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Mikrobiologie > VL 3: Stoffwechsel I > Flashcards

VL 3: Stoffwechsel I Flashcards

1
Q

Transportsysteme

A
  • äußere Membran der gram- Bakterien als Barriere
    • mit Porinen
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2
Q

Porine - LamB E.coli Maltoporin

A
  • zuständig für Aufnahme Maltose
  • Beta-Faltblattstruktur charakteristisch für Porine
  • Trimer
  • LamB
    • Bakteriophage lambda
    • Rezeptor
  • Diffusionsaufnahme
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3
Q

Diffusion und aktiver Transport

A

Diffusion

  • Passiver Transport
  • Polare Verbindungen (Fettsäuren)
  • Kleine polare Substanzen (Wasser, Ethanol, Glycerol, Harnstoff
  • Gase
  • Cytoplasmamembran ist impermebael für größere polare Substanzen (Glucose und Ionen

Aktiver Transprortprozess

  • Diffusion abhängig von Konzentration außerhalb
  • Aktiver Transport besser bis zu bestimmter Konzentration à Sättigung
  • Spezifisch
  • Benötigen Energie
  • Spez aktiven häufig stark reguliert
    • Genexpression
    • Aktivität
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4
Q

Aktive Transportsysteme

A
  • Primäre Transportsysteme
    • nutzen chemische Energie
    • ATP Hydrolyse
  • Sekundäre Transportsysteme
    • nutzen Ionengradien
    • Meist 12 Transmembrandomänen
    • verbrauchen weniger Energie
    • geringere Affinität(Spzifiät)
    • hohe Transportrate
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5
Q

Beispiele Primäre Transportsystem

A
  • ATP-Synthase
  • ETK
  • Ione-ATPasen
  • ABC-Transporter
    • ECF
  • Decarbxylasen
  • PTS
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6
Q

ABC-Transporter

A
  • ATP-binding-cassette
  • Transport v. Zuckern, AS, anorganischen Substraten (z.B. Sulfat, Phosphat) und Spurenelemente
  • Hohe Substratspezifität
  • Periplasmatisches Bindeprotein
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7
Q

ECF

A
  • Energy-coupling factor
  • ABD Transportter ohen extrazelluläres Bindeprotein
  • Besitzen Transmembranuntereinheit zur Substratbindung
  • Ni2+/Co2+ oder wasslösliche Vitmaine (Biotin, Riboflavin, Thiamin
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8
Q

Decarboxylasen

A
  • Koppeln Biotin-abhängige Decarboxylierung von Carbonsäuren wie Oxalat mit dem Export von Na+ IOnen
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9
Q

PTS

A
  • Gruppentranslokation
  • Phosphoenolpyruvat-Phosphotransferasesystem
  • Phosphorylgruppe von PEP (verfügt über hohes Gruppenübertragungspotential) wird über mehrere Proteinkinasen auf das Substrat (Hexosen und Zuckeralkohole (Mannitol übertragen)
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10
Q

Beispiele Sekundäre Transportsysteme

A
  • TRAP-Transporter
  • Uniport
  • Symport
  • Antiport
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11
Q

TRAP-Transporter

A
  • Tripartite ATP-independent periplasmic-Transporter
  • Weit verbreitet in Prokaryoten, jedoch nicht in eukaryotischen Zellen
  • C4-Dicarbonsäuren, Verbindungen für Osmoregulation (Ectoin, Taurin)
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12
Q

Maltose-ABC-Transporter

A

Maltase/Maltodetrin-Transport von e.coli

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13
Q

Maltose-ABC-Transporter - Struktur

A
  • Rot: Periplasma
    • Bindeprotein
    • Substratgebudn. Zustand bindet an Transmembrandomäne
  • Blau und gelb: innere Membran
    • Transmembrandomäne
  • Cytosol: lila grün
    • ATP bindemonäne
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14
Q

Maltose-ABC-Transporter Funktionsweise

A
  1. Maltosebindeprotein und Maltose im Periplasma
  2. Bindung Maltose und Maltosebindeprotein à Konformationsänderung zu geschlossenen Zustand
  3. Bindung geschlossene Transmembrandomäne, ATP bindet an MalK
  4. Konformationsänderung der ATP-Domäne à Konformaitonsänderung der Transmembrandomäne (Kanalprotene)
  5. Durch ATP-Hydrolyse Originalzustand der Proteine
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15
Q

Lactose-System

A
  • Sekundärer Transportsystem
  • PMF-abhängige Symporter
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16
Q

Lactose-system Struktur

A
  • Blau: Lactose
  • Transporter 1 Protein
  • 12 Transmembrandomänen
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17
Q

Lactose-System Funktionsweise

A
  • Protonengradient (Atmungskette)
  • Lactosepermase (LacY) bindet Lactose und Proton
  • Lässt Lactose und Proton ins Cytoplasma
  • H+ kann in ETK wieder in Periplasma eingeschleust werden
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18
Q

Gruppentranslokation - PEP-Phosphotransferase-System (PTS)

