Adv. microbial Tec.

• Streptomyces davaonensis

• Bacillus subtilis

• Ashbya gossypii

Ein Riboswitch ist eine untranslatierte Region in der mRNA, welche Moleküle binden kann und so die Genexpression reguliert. -> Regulation von Transkription und Translation möglich

• Aptamerdomain

• Expressionsplatform

• Sequenzstelle

FMN

1. Ligand bindet an Aptamerdomain

2. Koformation des Riboswitch ändert sich und die Sequenzstelle verschoben

3. nach Innen geschobene Sequenzstelle wird nicht mehr angesteuert

4. Expressionsplatform ist deaktiviert

Mutation des FMN Switches und dadurch folgende Deregulation.

1. Batch

2. anschließed kontinuierlicher Betrieb

3. Wegen geringer Löslichkeit fällt Riboflavin als Filament aus

4. Downstreamprozess

1. Pasteurisation der Fermentationsbrühe

2. Multi-Step Zentrifugation

3. Waschvorgang

   -> Futterqualität mind 96% Reinheit

4. Rekristallisation

   -> LM- und Pharmaqualität mind. 98% Reinheit

• Bor

• Chrom

• Kobalt

• Kupfer

• Eisen

• Mangan

• Molybdän

1. Kohlenstoff 50%

2. Sauerstoff 17%

3. Stickstoff 13%

4. Wasserstoff 8,2%

5. Phosphor 2,5%

6. Schwefel 1,8%

• Proteine

• Lipide

• Polysaccharide

• Lipopolysaccharide

• DNA

• RNA

Single Cell Proteins

Protein produziert für Futtermittel und im besten Fall auch für LM Industrie.

Problem ist dabei das hohe Vorkommen der Nukleinsäuren, da diese der Mensch nicht verdauen kann.

• Kohlenstoff-Stickstoff-Vergleich

• Wachstumgeschwindigkeit

• Generelle Umgebundsbedingungen

Nieren- und Gallensteingefahr

Verschiedene Methoden:

• Abbauende Enzyme (Ribonukleasen)

  -> können auch zum Prozess hinzugefügt werden

  -> als immobilisierte Enzyme genutzt

• Alkalische Hydrolyse

• Chemische Extraktion

• Hitzebehandlung

Quorn ist ein industriell hergestelltes Nahrungsmittel aus fermentiertem Schimmelpilz-Myzel.

Aus einer Phospholipiddoppelschicht, die mit intramembran-Proteinen ausgestattet ist.

Bindung bildet sich immer zwischen COOH- und NH2-Gruppe.

Für jede Bindung wird ATP bzw. GTP benötigt.

• Peptidbildung

• Bewegung

• Transport von Nährstoffen

Organellen

1.       Glucose diffuses through porins (water filled pores)

2.       Diffusion into periplasm

3.       Hits a phosphotransferase/uptake system.

4.       Transport into the cells

5.       G6P -> distribution to all reactions

Eine Kaskadenstruktur in der verschiedene Enzyme zusammen untergeordnet sind.

1. Proteine bilden eine gemeinsame Reihe an wichtigen Reaktionen, die sich ergänzen

2. Können tunnelartigen Aufbau aufweisen

   • Hohe katalytische Kapazität

   • Höhere Reaktionsgeschwindigkeit

   • Kein Hemmungen oder Unterbrechungen mit anderen Substraten oder deren Stoffwechselwegen

Nicht alle Enzyme sind diffus und liegen überall vor. Daher ist es wichtig Enzyme am Ort des Substrates oder umgekehrt zu konzentrieren.

1. Glutamat

2. Aspartat

3. Valinat

Alle anderen Aminosäuren sind sehr selten.

Start -> AUG: Methionin

Stopp -> UAG, UAA und UGA: keine Aminosäure

Bildung einer Peptidbindung:

1. P-site lokalisiert verlägerbarten Peptidstrang

2. A-site lokalisiert neue Aminosäure durch hinzubringen mittels tRNA

3. Peptidstrang verlagert sich auf A-site, alles rutscht einen Platz weiter

4. E-site lokalisiert abgehende tRNA

Wasserstoffionen liegen nur gering freo vor, sondern sind für gewöhnlich gebunden.

