1. Aminosäuren/Harnstoffzyklus
a) Zeichnen Sie die Strukturen von Alanin, Aspartat, Glutamin. In welche α-Ketosäuren können diese umgesetzt werden?
b) In welchem Organ findet der Harnstoffzyklus statt? Zeichnen Sie die Struktur von Harnstoff.
c) Wie ist der Harnstoffzyklus mit dem Citratzyklus verbunden? Nennen Sie die Reaktionsgleichung und das Enzym.
a)
Alanin —> Pyruvat [R=CH3]
Aspartat —> Oxalacetat [R=C-COOH]
Glutamin (Glutamat?)—> a-Ketoglutarat [R=C-C-CONH2]
b)
In der Leber!
(2x)NH2-C=O ein Kohlenstoff mit zwei NH2 Füßchen und einem Sauerstoff Kopf
c)
Argininosuccinat —> Arginin + Fumarat
Argininosuccinat-Lyase
Fumarat ist ein Substrat des Citratzyklus, das Fumarat wird jedoch Hydratisiert durch die Fumarase und zu Malat damit es über das Malat(Aspartat)-Shuttle wieder in die Mito-Matrix gelangen kann und dann in den Citratzyklus.
2. Lipide
a) Welche zwei Stoffe dienen als Plattform für Lipide? Strukturen zeichnen.
b) Nennen Sie zwei Beispiele für Lipide die o.g. Plattformen enthalten.
Die Platformen für Phospholipide sind:
Glycerin
Sphingosin
Wenn wirklich Lipide gemeint sind vielleicht:
Phosphatidsäure (Glycerin aber eine Fettsäure mit Phosphat ausgetauscht (PO4)3-
Triacylglyceride enthalten Glycerin
phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP2) enthält Phosphatidsäure
Sphingolipide wie Ceramid
andere Phopholipide: Phosphatidyl-cholin -serin …
3. Fettsäuren
a) Nennen Sie drei Funktionen von Fettsäuren.
b) Zeichnen Sie die 16:1 Δ9 Fettsäure und benennen Sie sie.
c) Beim Abbau von ungeradzahligen Fettsäuren bleiben am Ende der β-Oxidation zwei Stoffe übrig. Wie heißen diese? Wie wird der ungeradzahlige Stoff weiter abgebaut und in welchen Stoffwechselweg geht er ein?
Energiespeicher
hydrophobe Bausteine der Zellmembranen
Signaltransduktion
Thermoregulation
Isolierung / Schutz von Organellen
Palmitoleinsäure
Acetyl-CoA (C2 zu TCA) und Propionyl-CoA (C3) —> zu Succinyl-CoA umgewandelt )Co-Faktoren Vitamin B12 = Cobalamin und Biotin —> kann in TCA eingeschleust werden
4. Signaltransduktion
a) Nennen Sie 3 mögliche posttranslationale Modifikationen.
b) Nennen Sie 2 Antibiotika, die die Proteinbiosynthese von Prokaryoten hemmen. Warum können Antibiotika auch Säugerzellen schädigen?
c) Definition Optogenetics.
d) 2 Beispiele optogenetischer Signalleitung erklären.
Phosphorylierung (Ser, Thr, Tyr)
Acetylierung (Lys)
Methylierung (Lys)
Ubiquitinierung (Lys)
Carboxylierung (Glu)
Glykosylierung (N-Glyko an Asn)(O-Glyko an Ser, Thr)
Erythromycin
Chloramphenicol
Tetracycline
Weil Aufbau und Funktion der Angriffpunkte der Antibiotika sehr ähnlich sind können Nebenwirkungen auftreten. Außerdem schädigt es den Säugerzellen indirekt da der gesamte Organismus durch die Zerstörung der lebenswichtigen Mikrobiellen Flora (bspweise im Darm) geschwächt wird. Antibiotika können desweiteren negative auswirkung auf die Mitochondrien haben (selbe Abstammung mit Prokaryoten).
multidisziplinäres Forschungsfeld was die Genetik und Optik verknüpft, indem lichtsensitive Proteine in biologische Prozesse integriert werden um dadurch mit Licht die Aktivität von Zellen zu regulieren.
d)
Beispiel Opto-C-RAF —> Dimerisierung bei Lichtimpuls durch blaulichtsensitives CRY2 armt die im Ras-Raf-MEK-ERK Signalweg induzierte dimerisierung von RAF nach und dadurch kann man ohne vorherige Signale diese Signalweiterleitung studieren.
