Biochemie

Ordnen Sie die Gelelektrophorese der Apoptose, der Nekrose und gesunden Zellen zu

Wie lautet sie Definition der Heterologe Expression?

Die Phospholipiddoppelschicht ist im Inneren hydrophil

Transportierte Natrium-Ionen sind wichtig als Cofaktoren

bei der passiven Diffusion kann es zu einer Sättigung des Transporters kommen

Die erleichtere Diffusion erfolgt u.a. carriervermittelt und wird auch als Antiport bezeichnet

Der carriervermittelte Transport gilt als gesättigt, wenn alle Transporter „besetzt“ sind

die erleichterte Diffusion wird über Transport reguliert

Kanäle bilden einen hydrophilen Kanal und können geladene und polare Substanzen transportieren

erleichterte Diffusion funktioniert auch gegen ein Konzentrationsgefälle

der primär aktive Transport nutzt ein breites bestehendes Konzentrationsgefälle für den Transport gegen ein Konzentrationsgefälle

Bei der Natrium-Kalium-Pumpe werden 3 Na+ nach außen und 2 K+-Ionen ins Zellinnere transportiert

Die Totenstarre setzt ein, wenn kein ATP mehr für den Transport von Calcium ins ER über SERCA vorhanden ist (primär aktiver Transport)

Die Ionenpumpen sind die Prozesse, die am schnellsten ablaufen

Eine Zelle kommuniziert über Hormone, Zytokine und Nährstoffe

Die Signaltransduktion verläuft in drei Teilen

Der Insulinrezeptor zählt zum Typ II der Rezeptoren

GLUT4 wird nach dem Transport von Glucose proteolytisch abgebaut

Der Insulinrezeptor zeigt eine Tyrosin-Kinase-Aktivität und ist damit zur Autophosphorylierung befähigt

Der Acetylcholin-Rezeptor wandelt das Signal von elektrisch in chemisch und wieder in ein elektrisches Signal um

Die wichtigste Klasse der Rezeptoren Stellen die GPCR-Rezeptoren dar

PKA ist als second messenger im GPCR-Signalweg beteiligt

Aktivierung von PKA: durch cAMP, hormonvermittelt

Hormonwirkung durch cAMP vermittelt: kommt zu Interkonversion

Ca-Kanäle sind spannungsgesteuert

Gradienten/Signaltransduktion: kontinuierlich und stufenweise (stufenweise ja, Nervenimpulse wahrscheinlich kontinuirlich)

Insulinrezeptor ist ein Ionenkanal

Bei Diabetes Typ II gibt es eine Mutation in der Kinasedomäne des Insulinrezeptors, wodurch die nachfolgenden Signalwege nicht eingeleitet werden

cAMP und Phosphinisitol sind 2nd messenger bei Typ II Rezeptoren

Liganden für Typ III Rezeptoren können sein: Glucagon, Adrenalin und Angiotensin II

Die Phospholipase C ist am Signalweg zur Aktivierung der PKC beteiligt

Ein Ligand hat bei unterschiedlichen Rezeptoren immer die gleiche Wirkung

Signaltransduktion

In welchen drei Teilen läuft die Signaltransduktion ab?

Apoptose geht mit einer Entzündungsreaktion einher

die Apoptose kann über zwei Signalwege eingeleitet werden, der intrinsiche und der extrinsische Signalweg

der intrinsische Signalweg kommt von Innen (mitochondrial)

der extrinsische Signalweg wird von außen über Todesrezeptoren vermittelt

APAF1 bildet zusammen mit Procaspase-9 ein Komplex, der Apoptosom genannt wird

Innerhalb der Apoptose kommt es zu einer limitierten Proteolyse, wodurch die Procaspase-9 zur aktiven Caspase-9 aktiviert wird

über den extrinsischen Weg wird Caspase 8 aktiviert

der intrinsische Weg aktiviert letztendlich Caspase 3, 6, 7 und der extrinsische Weg aktiviert Caspasen 4, 6, 7

extrinsischer und intrinsischer Weg können über das Protein Bid in Verbindung treten

Bid wird durch Caspase 8 in tBid gespalten

Cytochrome C sind der „Start“ des intrinsischen Weges

Nach Bindung des Liganden an den todesrezeptor lagert sich FADD an Pro-Caspase 8 an

Die Zellvernichtung der Apoptose läuft innerhalb von 4 Schritten ab

als „Blebbing“ bezeichnet man das Abschnüren der Plasmabläschen beim 3. Schritt der Apoptose und führt zur Fragmentierung des Zellkerns und der chromosomalen DNA

Caspasen sind Cysteinproteasen, die hinter Aspatylresten schneiden

Caspasen lassen sich in 3 Kategorien einteilen

Nachweis der Caspasen ist nur über die Caspasen-Aktivität möglich

Annexin V erkennt Phosphatidylserin in der Mitochondrienmembran. Daher eignet sich der Annexin V Affinitäts-Assay zur Messung morphologischer Veränderungen in Mitochondrien

Regulation Transkription

Bei der Replikation entsteht zuerst der Führungsstrang + Verzögerungsstrang à beide bestehen einzig und allein aus DNA

DNA-Einzelstrang-Bindungsprotein: kommen ubiquitär in allen Zellen vor und sorgen für Stabilität und Halt in der Zelle.

DNA kann lokal verschiedene Formen annehmen z.B. A- und B-Form. Dies wurde durch die Aufklärung der Struktur der Transkriptionsmaschinerie demonstriert.

