Transkription

Question 1

Beschreibe die RNA Polymerase der Prokaryonten.

Answer 1

-DNA-abhängig
-5 U.E (2x Alpha, 1 x Beta und 1 x Beta ˋ und 1x Omega) mit vorläufigem Sigma
- erstellt mRNA, tRNA und rRNA
-während allen Schritten der Transkription vorliegend
-Funktion: Scannen, Interaktion mit Aktivatoren/Repressoren, Entwinden & Lesen der ssDNA, NTP-Selektion, Identifizierung des Terminatorsignals
- Nukleotidverknüpfung ist Mg^2+ (2x) und Asp (2x) abhängig

Question 2

Beschreibe den Ablauf der Initiation (Prokaryonten).

Answer 2

• RNAP Holoenzym fährt über entwundende dsDNA um Promotor zu finden
  -Promotorerkennung durch den vorläufigen Sigma70-Faktor der RNAP, anschliessender Transkriptionsstart durch Reduktion unspezifischer Bindung
  -nach Promotorerkennung bindet RNAP an DNA und bildet geschlossenen Komplex -> Transkriptionsblase formt sich

Question 3

Wofür wird die Topoisomerase benötigt ?

Answer 3

Zum Absuchen der DNA von der RNAP. muss DNA entwunden werden.
-ohne Topoisomerase würde Supercoiling entstehen ( positive überdrehen vor der Transkriptionsstelle und negative dahinter)

Question 4

Wie wird der Promotor gebunden ?

Answer 4

Die UP-Elemente, also den Upstream Promotor wird von der Alpha U.E der RNAP gebunden

Question 5

Beschreibe den Promotor von Prokaryoten.

Answer 5

-Der Promotor beschreibt den Abschnitt von -10 bis -35 Basen vorm Transkriptionsstart.
- darin enthalten z.B Pribnowbox (wie Agata-Box)

Question 6

Beschreibe die Elongation der Prokaryonten.

Answer 6

-nach Formation der Transkriptionsblase kommen Elongationsfaktoren dazu
-Elongation beginnt nach Formation der ersten Phosphorylierung-dieesterbindung
-NusA bindet an elongierende RNAP und schwächt & ersetzt Sigma-Faktor-Bindung
-während Elongation circa 100 NTPs pro Sekunde zum entstehenden RNA-Molekühle hinzugefügt

Question 7

Beschreibe die Termination. Wo drin wird unterschieden ?

Answer 7

-spezifische Terminatorsequenz signalisiert Termination von RNA-Synthese
- RNA-DNA Hybrid dissoziiert und DNA zurück in Helix
Besonderheit: 2 verschiedene Varianten Rho- abhängig und Rho-unabhängig

Question 8

Worin unterscheiden sich die Rho-abhängige und Rho-unabhängige Termination ?

Answer 8

Rho-unabhängig:
-Produktion von Selbst-Komplementären Terminatorsequenz
-> hoch-konservierte AAA-Sequenz im Vorlagestrang wird zu UUU transkribiert wodurch sich RNA-Haarnadel formt. RNA/DNA-Hybrid durch Haarnadel gestört, wodurch RNAP dissoziiert

Rho-abhängig: (Rho=Helikaseprotein)
-CA-reiche Terminatorsequenz = Rho-Nutzungssequenz. Rho assoziiert mit RNA und migriert in 5ˋ->3ˋ Direktion bis es Transkriptionsstelle erreicht
-ATP-abhängig

Question 9

Welche Antibiotika interferieren mit der Transkription ?

Answer 9

-Rifampicin: blockiert Transkriptionsinitiationsprozess durch Verhinderung der ersten Phosphodiesterbindung in RNA-Transkript
-Actinomycin D bindet dsDNA (ist ein Polypeptid)

Question 10

Was ist ein Operon und wofür ist es da ? Unterschied zwischen Prokaryoten und Eukaryonten?

Answer 10

Operons arrangierenden regulieren Gene
-in Prokaryoten werden polycistronische mRNA produziert und in Eukaryonten Monocistronische
-> regulatorische Gene kodieren Repressoren, die an Operator binden
Beispiele: Lac-Operon, LUX-Operon, Pur-Repressor, Trip.-Repressor, Lambda und Cro-Represor
(Wenn hohe Konzentration vorhanden wird Operator gebunden und Transkription pausiert)

Question 11

Welche beiden DNA-Bindungsdomainen von regulatorischen Proteinen gibt es ?

Answer 11

Helix-Turn-Helix und Zinkfinger

Question 12

Wie wird die Expression in Prokaryoten aktiviert?
Welche Rolle spielt CRP dabei ?

