Vorlesung 13

Question 1

Kooperative Interaktion In Genexpression bei Prokaryoten

Answer 1

Regulatorfungiert als Dimer
2 Bindungsstellen auf der DNA, allein bindender REgulaotr hat keine Aktivität
2 UE binden an 2 Bindungsstellen, dimerisieren udn wirken

Question 2

Aufbau der Kontroll/Immunitätsregion lambda Phage

Answer 2

4 Promotoren: PL, PR, PRE, PRM
left, right, Repressor establshment und repressor maintainance
2 Operatoren: OL OR
2 Gene: cro zwischen PR und PRE und cI zwischen PL und PRM
lytisch: PL aktiv, aber aus Sequenz raus und PR (cro)
lysogen: PRM aktiv, cI transkribiert
cro- Gegenspiele von cI
cI: Lambda Repressor

Question 3

Allosterische Interaktion der Genexpression, Prokaryoten

Answer 3

Bindungspartner löst am Regulator eine Konformationsänderung aus, erhöht Affinität zu DNA
Regulator bindet nur, wenn ein bestimmter Trigger vorhanden ist
Trigger-Molekül löst Konformationsänderung des Regulators aus

Question 4

LacI Repressor

Answer 4

konstitutiv aktiv
reguliert das lac Operon, bildet lac Repressor
bindet ohne Lactose an den Operator und verhindert Transkription der Strukturgene
beta-Galatosidase isomerisiert Lactose zu 1,6-Allolactose
Allolactose bindet als Inducer an Repressor, Repressor löst sich vom Operator, RNAP kann Strukturgene transkribieren

Question 5

Diauxie durch lac-Operon

Answer 5

zweiphasiges Wachstum in Gegenwart von Nährstoffgemischen
E coli bevorzugt Glucose
in schneller Wachstumsphase nur Glucose abgebaut
in 2. Phase Lactose abgebaut
am Übergang cAMP synthetisiert
Abbau von Glucose schneller als der von Lactose

Question 6

cAMP & CAP-site & Glucose

Answer 6

Glucose inhibiert die Induktion den lac-Operons
cAMP durch Adenylatcyclase gebildet aus ATP
Glucose inhibiert cAMP-Bildung
Glucose senkt cAMP Spiegel
cAMP ist Glucose-Mangel-Signal, Hungersignal in Abwesenheit von Glucose
CAP: Bindungsstelle für cAMP im Lac-Operon

Question 7

CAP

Answer 7

Catabolite Activator Protein
cAMP bindet an CAP und aktiviert es
aktives CAP bindet an CAP site, lac mRNA synthetisiert

kein cAMP, inaktives CAMP, RNAP bindet trd nicht an Promotor, auch wenn Lactose vorhanden

Question 8

Leader-Sequenz, Aufbau

Answer 8

leader Seq hat kurzen ORF, 2 Trp Codons hintereinander,
Darin und danach 4 komplementäre Sequenzen
danach ORF der Strutkrugene

Question 9

CAP Protein & CTD

Answer 9

CTD bindet an CAP Protein und verstärkt Expression
CAP site muss dazu stromaufwärts vom Promotor liegen

Question 10

NtrC-Operon

Answer 10

N-Stoffwechsel
Nitrogen regulation = NtrC
kontrolliert beteiligte gene, wie Gln-Synthetase
3 Strutkrugene: NtrA, NtrB, NtrC

Question 11

NtrA

Answer 11

Sigma Faktor, bindet mit RNA Pol an Promotor

Question 12

NtrB

Answer 12

Kinase, bei Stickstoffmangel aktiviert, kann NtrC phosphorylieren und aktivieren

Question 13

NtrC

Answer 13

Aktivatorptoein,
bindet an NtrC Promotorbindungsstellen
verbiegt DNA, interagiert mit RNAP
ATPase Aktivität induziert Konformationswechsel in RNA-Pol

Question 14

Ntr Mechanismus

Answer 14

Promotor bindet an NtrA (sigma-Faktor), aber kein Transkriptionsstart
weil Stromwärts 2 Up-Elemente
UP Elemente durch NtrC gebunden, das nur bei Stickstoffmangel aktiv wird
NtrC bending protein
Konformationswechsel bei RNAP ausgelöst, ATP gespalten, offener Komplex
eigentlicher Sensor: Kinase NtrB