Die Aufklärung der DNA-Struktur wurde mit der Hilfe der atomaren Bilder der Transkriptionsmaschinereie (A und B Form) erfasst

Die RNA-Polymerase II ist ein komplexes Enzym mit Trichter, Klammer & Deckel-Elementen. Diese dienen dazu, um Nukleotide Zutritt zum aktiven Zentrum des Enzyms zur ermöglichen. Außerdem wird dadurch DNA & RNA im Enzyminneren fixiert

kurz: RNA-Polymerase II à klammer, Trichter fixiert DNA und RNA in ihrem Inneren

Transkription wird reguliert u.a. über das Spleißen und über die Regulation der eukaryotischen Gene, was Aktivierung, Hemmung (Demethylierung/Methylierung) und RNA-Editing beinhaltet

Die Initiation der Transkription erfolgt u.a. über TF, die über entsprechende Liganden gesteuert werden

Die ribosomale RNA (rRNA) kommt mengenmäßig am häufigsten vor (ca. 80 %)

Höhere Eukaryonten haben viele Introns in ihren Genen

à haben deutlich größere Genome als Prokaryonten.

à Prokaryoten besitzen keine Introns

Zink-Finger + Leucin Zipper sind gängige Strukturmotive innerhalb von Proteinen für die WW mit DNA.

Bei der Codierung von DNA gibt es 64 Möglichkeiten durch Tripletts à jede Zelle hat auch 64 unterschiedliche tRNAs um sie bei der Translation in die jeweilige AS zu übersetzen.

Ribosomen haben 3 Bindungsstellen für tRNA, die Funktion der dritten, letzten Stelle (E-Stelle) ist noch nicht lange aufgeklärt.

Die „S“ in 40S-Untereinheit steht für Sedimentationskonstante.

Eine AS wird durch ein einziges Codon codiert.

Liegt tRNA unbeladen im Cytoplasma vor, so wird diese sofort automatisch mit ihrer entsprechenden AS beladen.

Bildung von Polysomen ermöglichen hohe Ausbeute bei der Translation.

Durch Polysomen wird eine effiziente Transkription erreicht

Polysom = eine Aufreihung von Ribosomen an der zu translatierenden mRNA

Bei Translation können an einem entstehenden Protein gewisse Signalsequenzen erkannt werden, die noch während der Translation abläuft, an Rezeptoren binden und so Transmembrantransport ermöglichen.

Die RNA-Polymerase hat 3 Bindungsstellen. E wurde erst neu entdeckt

Die Translationsrichtung erfolgt in 5` —> 3´

Die große Untereinheit bei Prokaryoten ist 60 S

Die Translation bei Eukaryoten findet im Zellkern statt

AUG ist ein Stoppcodon

Die 21. Base ist Selenocystein und ist codiert für ein Startcodon

die beladene tRNA wird als Aminoacyl-tRNA bezeichnet

Aktivierung der AS erfolgt über Aminoacyl-tRNA-Synthetasen

Elongationsfaktoren (EF) navigieren die beladene tRNA zur A-Stelle des Ribosoms

AS aus A-Stelle wird über Peptidyltransferase mit bereits vorhandener AS an der P-Stelle über Peptidbindung verknüpft

Die Termination der Translation erfolgt unter Wasseranlagerung und hat die hydrolytische Spaltung der Esterbindung zwischen Protein und tRNA zur Folge

Nennen Sie die PCR-Komponenten

graue Biotechnologie ist die der Medizin und balue die der Marine Organismen

DNA-Lyase verknüpft die fremd-DNA mit dem Vektor

Vorteil von Hefen: Posttranslationale Modifikation möglich

Die DNA der Zielzelle wird bei der Gentherapie nicht verändert

Die Ziel-DNA wird dem Patienten bei der gentherapeutischen in-vitro Methode direkt über Vektoren verabreicht

Keimbahntherapie und somatische Therapien sind in DE ohne Einschränkungen zugelassen

Elektroppration, Mikroinjektion und Bioballistik zählen zu den Methoden der physikalischen Transfektion

es gibt chemische, physikalische und virale Gentransfermethoden

Gentherapie: Behandlung genetischer Defekte

GT-Komplikationen: Tumore und Immuntoxizität

Durch Genom-Editing werden Veränderungen an der Keimbahn ermöglicht

Homologe Rekombination: kann crossing over auslösen

Rekombinante DNA kann die Zelle verändern

somatische Gentherapie kann in allen somatischen Zellen durchgeführt werden

Gentherapie kann mittels Transduktion über Viren und Transfektion chemisch und physikalisch erfolgen

Komplikationen der Gentherapie sind Tumore und Immunotoxizität

Heterologe Expression beschreibt die Expression eines Gens im Wirtsorganismus, der dieses nicht natürlich besitzt

Gentherapie war schon immer in EU zugelassen. Keimbahntherapie ist schon immer in Deutschland zugelassen

PCR ist eine Technik, um in vivo ein Gen zu manipulieren

Die wesentlichen Bestandteile der PCR sind Primer dNTPs, Polymerase, Matrize, Puffer

PCR ist zyklisch und ermöglicht die Amplifikation des Templates

PCR ahmt die Replikation nach.

Bei quantitative Real Time PCR kann man während des Vorgangs schon die Zunahme/ die Menge an Produkt bestimmten.

Der Standard-PCR wird eine Gelelektrophorese nachgeschaltet

PCR-Primer sind hitzestabil und …

Die Real-Time PCR erfolgt mit Fluoreszenzfarbstoffen

Reihenfolge der PCR

Denaturierung, 2. Primer, 3. Hybridisierung und 4. Elongation, 5. Detektion

Interkonversion kommt beispielsweise bei der über cAMP vermittelten Hormonwirkung zum Einsatz.

Interkonversion durch Phosphorylierung und Dephosphorylierung: effektive Regulations-Mechanismen

Schrittmacherenzyme: sind oftmals die Starter-Enzyme eines spezifischen metabolischen Pathways.

I.d.R. binden allosterische Regulatoren irreversibel an ein Enzym.

Abhängigkeit Standardreaktionsenthalpie von Gleichgewichts-konstante und Zusammensetzung des Reaktionsgemisch

Moonlight-Enzyme haben unterschiedliche Funktionen, weil sie z.B. unterschiedlich lokalisiert sind (GAPDH)

Kooperativität: strukturelle und funktionelle Kommunikation zwischen verschiedenen Substrat- und Effektor-bindungsstellen eines Enzyms, durch Effektorbindung ausgelöst

Gekoppelt optischer Test: der zu untersuchenden Reaktion wird Indikatorreaktion NADP+/NADPH nachgeschaltet (→ oder NAD+/NADH)

1 Unit = Enzymaktivitätsmenge, die benötigt wird um 1𝜇mol Substrat/min umzusetzen

Der PDH-Komplex wird durch Dephoshorylierung aktiviert + durch NADH & Acetyl-CoA (= Feedback-Hemmung) und ATP allosterisch gehemmt.

