Richtig oder Falsch?
Das 3’-OH der DNA-Nukleotide ist ein Erkennungsmerkmal für RNAsen.
FALSCH
2’-OH
Mehr als 60 % des menschlichen Genoms codiert für Proteine.
ca. 5 % codieren für Proteine
In der DNA sind die Nukleotidbasen über O-glykosidische Bindungen mit der Pentose verknüpft.
N-glykosidische Bindungen
Die genomische DNA von Prokaryoten ist als Chromatin verpackt.
bei Eukaryoten
DNA ist chemisch instabiler als RNA.
DNA ist chemisch stabiler
An den Telomeren und bei der Rekombination kann DNA komplexere Strukturen als lediglich die Doppelhelix ausbilden.
RICHTIG
Bei der Pyrimidinsynthese wird zunächst der Basenring synthetisiert, bevor dieser mit dem Zuckermolekül verknüpft wird.
Die in vivo DNA-Synthese benötigt einen RNA-Primer für den Start.
Der tägliche Gesamtumsatz an ATP entspricht etwa 65 kg ATP.
Die Mutationsrate variiert für verschiedene Gene.
Im Gegensatz zur DNA-Synthese verläuft die RNA-Synthese vom 3’- in Richtung 5’-Ende.
DNA-Synthese und RNA-Synthese verlaufen immer in 5’-3’ Richtung
DNA-Methylierung erlaubt bei der DNA-Reparatur die Unterscheidung des parentalen Strangs vom neusynthetisierten Strang.
RNA-Polymerasen benötigen für die Transkription einen DNA-Primer.
RNA-Polymerasen benötigen keinen Primer (kein freies 3’-OH-Ende)
für den Start der Transkription wird ein Promotor benötigt
Für die Transkription von Genen ist eine Promotor-Sequenz notwendig.
Die Telomerase ist eine Reverse Transkriptase und benutzt eine eingebaute RNA als Matrize.
Die Operons regulieren die Expression einzelner Gene in Eukaryoten.
Operons regulieren die Expression einer Gruppe von Genen
Operons finden sich nur in Prokaryoten
Spleißen entfernt die Exons aus eukaryotischen Genen.
Spleißen entfernt Introns
Introns aus prä-mRNA entfernt
Bei der Basenexcisionsreparatur wird zunächst ein längerer DNA-Bereich ausgeschnitten und die Lücke mit DNA durch DNA-Polymerase aufgefüllt.
nur die falsche Base wird herausgeschnitten
bei der Nukleotid Exzisions Reparatur wird ein längerer DNA-Abschnitt herausgeschnitten
tRNA-Synthetasen haben eine Korrekturlesefähigkeit, um die richtige Aminosäure-Beladung der tRNAs zu überprüfen.
Ohne Proofreading Funktion der DNA-Polymerase würde bei der Replikation alle 10.000 (10^4) bis 100.000 (10^5) Basen ein Fehler auftreten.
Der genetische Code ist nahezu universell.
tRNAs enthalten nur die klassischen Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin.
klassische Basen
Adenin, Guanin, Cytosin, Uracil
neben den klassischen Basen gibt es noch modifizierte Stabdardbasen
bspw. Pseudouridin
Für die Transkription von Genen muss die Cromatinstruktur z.B. durch Histon-modifizierende Enzyme geöffnet werden.
Basendupletts codieren für die 20 proteinogenen Aminosäuren.
Basentripletts codieren für die 20 Aminosäuren
Die Michaelis-Menten-Kinetik ist ein Ausdruck, der Katalysegeschwindigkeit mit Enzym- und Substratkonzentration verbindet.
unabhängig von Enzymkonzentration
direkter Zusammenhang zwischen Substratkonzentration und Reaktionsgeschwindigkeit
Energetisch ungünstige Reaktionen werden durch Kopplung mit ATP-Hydrolyse angetrieben.
Elongationsfaktoren (z.B. Ef-Tu) und Releasefaktoren ähnlen tRNAs und üben ihre Funktion durch Molecular Mimicry aus.
Die Umwandlung von Pyruvat in Lactat unter anaeroben Bedingungen dient der Rückgewinnung von NAD+.