Falls die Ionen frei wären würde der pH-Wert unter die lebensfähige Grenze fallen.

Da der viable pH-Wert zwischen 7,2 - 7,8 je nach Zellkompartiment liegt, die Umgebung jedoch oft von 4,5 - 9 variiert, benötigt die Zelle eine Pufferung?

• Glutamat und Glutathion

• freier Phosphat

• Bicarbonatsystem

• E. coli has a single chromosome and about 1,800 known E. coli proteins.

• 70% of the chromosome is composed of single genes (monocistronic), and 6% is polycistronic

• There are many different strains of E. coli; each of these strains differs in its genotype from wild type E. coli.

• Different strains of E. coli can live in different kinds of animals.

• The natural biological process of mutation in genomes is the major cause to produce so many different strains of E. coli.

• Similar to most bacteria, E. coli can transfer its DNA materials through bacterial conjugation adding more strains into the existing population.

1. Gene werden kursiv und klein geschrieben

   1. genbeschreibung klein

   2. genabschnitt groß

      • lacZ

2. Genprodukte (Proteine) groß und normal

3. aktive und inaktive Gene werden mit einem + oder - gekennzeichnet

4. ein delta steht für “deleted” Gen

5. Verschiedene Mutationen führen zu einem defizienten Gen, daher wird die genaue Allel-Nr. angegeben: hsdR17

• Energie und Vorgängermoleküle

• Genetische Replikation

• Genexpression

Mehr Stabilität der DNA gegenüber der RNA.

Nukleotid ist der Baustein für DNA und RNA mit einer Phosphatgruppe. Bei einem Nukleosid fehlt die Phosphatgruppe.

Viele Zucker die Zellen verstoffwechseln sind Hexosen. Die Bausteine der Zellen jedoch sind Pentosen. Daher müssen die Hexosen über Stoffwechselwege zu Pentose umgebaut werden.

• Transketolasen

• Transaldolasen

Organic Carbon ist eine Gruppe der Ausgangsstoffe der Kohlehydrate.

• Cellulose

• Lignin

• Hemycellulose (Xylan)

Der Abbau von Cellulose (die verschiedenen Untereinheiten nicht beachtet) geschieht mittels Cellulasen.

Es gibt Endocellulasen (Break down from the inside „endo“) und Exocellulasen (Exo -> Ende) in Glucose oder Diosen (Cellibiosen).

Das Replisom besteht aus zwei Kopien der DNA-Polymerase, einer Helikase, Primase und vielen Kopien des Einzelstrang Bindeproteins.

1. DNA-Gyrase

2. Helikase für die Trennung der beiden Einzelstränge der DNA

3. Synthese in 5‘-3‘-Richtung durch Polymerase

4. Leitstrangmatrize läuft kontinuierlich an der elterlichen DANN entlang

5. Folgestrangmatrize läuft stückweise, jeweils ab dem RNA-Primer

   • Nachdem der vorherige Primer erreicht wird, wird der RNA-Primer entfernt (5‘-3‘-Exonuklease-Funktion) 

   • Tau hält Komplex zusammen

• RNA als Informationsträger

• sRNA kurze Transkripte

• mRNA

  • regulatorische mRNA

  • Informationstransport von DNA zu Ribosom

• katalytisch aktive RNA-Moleküle

Der Sigmafaktor

Der Sigmafaktor kooperiert mit der RNA-Polymerase und dient als Erkennungsmarker, der eine bestimmte Promotorsequenz an der DNA erkennt.

• 35´

• 10´

Der Sigmafaktor ermöglicht eine schwache Bindung der Polymerase an der DNA, bis diese auf einen Promotor trifft, dessen Sequenz erkannt wird.