Pyruvat à Acetyl-CoA, irreversibel

Unter physiologischen Umständen lassen sich intrazelluläre Enzyme nur in sehr geringen Konzentrationen im Plasma nachweisen. Erhöhten Konzentrationen = Hinweis auf Gewebebeschädigung.

Der Mangel des Enzyms G6PDH hat sich als protektiver Mechanismus gegen eine Plasmodien-Infektion heraus-gestellt. Durch den Verzehr von u.a. Saubohnen kann es aber beim Menschen mit diesem Enzymmangel zu einer akuten hämolytischen Anämie kommen v.a. bei heterozygoten Frauen besteht diese Gefahr.

Der PDH-Enzymkomplex katalysiert die Umwandlung von Pyruvat zu Acetyl-CoA. Bei dieser Reaktion werden 1 CO2 und 1 NADH + H+ gebildet.

Das Schlüsselenzym des Pentosephosphatweges ist die Pyruvat-6-Dehydrogenase. Es ist das zweite Enzym des Stoffwechselweges und produziert 6-Phospho-Glucunolation

Enzyme

in Mitochondrienmatrix

G6PDH: katalysiert die Umwandlung von Glukose-6-Phosphat zu 6 Phosphogluconat

Im Pentosephosphatweg wird NADPH über den oxidativen Abschnitt generiert, welches für das oxidative Gleichgewicht der Zelle von Bedeutung ist à mittels Glutathionproduktion

Glut-4 wird recyelt und nicht proteolytisch abgebaut, vor allem nicht nach Insulinsuasschüttung

Elektronen über NAD transportiert und am Ende auf FAD übertragen

Cosubstrate sind CoA und FAD, prosthetische Gruppen sind NAD, TPP und Liponamid

Wird durch Acetyl-CoA, ATP und NADH+H+ gehemmt

ist die Verbindung zwischen Gluconeogenese und Citratzyklus

TPP: aktive B1-Form, mit Lipoat dehydrierende Decarboxylierung von a-Ketosäuren zb. PDH

Hohe Konzentrationen von Zell-Enzymen im Blut deuten auf Gewebeschäden hin.

Enzyme werden während der Reaktion verändert

Coenzyme sind dauerhaft an das Enyzm gebunden

Das Apoenzym ist die aktive Form des Enzyms

Metalloenzyme spielen eine Rolle im Elektronentransfer der Atmungskette und in Häm-Proteinen für den O2-Transport

es gibt 5 Enzymklassen

Lyasen spalten Verbindungen unter Einsatz von Wasser

Lyasen werden auch als Synthetasen bezeichnet

Die molare katalytische Aktivität bezieht sich auf die Stoffmenge des Enzyms

Bestimmung der Enzymaktivität beruht auf dem Lambert-Beerschen Gesetz

Die Michaelis-Menten-Konstante KM ist ein Maß für die Affinität des Substrates zum Enyzm

KM = Substratkonzentration, bei der die Hälfte des Enzyms als ES-Komplex vor, der Rest frei

in der dritten Phase der Michaelis-Menten Gleichung liegt das Enzym gesättigt vor

Die Michaelis-Menten-Konstante bestimmt die Substratkonzentration, bei der genau die Hälfte der Enzyme besetzt sind und die Reaktion auf halbmaximaler Geschwindigkeit abläuft. Sie ist also ein Maß für die Affinität zu seinem Substrat

Michaelis-Menten-Gleichung ist ein mathematisches Modell zur Beschreibung der hyperbolen Kinetik von Enzymen

Hemmstoffe/inhibitoren und kovalente Modifikationen gehören zur langsamen Regulation der Enzymaktivität

Die langsame Regulation der Enzymaktivität erfolgt übergeordnet über die Genexpression

bei der kompetetiven Hemmung bleibt Km gleich

Suizidsubstrate stellen eine irreversible hemmung dar

über Interkonvertierung lässt sich die Enzymaktivität schnell regulieren

über die limitierende Proteolyse wird ein Zymogen in ein aktives Enzym durch Abspaltung einer inhibierenden Peptidbindung (Proteolyse) transformiert

Die Proteolyse nimmt sich in der Geschwindigkeit nichts mit Transkriptionsfaktoren

Beim G6PDH-Mangel kommt es letztendlich zu Heinz-Körpern, was verklumptes Hämoglobin ist

Über die Bildung von Heinz-Körpern kommt es letztendlich zur hämolytischen Anämie

G6PDH katalysiert die erste Reaktion des Pentosephosphatweges

der Pentosephosphatweg ist in einen oxidativen und nicht-oxidativen Abschnitt unterteilt, wobei es im oxidativen Schritt zur Bildung von NADH kommt

NADPH ist wichtig für den Oxidationsschutz der Erythrozyten über die Regeneration des Antioxidans-Glutathion (GSH)

Verzehr von Fava-Bohnen kann einen G6PDH-Mangel auslösen

Bei der hämolytischen Anämie können ansteigende LDH und Bilirubin-Werte diagnostiziert werden

Hypothese: G6PDH-Mangel schützt vor Malaria, da geschädigte Erythrozyten bei einem Mangel vermehrt abgebaut werden und die Vermehrung des Parasiten so gestört ist/verhindert wird

G6PDH wird über Spektrophotometrie nachgewiesen. Je niedriger die nachgewiesene NADPH-Menge, desto höher ist die Enzymaktivität

bei heterozygoten Frauen kann die Krankheit nur sehr schwer nachgewiesen werden. Homozygote Frauen sind öfters betroffen

Enzymdiagnostik wird für die quantitative Messung von bestimmten Enzymen genutzt

Biomarker sind biologische Merkmale, die mit bestimmten Krankheiten assoziiert werden

Die Elektronenaffinität ist die Anzahl an Elektronen, die zwischen den beteiligten Paaren ausgetauscht werden

Eine chemische Kopplung exogener und enderogene Reaktionen erfolgt unter Beteiligung „energiereicher Verbindungen“.