Answer 12

Durch aktivatoren; z.B bei hoher cAMP-Konzentration werden viele katabolische Enzyme durch CRP (cAMP-Rezeptorprotein) stimuliert

Question 13

Welche verschiedenen RNA-Polymerasen gibt es und welche RNAs entstehen dadurch ?

Answer 13

Typ 1: transkribiert rRNA
Typ 2: transkribiert mRNA, kleine nukleare RNA (snRNA) und mikroRNA (miRNA)
Typ 3: transkribiert tRNA und 5S rRNA

Question 14

Wie viele Untereinheiten hat der Typ 2 RNA-Polymerase ?

Answer 14

12

Question 15

Wie lauten die Schritte der Eukaryotischen Transkription?

Answer 15

Assembly, Initiation, Elongation, Termination

Question 16

Welche Transkriptionsfaktoren gibt es bei den Eukaryonten und welche Funktion erfüllen sie ?

Answer 16

-TBP: erkennt TATA-Box
-TFIIA: stabilisiert TBP und TBIIB-Bindung an den Promotor
-TFIIB: rekrutiert Pol II-THIIF-Komplex und Bindung an den Promotor
-TFIID: wird benötigt für Initiation an Promotor ohne TATA-BOX
-TFIIE: rekrutiert TFIIH und besitzt sowohl ATPase- und Helikaseaktivität
-TFIIF: beugt Bindung von nicht-spezifischer DNA-Sequenz vor
-TFIIH: entwindet DNA (Helikaseaktivität), phosphoryliert RNAPII CTD (Ser7) und rekrutiert Nukleotid-Exicisionsreperaturprotein
=> alle zusammen bilden den geschlossenen Preinitiationskomplex

Question 17

Beschreibe das Assembly der Transkription (Reihenfolge der Bindung der TFs):

Answer 17

-TBP bindet an Promotor; wird von TFIID und TFIIB stabilisiert
-TFII ? Und RNAPII werden vom Mediatorkomplex begleitet rekrutiert
- TFIIE und TFIIH werden rekrutiert und ein geschlossener Komplex bildet sich
=> Pre-Initiationskomplex

Question 18

Beschreibe die 3 Schritte der Elongation

Answer 18

1) Promotorbeseitigung & Bildung des EEC = early Elongation complex -> frühe Elongation ist langsam und ineffizient
2) Arretierung des Promotors/Pausieren/Kettenbruch: negative Transkriptionptionsfaktoren assoziieren mit RNAP II und verhindern produktive Elongation; 5ˋ-Capping von RNA-Transkript findet hier statt ; Phosphorylierung von DSIF und RNAPII CTD am Ser 2 durch P-TEFb ->Dissoziation von NELF
3)Produktive Elongation

Question 19

Welche der RNAPs haben eine Faktor-abhängige und welche eine unabhängige?

Answer 19

RNAP I & II sind Faktor-abhängig und RNAP III ist Faktor-unabhängig

Question 20

Was passiert bei der Faktor-abhängigen Termination ?

Answer 20

RNAP II braucht spezifisch hergestellte RNA-Sequenz mit Spaltstelle und Polyadenylierungssignal
-> Termination ist Polyadenylierung verbunden
-CPSF bindet transkribierende RNAP II, CstF an Phosphorylierung an CTD Ser 2
CPST induziert RNAPII-Pausierung -> interagiert mit CstF-> verlässt danach RNAPII und spaltet per-mRNA

Question 21

Was passiert bei der Faktor-unabhängigen Termination ?

Answer 21

Terminatorsignal besteht aus mehreren Thyminresten
->Poly(T)-Terminatorsignal pausiert RNAP III und bewirkt zurückgehen zur dichtesten Haarnadel -> Dead-End-Komplex wird gebildet
- RNA-Haarnadel öffnet allosterisch RNAP III und bewirkt Zerfall von Elongationskomplex

Question 22

Welche Antibiotika hemmen bei der Transkription? (Eukaryonten)

Answer 22

Actinmycin D inhibiert Eukaryotische RNAP durch Bindung an dsDNA
Alpha-Amanitin inhibiert RNAP II und III aber nicht I oder bakterielle RNAP

Question 23

Welche DNA-bindenden Domänen gibt es ?

Answer 23

-Homeodomaine
-RRMs : RNA-Erkennungsmotiv
-Leucinzipper
-Basic Helix-Loop-Helix

Question 24

Wie wird die Genexpression bei Eukaryonten geregelt ?