Ja! Je nachdem in welchem Status sich die Zelle befindet, oder welche Umgebungsbedingungen vorherrschen sind andere Sigmafaktoren vorrätig in der Zelle.

Eine Sequenz der mRNA in Prokaryoten, die die Erkennungsstelle für das Ribosom ist. Hier startet die Translation (Initiationskomplex). Sie ist die Sequenz der mRNA bei Prokaryoten in der ribosomalen Bindungsstelle.

AGGAGGU

Die Polymerase bindet an der DNA und gleitet an der ds DNA entlang bis sie an einem Promotor binden kann. Für die erste Erkennung sind die Transkriptionsfaktoren zuständig und hilfreich.

1. Helix wird entwunden durch Gyrase

2. Helix wird aufgetrennt durch Helicase

3. Promotion -> Initiation

4. Anti-Sence strang wird abgelesen von 5’ zu 3’. -> Elongation

5. Stoppcodon und Ende des Gens signalisieren die -> Termination

Der FMN Riboswitch kommt beispielsweise in bacillus subtilis vor und spielt eine wichtige rolle in der industriellen Riboflavinproduktion.

Riboswitches stellen eine vor Beginn einsetzende Terminierung der Transkription dar.

Befinden sich vor dem Startcodon und bilden, bei Anwesenheit des Induktionsmoleküls eine Haarnadelschleife, die die Bindung von der RNA-Polymerase verhindert. Daher kann die DNA nicht abgelesen und neue RNA gebildet werden.

In Prokaryoten findet die Translation und Transkription zeitgleich an der selben RNA statt. Bei Eukaryoten muss die transkriptierte RNA erst den Nukleus verlassen, bevor sie durch das Ribosom zu Proteinen verarbeitet/translatiert werden kann.

1. Lyse von Zellen

2. Entfernen von genetischer DNA

3. Bindung von RNA in Aggregation

4. DNAsen inkubieren -> Entfernen der Rest-DNA

5. Waschen der RNA -> Reinigung

6. Elution der gesamten RNA aus Aggregation

tRNAs binden eine Aminosäure und bringen diese an den Ort der Proteinsynthese - die Ribosomen - wo sie auf eine wachsende Peptidkette übertragen werden.

Ladung, Faltung und funktionelle Gruppen helfen bei der richtigen Beladung der tRNA mit der spezifischen Aminosäure. Spezifität zum Anticodon.

Das besondere am Anticodon ist, dass es auch Basen enthalten kann, die nachträglich modifiziert wurden.

Das Prinzip betriff die Basenpaarung.

Dabei heißt es, dass die ersten beiden Basen wesentlich wichtiger für die Erkennung der richtigen Aminoäsure sind, als die letzte/dritte. So kann Alanin sowohl durch GCC als auch GCU gebildet werden.

-> Verhältnis der Anzahl an Basen und möglichen Codons wird dadurch vereinfacht.

Gibt an wie hydrophob oder hydrophil eine Aminosäure ist.

Basiert auf der Nutzung von Codons.

Wichtiger Baustein ist die Aminoacyl-tRNA-Synthetase, die Anticodons auf der tRNA erkennt. Sie “bunkert” eine Aminosäure die anschließend unter AMP-Verbrauch auf die tRNA übertragen wird, die an der aminoacyl-tRNA-Synthetase durch die Anticodon-sequenz gebunden ist.

-> D-Loop

Ribosom muss langsamer arbeiten

• mRNA Sequenz verlangsamt die Wirkungsweise

• Temperaturerniedrigung -> 18 °C

1. Ribosom verharrt in einem Wartezustand, wenn es an das 3’-Ende der mRNA gelangt.

2. Auf Grund von Instabilität wird das Ribosom dem Translationspool entzogen

3. tRNA befreit das Ribosom von der fehlerhaften mRNA und fügt das Ribosom dem Translationspool wieder zu

4. unvollständige Peptidketten werden für den Abbau markiert.