Gesamtheit der in einem Organismus stattfindenden Prozesse müssen enderogen ablaufen.

Die Synthese der energiereichen Phosphate ist funktionell mit dem Ablauf von Redoxreaktionen verbunden.

Ubichinon kann vollständig über Umisemichinon zu Ubihydrochinon reduziert werden unter Abgabe von 2 Elektronen

An Komplex II der Atmungskette wird FMN zum FMNH2 reduziert

FADH2 bringt mehr ATP als NADH+H+

NADH+ bringt mehr ATP als FADH2

Bei der ß-Oxidation von Lipiden entstehen am Ende CO2 und H20. Acetyl-CoA, FADH2 und NADH+H+

Protein/ AS tragen nicht wesentlich zum Energiehaushalt der Muskulatur bei.

ATP liegt intrazellulär als MgATP2-Komplex vor.

Für anaerobe Prozesse Energie aus Phosphat (Substratkettenphosphorylierung).

Wasserstoff kommt immer als Reduktionsäquivalent zwischengespeichert, da flüchtig und klein.

Bei der enzymatischen Hydrolyse von ATP entsteht ADP und Phosphat

Ist die Reaktionsenthalpie (H) kleiner 0 ist die Reaktion exotherm

Das Schlüsselenzym des PPW ist die Glukose-6-Oxidase. Dies katalysiert den zweiten Schritt des PPW unter Bildung von 6-Phosphogluconat.

Im PPW wird NADPH generiert, welches für das oxidative Gleichgewicht der Zelle von Bedeutung ist.

Die Gibb´sche freie Enthalpie beschreibt, ob eine Reaktion freiwillig abläuft und die Geschwindigket dieser Reaktion

Ist die GG-Konstante einer Reaktion > 1 dann wird Energie benötigt (∆𝐺 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣), damit diese ablaufen kann. Die Reaktion ist folglich endergon.

Eine Reaktion läuft (im geschlossenen System) freiwillig ab, wenn die Gesamtentropie zunimmt

Gibbsche Enthalpie = 0: thermodynamisches Reaktionsgleichgewicht

Strukturelle und funktionelle Komplexität der Organismen kann nur durch kontinuirliche Zufuhr an freier Enthalpie aufrechterhalten werden

Mit Hilfe von extergonen Reaktionen kann ein Membranpotential über chmiosmotische Kopplung erzeugt werden

Exotherme Reaktionen benötigen Energie

Unter dem (Phosphoryl-) Gruppenübertragungspotential versteht man die Änderung der freien Enthalpie bei Hydrolyse von 1 mol einer Phosphorylverbindung

Die Gluconeogenese findet im Mitochondrium statt

Der Citratzyklus lässt sich in einen rechten und in eine linken Arm aufteilen. Dabei dient der rechte Arm der Bildung von Citrat aus Oxalacetat und Acetyl-CoA und der linke Arm der Regenerierung von Oxalacetat

Der Citratzyklus ist amphibol (anabol und katabol)

Die Atmungskette findet in der äußeren Mitochondrienmembran statt

Der Malat-Aspartat-Shuttle dient dem indirekten Transport von Reduktionsäquivalenten (hier: NADH) über die innere mitochondriale Membran

Die ATP-Synthase besteht aus dem F0-Teil (Protonenkanal) und dem F1-Teil (katalytische Einheit)

ATP wird durch die Rotation in die 0-Form der Synthase freigegeben

Den Ort des Q-Zyklus stellt der Komplex II der Atmungskette dar.

Durch die Komplexe I, III, IV der Atmungskette werden H+ aus der Mitochondrienmatrix in den Intermembranraum gepumpt.

Cytochrom c ist zuständig für den Elektronen-Transport zwischen Komplex III + IV der Atmungskette.

Coenzym Q = Chinonderivat (lipophil). Es kann in voll oxidiertem Zustand, als Semi-Chinon-Radikal oder in reduzierter Form vorliegen.

An Komplex II der Atmungskette wird FAD zu FADH2 reduziert

Im Q-Zyklus wird Ubichinol (QH2) über Ubisemichinon (Q+) wieder zu Ubichinon (Q) regeneriert (Oxidation)

NAD, NADP, ATP und SAM sind stöchiometrische Cofaktoren. (Cosubstrate)

FAD, B7, Lipoat und TPP sind katalytische Cofaktoren (prothetische Gruppe).

NAD kommt v.a. im anabolen Metabolismus vor.

NADPH wird z.B. im Pentosephosphatweg aus NADP regeneriert und unterstützt den oxidativen Schutz der Zelle.

Das einzige humane Enzyme, das selenhaltig ist, ist die Gluthationperoxidase. à es gibt ca. 20 Selenoenzyme

Allosterische Hemmung in der Regel irreversibel.

Acetyl-CoA kann mit seiner SH-Gruppe energiereiche Thioesterbindungen mit Carbonsäuren eingehen

NAD+ und NADP+ sind Cosubstrate. Sie können als Reduktionsmittel wirken

Metalloenzyme machen 20% aus

Laktatazidose = metabolische (nicht-respiratorische) Azidose.

Kreatinphosphat ist v.a. bei langanhaltender Belastung > 20 min für die Muskulatur als Energiequelle.

Proteolyse/ AS spielen für die Versorgung der Muskelzellen mit Energie keine große Rolle.

Glykolyse: 1x Glucose à 2x Pyruvat; es entstehen dabei 2x ATP und 2x NAD+.

