Übungsblatt 1 a:
Drei Reaktionen in der Glykolyse verlaufen stark exergonisch und damit praktisch irreversibel. Schreiben Sie die drei Reaktionsgleichungen auf. Von welchen Enzymen werden diese Reaktionen katalysiert? Wie werden diese Enzyme reguliert?
Schritt 1 der Glykolyse: Glucose + ATP -> Glucose-6-phosphat + ADP + H+, Katalysiert durch Hexokinase, Endprodukthemmung durch Glucose-6-phosphat
Schritt 3 der Glykolyse: Fructose-6-phosphat + ATP -> Fructose-1,6-bisphosphat + ADP + H+, Katalysiert durch Phosphofructokinase, Allosterische Regulation (ATP reduziert Affinität für Fructose-6-phosphat, AMP hebt Wirkung auf), niedriger pH (-) Muskel
Sonderfall Leber: Citrat (-), F-2,6-BP (+) (gebildet durch PFK2 = bifunktionelles Tandemenzym mit Kinase- und Phosphatasedomäne)
Schritt 10 der Glykolyse: Phosphoenolpyruvat + ADP + H+ -> Pyruvat + ATP, Katalysiert durch Pyruvatkinase, ATP (-), Alanin (Strukturanalogon zu Pyruvat) (-), F-1,6-BP (+), PKA (Proteinkinase A) (-) nur in Leber
Welche Reaktion wird von GAPDH katalysiert? Welche Besonderheit weist der Verlauf dieser Reaktion auf?
Schritt 6 der Glykolyse: Glycerinaldehyd-3-phosphat + NAD+ + Pi <--> 1,2-Bisphosphoglycerat + NADH + H+
Energetisch günstige Reaktion ermöglicht über Thioesterzwischenprodukt eine ungünstige Reaktion (Dehydratisierung eig. endergonisch)
Phosphorylierung mit einer Oxidation gekoppelt
Welche Wirkung hat Arsen (in Form von Arsenat) auf die Glykolyse ?
Arsenat bindet analog zu Phosphat an GAPDH
1-Arseno-3-Phosphoglycerat ist instabil und hydrolysiertspontan zu 3-Phosphoglycerat.
ATP-Bildung (Substratkettenphosphorylierung) wird verhindert.
Bei der Glykolyse wird NAD+ zu NADH reduziert. Wie wird NAD+ unter anaeroben Bedingungen bzw. unter aeroben Bedingungen wieder regeneriert?
> anaerobe Bedingungen (Skelettmuskel) - Regeneration von NAD+ durch Pyruvatabbau, Pyruvat -> Lactat (Lactatdehydrogenase)
> aerobe Bedingungen - Regeneration cytoplasmatisches NADH aus Glykolyse
Glycerin-3-phosphat Shuttle
Malat-Aspartat-Shuttle (Herz/Leber)
Nennen Sie die ersten beiden Schritte der Gluconeogenese ? Schreiben Sie die Reaktionsgleichungen auf. Von welchen Enzymen werden diese Reaktionen katalysiert? In welchem Zelltyp und in welchem Zellkompartiment finden diese Reaktionen statt?
Glykolyse: alle Zelltypen
Gluconeogenese: Leber (weil Glucose-6-phosphatase und PFK2 Leberspezifisch), (Niere)
Übungsblatt 1 b:
1. Wie lautet die Reaktionsgleichung der von der Pyruvat-Dehydrogenase katalysierten Reaktion. Aus welchen Komponenten setzt sich die Pyruvat-Dehydrogenase zusammen? Welche Reaktionen katalysieren diese Komponenten? Benennen Sie die prosthetischen Gruppen der einzelnen Komponenten.