Ribosomen, die kein Stoppcodon vorfinden bleiben am Protein sitzen und damit inaktiv für weitere Zwecke -> tmRNAs können Eigenschaften von mRNA und tRNA kombinieren

tmRNA bindet am Ribosom und stoppt die Translation mit anschließender Markierung des Proteins -> „ohne Stopcodon“

Ribozymes werden auch non coding RNAs oder kurz ncRNAs genannt und sind RNA-Moleküle mit eventuell katalytischer Funktion.

Aktives Ribozyme, dass die glmS Gene als Regulator transkriptiert. (Zellwand Vorgägnersubstanzen)

Bei Anwesenheit des spezifischen Metaboliten -> Glucosamin-6-phosphat, katalysiert der Riboswitch/Ribozyme einen Schnitt von sich selbst und das Gen wird nicht länger transkriptiert. Daher kommt es dann zu einem Abbruch der Produktion von Zellwandbausteinen.

Es können modifizierte Nukleotide vorkommen:

• hU Dihydrouridin

• Gm Methyl- Dimethylguanosin

• T Ribothymidin

• Pseudouridin

Unter Recodierung versteht man den Einbau von Selenocystein anstatt Cystein. Hier wird die Schwefelgruppe gegen ein Selen-Atom ausgetauscht was zu einer erhöhten Reaktivität in den jeweiligen Enzymen führt.

-> die 21. Aminosäure

Selenocystein, die Aminosäure, die im Mittelpunkt der Recodierung steht, wird von der tRNASec beladen. Zuerst mit Serin und dann in Selenocystein umgewandelt.

Der rib-leader ist auch ein RFN riboswitch, der regulatorische Fähigkeit aufweist.

tRNA und rRNA sind stabile Moleküle, die wegen ihrer sekundärstruktur nicht von RNAsen abgebaut werden.

mRNA haben eine kurze Lebenszeit (30-120 sekunden), dadurch gleichen sie ihren eher geringen Anteil aus.

Wenn ein Gen mehrmals schnell hintereinander abgelesen wird, bezeichnet man den dazugehörigen Promotor als stark:

• Die Promotoren erlangen ihre Stärke/Schwäche dadurch, dass ihre Erkennungssequenzen mehr oder weniger ähnlich den Consensussequenzen sind.

• Ideal sind 17 Basen zwischen den beiden Promotorsequenzen.

Bei -10 und -35.

-35 -> TTGACA

-10 -> TATAAT

AGGAGGU

Kozak-Sequenz

1. Initiation

2. Elongation

3. Terminierung

• Suche nach Initiationsstellen auf DNA

• Bildung eines kurzen Stückes doppelhelikaler DNA als Matrix

• Katalyse der Phosphodiesterbindung mit richtigen Ribonucleosidtriphosphaten

• Reaktion auf Terminierung

• WW mit Aktivator- und Repressorproteinen

Im Zentrum der RNA-Polymerase befinden sich Magnesium-Ionen, die für die transkriptive Tätigkeit der Polymerase wichtig sind.

Meist liegen zwei Ionen vor: das eine bleibt fest an das Enzym gebunden, das andere tritt dagegen mit dem Nucleosidtriphosphat ein und verlässt die Polymerase mit dem Pyrophosphat wieder.

1. Zwei Basenpaare liegen nebeneinander in der Polymerase korrelierend zum DNA-template.

2. Eine ist das Ende des bestehenden RNA-Strangs oder ein “Primer”

3. Die zweite ist ein Nukleosidtriphosphat

   1. Wasser reagiert mit der zweiten Phosphatbindung

   2. Pyrophosphat spaltet sich ab

   3. Ein Phosphat verbleibt als Bindungsmolekül

4. Aufbau der RNA geschieht von 3’ zu 5’ Richtung

Das aktive Zentrum einer RNA-Polymerase. Es befinden sich zwei Magnesium-Ionen vor Ort. Eins fest gebunden im aktiven Zentrum, das andere betritt und verlässt mit dem Phosphat der Nukleosidbausteine die Polymerase.