Ketonkörper werden in der Leber aus Acetyl-CoA gebildet

Werden in Mitochondrien extrahepatischer Gewebe gebildet

Aceton, Acetoacetat und β-Hydroxybutyrat sind die drei Ketonkörper

Aktives Chromatin: gestreckt, offen, an der DNA eher unmethyliert und an den Histonen acetyliert.

DNA Methylierung + Histon Acetylierung werden abhängig voneinander reguliert.

Chromatinumstrukturierungskomplexe haben 3 Domänen: ATPasen, Chromo- und Bromodomäne.

Anzahl der Sirtuine ist von Bakterien bis hin zum Menschen im Laufe der Evaluation konstant geblieben.

Sirtuine wirken im Zellkern, daher sind alle Sirtuine im Zellkern lokalisiert

Alle Sirtuine sind NAD+ abhängig

Die Benennung der Sirtuine geht zurück auf ihren Entdecker, Herrn Sirtuin

Sirtuine katalysieren die Deacetylierung von Lysinresten aus Histonen und Proteinen

Sirtuine werden durch pflanzliche Polyphenole aktiviert

Sirtuine haben Einfluss auf Kalorienrestriktion, tumore, neurodegenerative Krankheiten, Herzkrankheiten und Stoffwechselerkrankungen

Methylierung erfolgt über eine Cytosinmethyltransferase aus der DNMT-Familie unter Erkennung der CpG-Zielsequenz

Methylierung findet vor allem in Promotoren statt

Methylierung wird über die Epigenetik weitergegeben

Methylierung schützt vor Ausbreitung von Transposons

Über Methylierung werden nicht benötigte Gene zur Energieeinsparung abgeschaltet (Genregulation)

Methylierung erfolgt über HATs (Histonacetyltransferasen)

5-Azacytidin ist ein Medikament gegen DNMTs (DNA-Methyltransferasen) und wird bei Krebserkrankungen angewendet

Bei der methylierung bleibt die Ladung der Seitenketten erhalten und bei der Acetylierung wird sie neutralisiert

Lysin kann sowohl acetyliert als auch methyliert werden (gleichzeitig)

Acetylierung aktiviert die Transkription

Co-Aktivatoren mit HAT-Aktivität acetylieren ausschließlich Histone

HDACs (Histondeacetylasen) sind zinkabhängig

durch Acetylierung werden positive Ladungen neutralisert und die Transkription kann stattfinden

Sirtuine sind nur für die Deacetylierung zuständig

Es gibt insgesamt 11 HDAC Klassen

bei der Histonmethylierung werden bestimmte Arginin- und Lysinreste modifiziert

Lysinreste können di- und trimethyliert vorliegen

Argininreste liegen mono- oder dimethyliert vor

Argininmethyltransferase benötigt SAM als Cofaktor

DNA wird methyliert, Histone können methyliert und acetyliert werden

Serine und Threonine werden phosphoryliert

SUMO führt zur Unterdrückung der Transkription und Ubiquitierung führt zur Aktivierung der Transkription

Eukaroytische Gene sind häufig in Operons organisiert

Verschiedene Expressionsmuster haben genetisch oder epigenetischen Ursprung

Bromodomänen interagieren mit acetylierten Histonen

chaperone Kommen nur in Eukaryonten vor.

chaperone Sind ausschlaggebend für native Proteinkonformation von anderen Proteinen.

chaperone Sind unabhängig von ATP.

chaperone Sind als Monomere aktiv.

chaperone Sind beteiligt am intrazellulären Proteintransport

chaperone Assistieren bei der Reparatur von Proteinen, die denaturiert sind.

chaperone Werden zum Teil als Heat shocks proteins bezeichnet

chaperone Helfen dabei denaturierte Protein zu entfalten.

Zu den Chaperonen gehören: Chaperonine (Hsp60), Pro-Co-Chaperone und HSP

chaperone Funktionen: Proteinfaltung, Proteinabbau, Transport, Protein-Aggregation verhindern

chaperone Assistieren bei der Reparatur von Proteinen, die denaturiert sind

chaperone Sind an der Autophagie beteiligt

Hsp 60 und Hsp70 gehören zu den faltenden Chaperonen (foldases)

Hsp 90 und Hsp100 gehören zu den auffaltenden Chaperonen (Unfoldases)

chaperone Sind für die Bildung nativer Proteine zuständig

chaperone Haben mit neurodegenerativen Erkrankungen nichts zu tun.

chaperone sind mit Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson assoziiert

Chaperone sind nach ihrem Molekulargewicht klassifiziert

Einteilung der Chaperone

Funktion von Chaperonen

Definition Chaperone

PPAR: Sie fungieren als Sensoren für Lipide, die den Stoffwechsel an die Verfügbarkeit von Lipiden anpassen.

Abseits der Lipidmetabolismus-Gene regulieren PPARs keine anderen Funktionen in der Zelle

Es gibt verschiedene Liganden für die unterschiedlichen PPARs.

PPAR: Isoformen haben unterschiedliche Liganden

PPAR: Reguliert ausschließlich Reaktionen des Lipidstoffwechsels

PPAR: Regulation FS-Oxidation: durch CPT1-Expression

PPAR: Lokalisation: α →Leber, Herz, Muskel; δ → ubiquitär; y → Fettgewebe

Lokalisiert sind PPARs im ER

PPAR: beeinflusst den Homocystein-Stoffwechsel

PPAR: fungiert als Lipidsensor und passt Metabolismus an Angebot von Fetten an

Wo ist die Fettsäuresynthase lokalisiert?

Wo ist die Acetyl-CoA-Acetylransferase lokalisiert?

Wo sind die Enzyme der β-Oxidation von Fettsäuren lokalisiert?

Welche Enzyme sind an der intrazellulären Hydrolyse (während Lipolyse) beteiligt?

Wie wird die Lipolyse reguliert?

Wie erfolgt die Aufnahme von Acyl-CoA in den Matrixraum der Mitochondrien?

Aus welchen Schritten besteht die β-Oxidation? Was ist das Ziel?

Wie wird die β-Oxidation reguliert?

Wie wird die Fettsäuresynthese im Zytosol reguliert?

