VL 9 Archaea Flashcards
Ribosomen Archaea
70S -> 50S + 30S
50S ->23S r RNA + 5S + rProteine
30S->16S rRNA + rProteine
Rolle der rRNAS bei der Proteinbiosynthese
16S rRNA: Erkennen der mRNA (Shine-Dalgarno-Sequenz), Wechselwirkun mit tRNA
23S rRNA: tRNA-Positionierung, Peptidyltransferase-Zentrum, katalytische Aktivität
5S rRNA: Mittelhöcker der 50SUE
Entdeckung der Archaea
-Carl Woese, 1978
-über 100 Mikroben durch 16S finger-printing studiert:
rRNA mit RNase hydrolytisch gespalten
Fragmente im elektrischen Fed entsprechend der Nukleotidzusammensetzung aufgerenn
-> Basisi für Bestimmung der Verwandtschaft und Evolution der Organismen
16S-rRNA Analysen
Unterschiedliche SPots des Gesamtmusters aus etwa 100 Spezies ( einge fehlen, dafür andere vorhanden)
-> Signature of a different domain of life
Ermöglicht globale Untersuchungen von Mikroben
Globale Untersuchung von Mikroben
- Molekulare Phylogenie (Stammesgeschichte )
- Bestimmung von Mikroorganisen einer Mischpopulation
- Analyse von Mikroorganismen im Boden,Wasser, Luft anhand der rRNA
- Metagenom -Analyse
Metagenom
Gesamtheit der genomischen Information einer bestimmten Lebensgemeinschaft (Biozönose) oder eines Biotops
Molekulare Phylogenie
- > Ermittlung der phylogenetischen Abstammung durch:
- Vergleich der 16S bzw 18S rRNA Sequenzen
- Ähnlichkeit zweigt Verwandtscshaft an
- Darstellung als Stammbaum: Astlänge gibt Unterschiede an
- Definition einer Spezies : >97% identisch ->gleiche Art
Warum wird für Molekulare Phylogenie ribosomale RNA verwendet ?
- universell vorhanden und gleich Funktion
- nicht identisch, sondern kleine charkteristische Variation
- geringe Mutationsrate-> idealer Chronometer
Isolierung und Sequenzierung der 16S rDNA
-Isolierung eines Genfragements ( < 1600 bp) über PCR:
Ampflifikation der DNA mit spezifischen Oligonukleotiden
-Sequenzbestimmunf des rDNA-Amplifikates
-Vergleich mit Datenbank bekannter 16S rDNA Sequenzen
-Bererchnung eines Stammbaums
Polymerase Chain Reaction
=PCR Benötigt werden: DNA+ 2 spez.Oligonukleotide+Temperaturstabile DNA-Polymerase+dNTPs (d-Nukleotidtriphosphate) Schmelzen bei 94°C 30sec Anlagerungsreaktion bei 48-55°C 120sec Polymerisation bei 72°C bei 180sec => 30 Zyklen
Astlänge
E(kleines D) = Maß für Phylogenetischen Abstand
Gruppen von Archaen
- Halophilie
- Methanogene
- hyperthermophile
- Mesophile
- > nicht nur extreme
Unterschiede der Archaea zu Bakterie
- 16S rRNA Seqenzen
- DNA-abhängige RNA Polymerase
- Lipide
- Zellwänd
- Replikation
- Zellteilung
- etc
RNA-Polymerase Untereinheiten
Bakterien und Hefe:
- 12 UE bei Eukaryota
-4 UE bei Bakterien
bei Archaea ( Sulfolobus. Pyrococcus oder Halobacterium):
-12 UE mit Ähnlichkeit zur RNA Polymerase II
RNA Polymerase Gemeinsamkeiten Bacteria,Archaea und Eukaryota
- große UE (beta, beta´ bzw. A´/A´´,B) kataltisches Zentrum der Transkription
- Kleine UE (alpha bzw. D-L-N-P): Assemblierungsplattform
RNA Polymerase Unterschiede Bacteria, Archaea und Eukaryota
-> zusätzliche Transkriptionsfaktoren (TF) für Transkription:
Eukaryota: BT,TFIIA,IIB,IIE,IIF,IIH (RNA Polymerase II)
Archaea: TBP,TFB (oft mehrere Variation beider), TFE
Initiation der Transkription bei Archaea
-TBP bindet TATA-Box
-TFB von TATA-TBP gebunden
-> TATA-TBP-TFB
-Rekrutierert RNA Polymerase + TFE
=> offener Komplex (DNA-Stränge am Transkriptionsstart getrennt); Template-Strang in die active site der RNA Polymerase geladen => Transkription
Achaealer Promotor
1 RNA Polymerase mit 12 UE
-3 Transkriptionsfaktoren:TBP,TFB und TFE
_Promotor: TATA-Box+ BRE (TFB responsive element)
Virale Promotoren
- Starke Aktivität
- > funktionieren in vitro mit isolierteer RNA Polymerase oder Zellextrakt =>Funktionelle Charakteriesierung
- Virusgenome gut für Etablierung eines Transformationssystems
Bacteria
- Kein Zellkern
- 70S Ribosomen
- 16S rRNA/23S rRNA
- 1 RNA Polymerase (5 UE + Sigma)