Question 15

Mer-Operon

Answer 15

vermitelt Quecksilbserresistenz
Hg sehr toxisch
Hg2 -> Hg0 reduziert
besteht aus Aktivator MerR, Operatur mit 17-19 bp Abstand zwischen -35 und -10 Region, mehreren Strukturgenen, darunter Hg-Reduktase merA

Aktivatorprotein MerR ändert bei Hg2-Bindung die Struktur, bindet an die DNA und verändert die Struktur, damit -10 wieder in gleiche Richtung wie -35 oientiert ist und für RNAP zugänglich ist

vor Operator entgegenegesetzt merR Aktivator

Question 16

trp-Operon, basale Regulation

Answer 16

bei Trp Mangel kann Regulator trpR kein Trp binden, kann nicht an Operator binden
verschiedene Strukturgene, die für Synthese von Trp nötig sind, synthetisiert
bei ausreichend Trp bindet Trp an den Regulator, der daraufhin an den Operatur binden kann, Konformationsänderung, keine Transkription

Question 17

2. Regulation des Trp Operons (allgemein)

Answer 17

Attenuation: Regulation nach dem Transkriptionsstart
Trp Operon enthält 5 Strukturgene und davor noch eine leader Sequenz
bei Trp-Mangel werden alle Strukturgene transkribiert, bei Trp nur die leader-Sequenz

Question 18

leader Seq Trp

Answer 18

4 komplementäre Sequenzen können 2 verschiedene Hairpin-Szenarien ausbilden:
wenn genug Trp vorhanden ist, dann kann die Leader-Sequenz translatiert werden, es paaren Region 1 und 2 und bilden eine Pause structure; und 3 und 4 paaren und bilden einen Terminator (hairpin mit folgendem U stretch), RNAP stoppt Translation

wenn nicht genug Trp vorhanden, dann bleibt Ribosom an Leader-Sequenz hängen, Translation pausiert, Regionen 2 und 3 paaren, Antiterminator gebildet, RNAP liest Strukturgene ab

Question 19

Riboswitches

Answer 19

RNA Sturkturen, die als hochspezifische Schalter ein/ aus der Genexpression fungieren
in 5’ UTR einer RNA
regeln in Abhängigkeit eines Liganden, ob RNA tanskribiert/ translatiert/ gespleißt wird
nicht-codierender RNA-bereich faltet sich in komplexe Struktur, die Zielmolekül binden kann
meist in Prokryoten
aus 2 Domänen, Aptamer-Domäne, die Liganden binden kann mit Affinität eines Antikörpers; 2. Domäne: (Anti)terminator
in abhängigkeit der Bindung reguliert eine zweite RNA-Domäne Transkription oder Translation der codierenden Sequenz

Question 20

FMN Riboswitch

Answer 20

kein FMN: Terminator blockeirt, vorher hairpin ausgebildet mit Teil des Terminator, der aber RNAP nicht hemmt, RNAP läuft weiter

FMN vorhanden: Terminator, Aptamer bindet FMN, 3’ Ende kann Terminator ausbilden

wirkt auf Transkriptionsebene

Question 21

Lambda-Repressor

Answer 21

= cI Protein
in lytischem Zyklus wird kein cI gebildet, nur in lysogenem Zyklus
Kontrollregion besteht aus 4 Promotoren, 2 Operatoren, 2 Genen

PL nach links
Pr nach rechts
dazwischen Pre und P rm

lytische PL aktiv, Strukturgene aktiv und Phagengene produziert
lysogener nur PRM aktiv und nur cI exprimiert

Question 22

TPP Riboswitch

Answer 22

gesammte RNA transkribiert
wirkt auf Translationsebene; Translationskontrolle

in Haarnadel SD Sequenz vorhanden

wenn kein TPP vorhanden ist, dann liegt die SD Sequenz hybridisiert und gebunden vor, Aptamer hat TPP gebunden, prevents Ribosome binding

kein TPP vorhanden: SD Sequenz lieht frei vor, Einzelstrang, Translation möglich

Question 23

Welche Stellen können von Riboswitches reguliert werden

Answer 23

Translation
Transkription
Slicing
Processing/Stability

Question 24

ON/OFF Riboswitch

Answer 24

OFF: wenn Ligand kommt, dann schaltet Riboswitch Translation oder Transkription aus, indem Terminator mit U stretch oder Sequestor gebildet werden