Es gibt verschiedene Isoenzyme der LPL, die in verschiedenen Geweben unterschiedlich reguliert.

Angiopoietin-like Protein 4 inhibiert die LPL und wird beim Fasten induziert.

Pyruvatdehydrogenase wird durch Dephosphorylieurng aktiviert und durch Acetyl-CoA und NADH allosterisch gehemmt

Pyruvatdehydrogenase setzt Pyruvat zu Acetyl-CoA um, wobei 1 CO2 und 1 NADH/H+ entsteht

Lipolyse beschreibt die Spaltung der TAG in freie Fettsäuren und Glycerin über die Lipase

Aufnahme der freien Fettsäuren erfolgt bei hoher Konzentration über Diffuison. Ansonsten über Carrier (FS-Transportprotein und FS-Translokase)

Chylomikronen transportieren Nahrungs-TAG, VLDL transportieren das in der Leber aus endogenen Quellen synth. TAG

über intrazelluläre Hydrolyse ist es möglich, im pheripheren Gewebe Zugang zu Fett in bereits gespeicherten Energiereserven zu erlangen

Das entstehende Glycerin aus der Lipolyse wird in der Leber für die Gluconeogenese weiterverwendet

LPL wird in der Leber synthetisiert und wird mit dem Blut zum Adipozyten transportiert

Lipogenese beschreibt die Speicherung von TAG im weißen Fettgewebe nach Reveresterung

Aktiviert liegen Fettsäuren in Form von Acyl-CoA vor und werden über die Acyl-CoA-Synthetase aktiviert

Ein CoA-Transport über die Membran der Mitochondrien ist nicht möglich. Es gibt sowohl im Cytosol als auch im Matrixraum einen CoA-Pool

Synthese der gesättigten Fettsäuren findet im Cytosol mittels Fettsäure-Synthetase statt

Die intrazelluläre Hydrolyse ermöglicht den Zugriff auf bereits gespeicherte Energiereserven (auch über die β-Oxidation)

Alle Zellen können TAG speichern

Malonyl-CoA entsteht über die Acetyl-CoA-Carboxylase aus Acetyl-CoA und CO2 (= Ausgangssubstanz der Fettsäuren)

bei fettarmer Ernährung werden Fettsäuren aus Glukose synthetisiert à hohe Insulinspiegel führen zur Dephosphorylierung und damit zur Aktivierung der PDH

Malonyl-CoA inhibiert die CPT-1 bei ausreichend vorhanden Mengen an Acetyl-CoA

PDH katalysiert die Umsetzung von Pyruvat in Acetyl-CoA

Die PDH bei der Fettsäuresynthese wird druch Phosphorylierung inaktiviert (passiert, wenn genug Acetyl-CoA und NADH vorhanden sind) Insulin führt zur Dephosphorylierung

bei geringeren Konzentrationen werden die Fettsäuren u.a. über Fettsäure Transportproteine aufgenommen, die mit einer Acyl-CoA Synthetaseaktivität assoziiert sind und die transportierten Fettsäuren direkt aktiviett

Die Regulation der Lipolyse ist möglich über transkriptionelle Regulation, Isoenzyme, Proteine und Katecholamine

Leptin ist ein Peptidhormon, Adiponectin ist ein Proteohormon

Was sind Endonukleasen?

Durch die Genom Editierung wird die Manipulation der Keimbahn von Lebewesen möglich.

Bei der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen ist auf jeden Fall eine exogen zugeführte Vorlage von Nöten (homologous template).

Typ 2 Restriktionsnukleasen schneiden innerhalb oder unmittelbar an der Erkennungssequenz.

Durch sog. Homologe Rekombination kann es bei einem DNA-Doppelstrangbruch zu Crossingover oder Konversion kommen.

Niedrige Effizienz und niedrige Spezifität zeichnen die Arbeitsweise von Zn-Finger-Nukleasen aus.

Die NHEJ ist eine der zelleigenen Reperaturmechanismen der Zellen

Über die HDR können DNA-Vorlagen gezielt eingebaut werden

die bakterielle DNA wird vor dem Abbau über Restriktionsendonukleasen durch Acetylierung geschützt

Die Restriktionsenzyme der Bakterien fungieren als „Immunsystem“

Tale-Proteine stammen ursprünglich aus Bakterien der Gattung Xanthomonas.

TALEN: Besitzen DNA-Abschnitte, CRISPR-Abschnitte genannt, die sich wiederholen. Diese werden von den Bakterien zur Abwehr von Viren genutzt.

TALEN: Indem sie gekoppelt an die Endonuklease Cas9 Doppelstrangbrüche induzieren, werden sie als TALEN in der Editierung von Genomen verwendet.

TALEN: Werden als TALEN in der Genom-Editierung eingesetzt, indem sie gekoppelt an Endonukleasen (z.B. FokI) an die DNS binden und einen Doppelstrangbruch induzieren.

TALEN führt zu Doppelstrangbrüchen mittels FOKI

TALEN: Die DNA-Bindungsdomäne von TALEN besteht aus vielen Monomeren Tandem-Repeats 

CRISPR und TALEN sind Endonukleasen

Durch Endonukleasen wird die Veränderung von Keimzellen möglich

CRISP-Cas benötigt PAM, was über das Plasmid exprimiert wird

CRISPR ist eine Nuklease

Signalsequenzen unterscheiden sich, trotz gleichem Bestimmungsort.

Der Transport von Proteinen in den Zellkernen benötigt ATP.

In das Mitochondrium werden vollständig gefaltete Protein über TIM/TOM transportiert.

Co-translationaler Transport beim ER möglich.

Cytosol und Mitochondrien machen den größten Teil der Zelle aus

Acetylierung von Proteinen mittels Acetyltransferase.

Signalsequenzen werden nicht immer abgespalten.

Man unterscheidet den Schleusentransport, den Transmembrantransport sowie den Transport mittels Vesikel.