A
  • Verschiedene Enzyme
  • Unspezifische Komponenen
    • Enzym I
    • Histitidprotein
  • Spezifität
    • EII Komponenten (A,B,C)
    • EIIC Transmembran
    • EIIA und B Fusionen
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19
Q

PEP-PTS Funktionsweise

A
  • Phosphatrest von PEP auf EI übertragen
  • Übertragung auf HPr
  • Übertragung auf E II
  • Phosphorylierung des Substrats aus Periplasma in EIIC
20
Q

PTS

A
  • Phosphorylierungs-Reaktion ist nicht wie bei Phosphokinasen ATP und Mg2+, sondern PEP-abhängig
  • Enzym E I = durchgreführte Reaktion ist pleiotrop = steht generell allen PTS-Zucker Transporten zur Verfügung
  • Von E II katalysierte Reaktion ist eine spezifische Reakiton = jeder PTS-Zucker hat ein eigenes E II
  • Mutationen in HPr oder E I = unspezifische Auswirkungen, d.h. kein PTS-Zucker kann mehr verstoffwechselt weren
  • Mutationen in E II = spezifisch, d.h. es ist immer nur ein PTS-Zucker-Stoffwechselweg betroffen
21
Q

Energiegehalt in PTS-Systmen

A
  • Die Phsophorylierung besitzen vom PEP bis E II B den gleichen Energiegehalt
  • Befinden sich nahezu im GGW
  • Erst bei Phosphorylierung des Substrates (PTS-Zucker) findet starker Energieabfaöö statt
  • Nur in Gegenwart von PTS-Zuckern wird das Reaktionsgleichgewich nach rechts gezogen
22
Q

Beispiele PTS-Zucker

A
  • Glucose
  • Fructose
  • Trehalose
  • Mannitol
  • GluNAC
  • Mannose
23
Q

Nicht-PTS-Zucker

A
  • Lactose
  • Maltose
  • Arabinose
  • Galactose
  • Ribose
  • Xylose
24
Q

Regulation

A
  • Nährmedien mit versch. Zuckern
  • Bakterium kann sich aussuchen
  • Regulation !
25
Q

Diauxie

A
  • Wachstum auf Mischung von Glucose und Lactose
  • Zuerst wachsen Bakterien auf Glucose
  • Lagphase nach verbrauch der Glucose
  • Anschließendes Wachsen auf Lactose
  • Wachstum schneller auf Glucose
  • Lactose muss gespaltet werden
  • Blaue linie: Exprimieren der beta Galactosidase
  • ZP: bei Verbrauch von Glucose -à daher Lagphase
26
Q

Das lac Operon Funktion

A
  • 3 Gene unter Kontrolle eines Promotors
    • lacZ, lacY, lacA
  • Protranskribierung der 3 Gene
  • Entehung polycistronische mRNA
  • Riibosomen binden mRNA
  • Tranlation
  • Transkription und Translation können gleichzeitig stattfinden
  • Proteine
    • Beta-glactosidase (LacZ)
    • Permease (LacY)
    • Transactylase (LacA)
27
Q

Regulation des lac Operons

A
  • Repression
  • Induktion
28
Q

Regulation des lac Operons - Repression

A
  • Repressorprotein codiert von Gene lacI
  • Repressor: Bindeprotein
  • Bindet Operator lacO (repressor bindestelle in der DNA)
  • Tetramer
  • Dimer or dimers
  • Bindet an zwei Palindromische DNA Sequenzen, relativ weit weg voneinander
  • Sekundärstruktur loop
  • Lac Operon kann nicht translatieren
29
Q

Regulation des lac Operons - Induktion

A
  • Inducer, Molekül bindet an Represso
  • Konf änderung des Repressors
  • Abfallen des Repressors
30
Q

Lactose Analoga

A
  • Isopropyl-beta-D-thiogalactopyranosid (IPTG)
    • Künstlicher Induktor des lac Operons
  • O-Nitrophenyl-beta-D-galactopyranosid (ONPG)
    • Chromogenes Substrat für beta-Galactosidasen
    • Spaltung
    • Enzymaktivität Galactosidase messbar
    • Verwendung für versch. Sachen
  • Allolactose
    • Transglycosylierung von Lactose durch LacZ
    • Umwandlung der Gla-beta-1,4-Glc-Bindung in eine Gla-beta-1,6-Glc-Bindung
    • Physiologische Inucer von LacI
31
Q

Katabolitrepression

A
  • Leicht metabolisierbare C-Quellen wie Glucose, hemmen die Verwertung von Nicht-PTS-Zuckern
  • Bei Anwesenheit von Glucoose ist der cAMP-Spiegel niedrig (second messenger)
  • Transkriptionsfaktor CAP im Komplex mit cAMP aktiviert Promotoren von nicht PTS-Zuckern
32
Q

cAMP

A
  • globaler second-messenger
  • high [Glucise] = low [cAMP]
  • low [Glucose] = high [cAMP]
  • bindet an Transkriptionsfaktor CAP (catabolite aktivator Protein)

