Was ist die wesentliche treibende Kraft bei der initialen Faltung von zytoplasmatischen Proteinen?
hydrophobe interaktionen
Welche zwei kovalenten Bindungen stabilisieren eine Polypeptidkette?
Peptidbindungen und Disulfidbrücken
Wodurch wird primär die Sekundärstruktur stabilisiert?
Wasserstoffbrückenbindungen
(extra) Nennen sie zwei geladene Aminosäuren die bei pH7 mit der Seitenkette von Arginin eine Salzbrücke ausbilden können. Mit welcher Aminosäure können sie das Arginin ersetzen um die Salzbrücke zu erhalten?
Aspartat und Glutamat. Arginin kann durch Lysin ausgetauscht werden.
Wie groß ist ein typischer "Interaktions-Patch" zwischen zwei Proteinen?
2000 A^2 (echte Interaktion)
Sind solche "Interaktionspatches" typischerweise durch elektrostatische oder hydrophobe Wechselwirkungen gekennzeichnet?
hydrophobe
Ein für die Interaktion zwischen zwei Proteinen wichtiges Lysin wird aufgrund von Mutationen entweder gegen ein Arginin oder eine Glutaminsäure getauscht. Welche Mutationen können mit höherer Wahrscheinlichkeit die Bindung zwischen den beiden Proteinen stabilisieren und warum?
Arginin. Arginin und Lysin sind positiv geladen, somit bleibt die Bindung mit einer höheren Wahrscheinlichkeit bestehen
In der Zelle unterscheiden wir Membrankanäle und Membrantransporter.
a) Welcher von beiden erlaubt generell einen schnelleren Substratfluss?
Membrankanäle
Welcher von beiden bewegt Ionen entgegen ihres Konzentrationsgradienten?
Membrantransporter
Welcher von beiden besitzt eine Substratbindungsstelle?
Welches sind die zwei GTPasen, die die Elongationsphase der Translation treiben?
EF-Tu & EF-G
Einer der beiden Faktoren bindet zusammen mit GTP ein weiteres entscheidendes Molekül und bringt es zum translatierenden Ribosom. Um welchen Faktor handelt es sich und welches Molekül wird zum Ribosom geliefert?
EF-Tu liefert Aminoacyl-tRNA
(extra) An welcher Stelle (Name) und an welcher ribosomalen Untereinheit wird die mRNA dekodiert?
kleine Untereinheit (dekodiert) A-Stelle
Durch welches molekulare Prinzip (strukturelle Einheit) unterscheidet der Kaliumkanal KcsA zwischen Ionen mit geringen Ionenradius-Unterschieden?
Selektivitätsfilter
Welcher Vorgang erlaubt dem Kaliumion die Passage an dieser Stelle?
Absteifung der Hydrathülle und Koordinierung durch Carbonyl-Sauerstoffatome im Selektivitätsfilter (passive Diffusion)
Warum kann Natrium nicht durch diesen Kanal diffundieren?
Ohne Hydrathülle zu klein für Koordination. Mit Hydrathülle zu groß für die Kanalöffnung
Welche tonnenförmige molekulare Maschine hat 3´ nach 5´ Exonuklease-Aktivität zum Abbau von RNA?
Das Exosom
Welche tonnenförmige molekulare Maschine in Eukaryonten hat Protease-Aktivität, die für den Ubiquitin von Proteinen eingesetzt wird?
Proteasom
Warum sind diese Maschinen tonnenförmig und welche Enzymklasse sorgt in allen Organismen für die zum Abbau notwendige Entfaltung der Proteine?
Die RNA-Polymerase und das Proteasom sind tonnenförmig, um eine effiziente Substratbindung und -verarbeitung zu ermöglichen; die Enzymklasse, die für die notwendige Entfaltung der Proteine sorgt, sind die Chaperone. Die Hauptaufgabe AAA-ATPasen ( ich glaube: allgemeiner Unfoldasen nicht Chaperone, AAA+ Proteine sind eine Klasse von Unfoldasen)
Können Protein-Homohexamere eine Rotationssymmetrie zeigen?
Ja.
Gibt es kubische, hexagonale oder (OR) ikosaedrische Symmetrie in Proteinkomplexen?
Ja
Kann ein Protein-Homodimer spiegelsymmetrisch sein?
Nein
Welche zwei Filamente spielen für die Hauptrolle bei der Muskelkontraktion?
Aktin und Myosin
Welches der Filamente kann einen Kraftschlag (“power stroke”) durchführen?
Myosin
Woher kommt die Energie für diesen Kraftschlag (“power stroke”) gemäß dem Lynn-Taylor-Zyklus?
Durch die Freisetzung von ADP und Pi
Welches Chromophor bindet an Opsin?
11 cis Retinal
Ist die Bindung zwischen dem Opsin und dem Chromophor kovalent?
Wie nennt man das Opsin, wenn es an das Chromophor gebunden ist?
Rhodopsin
Was sind Tal-Effektor Nukleasen und wofür sind sie gut?
Transcription Activator-like Effector Nucleases, kurz TALENs, sind rekombinante Restriktionsenzyme, die als molekulare Scheren beim Genom-Editing angewendet werden. Diese Enzyme können so synthetisiert werden, dass sie sequenzspezifisch ein Gen an einer definierten Stelle ausschalten.
Für was verwendet man Calcium-Phosphat Transfektion zwischen kultivierten Zellen / Wie funktioniert CaPo-Transfektion + einen Vor und Nachteil
→ DNA vermischen mit Calcium-Phosphat → Niederschlag → (wahrscheinlich) Aufnahme durch Endozytose
→ Vorteil: sehr günstig, für große Kulturen möglich
→ Nachteil: Reproduzierbarkeit schlecht, oft weniger als 50% der Zellen transfiziert
Was sind konditionale Allele + ein Anwendungsbeispiel
Conditional alleles typically involve recombinase systems to permanently alter gene function.