1. sich aufbauender RNA-Strang

2. DNA Strang von dem die korrelierenden RNA-Basen abgelesen werden.

3. Code-Strang, der nicht abgelesen wird sondern das Rückrad der DNA darstellt

Zu sehen ist der Beginn der RNA-Synthese. Hier wird kein Primer, anders als bei der DNA, benötigt. Stattdessen dient eine Markierung pppG oder pppA als Zeichen.

Von diesem Schritt aus erfolgt die weitere Elongation.

Um mit der Transkription zu beginnen muss das Enzym RNA-Polymerase an den Promotor binden. Dafür benötigt es jedoch eine Untereinheit, den sogenannten Sigma-Faktor. Wenn diese Untereinheit vorhanden ist kann die Polymerase schwach an der DNA binden und gleitet an der Helix entlang, bis sie auf einen Promotor trifft.

Der Sigma-Faktor erkennt durch Wechselwirkungen die Nucleotidbasen des Promotors -> WW mit den -10 und -35 Regionen der DNA.

Nach erfolgter Initiation verlässt der Sigma-Faktor die Polymerase.

Es gibt viele verschiedene Sigma-Faktoren, die in unterschiedlichen Situationen zum Einsatz kommen. Da sie die Promotorstellen als Untereinheit der RNA-Polymerase erkennen, kommt ihnen ein regulatorischer Faktor zu.

• Sigma70 bei normalem Wachstum

• Sigma54 bei Stickstoffassimilierung

• …

1. Nukleotid wird zum Strang angehängt.

2. Unter Pyrophosphatabspaltung wird das Nukleosid an die RNA gehängt

3. Der RNA-Strang wird weitergerückt.

Der RNA-DNA-Hybrid während der Polymerisierung kann sich innerhalb der Polymerase rückwärts bewegen. Dies ermöglicht, bei Hydrolyse, dass Fehlerhaft eingebaute RNA-Basen ausgetauscht werden können.

RNA-Fehlerquote ist höher als bei DNA. Doch da RNA nicht weitervererbt wird sind Fehler nicht dauerhaft. Außerdem werden meist mehrere RNA-Transkripte hergestellt und gleichen Fehler so aus.

gedacht als Antibiotikum, jedoch nicht funktionsfähig -> greift auch eigene DNA an.

Streptomyceten

Antibiotika sind bereits in sehr geringen Konzentrationen wirksam. Im Gegensatz dazu benötigt Ethanol hohe Wirkungskonzentrationen.

Die RNA-Polymeraseaktivität kann auf zwei verschiedene Weisen terminiert werden?

-> Rho abhängig und unabhängig

Mittels einer Haarnadelschleife (Hairpin-Loop), welche die Polymerase blockiert und sie von der DNA-Doppelhelix löst.

Die Haarnadel wird aus sich wiederholenden Sequenzen gebildet, auf die eine Reihe von Uridinresten folgt.

Bei dieser Terminierung bindet das Rho-Protein an den RNA-Strang unter Phosphorylierung (ATP -> ADP). Sobald sich die beiden Proteine (Polymerase und Rho-Protein) berühren, endet die Elongation.

• T5: 5′ TTGACA 3′ -35 Spacer 5′ TATAAT 3′ -10

• T7: 5′ TAATACGACTCACTATAG 3′

Zu sehen ist die rRNA, eine Transkriptionseinheit (rRNA-Operon). Jede ribosomale RNA-Einheit besteht aus drei Hauptabschnitten:

• 16s

• 23s

• 5s

Eventuell können sich zwischen den 16s und 23s Abschnitten noch tRNA-Genabschnitte befinden.

Es sind drei Abschnitte in der DNA nötig, damit die Polymerase binden und die Transkritption starten kann.

• BRE -> Erkennungselement

• TATA-Box -> Bindesequenz

• INIT -> Initiationselement

-10 Stelle

Wenn die Plasmide eine sehr hohe Copy-Number haben wollen die Promotoren der Zelle ans Plasmid, was die Aktivität in der Zelle beeinträchtigt.

