• es gibt verschiedene σ-Faktoren für verschiedene Gengruppen
  
  • dadurch Kontrolle verschiedener Gengruppen
• E.coli hat 7 verschiedene σ-Faktoren
• σ⁷⁰ erkennt Gene für normales Wachstum (Haupt-σ-Faktor)
• σ³² erkennt Gene für Hitzeschock
• Expression der Gengruppen wird über Verfügbarkeit der entsprechenden σ-Faktoren gesteuert
  
  • Steuerung Synthese σ-Faktor
  • Steuerung Abbau σ-Faktor
  • Aktivierung von Anti-σ-Faktoren (Proteine zur Unterdrückung von σ-Faktoren)

Question 16

Wie können Gene reguliert werden?

Answer 16

• Verfügbarkeit von σ-Faktoren
• durch Aktivatoren und Repressoren (Transkriptionsfaktoren)
  *

Question 17

Was sind class I und class II Aktivatoren?

Answer 17

• class I
  
  • alpha Domäne der RNAP besitzt 2 flexible Arme
    
    • alpha NTD und alpha CTD
  • alpha CTD kann an Aktivator (Dimer) binden, wodurch RNAP an Promoter gefürt wird
• class II
  
  • Aktivator bindet in der Nähe der -35 Region (-41,5) und interagiert mit σ₄ UE
• class I und class II auch möglich
• sowie class I und class I

Question 18

Was detektieren Zweikomponentensysteme und wie reagieren sie darauf?

Answer 18

• Detektion:
  
  • Nährstofflimitationen
  • Änderung der Osmolarität
  • Redoxzustand der Atmungskette
  • quorum sensing Moleküle
  • Zustand von Proteinen im Periplasma
  • Membranbeschaffenheit
• Output
  
  • Stressadaption und Stressantworten
    
    • (Transkriptionskontrolle)
  • chemotaxis
  • Enzymkontrolle

Question 19

Wie sind Sensorkinase und Responseregulator aufgebaut?

Answer 19

Sensorkinase:

• besteht aus 2 Monomeren (Homodimer)
• Sensordomäne
• Phosphotransferdomäne
• ATP Bindestelle

Responseregulator:

• Phosphorakzeptordomäne
• Regulatordomäne

Question 20

Wie funktioniert das Zweikomponenten-System?

Answer 20

• Signal bindet an Sensorkinase, dadurch Konformationsänderung und Hydrolyse des ATP in ATP-Bindestelle
• der frei gesetzte Phosphatrest wird an Histidin der Phophotransferdomäne des anderen Monomers übertragen
  
  • phosphoryliertes Histidin besitzt hohes Phosphorylgruppenübertragungspotential
• Sensorkinase überträgt Phosphat auf Aspartat an spezifischen Responseregulator
  
  • dadurch Konformationsänderung und Änderung der Interaktion mit anderen Proteinen / DNA

Question 21

Was ist das Phosphorelay-System?

Answer 21

• Zwischen Sensorkinase und Responsregulator sind noch weiteres Prhosphotransferprotein und ein weiterer Responsregulator geschaltet
• dadurch langsamere Reaktion und sigmoidaler Reiz-Reaktions-Verlauf

Question 22

Was ist osmotischer Stress?

Was ist der Tugor?

Answer 22

• externe Osmolarität bestimmt Zustand
• hyper-osmotisch:
  
  • viele Teilchen im Medium, Wasser dringt nach Außen, sinkender Tugordruck, Plasmoyse möglich
  • Reaktion: Aufnahme von Soluten
• hypoosmotisch
  
  • wenig Teilchen im Medium, Wasser dringt ein, steigender Tugordruck, Platzen möglich
  • Reaktion: Abgabe von Soluten
• Tugor: Druck des Cytoplasmas auf Zellwand
• bis zu 10 atm
• Zellwand schützt vorm Platzen, grampositive halten höhere Drücke aus

Question 23

Wie reagiert die Zelle auf hyperosmotischen Stress?

Answer 23

• schnelle Aufnahme von K⁺
• Synthese von Gegenionen
  
  • Glutamat z.B
• Austausch von K⁺ gegen compatible solutes

Question 24

Was sind compatible solutes?

Welche Formen gibt es?

Answer 24

• “osmoprotectants”
• werden aufgenommen oder synthetisiert
  
  • bei steigender Osmolarität im Medium werden Transporter zur Aufname synthetisiert
• Konzentration der compatible solutes wird erhöht um Ausstrom von Wasser entgegenzuwirken

1. Aminosäuren
   
   1. Prolin
   2. Glycin
2. Kohlenhydrate
   
   1. Sucrose
   2. Trehalose
3. Alkohol
   
   1. Glycerol
   2. Mannitol

Extrem halophile haben an hohen Salzgehalt adaptierte Proteine und haben in der Zelle einen relativ hohen Salzgehalt

Question 25

Was sind mechanosensitive Kanäle?

Answer 25

• Porine für Wasser
• bei zu hohem Tugordruck wird die Zellwand gedehnt
• dadurch vergößert sich die Porenöffnung und gelöste osmotisch aktive Teilchen strömen aus der Zelle, wodurch der osmotische Stress verringert wird