Answer 24

-hauptsächlich nur durch Aktivatoren und nicht durch Repressoren geregelt
-meisten Gene sind monocistronisch
-> Manche TF aktivieren mehrere Gene, aber meistens Gene reguliert durch mehrere TF -> kombinierte Kontrolle
(Beispiel Leucin-Zipperlein-Proteine )

Question 25

Beschreibe den Mediatorkomplex.

Answer 25

-ein Koaktivator
-besteht aus sehr vielen kleinen Protein U.E (über 20 stk.)
-verbindet RNAP II und transkritionale Regulatoren
-wichtig für Formation des Pre-Initiator-Komplex (PIC)
-> positioniert RNAPII an Transkriptionsstelle
(Bevor Produktiv RNA-Synthese erfolgt muss Mediatorkomplex dissoziieren -> durch phosphorylierung an CTD Ser 5)
-GTFs und Mediator bleiben an Promoter um neue RNAPII zu rekrutieren (GTFs interagieren mit Mediatorkomplex)

Question 26

Wie wird die Genexpression über die Chromatinkondensation reguliert ?

Answer 26

Zwei verschiedene Formen möglich des Chromatins möglich:
1) Heterochromatin: in Nukleus verstreut; meist vorliegend in weniger aktiven oder unaktiven Teilen
2)Euchromatin: zerstreut und offen vorliegend; prevalent in Zellen die aktiv Transkription machen

Question 27

Welche drei Punkte sind wichtig bei dem Chromatinremodeling ?

Answer 27

1) Nukleosome Positionierung (Nukleosomzusammensetzung ist ATP-abhängig
-> SNF Familie & Bromodomainen binden an Acetylierte Histonschänze, dies wirkt Transkriptionsaktivierend;
SWI ist Transkriptionsinaktivierend
2) Histonmodifizierung: nur Transkriptionsaktivierend
3) Histonchaperone (ATP-unabhängig): HIRE

Question 28

Wo geschehen die Histonmodifizierungen ?

Answer 28

-meistens an Histonschwänzen (liegen ansich ungeordnet und bilden Kontakt zu Nukleosomen)
-> Modifikationen dienen als Erkennungsstelle für spezifische Proteindomainen, welche die Chromatinstruktur ändern oder Transkription fördern
Modifikationen z.B Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung, Ubiquitinilierung, Glykosylierung
-Effekt ob Repression oder Aktivierung abhängig, welcher Lysinrest welche Modifikation erfährt

Question 29

Woraus setzt sich der Epigenetische Code zusammen ?
Von welchen Enzymklassen werden sie erhalten (+Beispiele)

Answer 29

Histonmodifizierung und DNA-Methylierung
(Informationen werden an Generationen weitergegeben, aber nicht in DNA codiert
-writers (Acetyltransferasen, Methyltransferasen, Kinase…)
Erasers(Deacetylasen, Phosphatasen, Demmethylasen…)
Reeders(Bromodomainen, chromodomainen, Tudor, WD40

Question 30

Findet prosttranslationales RNA-Prozessing in Prokaryonten statt ?

Answer 30

Eigentlich nur bisschen oder keine Prouüzessierung, aber einige tRNAs und 30S rRNA werden durch Splicing und Modifizierung hergestellt

Question 31

Beschreibe die 4 unterschiedlichen RNAse-Klassen

Answer 31

1) hauptsächlich in Bakterien und Bakteriophagen ; besitzt RNAse III domaine und dsRNA Bindedomaine; prozessieren Vorläufer von rRNA, snRNA, snoRNA
2) in Pilzen ; N-Terminale Domaine, RNAse III Domaine und dsDNA Bindedomaine ; prozessieren Vorläufer von rRNA, snRNA und snoRNA
3) Droshafamilie von Enzymen; prozessieren Vorläufer von miRNA
4) Dicerfamilie von Enzymen; Funktion von RNA-Interferenz

Question 32

Was gehört alles zum posttranskriptionale. RNA-Prozessing von Eukaryonten ?

Answer 32

-5ˋ-Capping
- Intron und Exonentfernung = Splicing
-3ˋ-Polyadenylierung
-> umfangreiches Prozessieren von Eukaryontischer mRNA-Primärtranskripts

Question 33

Was passiert beim 5ˋ-Capping in der Prozessierung von Euk. RNA ?

Answer 33

Das RNA-Transkript bekommt methylierte Guanosinkappe aufgesetzt (schon co-transkriptional)
-> stabilisiert Transkrit und wird benötigt für mRNA Prozessierung und nuklearem Export und Translation

Question 34

Was passiert grundlegend beim Splicing in Eukaryonten ?