• Regulation

• möglichs effiziente Verarbeitung

• möglichst viel Biomasse pro Substrat

Da keine Zelle dauerhaft in einer idealen Umgebung wächst ist es wichtig regulatorische Prozesse vorzuweisen, damit sich die Zellen an diese verändernden Umgebungsbedingungen anpassen können.

• Kein Sauerstoff vorhanden

• Effekt auf Gesundheit

• Temperatur

• pH-Wert

• NaCl-Konzentrationen

• Sauerstoffkonzentration

• Bildung von Enzymen für Bau- und Energiestoffwechsel.

• abschalten konkurrierender Reaktionen

• Verringerung konstituiver Gene -> Platzmangel in der Zelle ausgleichen

1. Strukturänderung der DNA

   • Kopienzahl

   • Methylierung

   • Rekombination

   • Superhelikalität

2. Transkription

3. Translation

4. Posttranslation

Das Bild veranschaulicht, dass auch einzeller, wie hier Pilze, unterschiedliche Zellen aufweisen können. Dabei wird zunächst die Umgebung und ihre Bedingungen sensorisch aufgenommen, was zu einem Wachstum ober und unterhalb der Erdoberfläche führt.

So gibt es arobes und anaerobes Wachstum.

Der Operator kann invertiert werden, was zur Folge hat, dass das nachfolgende Gen nicht abgelesen wird und die Initiation in die falsche Richtung abläuft.

1. Transkriptionskontrolle der DNA

2. Translationskontrolle der RNA

3. Enzymkontrolle der Aktivität

RBS -> ribosomale Bindungsstelle an der das Ribosom zur Translation ansetzt

UTR -> Untranslatierte Regionen die als Schutz der RNA vor RNAsen dienen

Lila -> Startcodon

Rot -> Stoppcodon

Transkriptionsregulatoren verhindern ein aktives Transkriptieren der RNA-Polymerase. Der Doppelstrang wird nicht aufgetrennt.

• Dimerstruktur

• Helix-Turn-Helix-Struktur

• Umgekehrte Wiederholungsstruktur der DNA lässt Repressor binden

Einen Corepressor, der an den Transkriptionsregulator bindet.

Zu Beginn wachsen die Zellen auf Glucose, nachdem Lactose hinzugegeben wurde wird die Bildung der beta-Galactosidase gestartet.

• IPTG (wird nicht abgebaut)

• Allolactose

3.2.1.23

• lacI

• Promotor

• lacZ

• lacY

• lacA

Im Fall A ist keine Lactose oder ein anderer Induktor anwesend. Das Tetramer des LacI-Repressors bindet am Promotor und verhindert eine Transkription. Der Repressor basiert auf dem LacI-Gen, welches vor dem Promotor sitzt.

Im Fall B ist ein Induktor anwesend und bindet am Repressor, der dadurch konformativ verändert den Promotor “loslässt” und das Strukturgen für die beta-Galactosidase freigibt.

Repressoren können an mehr als einer Stelle binden und daher auf verschiedene Art und Weisen die Transkription beeinflussen.

Die Bindung vom Induktor verursacht eine Konformationsänderung

Statt Lactose ist Allolactose 1,4 glycosidisch verbunden und nicht 1,6.

H-NS meint Hisotne-like nucleoid structuring protein, die binding site für dieses Protein stellt eine Art DNA-supdercoil dar. Es agiert als ein Transkriptionsrepressor.

Normalerweise wachsen Organismen am liebsten auf einem bestimmten Substrat. Oft bspw. Glucose. Wenn jedoch der erste Nährstoff verbraucht ist müssen Zellen den Katabolismus umstellen und neue Proteine und Transportwege erschließen.

-> CRP-Kontrolle

Die cAMP regulating protein-Kontrollestellt eine Art Hungerimpuls dar, wenn Glucose anwesend ist. Dies verhindert als zweite regulatorische Instanz die Expression des lac-Gens.