Conditional gene expression systems often use inducible promoters to transiently control gene expression.
Was ist ein konditionales Allel?→Gen, das nur unter bestimmten Umweltbedingungen exprimiert wird.
→Hitzeschock-promoter (cre/loxP System)
Wie funktioniert der Mating Type switch von S. cerevisiae?
mat Gen in der Zelle wird geschnitten und mit HML oder HMR (dem jeweils anderen Geschlecht) "repariert", wodurch die Zelle zwischen den Mating Types a und alpha wechselt.
Du arbeitest mit synthetischer Biologie und möchtest Fettsäuren von ca. Länge 8 herstellen.
a) Denkst du das wäre prinzipiell auch ohne Gentechnik möglich und warum?
durch chemische Synthese oder natürliche Fermentation. Man könnte lange Fettsäureketten unter stress brechen und nach der Länge filtern.
Welchen Stoffwechselweg muss man dafür modifizieren?
Fettsäuresynthese
In der Praxis findest du beim Ergebnis auch Fettsäuren der Längen 6 und 10. 7 und 9 sind aber deutlich seltener. Warum?
Thioesterase hängt C2-Einheiten bei der Verlängerung der Fettsäuren an.
Wie ist bacterial artificial chromosome (BAC) aufgebaut und was ist seine molekulare Bedeutung?
Derivate des F-Plasmids. Kann große DNA-Fragmente propagieren/klonieren. Haben Selektionsmarker und Gene, die eine angemessene Verteilung auf die Tochterzelle sicherstellen.
Bei Genom Editierung kann man sehr spezifisch ein Gen in einer kultivierten Zelle ändern.
a) Wie kann man diese Änderung auf ein lebendes Tier übertragen
→ Crisper Editing der Stammzelle → künstliche Befruchtung → Selektion der Mosaik Tiere in Generation 1 → Kreuzung der Mosaik Tiere (Inzucht) → tada
b) Worauf muss man genau achten, wenn man ein Gen aussucht zum Editieren? (bezüglich Genom)
1. Einzigartigkeit der Zielsequenz – zur Vermeidung von Off-Target-Effekten.
2. Vorhandensein einer PAM-Sequenz – notwendig für Cas-Bindung (z. B. NGG bei Cas9).
3. Zugänglichkeit im Chromatin – nur offene (euchromatische) Regionen sind gut editierbar.
Was ist eine Genomik - basierte Analyse von polygen bedingten Eigenschaften
GWAS , QTL-Analyse
Welche Eigenschaft der Meiose erlaubt die unabhängige Analyse gekoppelt vererbte Gene (Gene auf gleichen Chromosom)
meiotische Rekombination
Erläutere kurz eine Methode für Aufgabe a), worauf basiert diese Methode
a.) Was ist eine Genomik - basierte Analyse von polygen bedingten Eigenschaften?
QTL-Analyse: Eltern Individuen werden ausgesucht, sequenziert und gekreuzt. Nachkommen werden nach der gewünschten Eigenschaft mit Selektionsdruck sortiert. Sequenziere Nachkommen und analysiere die Polymorphismen, die durch die Selektion angereichert wurden (Eltern-Generation als Kontrollgruppe)
Bei Pflanzen, was sind 3 Marker und wie kann man durch diese den Erfolg der Transfektion erkennen?
→ Resistenz gegenüber Antibiotika
→ Resistenz gegenüber Herbiziden
→ GFP (Green Fluorescence Protein)
Wir haben ein 1ha großes Weizenfeld, von dem man 10t Weizen ernten kann. Pro 1g Weizen sind 20 Körner enthalten. Pro Weizen-Genom 17Gb (Giga-Base). Mutationsrate von 10E-8 pro Generation. Wie viele treten auf einem Feld pro Jahr auf?
→ 17 * 10 ^9 * 10^(-8) → 170 Mutationen pro Genom
2 * 10^8 * 170 → 34 * 10^9 Mutationen
Nennen sie zwei geladene Aminosäuren Die bei PH sieben mit der Seitenkette von Arginin eine Salzbrücke ausbilden können. Mit welche Aminosäuren können Sie das Arginin ersetzen, um die Salzbrücke zu erhalten?
Glutaminsäure, Asperginsäure
Arginin könnte durch Lysin ersetzt werden
Kann Kryo EM Molekulare Auflösung erreichen? Werden für Kryo Em Kristalle der Makromoleküle benötigt? Sind große oder kleine Partikel besser geeignet für die Strukturanalyse durch Kyo EM?
Ja. Nein. Kleine Partikel sind besser geeignet.
Nennen sie mindestens zwei wichtige (Protein-) Domäne, die die Funktion von Kern-Hormonrezeptoren ausmachen?
Ligandenbindungsdomäne
Rezeptordomäne
Nennen sie je eine abgeschlossene, tonnenförmige, molekulare Maschine,
A. Proteine falten kann
B. Proteine abbauen kann
C. RNA abbauen kann
A. Thermosom
B. Proteossom
C. Exosom
DNA Abhängige RNA Polymerase 2 in eukaryoten
A. In welcher Richtung wird die RNA synthetisiert?
B. Werden Nucleosid-Mono, Di-, oder Triphosphate als Substrate verbraucht?
C. Was passiert im Falla der Arretierung der polymerase?
5’ -> 3’
B. NTPs
C. RNA Polymerase überwindet Arretierung durch Backtracking und Nucleolyse mit TFIIS
Nennen sie drei Gründe warum sich im Laufe der Evolution so viele makromolekulare Komplexe gebildet haben, die aus mehreren Untereinheiten bestehen.
Stabiler
Können größere aktive Zentren ausbilden
Höhere Geschwindigkeit und Effizienz
Ionenkanäle sind meist gesteuert (gated) genannt. Nennen sie drei prinzipiell unterschiedliche Arten, wie Ionenkanäle gesteuert sein können.
Voltage-gated
Ligand-gated
Mechanically-gated
Wie werden Transportvesikel an einer Zellmembran geformt?