Pyruvat + CoA-SH + NAD+ —> Acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2
E1: Pyruvat-Dehydrogenase Komponente mit TPP-Gruppe —> Oxidative Phosphorylierung von Pyruvat
E2: Dihydrolipoyl-Transacetylase mit Liponamid Gruppe —> Transfer der Acetylgruppe auf CoA
E3: Dihydrolipoyl-Dehydrogenase mit einer FAD Gruppe —> Regeneration der oxidierten Form des Liponamids
2. Bei welchen Schritten des Citratzyklus werden Reduktionsäquivalente erzeugt?
Schritt 3: Isocitrat-Dehydrogenase
Isocitrat + NAD+ —> a-Ketoglutarat + NADH + H+ + CO2
Schritt 4: a-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplex
a-Ketoglutarat + NAD+ + CoA-SH —> Succinyl-CoA + NADH+H+ + CO2
Schritt 6: Succinat-Dehydrogenase
Succinat + FAD —> Fumarat + FADH2
Schritt 8: Malat-Dehydrogenase
Malat + NAD+ —> Oxalacetat + NADH+H+
3. Bei der folgenden Reaktion des Citratzyklus beträgt der dG0-Wert = +29 kJ/mol, die Reaktion ist somit stark endergonisch. Weshalb verläuft diese Reaktion unter physiologischen Bedingungen aber spontan ab? Zeichnen Sie die Strukturformeln von Malat und Oxalacetat.
Malat + NAD+ <—> Oxalacetat + NADH + H+
- Die Reaktion wird durch den Verbrauch von Oxalacetat bei der Synthese von Citrat aus Oxalacetat und Acetyl-CoA angetrieben
dG = dG0 + RxTxK (K = [CxD]/[AxB])
Wenn [C] also Oxalacetat immer geringer wird sorgt das Konzentrationsgefälle für ein spontanes ablaufen der Reaktion ?
4. Welche Aminosäuren lassen sich aus Oxalacetat und a-Ketoglutarat herstellen?
Oxalacetat —> Aspartat
a-Ketoglutarat —> Glutamat
Übungsblatt 1 c:
1. Über welche Schritte wird das Elektronenübertragungspotenzial des FADH in das Phosphorylgruppenübertragungspotenzial des ATP umgewandelt?
Elektronenfluss über Komplex II > Komplex III > Komplex IV
Aufbau eines Protonengradienten (Komplex III & IV)
Protonenmotorische Kraft (Chem. & elektronischer Gradient)
ATP Synthase (Protonenrückluss aus IM -> Matrix)
2 FADH2 liefern jeweils 1,5 ATP, Elektronen an die Atmungskette
2. Worauf beruht die protonenmotorische Kraft bei der oxidativen Phosphorylierung?
chemischer Gradient (DpH) und elektronischer Gradient (Dy)
ungleiche Verteilung der Protonen bilden pH-Gradient & Membranpotential -> protonenmotorische Kraft
3. Wie können reaktive Sauerstoffverbindungen in der Zelle unschädlich gemacht werden? Erklären Sie zwei Möglichkeiten.
Glutathion Peroxidase - Umwandlung reaktive Sauerstoffspezies in inaktive
Glutathion-Peroxidase
2 GSH + RO-OH <-> GSSG + H2O+ ROH
Glutathion-Reduktase
Superoxid-Dismutase
Extra: Katalase und als Antioxidantien wirkende Vitamine E und C
4. Wie groß ist die maximale Ausbeute an cytoplasmatischem ATP, wenn Pyruvat vollständig zu CO2 oxidiert wird? Begründung!
Pro Glucose-Molekül Nettoausbeute: 12,5 Moleküle cytoplasmatisches ATP
wenn ein Elektronenpaar von NADH zu O2 fliesst werden 2,5 Moleküle cytoplasmatisches ATP synthetisiert; bei FADH2 werden 1,5 Moleküle ATP synthetisiert
—> Bei Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex pro Pyruvat 1 NADH = 2,5 ATP
—> im Citratzyklus werden pro Pyruvat 3 NADH, 1 FADH2 und 1 GTP gebildet = 9 ATP + 1 GTP
Die Bildung von NADH in der Glykolyse führt erst zur Pyruvat Bildung zählt in die gefragt Ausbeute also nicht hinein, es wären zusätzlich 1,5 ATP (NADH Transport über Glycerin-3-phosphat-Shuttle in Mitochondrien)
Übungsblatt 2: Benennen Sie die für den Menschen essenziellen Aminosäuren!