Das FNR-Protein misst den Sauerstoffpartialdruck im Cytoplasma. Bei Anwesenheit von Sauerstoff reagiert das aktive Zentrum aus Eisen und Schwefel und es vollzieht sich eine Konformationsänderung, wodurch aus dem Dimer zwei Monomere werden.

Diese Monomere besitzen nicht mehr die selbe regulatorische Fähigkeit des Dimers, welches zuvor an den Promotoren bestimmter Gene gebunden war. zB. SodA (Superoxid-Dismutase)

Komplexe Promotoren sind Regionen, die nicht nur an einer Stelle einen Induktor oder Aktivator binden und auf unterschiedliche Art und Weisen ein Gen regulieren. Manchmal liegen die angesprochenen Regionen in der DNA bis zu 200 bp auseinander, sodass die DNA dazwischen Schleifen ausbildet, damit alle Promotorstellen erreicht werden können.

Die Promotoren sind Pbad und Pc und daneben existieren auch zwei Operatoren araO1 und araO2. Der Induktor araI und drei Strukturgene.

Es gibt sowohl eine positive als auch eine negative Kontrolle.

Mit Arabinose:

• AraC Dimer erzeugt eine Bindestelle für die RNA-Polymerase

• AraC Dimer erzeugt eine DNA-Schleife, die eine bindung der RNA-Polymerase verhindert

a) zeigt den Monomer des Arabinose-Regulators

b) zeigt den Dimer, der ohne Arabinose die DNA in eine Schleifenform “zwingt”

c) zeigt den Dimer bei Anwesenheit von Arabinose ohne Schleife der DNA und mit Bindungsmöglichkeit der RNA-Polymerase

1. Synthese -> Wenn bspw. Stickstoff limitiert ist werden erst dann Regulatoren zur Stickstofffixierung gebildet

2. Proteolyse -> Abbau von Regulatoren und Sigma-Faktoren durch Proteasen (bspw. bei Hitzeschock einer Zelle)

sRNAs (small RNA) nehmen ähnlich den mRNA-regulatorischen Riboswitches an der Regulation der Expression teil.

Der sogenannte Hfq -> Host factor Qbeta

Substanzen die an einer anderen Stelle produziert werden und vor dem Einsatz an den Ort des Einsatzes transportiert werden.

FUR steht für Ferric-Uptake-Regulator Protein.

Das Protein reguliert das Gleichgewicht von Eisen in der Zelle.

Das Bild zeigt das Fur-Protein, welches den Gleichgewichtszustand innerhalb der Zelle reguliert. Wenn genug Eisen vorhanden ist, bindet dies am Fur-Protein das dann die Konformation ändert und eine Expression der benötigten Gene für eisenaufnehmende Proteine verhindert.

Bei Abwesenheit von Eisen werden stattdessen die Gene ohne Inhibierung abgelesen und in Proteine translatiert.

Attenuation beschreibt das Funktionsprinzip einer terminierenden und anti-terminierenden regulatorischen RNA.

Hier wird eine Attenuation beschrieben die wieder aus einer Terminierungs- und Anti-Terminierungssequenz besteht und die Synthese der Pyrimidinproduzierenden Proteine reguliert.

Wenn die Phosphoribosyl-pyrophosphate-Konzentration hoch genug ist wird eine Antiterminierung ausgeführt. Bei hoher Konuentration von UMP (uridin monophosphat) wird eine Terminierungssequenz gebildet und die Pyrimidinbiosynthese wird gestoppt/terminiert.

Die Etablierung eines Stoffwechselweges oder seines Stopps dauert mehrere Minuten. In manchen Fällen ist es jedoch nötig eine schnelle Anpassung durchführen zu können. Dies ist die Aufgabe der posttranslationalen Proteinanpassungen.

1. allosterische Regulation durch Effektoren

2. Proteasen und deren Regulation

3. Kontrollenzym als kovalente Regulation der Enzymaktivität

Die Warnehmung basiert auf der Reizaufnahme und -verarbeitung.