Wie werden sie von dieser abgeschnürt?
Wie fusionieren sie mit der Zielmembran?
Transportvesikel werden von Hüllproteinen geformt.
Die Abschnürung erfolgt durch Dynamin
Die Fusion wird von SNARE-Komplexen vermittelt
A. Welche moderne strukturbiologische Methode, für die es 2017 den Nobelpreis gab, ist besonders für die Strukturbestimmung von großen molekularen Maschinen geeignet?
Cryo-EM, SPA
Kann diese Methode für Ribosomen molekulare Auflösung ( Seitenketten von Aminosäuren werden sichtbar) erreichen?
Zu welchem Zweck binden Ribosomen an die Membran des ER?
Proteintranslokation und Membranintegration
A. Welches Protein vermittelt den Sehprozess und woraus besteht es?
B. Was passiert, wenn ein Lichtquant auf dieses Protein trifft?
C. Wie wird das Signal dann weiter geleitet?
Rhodopsin = Opsin + 11-cis-Retinal
B. Isomerisierung von 11-cis-Retinal in die all-trans-Konformation
C. Konformationsäderung in Opsin führt zu Bindung von heterotrimeren G-Protein Transducin -> Signaltransduktion
Welche der genannten Proteinfaltungs-Helfer formen tonnenförmige Faltungskammern?
Hsp40, Hsp70, GroEL, TriC, Thermosom, Hsp90
GroEL, TriC, Thermosom
Chlathrin, Dynamin und SNAREs sind Proteinkomplexe, die beim Zelltransport eine Rolle spielen. Welche Prozesse werden von diesen Komplexen vermittelt?
Chlathrin: Hülle von Vesikeln bei Endo/Exocytose. Chlathrin formt die Vesikel.
Dynamin: Schnürrt Vesikel ab
SNAREs: Fusion von Vesikeln
Welche zwei Proteinkomplexe (Filamente) vermitteln die Muskel-Kontraktion. Was passiert wenn ATP nicht mehr regeneriert werden kann zb bei der Tetenstarre
Actin + Myosin
Wenn ATP nicht mehr regenerieren kann, bleibt der Myosinkopf an das Actin-Filament gebunden
Zu welcher Familie von Rezeptoren gehört Opsin?
Was ist der Unterschied zwischen Opsin und Rhodopsin?
Wie vermittelt Rhodopsin den Sehprozess?
Familie: GPCR
Unterschied: Rhodopsin = Opsin + 11-cis-retinal
Sehprozess: Isomerisierung 11 cis Retinal in all-trans Konformation -> heterotrimeres G-Protein aktiviert (Transducin) -> Signalweitergabe
Durch welches Primzip unterscheiden Ionenkanäle Ionen mit nur sehr kleinen unterschiedlichen Radius?
Welche strukturelle Komponente im Kallium Kanal KcsA gewährleistet diese Unterscheidung?
Welcher Vorgang erlaubt dem Kalium-Ion die Passage an dieser Stelle?
Prinzip: Absteifen der Hydrathülle
Strukturelle Komponente: Selektivitätsfilter
Vorgang: Carbonyl-Sauerstoffatome koordinieren K+
A. Welcher Rezeptor findet man abundant/reichlich an der postsynaptischen Membran der neuromuskulären Endplatte?
B. Welcher Ligand aktiviert ihn?
C. Öffnet oder schließt der Ionenkanal bei Ligandbindung?
Rezeptor: Nikotinischer Acetycholin-Rezeptor
B. Ligand: Acetylcholin oder Nikotin
C. Öffnung
In der Zelle unterscheiden wir Ionenkanäle und Ionentransporter.
Welcher von den beiden bewegt Inonen entlang ihres Konzentrationsgradienten?
Welcher von beiden weist einen alternierenden Zugangsmechanismus aus?
Welcher von beiden koppelt den Inonentransport an eine Energiequelle?
Bewegung entlang: Ionenkanäle
Zugangsmechanismus: Ionentransporter
Koppelung: Ionentransporter
Molekulares Gedränge “Crowding” in der Zelle.
A. Wie hoch ist die Proteinkonzetration in einer E.coli Zelle: zwischen 1-10 mg/mL; zwischen 10-100 mg/mL; größer als 100 mg/mL
B. Favoritisiert oder inhibiert “Crowding” die Bindung von Makromolekülen?
C. Was ist dieDiffusionszeit eines kleinen Proteins, um eine E.coli Zelle der Länge nach einmal zu durchqueren: 50 microseconds, 100 ms, 1s?
A. Höher als 100 mg/mL. In E.coli can200-300 mg/mL
B. Crowding favorisiert die Bindung von Makromolekülen
C. 50 mikrosekunden
In welchem zellulären Kompartiment findet Spleißing von mRNA statt?
Besteht das Spleißosom ausschließlich aus Protein oder ausschließlich aus RNA oder aus beiden Komponenten?
Welcher Prozess ermöglicht, dass aus einer Prä-mRNA unterschiedlich reife mRNAs und entsprechende Proteinprodukte entstehen können?
Zelluläres Kompartiment: im Zellkern
Besteht aus beidem
Alternatives splicing
Qualitätskontrolle von zellulären Prozessen:
A. Welche zentralen biochemischen Prozesse laufen in der Zelle mit 100%iger Genauigkeit / ohne Fehler ab?
B. Welche Aktivität kann die eukaryotische TNA-Polymerase nutzen, um ein falsch eingebautes Nukleotid wieder zu entfernen und anschließend ein korrektes Transkript zu erstellen?
C. Wenn an einer problematischen mRNA ein Tibosom steckengeblieben ist, welches Ereignis wird in der Zelle als molekulares Signal genutzt/erkannt, um Signalwegen zur Qualitätskontrolle auszulösen?