können von Organismus nicht selbst hergestellt werden -> Nahrung
Leider fehlen wichtige Moleküle im Körper vieler hungriger Tiere
Mensch: Met, Leu, Ile, Val, Thr, Phe, Trp, Lys, His
Kinder + Tyrosin
Übungsblatt 2: In welche a-Ketosäurekönnen die folgenden Aminosäuren umgewandelt werden? a. Alanin, b. Asparaginsäure, c. Glutaminsäure. In welchen Kohlenhydrat-Stoffwechselwegen spielen die entsprechenden a-Ketosäureneine Rolle?
a. Alanin -> Pyruvat: Glykolyse/Gluconeogenese
b. Asparaginsäure -> Oxalacetat: Citratzyklus/Gluconeogenese
c. Glutaminsäure -> a-Ketoglutarat: Citratzyklus
Übungsblatt 2: Durch welche Reaktion entstehen biogene Amine? Nennen Sie zwei biogene Amine und die Aminosäure aus der sie entstehen!
Entstehung durch Enzymatische Decarboxylierung von AS
Dopamin aus DOPA (Dihydroxyphenylalanin)
Histamin aus Histidin
Tyramin aus Tyrosin
Tryptamin aus Trytophan
Übungsblatt 2: Welche prosthetischeGruppe enthalten Aminotransferasen? Zeichnen Sie die Strukturformeldieser prosthetischenGruppe. Welcher Teil dieses Cofaktorsist an der Transaminierungbeteiligt?
Pyridoxalphosphat (PLP)
die Aldehydgruppe
Übungsblatt 2: In welchem Zelltyp und unter welchen Bedingungen findet der Glucose-Alanin-Zyklus statt? Beschreiben Sie kurz die einzelnen Schritte!
Findet in Muskelzellen statt bei längerer Anstrengung und in Fastenperioden
(1) Glykogenabbau -> Glucose
(2) Glykolyse -> Pyruvat
(3) Citratzyklus, (4) oxidative Phosphorylierung
Da Muskelzellen nicht die Enzyme des Harnstoffzyklus (6) besitzen wird Stickstoff in Form von Alanin von Muskelzellen zur Leber transportiert via Alanin-Aminotransferase
Aus Pyruvat durch Gluconeogenese (5) gebildete Glucose wird in den Muskel zurücktransportiert
Übungsblatt 2: Wie lautet die Reaktionsgleichung des Schrittes im Harnstoffzyklus, in dem Harnstoff entsteht? Zeichen Sie die Strukturformel von Harnstoff! Von welchen Ausgangsmolekülen stammen die einzelnen Atome im Harnstoff ab?
Arginin + H2O <-> Ornithin + Harnstoff
Übungsblatt 2: Was versteht man unter glucogenen und ketogenen Aminosäuren. Geben Sie jeweils zwei Beispiele an!
Glucogene AS: werden zum Aufbau von Glucose genutzt
Alanin, Cystein, Glycin
Ketogene AS: Können nicht zum Aufbau von Glucose genutzt werden
Isoleucin, Leucin, Lysin
Beides: Phe, Ile, Trp, Tyr (“Brad PITT”)
Übungsblatt 2: Welche Aminosäure kann in einem Schritt in Tyrosin umgewandelt werden? Geben Sie die Reaktionsgleichung an! Welches Enzym katalysiert diese Reaktion? Zu welcher Enzymklasse gehört dieses Enzym?
Phenylalanin + O2+ Tetrahydrobiopterin <-> Tyrosin + H2O + Dihydrobiopterin
Katalysiert durch Phenylalaninhydroxylase - Mischoxygenase
Übungsblatt 2: Wie lautet der Name des angegebenen Moleküls? Welche Funktion hat dieses Molekül? Durch welchen Reaktionsschritt wird dieses Molekül synthetisiert?