Meist basiert die Reizerkennung auf einer Kaskade von verschiedenen Enzymen und startet mit Membrangebundenen Rezeptoren.

In der Membran sind Reizerkennungssensoren und Carrier verhaftet, die einen Reiz von Außen wahrnehmen und/oder die verschiedenen Moleküle in die Zelle speisen.

In der Zelle wird dann ein SIgnal freigesetzt, dass einen jeweils spezifischen Stoffwechselweg als Antwort auf den äußeren Reiz bietet. In bestimmten Fällen erfolgt auch direkt anschließend an den Sensor eine Freisetzung von ECF, was dann zu einer Genexpression führt.

ECF bedeutet “extracytoplasmic funktion” -Faktor, der wie ein sigma-Faktor freigesetzt wird bei Reizerkennung und dann die Transkription beeinflusst.

Das Regulon ist als Sensor die kleinste Einheit und bei ihm beginnt die Reizerkennungskaskade. Anschließend folgen die Stimulons, die die Zellantwort nach Genexpression darstellen. Ein Stimulon kann mehrere Regulons enthalten was als ganzes das Reizerkennungsnetzwerk ergibt.

• ppGpp

• cAMP + CRP

• c-di-GMP

-> Kopplung von Anabolismus und Katabolismus

Wenn Zellen geringe Konzentrationen von bspw. Aminosäuren aufweisen können diese nicht mehr in den Ribosomen normal arbeiten. Das führt dazu dass zwei Botenstoffe gebildet werden, die durch Interaktion mit den Ribosomen und anderen Organellen die Aktivität der Zelle herunterfahren und drosseln.

In den Ribosomem herrscht Mangel an Aminosäuren, die mit den tRNAs in das aktive Zentrum zu Translation gebracht werden sollen. Daher bilden Ribosomen mit GTP/GDP und ATP in einer relaxierten Kontrolle (RelA-Weg) die Botenstoffe der stringenten Kontrolle.

Diese Botenstoffe hemmen die RNA-Polymerase, sodass verschiedene Reaktionen von der Zelle durchgeführt werden können:

• Synthese stabiler RNA wird heruntergefahren

• Anpassung der Sigma-Faktoren

• Synthese allgemeiner Stressproteine und Aktivierung von Proteasen

Guanosintetraphosphat (ppGpp) und Guanosinpentaphosphat (pppGpp).

Auch VItamin B2, Oro-Flavin oder Lacto-Flavin genannt:

• isolation in 1879

• Kuhn isoliert Riboflavin aus Eiern

• Karrer bestimmt die Struktur von Riboflavin

Ähnlich dem Bacillus subtilis:

• GRAS

• durch klassische Mutagenese Überproduktion von Guanin und Inosin

• Guanosin monophosphat -> Riboflavin

• genetische Tools vorhanden

Die Transketolase ist ein wichtiges Enzym, da es die Schnittstelle zwischen den verschiedenen Stoffwechselwegen der Glycolyse, Pentosephosphatweg und Nukleotidproduktion darstellt.

Topoisomerasen

Metabolic engineering beschreibt die Anpassung und Verbeserung der katalytischen Leistung von Zellen und die Erschließung neuer Stoffwechselwege, durch gezielte Mutation und Genmanipulation.

REGULATION

Weiteres:

• Enzymbildung nur bei Bedarf

  • ökonomisch

  • Sicherstellung dass keine konkurrierenden Reaktionen ablaufen

• Zentrale Gene werden konstitutiv exprimiert

  • Glycolyse

  • TCA-Cycle

Ein futile Cycle ist eine Reaktion für die es in der Zelle eine direkte Rückreaktion gibt. Diese würde die Hinreaktion unnötig machen und grundlos Energie verbrauchen. Hierfür ist es wichtig zu wissen, dass Zellen solche Reaktionen separat regulieren und diese in unterschiedlichen Stoffwechselwegen ablaufen.

Die Zellaktivität die ein geeignetes Millieu für das weitere Wachstum einstellt.