Bei Fettsäureoxidation werden pro Zyklus C3-Einheiten (Propionyl-CoA) abgespalten.
C2-Einheiten werden abgespalten (Acetyl-CoA)
Nach der Spaltung der Glucose in zwei C3-Körper kann nur Glycerinaldehyd-3-phosphat weiter verstoffwechselt werden. Dihydroxyacetonphosphat wird ausgeschieden.
DHAP wird in GAP umgewandelt
Enzyme verändern die Thermodynamik und damit das Gleichgewicht von Reaktionen.
das Gleichgewicht bleibt unverändert
nur die Aktivierungsenergie wird herabgesetzt
Richtig oder Falsch
Der Citratzyklus läuft nur unter aeroben Bedingungen ab.
Ketonkörper dienen bei Kohlenhydratmangel als Energielieferanten.
Bei unvollständiger Reduktion des Sauerstoffs in der Atmungskette werden reaktive Sauerstoffspezies (Peroxide und Radikale) gebildet
Die Kernpore ist ein Multiproteinkomplex, der Teilchen größer gleich 60.000 Dalton frei über die Kernmembran passieren lässt.
Teilchen größer gleich 40.000 Dalton
Die Gluconeogenese ist die exakte Umkehrung der Glykolyse.
Gluconeogenese ist nicht die direkte Umkehrung der Glykolyse
3 Schritte der Glykolyse irreversibel
diese werden in Gluconeogenese durch Verwendung anderer Enzyme umgangen
Im Citratzyklus wird durch Oxidation von Acetyl-CoA direkt ATP synthetisiert.
Acetyl-CoA wird im Citratzyklus zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut
dabei entsteht GTP (ATP-Äquivalent)
im 1. Schritt wird Acetyl-CoA an Oxalacetat gebunden und Citrat entsteht
Der Kernimport von Proteinen wird durch eine Lysin-/ Argininreiche Erkennungssequenzen gesteuert.
Der Kernimport/ -export benötigt Energie in Form von ATP.
RNA kommt wie DNA nur als Doppelhelix vor.
RNA kommt als Einzelstrang vor
RNAs können sowohl als Informationsspeicher dienen als auch enzymatische Eigenschaften aufweisen.
Arginin-/ Lysinreiche Histonproteine sind für die kompakte Verpackung chromosomaler eukaryotischer DNA eine Voraussetzung.
Die Histonverpackung der Chromosomen bleibt während der DNA-Synthese unverändert.
Topoisomerase entwindet Doppelhelix-Struktur
DNA-Polymerase III aus E.coli besitzt eine 3’-5’ Exonucleaseaktivität für die Fehlerkorrektur falsch eingebauter Nukleotide.
RNA ist im Vergleich mit DNA chemisch inert.
In Prokaryoten wird die zirkuläre DNA durch zusätzliche Verdrillung (Supercoiling) kompakter.
Die Transkription endet am Stoppcodon.
die Transkription endet am Terminationssignal
die Translation hingegen endet an einem Stoppcodon
DNA-Polymerasen können de-novo DNA-Synthese betreiben, ein Primer ist nicht notwendig.
DNA-Polymerase braucht für die DNA-Replikation einen Primer (freies 3’-OH-Ende)
Die de-novo Biosynthese von Pyrimidinen beginnt mit dem Aufbau des Zuckers
zuerst wird die Pyrimidinbase (= Ring) aufgebaut
Enzyme der Nukleotid Exzision Reparatur (NER) erkennen DNA-Schäden und entfernen den Schaden durch Herausschneiden des beschädigten DNA-Strangs.
nur ein beschädigter DNA-Abschnitt wird herausgeschnitten
Die Replikation in E. coli. verläuft nur unidirektional, weil nur ein Replikationsursprung existiert
Replikation verläuft bidirektonal, d.h. es existieren zwei Replikationsursprünge
Die Phosphorylierung der Glucose durch die Hexokinase in der Glykolyse dient der Aktivierung und Kompartimentierung der Glucose
Elemente der Promotor-Sequenz geben Start und Richtung der Transkription vor.
Die RNA in Prokaryoten wird durch Polyadenylierung (Poly(A)-Schwanz) posttranskriptionell modifiziert.
die prä-mRNA in Eukaryoten wird prozessiert
An der Transkription von Genen beteiligte RNA-Polymerase haben ein inhärente Fehlerkorrektur durch Exonukleaseaktivität.