S-Adenosylmethionin (SAM) Donor von Methylgruppen
Methionin + ATP -> SAM + Pi + PPi
Übungsblatt 3:
Wie viele Moleküle cytoplasmatisches ATP werden bei der vollständigen Oxidation des Ketonkörpers D-3-Hydroxybutyrat gewonnen?
Oxidation von D-3-Hydroxybutyrat zu Acetacetat entsteht NADH > 2.5 ATP
Succinly-CoA > Succinat; eine Substartkettenphosphoylierung wird «geopfert» für die Bildung von Acetacetyl-CoA (Aktivierung von Ketokörper)!!! [- 1 ATP]
Acetacetat> 2 Acetly-CoA
je Acetyl-CoA 10 Moleküle cytoplamatisches ATP
21,5 ATP (cytoplasmatisch)
Wie erfolgt der Transport langkettiger Fettsäuren in die Mitochondrien?
Carnitin Shuttle (Carnitin-Acyltransferase) für aktivierte C12-C18 Fettsäuren
Bildung Acylcarnitin Schrittmacherreaktion der Fettsäureoxidation
Wie sind ß-Oxidation und Citratzyklus miteinander verbunden?
Acetyl-CoA aus der Fettsäureoxidation reagiert mit Oxalacetat und tritt in den Citratzyklus ein
nur möglich wenn ausreichend Oxalacetat aus Kohlenhydratabbau vorhanden
Weshalb können in tierischen Zellen Fettsäuren nicht in Glucose umgewandelt werden?
Keine Neusynthese von Kohlenhydraten aus Acetyl-CoA
Acetyl-CoA wird im Citratzyklus vollständig oxidiert
Enzyme des Glyoxylatzyklus fehlen, die in Pflanzen und Bakterien Acetyl-CoA und Glyoxylat über Malat in Oxalacetat umwandeln können
Geben Sie die Reaktionsfolge für die letzten 3 Schritte beim Abbau ungeradzahliger Fettsäuren an.
Propionyl-CoA + CO2 + ATP + H2O -> D-Methylmalonyl-CoA + ADP + Pi
Propionyl-CoA-Carboxylase, ATP verbrauch, Biotin
D-Methylmalonyl-CoA -> L-Methylmaolonyl-CoA
Methylmalonyl-CoA-Racemase
L-Methylmaolonyl-CoA -> Succinyl-CoA
L-Methylmalonyl-CoA-Mutase, Vitamin B12
Unter welchen Bedingungen wird beim Fettabbau Aceton gebildet?
Mangel an Glucose/Pyruvat (Hungerzustand/Diabetie)
aus Acetyl-CoA werden Ketonkörper (Acetacetat und D-3-Hydroxybutyrat) gebildet; Aceton entsteht durch spontane Decarboxylierung von Acetacetat
Benennen Sie diese Fettsäure:
16:1-cis-delta9 (omega-7)
Palmitoleat
Vergleichen Sie die einzelnen Schritte des Fettsäureabbaus und der Fettsäuresynthese? Worin unterscheiden sie sich.
Fettsäuresynthese
Fettsäureabbau
in Cytoplasma (Leber, fettgewebe)
in Mitochondrienmatrix
Zwischenprodukte kovalent an Acyl-Carrier Protein (ACP) gebunden
Zwischenprodukte an CoA gebunden
Säugerzellen: Enzymatische Funktionen auf einem Polypeptidzusammengefasst (Fettsäuresynthase)
Abbauenzyme nicht assoziiert
Aktivierter Donorvon C2-Einheit ist Malonyl-ACP; Verlängerung wird durch Abspaltung von CO2angetrieben
NADPH + H+ Reduktionsmittel
Oxidation durch FAD und NAD+
Synthese durch Fettsäure-Synthase-Komplex stoppt mit Palmitat(C16); Verlängerung und Einfügen von Doppelbindungen durch andere Enzyme
Abbau vollständig zu Acetyl-CoA
Regulation erfolgt metabolisch, hormonell & über Enzyminduktion
Regulation an Membran Malonyl-CoA reguliert Carnitin-Shuttle
Geben Sie die Reaktionsgleichung für die Schrittmacher Reaktion der Fettsäuresynthese an. Benennen Sie das Enzym. Geben Sie zwei Mechanismen an über die dieses Enzym reguliert wird.
