AB Gedächtnisprotokoll 24

a)

Valin - Val - V - hydrophob - neutral

Isoleucin - Ile - I - hydrophob - neutral

Arginin - Arg - R - hydrophil - basisch

Glutaminsäure - Glu - E - hydrophil - sauer

Asparagin - Asn - N - hydrophil - neutral

b)

Phenylalanin (hinzufügen einer Hydroxygruppe durch Phenylalanin-Hydroxylase in Leberzellen)

Phenylalanin + O2 + Tetrahydrobiopterin (BH4) → Tyrosin + H2O + Dihydrobiopterin (BH2)

c)

Phenylalanin-Hydroxylase in Leberzellen gehört zu den Monooxygenasen (oder auch Hydroxylasen)

a)

Glycerin (Grundgerüst) und 3 Fettsäuren die durch Esterbindungen an der Carboxylgruppe am Ende der Fettsäuren verknüpft werden

b)

Es entstehen freie Fettsäuren und Glycerin, die Fettsäuren werden über das Blut ins Gewebe transportiert um dort in den Mitochondrin durch die ß-Oxidation zu Acetyl-CoA abgebaut zu werden, dieses wird dann im Citratzyklus verwertet. Das Glycerin wird in die Glykolyse bzw. Gluconeogenese eingespeist indem es zu Glycerinaldehyd-3-phosphat umgewandelt wird

c)

Carnitin-Shuttle

Durch ATP zu AMP Spaltung wird die Fettsäure mit CoA-SH verknüpft das Acyl-CoA wird mit Carnitin durch Carnitin-Acyl-Transferase I zu Acylcarnitin und CoA, kann dann durch die Tranlokase in die Mitochondrien-Matrix und wird dort durch die Rückreaktion durch Carnitin-Acyl-Transferase II wieder zu Acyl-CoA und das Carnitin wird wieder ins Cytoplasma transportiert.

a)

Elektronen: NAD+ (Nicotinamidadenindinukleotid) und FAD (Flavinadenindinukleotid)

Phosphorylgruppen: ATP (Adenosintriphosphat)

CO2: Biotin

C1-Einheit: THF (Tetrahydrofolat)

b)

Pyruvat-Dehydrogenase Komplex

Hexokinase

Pyruvat-Carboxylase

Serin-Hydroxymethlytransferase [Serin + Tetrahydrofolat —> Glycin + Methylentetrahydrofolat + H2O]

Methionin-Synthase [Homocystein + N5-Methyltetrahydrofolat —> Methionin + Tetrahydrofolat]

c)

Vitamin B12 (Cobalamin) mit N umringtes Cobalt+

auch wichtiger Co-Faktor der Methionin-Synthase, das Cobalamin wird von Bakterien im Darmtrakt von Tieren synthetisiert und dann durch die Nahrung aufgenommen

a)

Inositolring (C-Ring mit OH an allen C) aber mit Phasphaten am C4 und C5 und am C1 das Phosphat mit Glycerin verknüpft an den beiden frien OH Gruppen des Glycerins jeweils Fettsäuren angehängt

b)

PIP2 kann durch die Phospholipase C (PLC) zu Inositol-1,4,5-triphosphat (IP3) und Diacylglycerol (DAG)

c)

Phosphoinositid-Signalweg (GPCR wird durch extracellulären Liganden aktiviert und aktiviert PLC, IP3 aktiviert Calcium Freisetzung durch Binden an Rezeptoren am ER und DAG bleibt in Membran und aktiviert Protein-Kinase C

Protein-Kinase-C-Signalweg (PKC-Signalweg) Aktivierung durch DAG und Verstärkung durch Calcium, Phosphrylierung von Zielproteinen und dadurch zelluläre Antwort (Zellproliferation, Differenzierung, Apoptose und Zellmotilität)

a)

Posttranslationale Modifikation

Interaktion mit Liganden und Co-Faktoren (allosterische Effekte)