Die DNA-Biosynthese erfolgt auf dem Folgestrang kontinuierlich, auf dem Leitstrang diskontinuierlich.
Leitstrang: kontinuierliche Synthese
Folgestrang: diskontinuierliche Synthese
Die Transkription endet am Stoppcodon eines Gens.
Transkription endet am Terminator
Translation endet am Stoppcodon
Alle Regionen eines DNA-Genoms unterliegen einer konstanten Mutationsrate.
Mutationsraten variieren für verschiedene Gene
Alternatives Spleißen eukaryotischer Gene erhöht die Genvielfalt.
Die Transkription eukaryotischer Gene wird durch die Zugänglichkeit der DNA mittels Chromatinmodifikation (z.B. Histonacetylierung) reguliert.
Das Ribosom ist ein Ribozym.
Die Kopplung mit exergonen Reaktionen ermöglicht den Ablauf endogener Reaktionen auch dann noch, wenn die Gesamtreaktion endergon ist.
Telomerase besitzt eine in das Enzym integrierte RNA-Matrize und fungiert als reverse Transkriptase.
Alternatives Spleißen und RNA-Editing erhöhen die Vielfalt an codierender Information.
Das Ribosom enthält zwei Bindungsstellen für tRNA (E: Exit und P: Peptidyl)
drei Bindungsstellen
A: Aminoacyl
Der Replikationsursprung enthält ein Startcodon.
Startcodon wird bei Translation benötigt
Der genetische Code wird durch Basendupletts gebildet.
Basentripletts
Fructose kann in der Glykolyse nicht verstoffwechselt werden.
doch!
Unter anaeroben Bedingungen endet die Glykolyse mit der Bildung von Pyruvat.
unter aeroben Bedingungen wird Glucose vollständig zu Pyruvat abgebaut
unter anaeroben Bedingungen endet die Glykolyse mit Lactat (Milchsäuregärung) oder Ethanol (alkoholische Gärung)
Enzyme beschleunigen die Reaktion, indem sie den Energiehaushalt von Produkt und Edukt verändern.
Enzyme setzen nur die Aktivierungsenergie herab
Die Gluconeogenese verläuft in umgekehrter Reihenfolge mit zur Glykolyse identischen Reaktionen.
Verwendung anderer Enzyme —> somit unterschiedliche Reaktionen
Die Bildung des ersten ATP-Moleküls der Glykolyse erfolgt durch Übertragung von anorganischen Phosphat auf ADP.
Die drei Stoppcodons codieren für eine spezielle Stopp-tRNA.
Transposons sind kurze DNA-Elemente, die sich von einer Stelle des Genoms zu einer anderen bewegen können.
Bei der Fettsäureoxidation wird die Fettsäure in jedem Zyklus um drei C-Atome verkürzt.
Verkürzung erfolgt um zwei C-Atome pro Zyklus
Ketonkörper entstehen durch Kopplung zweier Acetyl-CoA Einheiten.
Für die Bildung von Glukose in der Gluconeogenese werden genauso viele ATP-Moleküle benötigt, wie bei der Glykolyse gebildet werden
Gluconeogenese: 6 ATP notwendig für Bildung 1 Glucose
Glykolyse: 2 ATP gewonnen
In Tieren kann mit Acetyl-CoA keine Gluconeogenese betrieben werden.
Nur Purinnukleotide können durch Recycling zurückgewonnen werden. Pyrimidinbasen werden immer de-novo synthetisiert.
Pyrimidinbasen können auch durch Recycling zurückgewonnen werden
Die Fettsäurebiosynthese benötigt Malonyl-CoA, ein durch Carboxylierung aktiviertes Acetyl-CoA, als Startmolekül.
Die überwiegende aus der Oxidation enthaltene Energie des Citratzyklus wird in Form von Reduktionsäquivalenten NADH + H+ und FADH2 gespeichert.
Während der Transkription werden sämtliche Histonproteine abgebaut, um Zugang zur DNA zu schaffen.