Schritt 1:
Acetyl-CoA + ATP + HCO3- -> Malonyl-CoA + ADP + Pi + H+
Katalysiert durch Acetyl-CoA-Carboxylase gebunden an Biotin als Co-Faktor
Inaktivierung über Phosphorylierung bei geringer Energieladung, Glukagon & Adrenalin verstärken via Signalkaskaden Phosphorylierung, Insulin stimuliert PP2A - dephosphoryliert Carboxylase & Induziert dessen erhöhte Genexpression
Allosterische Aktivierung durch Citrat (Polymerisierung), Viel Citrat wenn Acetyl-CoA & ATP hoch
Wie erfolgt der Transport von Acetyl-Co über die Mitochondrienmembran? Zeichnen Sie ein Schema und geben Sie die beteiligten Metabolite und Enzyme an.
ATP-Citrat-Lyase
Citrat + ATP + CoA + H2O <-> Acetyl-CoA + ADP +Pi + Oxalacetat
Übungsblatt 4:
Welche beiden Moleküle können als Plattform/Rückgrat von Phospholipiden dienen? Zeichnen Sie die Strukturformel dieser beiden Moleküle! Nennen Sie je ein Phospholipiddiester Gruppe!
Glycerin & Sphingosin
Phosphoglyceride: Phosphatidylserin, Phosphatidylcholin
Sphingolipide: Sphingomyelin
Was ist ein Gangliosid? Aus welchen einzelnen Strukturen setzt es sich zusammen?
Glykosphingolipide mit mind. einer sauren Zuckereinheit (Sialinsäure)
Zusammensetzung: Sphingosin-Grundgerüst & langkettige fettsäure = Ceramid, Komplexes Oligosaccharid
Glc = Glucose, Gal = Galaktose, GalNAc = N-Acetylglucosamin, NAN = N-Acetylneuraminat
Über welche Reaktion erfolgt hauptsächlich die Regulation der Lipidsynthese? Wie heißen die beiden daran beteiligten Enzyme?
- Phosphatidsäure-Phosphatase (Lipin 1), Diacylglycerinkinase
Aus welchem Grundbaustein wird Cholesterin zusammengesetzt? In welchem Organ erfolgt die Cholesterinbiosynthese und in welchem(n) Kompartiment(en)?
alle 27 C-Atome stammen aus Acetyl-CoA
in der Leber
Syntheseschritte:
Synthese des aktivierten Isoprens Isopentenlypyrophosphat -> Cytoplasma
Kondensation von 6 Isopren-Einheiten zu Squalen -> ER
Zyklisierung von Squalen & Umwandlung in Cholesterin -> ER
Wie lautet die Schrittmacherreaktion der Cholesterinbiosynthese? Geben Sie die Reaktionsgleichung an! Wie heißt das Enzym, das diese Reaktion katalysiert? Zeichnen Sie die Strukturformel von Substrat und Produkt dieser Reaktion!
3-Hydroxy-3-methylglutary-CoA + 2 NADPH + 2 H+ -> Mevalonat + 2 NADP+ + CoA
Enzym: HMG-CoA Reduktase
3-Hydroxy-3-methylglutary-CoA (HMG-CoA)
Mevalonat
Durch welche zusätzlichen funktionelle Gruppen unterscheiden sich Gallensalzen von Cholesterin? Welche Funktion haben Gallensalze?
Polare Hydroxygruppen & geladene Gruppen
Glykocholat 2 OH & 1 COO- Gruppe, Taurocholat 2 OH & SO3- Gruppe
Funktion: Solubilisierung von Lipiden der Nahrung (Dünndarm), erhöhte Zugänglichkeit für Lipasen
Woraus setzen sich Lipoproteine zusammen?
TAG - Triacylglycerin
CE - Cholesterinester
C - freies Cholesterin
PL - Phospholipid
P - Protein
Benennen Sie zwei Steroidhormone? Von welchem Moleküll leiten sich Steroidhormone ab?