ON Switches: ohne Ligand Terminator ausgebildet, der Transkription verhindert, bei Ligandenbindung Anti-Terminator eingeschaltet; oder der Sequestor wird bei Metabolitbindung zum Antisequestor

Mechanismus abh- von Art des Riboswitch

Question 25

Ribosomale Proteinexpression

Answer 25

ribosomale Proteine: Translationsrepressoren
feedback Regulation
Protein müsse sich in bestimmter Stöchometrie an Ribosomaler RNA anlagern
durch simple feedback Regualtion erreicht

binden an 5’ UTR und verhindern Synthese durch Ribosomen

Question 26

Bakteriophage lambda (ganz allgemein)

Answer 26

kann in lysogen (Prophage) und lytischen (Zelllyse) Zyklus eingehen
für den lysogenen Zyklus bildet Bakteriophage lambda-Repressor, der Promotoren abschaltet und nur, Superinfektion verhindert
neue DNA wird von lamda Repressor inaktiviert und nicht eingebaut, abgebaut

Question 27

lac -Operon

Answer 27

3 Strukturgene: LacZ, LacY, LacA
Promotor hat neben -35 und -10 auch Operatur for Repressor und CAP site
LacZ: beta-Galactosidase: Hydrolysiert Lactose zu Galactose und Glucose
lacY: Lactose-Permease: Nimmt Lactose im Symport mit H+ auf
lacA: Thiogalactosid-Transacetylase: Funktion unklar, Acetyliert Lactose

Question 28

Ablauf der Lambda Repression

Answer 28

RNAp bindet an PL und PR, mRNA für N und cro gebildet
cro synthetisiert: Repressor für PRM
cII synthetisiert: Aktivator für PRE
außerdem Antiterminator N gebildet

also Konkorrenz zwischen cro (Repressor für PRM, lytischer Zykus) und cII (Aktivator für PRE, lysogener Zyklus)

wenn sich cII durchsetzt, dann wird der lambda-Repressor gebildet = cI, cI bindet an OR und OL und verhindert Genexpression, lysogener Zyklus

cro setzt sich durch: Cro besetzt OR und OL, verhindert PRM-Aktivierung, aber späte Phagenproteine gebildet, lytischer Zykus

Question 29

lysogener zyklus und lytischer Zyklus: Promotoren im Vergleich

Answer 29

Lysogener zyklus: PRM aktiv, PRE, PL, PR inaktiv

lytischer Pathway: PRM und P RE inaktiv, PL und PR aktiv

Question 30

Zusammenspiel PRM , PR und OR123

Answer 30

beide Repressoren teilen sich Operatoren
Operator Region reguliert Entscheidung
Lysogenie: cI Repressor bindet an OR1 und OR2, Snythese von PRM, cI Repressor hat Affinitäten: OR1>oR2>OR3; cI blockiert Cro Promotor und aktiviert eigenen Promotor, sodasss cI nachgebildet wird

Lytischer Zyklus: Cro verhindert Synthese von PRM, Cro hat Affinitäten OR3> OR2> OR1; führt zur Synthese von Strukturgenen

regulieren jeweile ihre eigene Aktivierung und blockieren die andere durch Affinitäten für Operatoren
später feedback Hemmung

Question 31

Zusammenhang Lambda Zyklus mit Umgebungsbedingungen

Answer 31

gute Wachstumsbedingen: FtsH gebildet, FtsH spaltet cII, lytischer zyklus,

schlechte Wachstumsbedingungen: FrsH nicht mehr gebildet, cII dominiert, lysogener Zyklus

aber bei RecA cI gespalten, Lyse

Question 32

wie Lysogener -> lytischer zyklus

Answer 32

Lambda Repressor an Operator Region muss entfernt werden können, damit Promotor für cro Synthese frei wird
cI zerstört durch RecA
RNAP kann cro synthetisieren -> lytischer Zyklus
Sensor: RecA (homologe Rekombination, SOS ANtwort)

oder weil FtsH cII zerstört

Question 33

Vorkommen von RecA

Answer 33

1. Strangaustausch bei homologen DNA Strängen
2. SOS Antwort bei stark geschädigter RNA, Spaltung des LexA-Repressors, entwickelt Coprotease-Aktivität
3. lambda-Aktivierung bei stark geschädigter DNA (Spaltung des lambda-Repessors cI)