Regulation durch zelluläre Signalwege (induzierte PTMs oder direkte Protein-Protein Interaktion, Demaskierung, Translokation)

Regulation durch Proteolyse, Inaktivierung, Genetische Regulierung durch weniger oder mehr Neusynthese, Chaperone …

b)

Ort und Zeitpunkt, in Prokaryoten unmittelbar bzw. noch während Transkription direkt weil beides im Cytoplasma bei Eukaryoten erst Prozessierung und Transport der mRNA und dann Initiation der Translation im Cytoplasma

Spezifität des Start-Codons, bei Eukaryoten neben AUG auch alternative Startcodons die für Methionin codieren

Shine-Dalgarno-Sequenz bei Prokaryoten kurz vor Start-Coden hilft bei Bindung des Ribosoms, bei Eukaryoten fehlt diese, dafür helfen eine vielzahl an Initiationsfaktoren (bsp. eIF2)

Kappenstruktur an mRNA in Eukaryoten

Zusammensetzung des Initiationskomplexes, z.B. bei Prokaryoten direkt ablesen weil direkt am Startcodon bei Eukaryoten erst durchlaufen der mRNA bis Startcodon gefunden wird, größe der Ribosomalen Untereinheiten …

a)

Interdisziplinäres Forschungsfeld, das Methoden aus der Optik und der Genetik kombiniert, um die Aktivität von Zellen durch Licht zu steuern. Die Verwendung genetisch kodierter Elemente (Lichtsensitive Protein aus Pflanzen Bakterien und Pilzen) zur Steuerung biologischer Prozesse durch Licht.

b)

Beispiel Opto-C-RAF, normalerweise erfogt die Dimerisierung von C-Raf durch die Aktivierung von RAS, das Blaulicht-sensitive Protein CRY2 kann an C-RAF gekoppelt werden und bei Blaulicht induzierter Dimerisierung hat das den selben Effekt auf C-RAF wie die Aktivierung durch RAS, nämlich die Phosphorylierung von MEK und dadurch ERK welches Einfluss auf die Gene-Expression hat.

Extra:

Licht induziert Hetero- oder Homodimerisierung oder Clustering, auch Befreiung von vorher gebundenen Einheiten oder Liganden möglich (uncaging)

Mehrere Lichtschalter für verschiedene Gene (Rot [PhyB und PIF6], Blau [CRY2] oder UV [UVR8] möglich aber kurze Wellenlänge regt auch teilweise die langwellen Sensoren an

c)

Wichtig für die Erforschung von Signalwegen, um den Effekt einzelner Protein im Signalweg unabhängig von upstream Regulatoren zu betrachen, deren Inhibitoren und andere Charakteristica.

Erforschung von Neuronenfunktionen.

Direkter Einsatz als Genschalter.

a)

Spaltung Trypsin Peptidbindung C-terminal von Lysin oder Arginin

b)

m/z = Masse zu Ladungsverhältnis deswegen wird die Intensität es Peaks erst noch mit der Ladung multipliziert um die Masse des Peptids zu erhalten, in einem Spektrum wo die Peaks 0,5 Abstand haben kann man davon ausgehen das die Ladung +2 beträgt, weil man die Masse ja verdoppeln muss und ein Abstand von 1 der nächsten Isotopenform entsprechen würde diese sich dann aber durch z teilt.

Wenn Abstand bei Peaks ca. 0,33 beträgt wäre Ladung +3.

“Der Abstand dieser Peaks zueinander beträgt annähernd ein Dalton, wenn die gemessenen Ionen einfach positiv oder negativ geladen sind. Sind die Ionen mehrfach geladen verringert sich der Abstand um 1/z u. Diese Eigenschaft ist vor allem für hochmolekulare Stoffe mit sehr hohen Massen von Vorteil, da sie, wenn sie mehrere Ladungen besitzen, bei geringeren Massen detektiert werden. Das Massenspektrum wird um den Faktor komprimiert”

c)

relative Molekühlmasse Mr = (m/z) * z – z * m(H+ )

301 x 2 - 2 x 1 = 600 Da

d)

Man muss Ionen-Massen im Fragmentspektrum seines Peptids kennen (Aminosäuremassen) und die Masse der verschiedenen Modifikationen nach denen man suchen will (z.B. Phosphorylierung) dann vergleicht man die Massen der b- und y-ionen und ab der AS die schwerer wird sollten alle folgenden Fragmente auch schwerer sein um das Gewicht der entsprechenden Modifikation.

