1) Pflanzen sind sehr unterschiedlichen Lichtbedingungen ausgesetzt auf die sie
innerhalb von Sekunden bzw. Stunden reagieren müssen. Eine Rolle hierbei spielt das
non photochemical quenching. Welche Rolle spielen hierbei die Xanthophylle
Violaxanthin bzw. Zeaxanthin.
Wenig Licht (pH 7.5)
==> Zeaxanthin —> Antheraxanthin —> Violaxanthin
in der Thylakoid Membran
Viel Licht (pH < 5.8)
==> Violaxanthin —> Antheraxanthin —> Zeaxanthin
Violaxanthin —> LHCII trimere breiten sich aus
Zeaxanthin —> LHCII trimere ziehen sich zusammen
2) Was ist der Auslöser der Photorespiration und welche zellulären Kompartimente sind
an dem Stoffwechselprozess beteiligt?
Auslöser:
Rubisco kann sowohl CO2, als auch O2 verstoffwechseln (bindet nicht selektiv). Wenn CO2-Mangel:
Mangelndes CO2 für Reaktion mit Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP) —> Reaktion mit O2 zu 2-Phosphoglykolat (giftig) —> Glycolate —> Zwischenschritte —> Glycerate —> Calvin-Zyklus
Verbunden mit Energieverlust (ca. 1/3)
Zelluläre Kompartimente:
-Chloroplast
-Peroxisom
-Mitochondrium
3) Die Ribulose-1,5-bisphosphat Carboxylase/Oxygenase (Rubisco) führt den
Carboxylierungsschritt des Calvin Cyclus durch. Als Substrat verwendet sie CO2 und
Ribulose-1,5-bisphosphat. Da sie neben CO2 auch O2 als Substrat verwenden kann,
kommt es je nach CO2 Konzentration zur Oxygenierung, wobei ein toxisches
Intermediat, das 2-Phosphoglycerat, entsteht. 2PGA muss aufwendig im Rahmen der
Photorespiration verstoffwechselt werden. Im Laufe der Evolution ist es nicht
gelungen eine Rubisco zu entwickeln, die keine Oxygenasereaktion katalysiert.
Allerdings wurden bei einigen Algen, Bakterien aber auch Landpflanzen CO2
Konzentrierungsmechanismen entwickelt, die das Problem der Photorespiration
mindern. Bitte benennen sie mindestens zwei Verfahren zur CO2 Konzentrierung und
beschreiben sie eines dieser Verfahren im Detail.
Mechanismen zur CO2-Konzentierung:
Cyanobacteria: Carboxysomen (Proteinstrukturen in denen CO2 gesammelt wird)
Algen: Pyrenoids (innerhalb des Chloroplasten)
Pflanzen: Phosphoenolpyruvat Carboxylase (speichert CO2 oberhalt von Rubisco)
Carboxisomen:
kann CO2 Konzentrationen von 1000x über Umgebungskonzentration haben
durch CO2 und HCO3- Transporter kommt anorganischer C in Zelle
Carbonic anhydrase wandelt HCO3- in CO2 im Carboxisom um
hat 20 seitige Proteinhülle welche CO2 Ausstrom verindert —> Rubisco in Carboxisomen
4) Wozu dient der cyclische e-Transport der Photosynthese? (mehrere Antworten
können korrekt sein)
5) Welche Rolle spielen die SWEET Proteine beim Assimilattransport in Pflanzen? (Nur eine Antwort richtig)
6) Viele Krebszellen führen die aerobe Glykolyse (Warburg Effekt) aus. Hierbei wird
Glukose zu Lactat und zwei Molekülen ATP verstoffwechselt. Gegenüber der
normalen Atmung ist der ATP Gewinn sehr gering. Warum führen Krebszellen
dennoch die aerobe Glykoyse durch.
poduziert viel schneller ATP (knapp 100 mal schneller als normale Zellen)
poduziert zusätzlich viele Intermediate,welche zum Aufbau von Proteinen, Lipiden, DNA benötigt werden —> viel benötigt, wegen schnell teilenden Zellen
7) Oncometabolite sind Stoffwechselprodukte, deren Menge in Krebszellen durch
Funktionsverlust- oder Funktionsgewinn spezifischer Enzyme, die an ihrer Synthese
beteiligt sind, deutlich zunimmt; die Anhäufung dieser endogenen
Stoffwechselprodukte initiiert oder erhält das Tumorwachstum und die
Metastasierung aufrecht. Ein Beispiel ist D-2HG. Aufgrund welcher Mutation wird D-
2HG gebildet und welche Auswirkung hat die Akkumulation von D-2HG auf den
Stoffwechsel?
Mutation:
-IDH1 Punktmutation (Cytoplasma)
-IDH2 Punktmutation (Mitochondrium)
Auswirkung:
-mutiertes IDH1/IDH2 wandelt alpha-KG um in D-2HG
==> Inhibition von alpha-KG-abhängigen Reaktionen
-Erhöhte histon-Methylierung
-Erhöhte DNA-Methylierung
-Beeinträchtigte Zell-Differenzierung
8) mTOR ist ein zentraler Regulator des Zellwachstums. Welcher der folgenden Faktoren
wirkt sich positiv auf die Aktivität von mTOR aus?