A. Keine
B. Aktivität: Backtracking, dann entfernt TFIIS-vermittelte Nukleaseaktivität die fehlerhafte Region und Pol II nimmt Synthese auf
C. Ereignis: Kollision von Ribosomen
Ordnen sie folgende Ionen nach der Größe ihres Radius: K+, Na+, H2O
Na+ < K+ < H20 Ohne Hydrathülle
H2O < K+ < Na+ mit Hydrathülle
Ionentransporter:
A. In welche Richtung eines Elektromagnetischen Gradienten werden Ionen hier bewegt?
B. Wird Energie für den Transport benötigt, und wenn ja, in welcher Form?
C. Wie bezeichnet man den zugrunde liegenden Mechanismus?
A. Richtung: Entegegen des elektrochemischen Gradienten
B. Energie: Ja, in Form von ATP-Hydrolyse oder Abbau eines anderen elektrochemischen Gradienten
C. Alternierender Zugangsmechanismus
mRNA Splicing in Eukaryoten:
A. Ist das Splicosome durch die gesamte Splicing-Reaktion vollständig assembliert, ähnlich wie das Rinosom während der Translation?
B. Wer trägt zur Splicesite-Erkennung bei Proteine, RNA oder beide?
C. Nennen Sie ein Beispiel für vom Splicosome unabhängiges Spleißen?
Nein, schrittweise dynamische Assemblierung/ Deassemblierung
B. Splicesite-Erkennung: Beide, Proteine und RNA trägt dazu bei
C. Splicosom unabhängiges Spleißen: Intron II, Ribozym
Nennen sie drei Arten von DNA Schäden
Einzelstrangbruch
Doppelstrangbruch
DNA-Mismatch
Was versteht man unter “Helikase”?
Welches Kosubstrat/Kofaktor wird für die Helikasereaktion benagt?
Enzym, welches die Stränge einer Nukleinsäuredoppelhelix trennt
Kofaktor: ATP
Nennen sie drei Kernhormonrezeptoren
MR
PR
TR
ER
In Eukaryoten existieren drei spezialisierte Hauptformen von RNA-Polymerasen. Nennen sie diese zusammen mit den Hauptprodukten
Pol I: rRNA
Pol II: mRNA
Pol III: noncoding RNA, tRNA
Nennen sie drei chemischen Modifikationen, die Lysin in Histonschwänzen als epigenetischen Informationen tragen können
Mono-, Di-, Tri-Methylierung
Acetylierung
Ubiquitinierung
A. Was versteht man unter dem “Kraftschlag” bei der muskelkontraktion?
B. Was ist die molekulare Basis dieses Kraftschlages?
C. Wird beim Kraftanschöag ATP Hydrolisiert?
Bewegung/Translokation des Actinfilaments relativ zum Myosinkörper
B. Relais-Helix wird ausgestreckt und Hebelarm bewegt sich 60• nach unten?
C. Nein. Beim Kraftanschlag wird ADP + Pi ausgestoßen. Beim Rückstellungsschlag wird ATP hydrolisiert
Die Emergiebilamz einer Assemblierungsreaktion wird mit der freien Entergie geschrieben.
A. Nennen sie die Gleichung, die beschreibt aus welchen Kompomemten sich die freie Energie ergibt
B. Für einige Komplexe ist die Assemblierungsreaktion im wesentlichen Entropie getrieben. Was bedeutet für die derartige Komplexe eine Temperaturerhöhung?
A. ^G = ^H - T ^S
H = Entalpie, T = absolute Temperatur, S = Entropieänderung
B. Stabilisierung
Massenspektromie. Wie heißen
A. Die Teilchen
B. Die zwei physikalischen Eigenschaften
Die mit der massenspektromie gemessen werden.
A. Ionen
B. Maße und Ladung
Nennen sie drei molekulare Maschienen, die durch Polymerisationsaktivität am Genomerhalt oder an der Genexpression beteiligt sind und ordnen sie diese nach ihrer Fehlerrate.
DNA polymerase (Fehlerrate 10^-9 pro basenpaar)
RNA Polymerase (10^-4 pro Basenpaar)
Ribosome ( 10^-4 pro Basenpaar) (schlechteste)
Nennen sie drei Methoden zur ungerichteten Genommutagenese
Chemische Mutagenese
Strahleninduzierte Mutagenese
Insertionsmutagenese
In der bakteriellen Translation
A. Welcher Faktor liefert die beladene tRNA an das Ribosom?
B. Warum spricht man hier von einem ternären Komplex?
C. Wodurch sind die An/Aus Zustände dieses Faktors auf molukularer Ebene charakterisiert?
A. EF-Tu
B. Ternärer komplex da drei Komponenten: EF Tu, Aminoacyl-tRNA, GTO
C. An: GTP-gebunden mit tRNA Affinität Aus: GTP-gebunden ohne tRNA Affinität
Nennen sie drei Vertreter der Familie von SMC Komplexen (Structural Maintenance of Chromosomes)
Condensin
Cohesin
BsSnc
Was passiert bei Rigor Mortis
ATP wird nicht mehr regeneriert, Ionenpumpen stellen Tätigkeit ein, Ca2+ diffundiert vom sarkoplasmatische Ritikulum ins Cytoplasma
Isolierende Wrikung des Troponins wird aufgehoben und Myosinköpfe binden stabil an Actin
Kontraktion und nachfolgende Erstarrung der Muskulatur
Welche Klasse der ATPasen formt in der Regel Hexameter Ringe?
B. Nennen sie zwei Bespiele und dazu zellulären/ biochemischen Prozess, an dem diese ATPasen beteiligt sind
AAA^(+)-ATPasen
B. 1. NSF, a SNARE disassembly 2. Spastin: microtubule severing
Nennen sie je ein Beispiele für eine molekulare Maschine, die eine relativ abgeschlossene Reaktionskammer für:
A. Proteinfaltunf
B. RNA-Abbau
C. Proteinabbau
Bilted
B. Exosom
C. Proteasom
Nennen sie die intrazellulären Konzentrationen für folgenden Ionen und den ungefähren pH Wert in einer Säugertierzelle:
Na+, K+, Ca2+ free, Cl-
pH bei allen ca 7.1 - 7.2
Na+ 14 mmol/l
K+ 150 mmol/l
Ca+ free 10^-4 mmol/l
Cl- 5 mmol/l
Welcher Terminus beschreibt die Stärke einer Interaktion zwischen zwei Proteinen?