Answer 34

-Höhere Eukaryonten haben nur 1,5 % Exons -> Introns müssen gesplittet werden
(4 verschiedene Arten von Introns)
-gespliect wird meistens durch das Splicosom

Question 35

Beschreibe das Splicosom mit (ohne Untereinheiten)

Answer 35

-ist ein multipler RNA-Komplex, welches aus small Nuklear ribonukleoproteinen (snRNPs =Snurps) besteht
-meiste Splicevarianten durch Lariatforming = Gruppe 2 Intron splicemechanismus gespliced
- besitzt am 5ˋ-Ende ein GU und am 3ˋ- Ende ein AG
-ATP benötigt zum Zusammensetzen, aber nicht für die Splatreaktion selber

Question 36

Beschreibe Funktion der U.E des Splicosoms und den Ablauf (2 Reaktionen)

Answer 36

-U1 bindet an 5ˋ-Splicestelle
-U2 bindet Branchstelle und formt katalysitisches Zentrum
-U4 markiert katalytische Aktivität von U6
-U5 bindet 5ˋ-Splicestelle
-U6 Splicosom katalytisch
-> U2 und U6-Helix-katalytisches Centrum des Splicosomens
1. Transesterfikation: dadurch Formation von Lariatstruktur zu P und A und Spaltung von 5ˋ-Exon
2. Transesterfikation: Reorientierung von Exon 1 zu Exon 2, dadurch 3ˋ-OH von Exon 1 attackiert 3ˋ-Spaltstelle: Intron als Lariatstruktur frei
-> U2, U5, U6 und Intron dissoziieren mit Hilfe von NTP

Question 37

Unterschied zwischen Klasse 1, Klasse 2 und Klasse 4 Introns ?

Answer 37

-Klasse 1 : selbst-Splicing -> kein Proteinenzym beteiligt ; komplizierte RNA-Struktur mit Helices und Loops und IGS (Internal Guide Sequenz)
-Klasse 2: selbst-Splicing, braucht keine Enzyme -> Ausbildung von Lariatstruktur
-Klasse 4: Splicing benötigt ATP und Endonuklease, ähnlich wie DNA-Ligase-Reaktion

Question 38

Wofür Poly-A-Schwanz bei Eukaryonten und wie ?

Answer 38

-Poly(A)-Schwanz von circa 50-100 Adeninresten angefügt
-startet nach CPSF
-Bindestelle für spezielle Proteine ->koordinieren Transkription/Translation und schützt durch Stabilisierung durch Enzymatischen Abbau
-Pol(A) von Poly(A) bindendem Protein gebunden, was wichtig ist für Export aus Nukleus und Translation
-snRNA & Histoncodierende mRNA werden nicht Poly-adenyliert (-> werden zu pre-snRNA durch Integratorkomplex gespalten
-durch poly(A)Polymerase unter ATP-Verbrauch angehängt

Question 39

Welche verschiedene Splicevarianten gibt es ?

Answer 39

1) Konstitutives sp.
2) Exon Skipping
3) Intron Retention
4) Mutually Exclusive Exon
5) Alternative 5ˋ splice Stelle
6) alternatives 3ˋ splicestelle

Question 40

Beschreibe den NPC.

Answer 40

-ermöglicht nuklearen Export
-circa 1000 NPCs in Zelle
- jedes NPC beinhaltet min. 456 Individuals Proteinmoleküle und bilden ein Tor
-jedes NPC kann aktiv 1000 Moleküle pro Sekunde translozieren

Question 41

Beschreibe den Transport durch den NPC.

Answer 41

2 Typen von Signalen:
-NLS = Nukleare Lokalisierungsequenz um in den Nukleus zu kommen (Stretch aus positiv geladene AS auf Proteinoberfläche)
-NES = Nuklearer Exportsequence um aus Nukleus rauszukommen; beinhaltet hydrophobe AS
-Export: RanGTP bindet Exportin -> Konformationsänderung in Exportin-> erhöht Affintät zur Ladung; alles drei durch Pore
-Import: NLS/Ladung wird erkannt von Importin -> bindet und wird durch Pore importiert -> Ladung freigelassen durch RanGTP

Question 42

Was ist Ran ?

Answer 42

-Ran ist eine kleine GTPase:
Hydrolyse welche GTP bindet und zu DDP hydrolisiert
Z.B Ras, Rho &Rop, Arf &Rab, Ran, EFs…

Question 43

Was machen FG-Nukleoporine ?

Answer 43

NPC ist eine selektive Barriere zw. Nukleus & Cytoplasma und separiert Transkription und Translation
-> FG-Nups koordinieren und regulieren NPC Translokation und verhindern das Pendeln zufälliger Moleküle