Bindung der Histonproteine an DNA gelockert, damit Transkription starten kann
Langkettige Fettsäuren (mehr als 22 C-Atome) werden in Peroxisomen unter Bildung von Acetyl-CoA und H2O2 abgebaut.
Die Proteinbiosynthese erfolgt an einem Ribozym (RNA-Enzym).
Die Umwandlung von Pyruvat zu Acetyl-CoA durch die Pyruvatdecarboxylase ist reversibel.
Pyruvatdecarboxylase ist irreversibel
Der Glyoxylatweg in Pflanzen ermöglicht den Aufbau von Succinat aus Acetyl-CoA, welches dann für die Gluconeogenese verwendet werden kann.
Alternatives Spleißen erhöht die Vielfalt der genomisch codierten Information.
Der Citratzyklus ist ein energieliefernder Abbauprozess und dient nicht zur Biosynthese anderer Moleküle.
Energiegewinnung
Bereitstellung von Zwischenprodukten für Biosynthesen
Die tRNA besteht ausschließlich aus Nukleotiden mit den Basen A, U, G, C.
neben den klassischen Basen auch noch modifizierte Standardbasen, wie z.B. Pseudouridin
Ohne Fehlerkorrektur beträgt die Fehlerrate bei der DNA-Synthese 1 pro 10^4 bis 10^5 Basen.
Ketonkörper sind transportable Acetyl-CoA Einheiten.
In E. coli markiert Methylierung der DNA den parentalen DNA-Strang für die DNA-Reparatur.
Die in den Citratzyklus in Form von Acetyl-CoA eintretenden C-Atome sind identisch mit den als CO2 austretenden C-Atomen.
die ein- und austretenden C-Atome sind nicht identisch!
Ungeradzahlige Fettsäuren führen im letzten Abbauschritt zur Abspaltung von CO2.
Die Biosynthese von Purinnukleotiden benötigt nur wenige Schritte. Purinnukleotide werden daher überwiegend durch eine de-novo Synthese bereitgestellt.
de-novo Synthese von Purinen sehr energieaufwendig
deshalb Recycling enorm wichtig!
Der ATP-Umsatz eines Menschen pro Tag entspricht einer Menge von etwa 65 kg.
Der aus Aminosäuren stammende Stickstoff wird in Form von Harnstoff ausgeschieden.
Die Nukleotidbiosynthese dient als Angriffspunkt für die Chemotherapie.
Purinbasen werden zu Harnstoff abgebaut.
Harnsäure
Bei der Replikation wird die DNA in 3’-5’ Richtung synthetisiert.
Synthese in 5’-3’ Richtung
Die Bildung von Glucose-6-phosphat dient der energetischen Aktivierung von Glucose für den nachfolgenden Abbau.
Die Abspaltung und nachfolgende Hydrolyse von Pyrophosphat treibt die DNA-Synthese an.
Um die gleichen Enzyme und Stoffwechselwege verwenden zu können, verlaufen in der Natur Aufbau- und Abbauwege immer identisch.
bspw. ist Gluconeogenese keine direkte Umkehr der Glykolyse
Die Bildung von Lactat in der Glykolyse dient der Rückgewinnung von NAD+ unter anaeroben Bedingungen.
Im Menschen wird mit dem aus dem Fettsäureabbau stammenden Acetyl-CoA Glucose synthetisiert, wenn die Kohlenhydratspeicher erschöpft sind.
Die lineare DNA von Eukaryoten muss zusammen mit basischen Histonproteinen kompakt verpackt werden, um in den Zellkern zu passen.
In der Gluconeogenese wird Phosphoenolpyruvat im Cytoplasma durch ATP-abhängige Phosphorylierung von Pyruvat abgebildet.
Pyruvat wird in Oxalacetat umgewandelt
dies geschieht in Mitochondrien
ATP-Verbrauch
Oxalacetat wird dann in Phosphoenolpyruvat umgewandelt
GTP-Verbrauch
Fructose ist ein Ersatzzucker für Diabetes, weil es nicht mittels Glykolyse verstoffwechselt werden kann
Fructose wird in Glykolyse verstoffwechselt
Die Energie bei der Oxidation von Fettsäuren wird in Form von Reduktionsäquivalenten (NADH + H+ und FADH2) gespeichert.