- Promotor 10/35-Box
- Gene: Operons
Archaea
- kein Zellkern
- 70S Ribosomen
- 16S rRNA/ 23S rRNA
- 1 RNA Polymerase (12 UE +TFB,TBP)
- Promotor: TATA-Box
- Gene:Operons
Eukaryota
- Zellkern
- 80S Ribosomen
- 18S rRNA/28S rRNA
- RNA Polymerase (12UE und viele TF)
- Promotor: TATA-Box
- Gene: einzeln
Lipide der Archaea
Phytanyletherlipid: verzweigte Kohlenwasserstoffe, Synthese über Isopreneinheiten
- > Glycerin+ Etherbindung + 2 Fettsäuren und einmal was anderes verethert (Dietherlipid)
- Seitenketten spiegelbildlich zu Bacteria
- auch Tetratherllipide möglich
Lipide Eukaryota/Bakteria
Glycin + Esterbindung+ 2 Fettsäuren und 1 mal was anderes verestert
Tetraetherlipide
Monolayer weil Biphytanyl zweimal mit Glycin verethert ist
Zellwände der Archaea
- Glykoproteine (S-Layer)
- Heteropolysaccharide
- Pseudomurein (selten)
- Proteinscheiden
Glykoproteine Bsp
- Desulfurococcus
- Thermoproteus
- Halobacterium
- Sulfolobus
- > häufigste Zellwand
Heteropolysaccharide Bsp
- Halococcus
- Methanosarcina
Pseudomurein Bsp
Methanobrevibacter
Methanopyrrus
-> nur bei diesen beiden
Protein-Scheiden Bsp
Methanospirillum
Glykoprotein-S-Layer
- Weit verbreitet, auch bei bakterien (S -> Surface)
- Glykoproteine (40-200 kDa)
- assemblierung als 2D-kristalline Struktur
- Poren von 2-8 nm Durchmesser
- Anwendung als Sieb in der Nanotechnologie
- 3D Struktur durch Elektronenmikroskop
Desulfurococcus
Island-Isolat Topt 97°C ->Glykoprotein S-Layer
- p4 Symmetrie
- Flaches Netzwerk
- 140 kDa
- Stege
Elektronenmikrosop
- Spezimen auf Kupfernetchen
- Kippserie im EM -> 3D Struktur wird ermittelt
- 60 Kippbilder, digitale Bildverarbeitunf
Thermoproteus tenax
Island Isolat, Topt 90°C -> Glykoprotein S-Layer
- Rekonstruktion der Zellwand
- p6 Symmetrie
- Abstand oberes Netzwerk zur CM 25nm
Haloferax volcanii
Isoliert aus Toten Meer, Topt 42°C, halophil, 5M NaCl
- Glykoprotein: Protein aus 857 Ac+ sulfatierte Zuckerseitenkette
- p6 Symmetrie
Unterschiede der Archaea zu Bakterien
- eigene Domäne
- ähnlichkeit zur eukaryalen RNA Polymerase
- eigene Entwicklung der Zellwände/Membranen ->Vielfalt
Untergruppe Archaea
- Euryarchaeota: Haloarchea
- Crenarchaeota: Sulfolobales
- Thaumarchaeota
Hyperthermophile Archaea
- aerob oder anaerob
- 75-100°c
- Schwefel als e- Donor oder Akzeptor
- H2 als Elektronendonor
Hyperthermophilie-Stoffwechsel
Energieliefernde Reaktion: Elektronen von H2 auf -> CO2,Fe(oh)3, SO42-,NO3-,O2
Produkt: Methan, Magnetit, Schwefelwassersoff,Ammoniak,Wasser,H2SO4
- Kohlensoffquelle: Co2
- Spurenelemente,Wasser;Hitze
Hyperthermophile Mikroben
->Bacteria: Thermotoga,Aquifex, Desulfurobacterium,Thermovibro
->Archaea:
Crenarchaeota: Pyrodictium, Pyrolobus Ignicoccus Sulfolobus, Acidianus Thermoproteus
Euryarchaeota: Pyrococcus Thermococcus, Thermoplasma Methanothermus Methanopyrus, Archaeoglobus Methanothermococcus
Hyperthermophilie im Labor
- Einige Heterothrope Medien
- Anerobe Bedinugngen unter Aneorobenzelt
- Heizbadschüttler mit Polyalkoholen
- anerob in Serumflaschen
Anpassungen an hohe Temperaturen:
- Stabilisierung von Proteinen/Enzymen ( sehr kompakte Proteinstuktur, Gegenelektion bestimmter AS- Sequenzen)
- Verhinderung der Proteinaggregation -Stabilisierung der DNA (DNA-Bindeproteine,Modifikation dder Basen, reverse Gyrase)
- Stabilisierung der RNA (siehe DNA)
- Stabilisierung der Zellmembran
Hyperthermophile – Biotechnologie
Interessante thermostabile Enzyme oder Materialien
- PCR: Thermostabile DNA-Polymerase, Pyrococcus furiosus
- Thermostabile Enzyme für biotechnologische Prozesse
Nanoarchaeum equitans
- Kleine Kugeln (400 nm Ø)
- wachsen nur gemeinsam mit Ignicoccus als Wirt
- Genomgröße Nanoarchaeum: 490,885 bp
- Enthält Gene für Zellteilung und Transkription / Translation
- keine Gene für Lipid-, Aminosäure- und Nukleotid-Synthesen!
- keine Gene für Enzyme des zentralen Stoffwechsels