B. Ist eine Assoziation mit einer Kd im hohen millimolaren Bereich physiologisch relevant?
C. Mit welchem Begriff beschreibt man die synergistische Assoziation von mehreren Proteinkomponenten, wobei sich die einzelnen Interaktionen gegenseitig verstärken?
A. Terminus: Affinität oder Dissoziationskonstante Kd
B. Nein. Je größer die Dissoziationskonstante, desto instabiler ist der Komplex. Einer hohe Kd heißt es bindet nicht lange -> instabil -> irrelevant
C. Kooperativität
A. Aus wie vielen Untereinheiten bestehen Ribosomen in allen lebenden Zellen und wie werden diese genannt?
B. Welche Untereinheit ist für die Dekodierung der mRNA verantwortlich und an welcher Untereinheit ist die Peptidyltransferase-Aktivität lokalisiert?
A. Aus 2 Untereincheiten ( große und kleine )
Bei Prokaryoten: 50S und 30S
Bei Eukaryoten: 60S und 40S
B. Dekodierung: 30S bzw 40S
Peptidyltransferase-Aktivität: 50S bzw 60S
A. In welchem zellulären Kompartiment zw Nerven und Muskelzelle befindet sich nikotinische Acetylcholinerezeptoren?
B. Was ist die zentrale biochemische Aktivität neben der Bindung von Acetylcholin?
C. Was ist die Folge von der Acetylcholin Bindung?
A. Synaptischer Spalt
B. Ligandengesteuerter Ionenkanal
C. Konformationsänderungen
In ihrer Bachelor Arbeit sollen die das Drosophila Protein “Crystalin” in der Linse vorhanden rekombinant exprimieren. Dieses Protein enthält folgenden Sequenz Abschnitt: NQARNQAQQLMEQFQQVQQQEQQRLQQEQQLR-D-LQRL
Warum könnte dieses Protein eine separate Phase bilden.
Erst Q rich die sauer sind, dann unterbrochen durch D -D- und dann Q,R richt -> 2 Phasen
Nennen sie zwei sequenzierungsbasierte Methoden und eine Fluoresenz-basierte Methode zur Bestimmung der in-vivo Struktur von Chromatin.
Sequenzierungsbasierte: CHIP, HiC
Fluoreszenz: FISH
Bei der Transkription eines proteinkodierten Gens in Eukaryoten entsteht zunächst ein freies Ende der polymerisierten mRNA:
A. In welcher Richtung polymerisiert die RNA-Polymerase II und handelt es sich daher um das 3’ oder das 5’ Ende der mRNA?
B. Wie wird dieses Ende vor Abbau durch Exonukleasen geschützt?
C. Welcher Teil der RNA-Polymerase II trägt zur Koordination dieser Reaktion bei?
5’ nach 3’, daher 5’ ende
B. Capping mittels Guanylyltransferase und Methyltransferase: N7-GMP Cap
C. C-terminale Domäne CTD der Pol II koordiniert Guanylyltransferase und Methyltransferase
Nennen sie drei Arten, wie Chromatinremodeller Nukleosomen verändern können
Verschieben
Ausstoßen
Rekonstruieren
A. Was ist eine Unfoldase-gekoppelte Protease?
B. Was ist der Borteil einer solchen Protease für den Abbau zellulärer Proteine?
C. Nennen sie ein Beispiel für eine Unfoldease-gekoppelte Protease in Bakterien und Eukaryoten?
A. Eine Protease, die mit einer regulatorischen Einheit gekoppelt ist, die abzubauende Proteine direkt in die Proteasekammer fädelt
B. Das erlaubt einen kontrollierten, signalabhängigen Abbau der Proteins
C. Bakterien: Clp Proteasen
Eukaryoten: 26S Proteasom
Manche Proteine können in lebenden Zellen eine separate Phase ausbilden. Wie können sie nachweisen, dass diese “Tröpfchen” immer noch die Eigenschaften von Flüssigkeiten haben?
Time-Lapse Mikroskope/Beobachtung über die Zeit: Tröpfchen fließen aufeinander zu und fusionieren miteinander
Eine große Gruppe von kleinen Molekülen kann die bakterielle Translation inhibieren
A. Zu welcher übergeordneten Klasse von bioaktiven Molekülen gehört diese Gruppe?
B. Was sind die zwei hauptsächlichen wirkorte dieser Moleküle am Ribosom?
A. Antibiotika
B. Die aktiven Zentren. Dekodierungszentrum an der kleinen Untereinheit, Peptidyltransferase-Zentrum der großen Untereinheit
Translation in Prokryoten
A. Welcher Faktor liefert die Aminoacyl-tRNAs an der elogierende Ribosom?
B. An welcher Stelle und an welcher ribosomalen Untereinheit wird die mRNA dekodiert?
C. Welche Konsequenz hat die GTP-Hydrolyse bei der Dekodierungsreaktion?
B. A-site in der 30S/40S Untereinheit
C. Konformationsänderung von EF-Tu
A. Welche molekulare Maschine ist Hauptziel für Antibiotika?
B. Wo in dieser Maschine sind die bevorzugten Bindungsstellen?
C. Sie haben eine virale Infektion, macht es Sinn, Antibiotika zu nehmen?
Bakterielles Ribosom
B. Aktive Zentren
C. Nein
Beschreiben sie in Stichworten die Methoden der Chromatin-Immunopräzipation.
Welche Molekülinteraktion kann hiermit nachgewiesen werden?