Ungeradzahlige Fettsäuren können nicht vollständig abgebaut werden, es wird daher Propionyl-CoA ausgeschieden.
Succinyl-CoA wird ausgeschieden
Der Abbau und der Aufbau von Glucose liefern bzw. benötigen die gleiche Menge an ATP.
Gluconeogenese benötigt 6 ATP für Aufbau von 1 Glucose
Glykolyse liefert 2 ATP aus 1 Glucose
Verkürzung um zwei C-Atome
Die Fettsäurebiosynthese startet mit der Kondensatoin zweier Acetyl-CoA Moleküle.
Ketogenese
In der Replikation falsch eingebaute Nukleotide können durch die 5’-3’ Exonukleaseaktivität der DNA-Polymerase abgebaut werden.
3’-5’ Exonucleaseaktivität
Ohne Fehlerkorrektur beträgt die Fehlerrate bei der DNA-Synthese 1 pro 10 ^4 bis 10^5 Basen.
Das Ende eines linearen Chromosoms kann auch ohne die Telomerase vollständig repliziert werden.
DNA-Polymerase kann nicht weiter als bis zum Primer lesen
ständige Verkürzung des DNA-Strangs
Die Replikation endet am Stoppcodon.
Die DNA-Polymerase I von Prokaryoten besitzt eine niedrige Prozessivität und entfernt den RNA-Primer bei der DNA-Replikation.
Die Anordnung der Elemente in einem Promotor legt bei der Transkription fest, welcher DNA-Strang der codierende und welcher Strang der Matrizenstrang ist.
Promotor liegt auf codierenden Strang
durch seinen asymmetrische Aufbau gibt er an, in welche Richtung transkribiert werden soll
Die Methylierung der Basen erlaubt eine Unterscheidung des neusynthetisierten und des parentalen Strangs für die DNA-Reparatur.
Die RNA-Synthese (Transkription) endet am Stoppcodon.
Bei der Transkription werden beide DNA-Stränge in RNA umgeschrieben.
nur der codogene DNA-Strang wird umgeschrieben
Die RNA-Synthese einer RNA-Polymerase (Transkription) ist schneller als die DNA-Synthese der DNA-Polymerase (Replikation).
langsamer
Die beiden aus Acetyl-CoA stammenden C-Atome werden in den ersten beiden Schritten des Citratzyklus zu CO2 oxidiert.
Abspaltung CO2 erst im 3. und 4. Schritt
irreversibel
In Eukrayoten verlaufen Transkription und Translation zeitlich und räumlich gekoppelt ab.
in Prokaryoten direkte Kopplung
Der Citratzyklus ist ein rein energieliefernder Abbauprozess und dient nicht zur Biosynthese anderer Moleküle.
stellt Zwischenprodukte für Biosynthesen bereit
Für die ATP-Synthese wird die ATPase durch Protonen in eine Rotationsbewegung versetzt.
Energetisch ungünstige Reaktionen werden in der Biochemie oft durch Hydrolyse von ATP angetrieben.
In manchen Organismen können die Elektronen von NADH + H+ zur ATP-Gewinnung direkt auf Sauerstoff übertragen werden.
Der Elongationsfaktor EF-G treibt das Ribosom mechanisch an.
Der Sigma-Faktoren der RNA-Polymerase sind für die Fehlerkorrektur während der Transkription zuständig.
es gibt nur einen Sigma-Faktor an der RNA-Polymerase
zuständig für Erkennung und Bindung an Promotor
Die Gesamtmenge an ADP/ ATP im Körper eines Menschen beträgt etwa 50 - 100 g.
Der Abbau kohlenstoffhaltiger Verbindungen führt im Reaktionsablauf zu einer Erhöhung der Oxidationszahl der Kohlenstoffatome.
Der in Aminosäuren enthaltene Stickstoff wird durch den Harnstoffzylus entfernt.
Die Kontrolle des Stoffwechsels erfolgt auf Ebene der Enzymmenge, Enzymaktivität und durch Kompartimentierung des Substrats (Substratverfügbarkeit).
Jedes ATG-Triplett in einer mRNA fungiert als Startcodon für die Synthese einer neuen Peptidkette.
AUG ist das Startcodon
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