Der Transport im Zellkern erfolgt mittels Schleusentransport

In den Zellkern können auch gefaltete Proteine transportiert werden

Der Proteintransport im Mitochondrium erfolgt über Protein-Translokatoren mit ungefalteten Proteinen

Proteintranslokatoren sind TIM/TOM, SAM, OXA

SAM ist für den Proteineinbau in der äußeren Mitochondrienmembran zuständig

Der Proteintransport über TOM erfolgt unter Einwirkung von ATP

Am ER ist co-translationaler (während Synthese) und posttranslationaler (nach Synthese) Transport möglich (abh. vom ER-Signalpeptid und Länge)

posttarnslationaler Transport findet vor allem bei sehr kleinen Proteinen und Peptiden statt

Clathrin sind Coat-Proteine bei Vesiklen

Coat-Proteine (Clathrin, COPI, COPII) werden über die Substratkonzentration reguliert

Kinesin wandert auf dem Mikrotubuli zum Minus-Pol

Kinesin und Dynein sind Motorproteine und für den Transport von Vesikeln entlang des mikrotubuli verantwortlich

SNARE-Proteine sind für die Membranfusion verantwortlich

Der Transport der Vesikel im Golgi erfolgt von cis à trans

der pH-Wert im Lysosom beträgt 7,2

der saure pH-Wert im Lysosom wird über Protonenpumper aufrechterhalten

Das Autophagosom hat eine doppelte Membran

Welche drei Wege gibt es, mit denen Moleküle zum Lysosom zum Abbau gelangen?

PTM von Proteinen ist immer irreversibel. Deshalb wird sie sehr streng reguliert.

posttranslationale Modifikation kann irreversibel und reversibel stattfinden

PTMs können ausschließlich an C&N-Terminus stattfinden

Weitere Möglichkeiten der PTM von Proteinen: Glykosylierung, Hydroxylierung, Methylierung, Phosphorylierung und Ubiquitierung, Acetylierung, Sumoylierung

Niedrige Spiegel von intrazellulären Aminosäuren, ATP und NADH können Autophagie auslösen

Ubiquitierung dient der korrekten Faltung von Proteinen (Abbau)

Die Glykolysierung erfolgt überwiegend über NH2-Gruppen von Asparagin

Die Lebensdauer von Proteinen wird über die N-end-rule bestimmt (N-Recogine erkennen N-terminale AS und führen dann zur Ubiquitierung)

N-terminale Aminosäure bestimmen die Halbwertszeit von Proteinen

Über die Ubiquitierung werden Proteine abgebaut

Proteine, die in der Glykolyse wichtig sind, haben eine sehr kurze Halbwertszeit

Falsch gefaltete Proteine nach Synthese am ER werden über Retranslokationsapparat ins Cytosol transporteirt und durch Ubiqutinierung im Proteasom abgebaut

Der Körper ist in der Lage bei Mangelernährung nicht benötigte Proteine abzubauen und die entstehenden Bestandteile für die Synthese notwendiger Proteine zu nutzen

Bei der Knospung von Vesikeln verschmilzt die Membran an der Lumenseite.

Knospung und Fusion von Vesikeln sind symmetrisch.

Endozytierte Transportmembranrezeptoren werden stets abgebaut

Die Formung von Vesikeln wird durch sog. Clathrin-Moleküle initiiert.

Die Wanderung von Proteinen im Golgi-Apparat erfolgt von cis nach trans.

Lysosomen enthalten hydrolysierende Enzyme, diese sind bei pH 7 aktiv.

Transport von Vesikeln an Mikrotubuli über Motorproteine

t-snare auf Vesikelvermitteln die Membranfusion

Transportproteine (z.B. GLUT3) werden nach vesikulärem Transport immer abgebaut

Was ist bei Mucopolysacchariden gestört?

Nennen Sie Beispiele für die Gentherapie durch Viren sowie für chemische und physiologische  Verfahren (I)

Nennen Sie die Enzyme, welche bei der Herzdiagnostik bestimmt werden

Was ist der reduzierte Zustand von Ubichinon und kann Ubichinon vollständig reduziert werden?

Welche Reaktion wird von der aktiven Form von Thiamin katalysiert? (II)

Definition Nutrigenetik

Definition Nutrigenomik

Was ist das UPS?

Favismus

Protozoen und Helminthen

Malaria

Das Komplementsystem kann auf 4 unterschiedliche Weisen aktiviert werden

Der erste Teil der Komplementkaskade ist die proteolytische Spaltung in zwei gleichgroße Einheiten

Alle Wege haben den Membranangriffskomplex MAC gemeinsam

Alle drei Wege laufen beim C3-Convertase-Enzym zusammen

Die Funktionen des Komplementsystems sind Lyse, Opsonierung und Chemotaxis

Die drei Wege sind der klassische, der Lektin-Komplement-Weg und er alternative Weg

alle Antigene sind Immunogene

Phagozyten erkennen „Fremdes“ über PAMP

Makrophagen präsentieren Antigene professionell, Neutrophile präsentieren Antigene nicht-professionell

TLR erkennen PAMPS und regen Immunantwort an

Körperfremde Moleküle (Antigene) werden auf spezialisierte Proteinkomplexe (MHC) geladen, um sie für bestimmte Immunzellen sichtbar zu machen

über MHC I werden cytosolische Antigene präsentiert und es kommt zur Aktivierung von CD8+-Zellen

Über MHC II werden extrazelluläre Antigene präsentiert und es kommt zur Aktivierun von CD4+ Zellen

Die Antigenpräsentation über MHC II erfolgt über professionelle Phagozyten

Das Komplementsystem stellt eine Kaskade von Enzymen im angeborenen Immunsystem dar

Funktionen des Komplement (-systems): Markierung, Auflösung und Entzündungen

Die wichtigsten Serumproteine sind C3b und C5b (evtl noch C4a?)

Die Proteasenkaskaden beruhen auf dem Prinzip der Aktivierung, Amplifikation und Effektoren

Die Übertragung von Malaria erfordert zwei Wirtsorganismen: die weiblichen Anopheles-Mücke und ein Säugetier.