Fixierung der Proteine an die DNAs mittels Formaldehyd in vivo
Scheniden der DNA in kleine Fragmente
Immunpräzipitation der vernetzten Protein-DNA-Komplexe mit einem Antikörper und fluoreszierenden Marker
Filtern nach immunopräzipitierten DNAs / Antikörpern
Erhitzen und Lösung der Quervernetzung und damit der Proteine und DNA
DNA Sequencing
-> Analyse von DNA-Protein Interaktionen wie zB Histonmarkern oder Transkriptionsfaktoren
Nennen die die drei experimentellen Hauptmethoden zur Strukturbestimmung von Proteinen
Kryo-EM
Kristallstrukturanalyse
NMR
Nennen sie eine bei pH 7.0 basische, eine saure und eine aromatische Aminosäure
Lysin (basisch)
Glutaminsäure (saure)
Phenylalanin (aromatisch)
A. Wie viele Wasserstoffbrücken werden in einem A-T und einem G-C Watson-Crick Basenpaar gebildet?
B. Wie viele Basen enthält ein typisches Kodon?
C. Wie viele verschiedene Kodons können damit gebildet werden?
A. A-T: 2 Brücken
G-C: 3 Brücken
B. 3
C. 64 codierend 61
Wie sind G-Protein gekoppelte Rezeptoren aufgebaut?
7 Transmembran Helices
N-Terminus extrazellulär
C-Terminus intrazellulär
Sind an G-Proteine gekoppelt
Nenne sie drei Überbleibsel/Fossilien aus einer hypothetischen früheren RNA-Welt
Mitochondrien
Ribosomen
Lysosomen
Peroxisomen
Welcher Faktor liefert die Aminoacyl-tRNAs an das elongierte Ribosom?
B. A-site in der kleinen 30S40S Untereinheit
C. Konformationsänderung von EF-Tu, tRNA Dissoziation von EF-Tu, tRNS Akkomodierung
Nennen sie zwei Typen von Motorproteinen, die entlang von Mikrotubuli wandern und geben sie zwei Beispiele für deren Fracht.
Dynein, Kinesin, Myosin
Bsp: Mitochondrien, neutrale Vesikel
Welche beiden Nukleotid-Modifikationen trennen häufig tRNA und rRNA auf?
Methylierung
Desamidierung
Was versteht man unter einem Affinitäts-Tag?
Nennen sie zwei Bps
Kurze Aminosäuresequenz, mit deren Hilfe Proteine markiert werden können
Bsp. Immunofluoreszenz, Fluoreszierungsmarkierung
A. Was ist die Funktion von snRNAs?
B. Welche RNA Polymerase synthetisiert diese?
Wichtig für das Splicing
B. Polymerase 2
Wie nennt man allgemein RNA mit katalytischer Funktion? Nennen sie zwei Bsp
Ribozym.
Bsp. rRNA, self-splicing intron
A. Was versteht man unter den tautomeren Eigenschaften der Purin- und Pyrimidin-Basen in der DNA?
B. Wieso können diese Eigenschaften zur Mutagenese während der DNA-Replikation führen?
Aufgrund der Milieubedingungen der Zellen liegen Basen manchmal in einer “falschen” Form vor.
Dann kommt es zu veränderter Basenpaarung:
G-T
C-A
Dadurch kommt es dann zur Mutagese.
Was ist der unterschied zw allosterischer und kompativer Inhibition?
Allosterisch: verändert Bindetasche
Kompetitiv: bindet in Bindetasche
Molekülaustausch über Membranen
A. Bewirkt ein ligandengesteuerter Ionenkanal passiven oder aktiven Transport?
B. Aktiver Transport durch ABC-Transporter: welche Energie wird zum Transport genutzt?
C. Sind ABC-Transporter aktive oder passive Transporter?
A. Passiv
B. ATP-Hydrolyse
C. Aktive Transporter
Wohin orientieren sich hydrophobe Seitenketten in einem zytoplasmatischen globulären Protein und in einem Membranprotein?
Mit welchem Sekundärstrukturelement durchspannen typischerweise Membranproteine die zelluläre Plasmamembran?
Hydrophob: innerhalb Proteins
Hydrophil: Außerhalb des Proteinkerns
Sekundärstrukturelement: Helix
Wie kann man dynamische Aktivität in Proteinen messen?
Lichtmikroskopie, AFM
Zeitaufgelöste Methoden
FRET
A. Nennen sie drei gängige Filamenttypen des Cytoskeletts und ordnen sie diesen die drei Klassen von Motorproteinen zu.
B. Brauchen sie Energie? Wenn ja, in welcher Form?
A. Filamente: Dynactin, Actin, Mikrotubuli
Motorproteine: Dynein, Myosin, Kinesin
V. Ja, Hydrolyse von ATP
A. Nennen sie vier Arten nicht-kovalenter Kräfte zw Proteinen
B. Nennen sie zwei kovalente Bindungen zw Proteinen
A. Phospodiester, Peptid, Cystein-Cystein Disulfid Brücken
V. Nicht-Kovalent: elektrostatische Salzbrücke, Wasserstoffbrücken, van der Walls, hydrophobe Interaktionen
A. Was ist der Unterschied zw Nucleotid, Nukleosid und Nukleosom?
B. Aus welchen Untereinheiten bestehen Histone? Beschreiben sie wie die Untereinheiten die Histone formen?
A. Nukleotid = Base + Zucker + Phosphat
Nucleosid: kein Phosphat
Nusleosom: mehrere Nukleotide mit Histonen-Octamer
B. Histone liegen im Nukleus als Heterooctamere aus je zwei H2A-, H2B-, H3-, H4- Untereinheiten vor, die zsm mit der darum gewundenen DNA als Nukleosom bezeichnet werden
Nennen sie 3 Allosterie Modelle
MWC, zwingende Symmetrie
KNF, ohne Symmetrie, erlaubt negative Kooperativität
Manfred Eigens, generalisiert
A. Wie erfolgt die Termination im Ribosom?
B. Was ist ein Polysom?
A. Durch RF1/2/3, die für das Stop Codon kodieren
B. Mehrere Ribosome, die die gleiche RNA übersetzten
Welches Protein ist als”Tumor suppressor” bekannt?