CAP bindet an Promotor, agiert als Aktivator

33
Q

Katabolitrepression - Kontrolle des lac Operons

Anfang Wachstumskurve

A
  • Nur Glucose vorhanden
  • cAMP nicht an CAP gebunden
  • kein Promotoraktivierung
  • lac Repressor ist an operator gebinden, weil kein Inducer vorhanden
34
Q

Katabolitrepression - Kontrolle des lac Operons - erste Phase Wachstum, G und L vorhanden

A
  • cAMP immernoch gering, keine Aktivierung
  • lac Repressor wird
  • gewisse Transkription findet statt
  • Allolactose
  • Nicht bedeuteden
35
Q

Katabolitrepression - Kontrolle des lac Operons - G verbraucht, L vorhanden

A
  • Bildung cAMP
  • Bindung mit CAP
  • Transkription nicht verhindert
  • Lac Operon
36
Q

Induktorausschluss (Katabolitinhibition)

A
  • Reduktion der Transportkapazität von Nicht-PTS-Zuckern bei Anwesenheit von Glucose
  • Dieser soogenannte Induktorausschluss (engl. Inducer Exclusion) verhindert, dass nicht-PTS Systeme indukziert werden, solange genügend Glucose aufgenommen werden kann
  • Adenylatcyclase (Cya)
    • Bildet cAMP
37
Q

Katabolitrepression und Induktorausschluss bei Vorhandensein von Glucose

A
  • Wenn Phosphattransfer zur Glucose stattfindet, wird das GGW zwischen unphosphoryliertem EIIAGlc und phosphoryliertem EIIAGlc(-P) zugunsten unphosphorylierten Form verschoben
  • EIIA Glc interagiert direkt mit vielen nicht-PTS-Transportern (z.B. ABC-Transportern oder Protonensymportern) und inhibiert deren Aktivität = Induktorausschluss
38
Q

Katabolitrepression und Induktorausschluss bei keiner Glucose

A
  • Wenn Glucose aufgebraucht ist, wird das GGW zwischen unphosphoryliertem EIIAGlc und phosphoryliertem EIIAGlc(-P) zu gunsten der phosphorylierten Form verschoben
  • EIIAGlc-P aktiviert die denylatcyclase (Cya)
  • cAMP in Komplex mit CAP aktiviert die Expression von nicht-PTS-Zuckertransportern
  • Aktivierung von Cya durch EIIAglc-P schaltet Katabolitrepression ab
39
Q

Übersicht über zellulären Stoffwechsel

A
  • Katabolismus
    • Substrate
    • Umwandlung zu Produkten
    • Energieerzeugung
    • Umwandlung der Energie zum ATP generieren oder Als protonmotive force
  • Anabolismus
    • Energieverbauch
    • Biosynthese bausteine
40
Q

ATP - Adenosintriphosphat

A
  • Regeneration von ATP
    • Substratkettenphosphorylierne
      • Oxidativer Abbau organischer Verindungen
    • Elektronentransportphosphorylierung
      • Atmungskette
41
Q

Prozesse der Energiegewinnugn

42
Q

Klassifizierung von Organismen nach Energie- und Kohlenstoffquellen

43
Q

Chemoorganotrophes Wachstum - Abbau von Hexosen

44
Q

Wichtigste Glucose-Abbauwege bei Prokaryoten

A
  • EMP-Weg (Glykolyse)
  • KDPG-Weg (Entner-Doudoroff)
  • Pentose-Phosphatweg
45
Q

EMP-Weg

A
  1. Phosphorylierung Glucose durch Hexokinase zu G-6-P (=Aktivierung, stoffwechselaktive Form und Ausgangspunkt fü weiterre Abbauwege)
  2. Isomerisierung zu F-6-P
  3. Phosphorylierung F6P durch Phosphofructokinase zu F16BP
  4. Spaltung zu DHAP und GA3P durch Aldolase
  5. Dehydrogenierung GAP zu 3-Phosphoglycerat
    • wichtigster Schritt
    • Abspaltung Hydridanion (H-), Übertragung auf NAD+ und gleichzeitig Entfernung eines H+ = Entstehung von NADH + H+
    • Generierung von ATP durch Phosphorolyse und Übertragung auf ADP = reversibel
  6. Umwandlung von 3-Phosphoglycerat in 2-Phosphoglycerat
  7. Wasserabspaltung durch Enolase von 2-Phosphoglycerat zu PEP
  8. Energiereiche Phosphrylgruppe von PEP (Enolester durch Pyruvat-Kinase auf ADP übertragen

Pyruvat ist Vorstufe weiterer Abbau Umwandlung und Syntheseprozesse.

bilanz: 2 Pyruvat, 2 ATP, 2 NADH + H+

47
Q

Schlüsselreaktionen der E-gewinngung im EMP-Weg

A
  1. Herkunft von Reduktionsäquivalenten (NADH+H+)
  2. beispiel für Substratstufenphospphorylierung

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