Posttranslationale Modifikationen wie in höheren Eukaryoten ist einer der wichtigsten Gründe für pflanzenbasierte Systeme. Prokaryotische System haben diese Möglichkeit nicht und andere Eukaryotische Systeme wie Säugerzellen nicht extrem unwirtschaftlich, ineffiziert und anfällig wegen Kontaminationsrisiken. Die Modifikationen und auch korrekte Proteinfaltung sind aber extrem wichtig für die Aktivität und Stabilität der Biopharmaka.

Skalierbarkeit und Effizienz/Wirtschaftlichkeit. Kann sehr stark varrieren und wie immer erst in großen Dimensionen wirklich effizient, aber vorallem im Vergleich zu anderen Eukaryotischen Systemen ein deutlich effizienteres System möglich. Großen Mengen an Biomasse am besten durch die Nutzung von Sonnenlicht als Energiequelle.

Sicherheit und niedrigeres Kontaminationsrisiko. Sehr unwahrscheinlich das Humanpathogene ein pflanzliches Produktionssystem kontaminieren und die Systeme haben ein deutschlich besseres Abwehrsystem bzw. kann man sogar Abwehrmechanismen einbringen.

a)

Mikroalgen wie z.B. Cyanobakteria, Chlamydomonas, Diatoms werden können durch folgende Methoden manipuliert werden:

Natürliche Transformation, Elektroporation, Konjugation, Mikroprojektil (Biolistik)

Gen Integration (homologe Rekombination oder CRISPR/CAS)

Induzierbare Promotoren (Kontrolle von Produktions und Regulationsmaschinerie der Mikroalge) oder Riboswitches

b)

Riboswitches: mRNA die durch kleine Moleküle reguliert werden kann, Zugänglichkeit der (Ribosome binding site) RBS für das Ribosom verhindert oder gewährt Translation eines Proteins

c)

Ethanol Produktion aus Pyruvat durch Pyruvat Decarboxylase und Alkohol Dehydrogenase. Nur 2 Enzyme notwendig um aus dem zentralen Metabolit Pyruvat den Treibstoff herzustellen. Optimierung durch “Metabolic Engineering” um Bereitstellung von Pyruvat zu erhöhen und den Kohlenstofffluss und Redoxäquivalente auszugleichen.

Isobutanol and isobutaraldehyde Produktion auch direkt aus Pyruvat möglich aber 4 vEnzyme aus verschiedenen Organismen notwendig. RubisCO überexprimieren um mehr Kohlenstoff im Calvin Zyklus zu fixieren.

Ethylene ist weiter vom zentralen Stoffwechsel entfernt aber aus Methionine wird mit APC und EFE (ethylene forming enzyme) Ethylene.

a)

Die Sitzstange dient als Plattform, auf der Vögel landen können, während sie den Nektar aus der Blüte trinken. Durch das Gewicht des Vogels biegt sich die Stange und öffnet sich dadurch und gibt den Pollen frei (aus Staubblättern im inneren der Kronblätter) der an dem Nektar trinkenden Vogel haften bleibt. Bei der nächsten Blume befruchtet er dann den Stempel (Bestehend aus Griffel und Narbe) in der Mitte der Blüte. Die Blüte armt einen Paradiesvogel nach durch seine hellleuchtenden Kelchblätter.

b)

Flectofin / Flectofold, ist ein System durch Biegung des Rückgrates eine Fläche zu öffnen oder zu schließen, dies kann zur Beschattung von Gebäuden an der Fassade genutzt werden.