Progesteron, Cortisol, Aldosteron, Testosteron
Ableitung von Cholesterin
Übungsblatt 5:
Benennen Sie die Cofaktoren /Coenzyme, die von den Vitaminen B1, B2, B3, B5, B6, B7, B9, B12 abgeleitet sind
B1 - Thiaminpyrophosphat (TPP)
B2 - Flavinadenindinucleotid (FAD)
B3 - Nicotinamidadenindinucleotid (NAD+)
B5 - Coenzym A
B6 - Pyridoxalphosphat (PLP)
B7 - Biotin-Lysin-Addukte (Biocytin)
B9 - Tetrahydrofolat (THF)
B12 - 5’-Desoxyadenosylcobalamin
Nennen Sie für jeden Cofaktor ein Enzym, bei dem dieser Cofaktor an der katalytischen Reaktion beteiligt ist.
Pyruvatdehydrogenase
Pyruvat + CoA + NAD+ -> Acetyl-CoA + CO2 + NADH + H+
Succinat-Dehydrogenase
Succinat + FAD -> Fumarat + FADH2
a-Ketoglutarat-Dehydrogenase
a-Ketoglutarat + CoA + NAD+ -> Succinyl-CoA + CO2 + NADH + H+
Pyruvat-Dehydrogenasekomplex, a-Ketoglutarat-dehydrogenase ,
Aspartat-Aminotransferase, Alanin-Aminotransferase
Aspartat + a-Ketoglutarat <-> Oxalacetat + Glutamat
Alanin + a-Ketoglutarat <-> Pyruvat + Glutamat
Pyruvat-Carboxylase
Pyruvat + CO2 + ATP + H2O -> Oxalacetat + ADP + Pi
Methylmalonyl-CoA- Mutase
D-Methylmalonyl-CoA <-> Succinyl-CoA
Übungsblatt 6:
In der Vorlesung wurden zwei Klassen von G-Proteinen behandelt. Welche Gemeinsamkeiten und welche Unterschiede besitzen die Vertreter dieser beiden Klassen?
???
Heterotrimere G-Proteine: Heterotrimer (a: katalytische UE, b und g: regulatorische UE), Effektoren von GPCR
Monomere G-Proteine: Monomer, Effektoren von RTK
Gemeinsamkeiten: GTPase Aktivität
→ aktiv im GTP gebundenen Zustand
→ inaktiv im GDP gebundenen Zustand4
Benennen Sie drei sekundäre Botenstoffe und die von diesen aktivierten Proteinkinasen.
cAMP -> Proteinkinase A (PKA
DAG/ IP3/Ca2+ -> Proteinkinase C (PKC)
Wie kann die Aktivität/Funktion von Proteinkinasen beeinflusst werden. Nennen Sie vier Möglichkeiten!
• Phosphorylierung / Dephosphorylierung
• intrazelluläre Lokalisation
• Feedback Mechanismen (positiv/negativ)
• Signaldauer
• Signalintensität
• Adaptorproteine
• Gerüstproteine
• Wechselwirkung zwischen Signalwegen
Bennen Sie vier posttranslationale Modifikationen (PTMs). Welche Aminosäuren sind von den von Ihnen erwähnten PTMs betroffen?
Phosphorylierung -> Ser, Thr, Tyr
Acetylierung -> Lys
Methylierung -> Lys
Ubiquitinierung -> Lys
Carboxylierung -> Glu
Hydroxylierung -> Pro
Myristoylierung -> Gly
Welchen Einfluss kann die Phosphorylierung auf ein Substrat ausüben?
Phosphatgruppe führt zwei negative Ladungen in das Substratprotein ein -> Konformationsänderungen, neue Bindungseigenschaften & veränderte Aktivität
→ Ausbildung neuer Wasserstoffbrückenbindungen
→ Regulation der biologischen Funktion eines Proteins
Übungsblatt 7:
Erklären Sie die strukturelle Basis aufgrund derer DNA-bindende Proteine spezifische Sequenzen erkennen können
Große Furche exponiert sequenzspezifische Strukturen, DNA-Binde-Protein erkennt hochspezifisch Sequenzabfolgen (Bspw. palindromische Sequenzen, Triplet Erkennung usw.)