9) Eine Reihe Tumorzellen weisen eine erhöhte Expression des Enzyms Indolamin-2,3-
Dioxygenase (IDO) auf. Welche Reaktion katalysiert das Enzym und warum
entkommen IDO exprimierende Tumorzellen der Immunabwehr?
katalysiert die Reaktion von L-Tryptophan —> Kynurenine
unter anderem die Runterregulierung von L-Tryptophan bewirkt bei Cytotoxic T Lymphozyten:
==> Growth arrest
==> Apoptose
==> Block der Aktivierung
==> Block der Cytotoxizität
10) Welche Rolle spielt die Prolylhydroxylase (PHD) bei der sauerstoffabhängigen
Regulation der HIF1-vermittelten Genregulation? Bitte nur eine Antwort ankreuzen.
11) p53 ist ein zentraler Stoffwechselregulator. Unter anderem reguliert p53 die Aktivität
der Hexokinase, der Glucose-6P-DH und der Pyruvat-DH Kinase 2. In welcher Weise
reguliert p53 die genannten Enzyme (aktivierend/inaktivierend) und welche
Konsequenzen hat die jeweilige Regulation für den Stoffwechsel?
-p53 hemmt die Hexokinasen 1 und 2
==> Glykolyse (und Pentosephosphatweg) wird gehemmt (kein Glukose-6-Phosphat entsteht)
-p53 hemmt die Glukose-6-Phosphat-Dehydrogenase
==> Pentosephosphatweg wird gehemmt (keine Reaktion von Glukose-6-Phosphat zu 6-Phosphogluconat)
-p53 hemmt die Pyruvat-Dehydrogenase Kinase 2
==> TCA-Cycle wird indirekt aktiviert(hemmt Pyruvatdehydrogenase nicht, acetyl-CoA entsteht)
12) Worin unterscheidet sich die Pyruvat Kinase Isoform M2 von der Isoform M1 und
welche Konsequenzen hat dies für den Stoffwechsel?
PKM1
-Tetramer
-entsteht aus Exon 8, 9, 11
PKM2
-Dimer (niedrige Aktivität) —> hemmt die Entstehung von Pyruvat
-Tetramer (hohe Aktivität)
-entsteht aus Exon 8, 10, 11
==> Warburg Effekt (aerobic glykolyse anstelle von oxidativer Phosphorylierung)
==> Krebs Metastase
==> Epithelische Mesenchymale Transition (EMT)
13) Wie wirkt sich die Akkumulation von extrazellulärem Adenosin auf die Entwicklung
der Immunzellen aus?
APC-Zellen:
reguliert IL-12 runter
reguliert IL-10 hoch
=> Tolerogene APC-Zellen (führt zu Tolleranz in Organismus)
Teff-Zellen:
Effektorfunktion wird herunterreguliert
Treg-Zellen (unterdrücken Antwort des Immunsystems):
Immunregulatorische Aktivität wird hochreguliert
=> Anti-Tumor-Aktivität sinkt
14) Wie lässt sich der immunsuppressive Charakter von Lactat in der Umgebung von
Tumoren erklären? D-2HG
-Lactat hemmt die NK-Zellen
-Lactat fördert M2 Pentotyp Macrophagen —> EMT —> Metastasierung
-Lactat fördert MDSC —> hemmt NK-Zellen, hemmt T-Zellen
HIF1 abhängige Transkription bei Sauerstoffmangel und -verfügbarkeit erklären
Sauerstoff:
Hydroxylierung durch prolyl hydrolase (PDH) führt zum proteolytischen Abbau von HIF-α und zur
Unterdrückung der Expression HIF1 regulierter Gene.
Sauerstoffmangel:
prolyl hydrolase (PDH) bleibt inaktiv und HIF-alpha aktiv —> Transkription
Welche Auswirkung hat p53 auf Sachen?
p53 hemmt
-GLUT 1/3/4 (Glukose-Transporter)
-HK 1/2 (Glykolyse)
-IKK (indirekt Glukose-Transporter)
-PFKFB4 (indirekt Glykolyse)
-PGAM (Glykolyse)
-MCT1 (Laktat-Transporter)
-G6PD (Pentose-Phosphatweg)
-ME1 (Malat-Aspartat-Shuttle)
-PDK2 (indirekt TCY-Zyklus)
p53 aktiviert
-AIF
-SCO2
-GLS
-P53R2
Rubisco: warum müssen C3-Pflanzen viel mehr Rubisco herstellen als C4 Pflanzen oder Algen?
Haben keine Möglichkeit zur Anreicherung von CO2 für Rubisco
—> viel Photorespiration
—> braucht mehr Rubisco für CO2 (da kompetetiv für O2 auch verwendet)
C4 Pflanzen und Algen haben Möglichkeiten zur CO2 Anreicherung
—> Effizientere Nutzung von Rubisco
Tumordetektion oft über PET: welche Eigenschaft des Tumors dafür zugrundeliegend und welche Eigenschaft von [18F] 2-Fluoro-2-deoxyglucose dafür genutzt?
WARBURG-EFFEKT: Es wird ausgenutzt, dass Tumorzellen mehr Glukose aufnehmen
durch Hochreg. der G-Transporter zur aeroben Glukolyse -> weniger effizient -> mehr
G. benötigt (Respiration unterdrückt)
• FDG (Radiopharmaka) ist ein Glukoseanalogon -> dient der Hexokinase ebenfalls als
Substrat -> 6-Phospho-FDG (kein Substrat -> nicht weiter verstoffwechselt; nicht
permeabel) -> Akkumulatio/trapping kann sichtbar gemacht werden
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