p53
Nennen sie drei unterschiedliche Protease Mechanismen
A. Serien
Cystein
Asoartat
A. Was sind GPCR?
B. In welchen Mechanismen sind sie beteiligt?
C. Wie funktionieren sie?
A. G-Protein gekoppelte Rezeptoren. Große Proteinfamilie mit 7 transmembran Helices
B. Sie sind für Sehen, Riechen, Hormon-Antwort und Neurotransmitter-Signalverbreitung verantwortlich
C. 1. Bindung von Liganden (Adrenalin, Serotonin, Histamin) aktivieren GPCR
Signal wird auf ein G-Protein übertragen
3. aktiviert (GTP-Hydrolyse) das gebundene G-Protein
Nennen sie 4 Vorteile der Arabidopsis Thaliana als Modellorganismus
Sehr kleines Genom
Kurze Generationszeit
Einfache Kulturbedingungen
Genetisch transformierter
Welche Aktivität hat das cre Protein? Beschreiben die alle Substrate so wie die katalysierte Reaktion?
Das cre Protein is ein Enzym aus dem Bakteriophagen P1. Es katalysiert die Rekombination zweier DNA-Sequenzen. Das Substrat ist DNA und auch das Produkt ist DNA, da es drei verschiedene Reaktionen durchführen kann:
Exzision von DNA zw zwei loxP-sites
Integration von DNA zw zwei loxP-sites
Fusion von zwei DNA-Molekülen die jeweils eine loxP-Site tragen
Der HU-Proteinkomplex aus E.coli assoziiert und verpackt die bakterielle DNA
A. Aus welchen Protein-Bestandteilen besteht der Komplex?
B. Ist die DNA-Bindung Sequenz-spezifisch?
C. Welche übergeordnete Struktur bildet sich, wenn mehrere HU-Komplexe an ein längeres Stück DNA binden?
A. Aus ähnlichen, nicht identischen Untereinheiten
B. bindet doppelsträngige DNA ohne ausgeprägte Sequenz-Spezifität
C. Helikale Filamente, ist möglicherweise für Supercoiling verantwortlich
Das CRISPR-System ist eine Art adaptives “Immunsystem” von Bakterien gegen Phagen. Bitte beschreiben Sie kurz seine Funktion
CRISPR Loci = DNA Abschnitt mit sich wiederholender DNA
Innerhalb eines CRISPR Lokus sind alle repeat-Sequencen gleich
Die “spacer” sind alle unterschiedlich und tragen die Erkennungssequenz
Funktion: Erkennung und Spaltung von DNA bzw hochspezigische Nuklease
Der lambda-Phage mobilisiert seine DNA mittels des Enzyms Excisionase, welches die Rekombination zw der attL und attR site durchführt. Wie kann man dieses System erweitern und ausnutzen, um DNA-Fragmente zwischen zwei Berktoren auszutauschen?
Man kann das λ-Integrase/Excisionase-System nutzen, um gezielt DNA-Fragmente zwischen zwei Vektoren auszutauschen, indem man attL- und attR-Stellen an den gewünschten Austauschstellen in den Vektoren integriert. Durch Expression von Integrase und Excisionase wird eine gerichtete Rekombination zwischen attL und attR ausgelöst, wodurch das DNA-Fragment präzise ausgeschnitten und in einen Zielvektor mit kompatiblen att-Stellen eingefügt werden kann.
Was sind TAL Effektor Nikleasen?
Wozu können sie eingesetzt werden?
TAL= Transcription Activator-like Effector
Restriktionsenzyme, die als molekulare Schere beim Genome-Editing angewendet werden
Können Sequenzspezifisch ein Gen an einer definierten Stelle ausschalten
Bitte beschreiben sie KURZ den Tranfer von Plasmid-DNA in kultivierte Säugerzellen mittels Liposomen. Nennen sie je einen Vor- und Nachteil dieser Technologie
Künstliche, kationische Lipide bilden Liposomen, an/in denen sich die negativ geladene DNA anlagert. Diese Membran-ähnliche Strukturen können von der Zelle durch Endocytose aufgenommen werden.
Vorteil: gute Reproduzierbarkeit
Nachteil : hoher Preis
Wie kann man eine effiziente homologe Rekombination in E.coli erreichen?
Bitte nennen sie die Aktivität/Funktion der beteiligten Faktoren sowie ein Beispiel, bei dem diese Technik vorteilhaft eingesetzt werden kann.
Zwei Protein Systeme von Phagen, erlauben eine effiziente homologen Rekombination in E.coli:
RecE/T oder Reda/ß Proteine System von Phagen
RecE oder Reda spaltet 5’ -> 3’
Recht oder Redß bringt Single Binding Proteins
Bsp: Gen knock-out in E.coli, es kann ein mehrfach-knock-out Stamm generiert werden
Bsp: Gen knock-out in E.coli: Ersetzung on Zielgen mit Selektionmarker
In der PCR entstehen relativ häufig Mutationen durch Polymerase-Fehler. Wie können sie diese erkennen?
Gehen sie bitte auch drauf ein, wie sie einen PCR-Fehler von einem Sequenz-Polymorphismus im Ausgangsmaterial unterscheiden können.
Sequenzierung des genetischen Materials, das durch die PCR entstanden ist.
Die Sequenz mit einem Referenzgenom vergleichen
Sind in vielen KIonen die gleichen Unterschiede handelt es sich wahrscheinlich um ein SNP.