Beschreiben Sie den Mechanismus der Expressionskontrolle durch ein Metabolit-abhängiges Repressorprotein in Prokaryoten
Tryptophan-Operon: (+) Tryptophan -> Repressor TrpR bindet Operatorsequenz & inhibiert Tryptophan Transkription
Lac Repressor LacI: LacI bindet als Tetramer an DNA & inhibiert Transkription durch DNA looping entfernt liegender Operatorsequenzen, Allolactose vorhanden -> Dissoziation LacI —> Transkription der Lac-Gene
Beschreiben Sie mögliche Modifikationen von Histonen
Acetylierung - an Lysin Resten (Neutralisierung Ladung) -> Lockert Chromatinstruktur -> Erleichtert zugang für TF & RNA Polymerase
Phosphorylierung - Ser,Thr,Tyr-Reste -> Veränderung Chromatinstruktur & Rekrutierung anderer Genexpression regulierenden Proteine
Methylierung - Lysin/ Arginin-Resten (-> + Ladung)
Weitere: Ubiquitinierung, Sumoylierung an Lysin-Resten
Beschreiben Sie eine Methode zur Bestimmung der DNA Sequenz, an die ein Protein spezifisch bindet
ChIP - Chromatin Immunopräzipitation:
Cross-linking Proteine mit DNA -> Zellen Lysieren -> Fragementieren der DNA -> Präzipitation der DNA mit Antikörpern gegen bekanntes Protein -> Reverse Cross-Links -> Amplifikation DNA via PCR
Phylogenetic Footprinting:
Alignment von Sequenzen aus unterschiedlichen Species -> Bindestellen für regulierende Proteine sind häufig konserviert
Nennen Sie 3 Mechanismen mittels derer die Aktivität von Regulatorproteinen in Eukaryoten gesteuert werden kann
Protein Synthese
Ligandbindung
Covalente Modifikatonen
Untereinheitbindung
Unmasking
Stimulation Nuclear entry
Membran Release
Übungsblatt 8:
Nennen Sie die einzelnen Schritte vom Gen zum funktionalen Protein in Prokaryoten und Eukaryoten
Transkribtion
[Eu] Prozessierung und Translocation
Translation (Initiation, Elongation, Termination)
Polypeptid Faltung oder Transport
Posttranslationale Modifikation
Proteintransport (zur Funktionsorganelle)
ggf. Multimerisierung und Proteinaktivierung
(zwischen allen Schritten könnte man die mRNA bzw. Protein Protektion auch als wichigen Punkt aufführen, da zu vielen Zeitpunkten der Abbau der mRNA oder des Polypeptids passieren könnte, wenn keine Schutzmaßnahmen vorhanden sind)
Nennen Sie 3 Mechanismen mittels derer Repressorproteine die Genexpression in Eukaryoten reprimieren können
Competitive DNA Binding
Maskierung Aktivierungsstelle
Direkte Interaktion mit Transkriptionsfaktoren
Rekrutierung Chromatin-Remodeling Complexes
Repressor bindet Initiationskomplex
Rekrutierung Histon Deacytelasen
Rekrutierung histone methyltransferasen
Beschreiben Sie einen Mechanismus der Qualitätskontrolle bei der Beladung von tRNAs mit der Aminosäure
schon geringe Fehler in Kopplung der richtigen AS -> hohe Quote fehlerhafter Proteine
Mehrstufige Qualitätskontrollmechanismen (Fehlerquote bei Beladung 1:40.000
mehrfache Interaktionspunkte zw. tRNA & Aminoacyl-tRNA-Synthetase: Via Anticodon, via Sequenz nahe der Aminosäurekopplung -> Doppelter Kontrollmechanismus
Selektion auf korrekte Strukturen der ZielAS:
Gegenselektion gegen inkorrekte Strukturen: inkorrekte AS hydrolysiert & abgespalten