Bei einer Infektion durch P.vivax und P.ovale kommt es zu Ausbildung von Hypnozoiten, wodurch ein Ausbruch nach mehreren Jahren möglich ist.

Beispiel für Hämoglobinopathie ist die Sichelzellenanämie.

Durch einen Defekt im Ery-Zytoskelett kommt es zur Ausbildung von Ovalozyten, das sind Erythrozyten, die eine ovale Form aufweisen.

Menschen mit G6PD Mangel sind anfälliger für Malaria.

das double Sex Gen ist für das Eierlegen wichtig

G6PD-Mangel führt zu mehr H2O2, was anfälliger für Malaria macht. (oxidativer Stress)

Beim Favismus kann es wegen eines Mangels an G6PDH zu einer verminderten Reduktion von H2O2 kommen .Die Folge ist eine Hämolyse.

Der Malaria Erreger Plasmodium ist empfindlich für oxidativen Stress. Deshalb ist eine  Malariainfektion bei Personen mit G6PDH-Mangel öfter anzutreffen als bei normalen G6PDH-Status

G6PDH: katalysiert die Umwandlung von Glukose-6-Phosphat zu 6 Phosphogluconat

Nicht hinreichend verarbeiteter Manniok kann zum Fassavismus führen. Zu den Symptomen zählen Blindheit, Krämpfe und Lähmungserscheinungen.

NADPH wird im Pentosephosphatweg erzeugt: NADPH ist wichtig damit die Glutathion-Oxidase funktioniert.

Malaria tertiante wird durch P. vivax und P. ovalis ausgelöst.

Auch ein Eisenmangel oder Antioxidantien bieten Schutz vor Malaria-Infektion

Eisenmangel schützt davor, indem es als Cofaktor für RNA-Reduktase in der Replikation fehlt und es so zur Verhinderung der Proliferation des Parasiten kommt

GSH kann spontan Disulfidbrücken in Proteine z.B. Hämoglobin, reduzieren (bildet sie aus)

Reduziertes Glutathion (GSH) kann Disulfidbrücken von Hämoglobin reduzieren

PPW dient der NADPH + H+ - Regenerierung welches den oxidativen Status der Zelle reguliert.

NADH und NASDPH sind für anabole Stoffwechselwege zuständig.

 Die anabolen und katabolen Reaktionen laufen über verschiedene Reaktionswege ab, sind aber über zentrale Metabolite wie das Acetyl-CoA oder Pyruvat und die freie Enthalpiemiteinander verknüpft. Die katabol gewonnene Enthalpie wird durch die Synthese von ATP und die Reduktion der Elektronencarrier zu NADPH, NADH oder FADH2 gespeichert und für die anabolen und energieverbrauchenden Prozesse eingesetzt.

G6PDH katalysiert zweiten des PPW, wobei 6-Phosphogluconolacton entsteht. (à 1. Schritt)

Erythrozyten besonders betroffen à oxidieren wegen O2-Radikalen

Heterozygote Frauen sind besonders stark von Effekten eines G6PD-Mangels betroffen.

Schrittmacherenzyme stehen oft am Anfang eines SW-Wegs und starten Reaktionen (à sind der geschwindigkeitsbestimmende Schritt)

Leberspezifische Enzyme: 𝛾-Glutamyltransferase, Alanin-Aminotransferase, Troponine cTnT und cTnl

Kreatinkinase wird bei der Herzdiagnostik bestimmt

Definition = Messung Enzym-Aktivität oder -Konzentration (Blut, Serum/Plasma) à Organ-Lokalisation von Krankheit und Kontrolle Krankheitsverlauf

Pyruvat-6-Phosphat-Dehydrogenase ist das Schlüsselenzym des PPW. Es ist das zweite Enzym des Stoffwechselweges und produziert 6-Phospho-Glucunolation und NADPH.

Beim Menschen wird zwischen 7 AK-Klassen unterschieden

Die Bindung der Antikörper an Antigene erfolgt u.a. m.H. der sog. Van-der-Waals-Kräfte. (à un anderen nicht-kovalenten Bindungsarten)

IgM ist ein Heptamer

Die Bindung von AK ist bei einer aktiven Impfung erwünscht

AK sind Rezeptoren auf B-Zellen.

Aufgrund ihrer langen Halbwertszeit sind AK der Klasse IgG nicht für passive Immunisierung geeignet.

Nenne das Modell zur Beschreibung der hyperbolen Kinetik von Enzymen (Name + Gleichung) + zeichnen Sie ein Diagramm, das dieses Modell zeigt mit allen wichtigen Komponenten 

Was ist Rote/blaue/Graue Gentechnologie?

Schrittmacherenzyme: haben normalerweise eine sehr lange Halbwertszeit, weil sie die Grundlage für das Ablaufen eines bestimmten metabolischen Pathways darstellen.

Intervention durch Phosphorylierung + Dephosphorylierung von Proteinen sind effektive Mechanismen zur Enzymregulaton

Amlodipin ist ein Ca2+-Kanal-Inhibitor und wird zur Blutdruckregulation eingesetzt

Bei der Translation können bestimmte Proteine binden und die Polypeptidkette wird noch während der Translation über eine Membran transportiert

Bei der in-vivo Methode wird das Transgen direkt in den Organismus eingebracht

ex vivo bedeutet dass dem Menschen direkt ein veränderter DNA-Vektor eingesetzt wird

Man benötigt zur Reperatur eines Doppelstrandbruches immer ein exogenes Template

Man kann in die Keimbahn ein Gen einbringen

bei heterologer Expression wird ein Protein in größerer Menge produziert als bei homologer Expression

Für den Gentransfer zu ca. 2/3 virale Vektoren eingesetzt (in der Praxis).

man kann Gene über Elektroproration, Bioballistik und Mikroinjektion in Zellen einbringen

bei der Transduktion wird DNA viral in eine Zelle eingebracht, bei der Transfektion über physikalische oder chemische Verfahren

Interkonvertierung wird mit hormoneller cAMP Erhöhung gesteuert