SNPs auch in Datenbanken zufinden
Nennen sie die drei Methoden, mit denen man DNA-Methylierungsstellen in einem Genom bestimmen kann
Restriktionsenzyme: wenn sie die Sequenz scheiden können ist sie zugänglich -> nicht methyliert
Bisulphite treatment: Wandelt Cytosim, wenn dieses methyliert ist, in Uracil um. Dies kann durch PCR nachgewiesen werden
mCIP: Antikörper gegen Methyliertes Cytosin
Welche drei molekularen Mechanismen regulieren den epigenetischen Status eines Genoms?
RNA interference
Histone modification
DNA methylation
Beschreiben sie in wenigen Sätzen die Methode der DNA-Sequenzierung nach der Sanger-Methode
Didesoxymethode nach Sanger
Hierbei geht man von einer markierten Oligodesoxynukleotid-Primer aus, der an den schon bekannten Sequenzbereichen des Moleküls hybridisiert
Dabei katalysiert eine DNA-Polymerase in vier parallelen Ansätzen die Synthese des komplementären DNA-Strangs
Der Sequenzierungsborgang besteht grundsätzlich aus drei Schritten ü: Denaturierung, Annealing und Extension
Beschreiben sie in wenigen Sätzen folgende drei Methoden, welche in der Genexpressionsanalyse verwenden:
A. Reportergene
B. Reverse-Transcriptase-PCR
C. Microarray-Analyse
A. Eine Reportergen is ein Gen, mit dessen Hilfe man die Expression eines anderen Genes verfolgen kann.
B. RNA wird in cDNA umgewandelt und dann mit PCR amplifiziert. Dabei werden fluoreszierende Marker bei erstellen der DNA eingesetzt.
C. Ein Mocroarray ist ein Chip der Oligonukleotide für bestimmte RNA trägt. Ist die komplementäre Sequenz in der Testprobe vorhanden is dieses auf dem Chip durch Photoaktivierung sichtbar.
Was versteht man unter den Begriffen Euchromatin und Heterochromatin? Nennen sie eine Region in Chromosomen, die als Heterochromatin vorliegt.
Euchromatin: transkriptionsaktiver, Gen-reicher, acetylierter Anteil des Chromatins; liegt in der Interphase des Zellzyklus in einer entspiralisierten, gelockten Form vor
Heterochromatin: hochspiralisierter, Gen-armer, deacetylierter Anteil des Chromatins
Heterochromatin bildet zB die Centromeren
Die genetische Veränderung von Organismen ist ein wesentliches Werkzeug zur Aufklärung von Genfunktion
A. Nennen sie zwei prinzipielle Möglichkeiten, mit denen Pflanzen genetisch verändert werden können
B. Im fall der Modellpflanze Arabidopsis thaliana gibt es ein sehr einfaches Verfahren, Keimzellen zu transformieren. Skizzieren sie ein Experiment, mit dem man unterscheiden kann, ob Pollen oder Eizellen oder beide transformiert werden
A. Physikalische Methoden, biologische Methoden
B. Floral-Dip macht die Transformation. Dabei wird die Blüte der Pflanze in eine Suspension, die Agronakterium tumefacies enthält getauscht
Zur Kontrolle wo die Transformation stattgefunden hat, Rückkreuzung mit dem Wildtyp und Einbringen eines Marker-Gens
Nennen sie zwei Methoden zur Selektion von transgenen Pflanzen / Arabidosis
Green Fluorescence Protein in Samenschale als Marker
Resistenz gegenüber Herbizid/Antibiotikum
Wie geht man bei einem chemisch genetischen Amsatz vor? Welchen Vorteil bietet dies gegenüber einem klassisch genetischen Ansatz? Nennen sie ein Beispiel, bei dem man diese Methode zur Aufklärung einer Genfunktion führte
Verfolgt das Ziel die Funktion der Genprodukte (Proteine) mit Hilfe von chemischen Substanzen aufklären
Vorteil: Bsp: Der biologische Effekt ist durch den Metabolismus meist reversibel
Bsp: Verwendung von Nocodazol, Toxal oder Colcemid zur Beeinflussung der Mikrotubulipolymerisation
Wie werden Insertionsmutanten von Arabidopsis thaliana als Grundlage für loss-of-function Mutationen erzeugt und annotiert?
Floral dip: Eintauchen der Aradopsis Blüten in Suspension von Agrobacterium tumefanciens -> Zur Kontrolle wo die Transformation stattgefunden hat, Rückkreuzung mit dem Wildtyp und Einbringung eines Marker Gens
Nennen sie drei Vorteile und einen Nachteik für die Nutzung von Saccaromyves cerevisae (Backhefe) als Modellorganismus
Vorteile: Einfache Kulturbedingungen
Ermöglicht haploide Ansätze
Verwanschaft der internen Zellstruktur zu anderen eukariotischen Zellen
Nachteile: Bei haploider Hefe ist jede Mutation in einem wichtigen Gen direkt lethal
Nach einer Mutagenese von Hefe erhalten sie drei Mutanten mit gleichem Phämotyp. Wie gehen sie vor, um festzustellen, wie viele Gene durch die Mutagenese getroffen werden
Komplementations-Analyse
Die Mutanten unetereinander Kreuzen
-> hetrozygote Diploide
Keine Komplementation -> beide Mutationen betreffen das gleiche Gen
Komplementation -> die Mutationen betreffen verschiedene Gene
Identifikation des Gens durch einbringen von komplementären Plasmiden
Erklären sie bitte das two-Hybrid-System
= Two-Hybrid-Screens
Protein X und Protein Y auf Wechselwirkungdn untersuchen
Protein X DNA-Bindende-Domäne, Protein Y Transkriptions-aktivierenden-Domäne
Wenn X an Y bindet, agiert das Komplex als Transkriptionsfaktor und aktiviert Reporter-Gen -> Suchen nach Reportergen Exprimierung gibt Ausschluss über Interaktion oder nicht
Nennen sie drei Eigenschaften eines Sog. “balancer” Chromosoms in Drosophila melangoaster
Homozygot letal
Trägt dominante sichtbare Marker
Verhindert meiotische Rekombination
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