Was ist ein Chaperon ? Geben Sie ein Beispiel und erläutern Sie schematisch die Funktionsweise
Chaperone vermitteln die Faltung von komplexeren Proteinen (Einfache Proteine falten spontan co-translational & nehmen die korrekte Sekundär und Tertiärstruktur ein)
Chaperon Familie HSP70: heat shock Proteine - stark bei erhöhten Temperaturen exprimiert -> entgegenwirken des Denaturierungsprozesses, Erkennen & binden falsch gefaltete Proteine über ausgedehnte kurze, hydrophobe Bereiche -> Ermöglichen korrekte Faltung des Proteins
Chaperon Familie HSP60: —> GroEL & GroES
binden falsch gefaltete Proteine via hydrophobe Interaktionen
Unter ATP-Verbrauch & Bindung von GroES-cap verändert sich die Konformation von HSP60 -> Eingeschlossene Proteine werden partiell entfaltet & können sich danach neu falten
Bonus: DnaJ & DnaK (ATP) und ErpE (regeneration)
Zeichnen Sie schematisch die einzelnen Schritte bei der Elongation der Proteinkette am Ribosom (inkl. der 3 Stellen im Ribosom und deren Besetzung durch die tRNAs)
-> 4 Stufen Prozess
1) tRNA-AS geht Codon-Anticodon Paarung in der A-Stelle ein
2) Peptidyl-transferase katlysierte Übertragung der Proteinkette auf die AS der tRNA in A-Stelle
3) Verschieben der großen Untereinheit
4) Verschieben der kleinen Untereinheit
Wie unterscheidet sich die Translationsinitiation bei Prokaryoten und Eukaryoten?
Größe Einheiten Ribosom, Initiationssequenz, Initiationsfaktoren, Zusammensetzung Initiationskomplex, Ort / Zeit, mRNA 5´Cap
Prokaryoten: Bindung mRNA an Ribosom via Shine-Dalgarno Sequenz (oberhalb Start-Codon, komplementär zu 16S rRNA Motiv) -> Ribosom kann an interne Startcodons binden & Translation initiieren -> Polycistronics mRNA
1. AS = N-formylmethionin
Eukaryoten:
40/60 —> 80 S Ribo, mehr Initiationsfaktoren, mRNA 5´Cap durch eIF rekrutiert Initiationskomplex mit kleiner UE, tRNA und eIFs dann Suche nach Startcodon auf mRNA bei AUG (etwas variabler) erst große UE bindet
Geben Sie Beispiel für einen synthetischen Genschalter und erklären Sie die Funktionsweise
Mit Induktor
Tetracyclin TetOFF / ON Promotoren als Genschalter
Licht
Kontrolle der Aktivität des Regulatorproteins über induzierbare Dimerisierung der DNA Bindedomäne mit Aktivationsdomäne
PhyB gekoppelt an VP16-Aktivierungsdomäne
Licht induzierte Interaktion von Phytochrom B mit dem Phytochrom interagierenden Faktor PIF6
Reaktion Lichtdosis abhängig
Beschreiben Sie die Funktionen der bei der Ubiquitinylierung vorkommenden Enzyme
Ubiquitinylierung - Kann über Carboxy Terminus an Lysine des Zielproteins gekoppelt werden, Polyubiquitinylierung Lys63 signalisiert DNA Reparatur, an Lys48 - Degradation des Zielproteins
-Ubiquitin activating enzyme (E1), aktiviert Ubiquitin via Thioesterbindung
-Ubiquitin conjugating enzyme (E2), überträgt Ubiquitin auf Zielprotein im Komplex mit E3 (sog. Ubiquitin Ligase Komplex).
-E3 erkennt die zu ubiquitinylierenden Proteine
-E2 existiert in ca. 30 Varianten, E3 in mehreren hundert Varianten
Geben Sie für jedes dieser Enzyme eine Reaktion an, die von diesem Enzym katalysiert wird (Reaktionsgleichung)!
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