Oder Opto-SOS bei light red light bindet Ligand an Protein und aktiviert angehängtes Protein bei dark red loslösen
Generelle Beispiele: Licht induziert Freisetzung von Signalmolekülen die Signal in Zelle induzieren.
Licht aktiviert einen Rezueptor direkt
5. Glykosylierungen
a) N-Glykosylierungsstellen in einem Peptid markieren.
b) Eine Aminosäure nennen, die O-glykosyliert werden kann. Welche funktionelle Gruppe wird benötigt?
c) Welche Glykane enthalten eine Core-Struktur? Diese skizzieren und Elemente benennen.
An folgendem Muster: Asn (N) - X - Ser/Thr - X
Serin, Threonin und Tyrosin können O-Glykosyliert werden benötigt wird eine Hydroxy-Gruppe (-OH)
N/O-Glykane die Core-Struktur bindet an der Aminosäure und besteht aus 2 GlcNAc (N-Acetylglucosamin) und 3 Mannosen (die als Verzweigung vorliegen)
6. Proteomics
a) Sequenz gegeben. Trypsin-Schnittstellen einzeichnen und Anzahl der zu erhaltenen Peptide nennen.
b) N-Glykosylierungsstelle in der Sequenz markieren. Motif nennen.
c) Massenänderung nach PNGaseF-Verdau nennen.
d) m/z Werte gegeben, daraus die Ladung des Peptids bestimmen.
e) Masse des Peptids bestimmen.
Nach Lys (K) und Arg (N)
N-X-S/T (X nicht P oder S/T)
Peptid-N-Glycosidase F spaltet N-Glykane ab (zwischen Asn und GlcNAc)
Masse - Masse aller N-Glycane
Abstand 0,5 —> Ladung = 2
e)
m/z x z - z x 1
7. Transcriptomics
a) Was versteht man unter Meta-, Pan-, und core-Genom
b) Nennen Sie 4 Treib-/Brennstoffe, die in Cyanobakterien oder synthetisiert werden können.
c) Nennen Sie 4 Enzyme die zur Synthese von Brennstoffen in Cyanobakterien nötig sind.
Meta-Genom ist die Gesamtheit aller Gene einer (mikrobiellen) Population in einer bestimmten Umgebung
Pan-Genom ist Core Genom aber auch Variationsgenom aller Individuen einer Population oder Spezies
Core-Genom besteht aus den Genen, die in allen Mitgliedern einer Population oder Spezies konserviert sind.
?
Ethanol, Propanol
Ethylene
Propan, Butan
Isobutanol
Methan
Wasserstoff
Über allem ist RubisCO wichtig um Kohlenstoff zur Synthese aller Verbindungen zu fixieren
Pyruvat Carboxylase (PDC)
Alcohol Dehydrogenase (ADH)
2-Ketosäure decarboxylase (KDC) [Isobutanol]
Ethylene Forming Enzyme (EFE) + (ACP)
8. Pflanzenbiotechnologie
a) Nennen und erläutern Sie die 5 Ebenen, um die Produktion von Biopharmazeutika zu verbessern.
b) Erläutern Sie zwei wie zwei dieser Ebenen in Physcomitrella patens optimiert wurden.
Kultivierungsbedingungen
Genexpression
Intrazellulärer Transport
Posttranslationale Modifikation
Sekretion und Downstream Processing (Aufreinigen etc)
Die Kultivierungsbedingungen werden durch Standardisierte Bedingungen und für das jeweilige Produkt anpassbare Parameter optimiert. Außerdem Erfolgt hier Optimierung durch größere Produktionsumfänge um ökonomisch zu produzieren (Wave Bag Bioreaktoren).
Eine optimierte Gene Expression wir durch den Einbau verschiedener Promotoren zu Anpassung der benötigten Expressionsstärke erreicht. Durch Gene-Editing Methoden wie CRISPR/CAS wird das immer besser möglich. Nicht relevant metabolische Wege können dadurch entfernt und relevante stark überexprimiert.
Intrazellulärer Transport kann durch angepasste Proteinstrukturen optimiert werden genau wie das Downstreamprozessing.
Komplexe Anpassungen auf genetischer Ebene sorgen auch für optimierte Glykosylierungsmuster bei der PTM.
9. Bionik
a) Formel des axialen Flächenträgheitmoments I mit Einheit
b) Formel des Biegemoments BM mit Einheit
I = pi/4 * r^4 [m^4] (in Worten Pi Viertel R Hoch Vier mit Einheit Meter hoch 4)
BM = a * Fcrit
Bruchspannung rho = BM * r/I
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