Altklausuren 24-25

1a)

• Isoelektrische Fokussierung

  • Proteine werden nach Ladung aufgetrennt

• DC (Dünnschichtchromatographie)

  • Adsorptionschromatographie

  • durch unterschiedliche Polaritäten der Substanzen mit der stationären Phase

• GC (Gaschromatographie)

  • beruht auf Adsorptions- oder Verteilungsvorgängen

  • Trennung durch Siedepunkt; durch Dampfdruck und Polarität

  • Temperaturgradient möglich

• HPLC (High performance liquid Chromatographie)

  • Mechanismen der Flüssigchromatographie: Adsorption, Massenverteilung, Ionenaustausch, Molekularausschluss oder stereochemischen WW

1b)

• Kationenaustauscher: tragen Carboxymethylgruppen, die bei neutralem pH negativ geladen sind.

  • binden positiv geladene Proteine

  • negativ-geladene und neutrale laufen durch.

-> bei pH 7 =Aspartat, daher deprotoniert, negativ geladen

-> bei pH7 =neutral. Zwitterion, daher elektrisch neutral

-> bei pH7 positiv. guanidinogruppe ebenfalls positiv.

=> zunächst Alanin. Da neutral geladen und klein am schnellesten.

=> Arginin ist positiv geladen aber größer, wodurch es etwas langsamer als ALanin durch eluiert.

=> Asparaginsäure bindet an der positiv geladenen stationären Phase des Kationenaustauschers und eluiert daher (mit abstand) als letztes durch den Kationenaustauscher.

1c)

• Anionenaustauscher: haben als stationäre Phase positiv geladene DEAE-Gruppen. Binden daher aus dem durchfließenden Gemisch anionische (negativ geladene) Protiene

-> die Immunglobuline können bei pH7 eluieren und müssen daher aus neutrale oder positiv geladen sein.

-> Serumalbumin bei pH4.

2a) Biotin

• Vitamin B7 = Vit H

• Gebraucht:

  -> einer der Cofaktoren der FS-Synthese -> Acetyl-CoA-Carboxylase

  • auch ATP und NADPH + H+ (Vit B3)

  -> bei Gluconeogenese: Pyruvat zu Oxalacetat durch Pyruvatcarboxylase

  -> Enzym nutzt Biotin als prostetische Gruppe, um eine Carboxylgruppe auf Pyruvat zu übertragen.

  -> beim AS-/ FS-Abbau durch Propionyl-CoA-Carboxylase

-> N1 von Biotin wird unter ATP-Verbrauch mit Carboxylgruppe (z.B. aus Bicarbonat) verbunden. Die aktivierte Carboxylgruppe wird übertragen.

= Biotin ist ein typischer C1-Baustein-Überträger

2b) Thiamin

• Vitamin B1

• Katalytisch aktive Form: TPP = Thiamindiphosphat/ Thiaminpyrophosphat

• Gebraucht:

  -> Pentosephosphatweg: Transketolase

  -> Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex

  • in MitochondrienMATRIX wird damit Pyruvat zu Acetyl-CoA decarboxyliert, dabei dient Thiaminpyrophosphat als Coenzym der Pyruvatdehydrogenase; spaltet CO2 ab.

3a)

• Erythrozyten und Nierenmark sind auf Glucose als Energielieferant angewiesen.

• Erys haben keinen Zellkern, daher keine Mitochondrien und können nur so an Energie kommen.

• Glykolyse!

  • Glucose + 2ATP -> 2 Glycerinaldehyd-3-phosphat

  • + 2 NAD+ + 4 ADP -> 2 Pyruvat + 2 NADH + 4 ATP

3b)

• Tripeptid bestehend aus: Glu (Glutamin), Cys und Gly

• Peptidbindung und Isopeptidbindung (Glu über Seitenkette, daher Gamma-Carboxylgruppe verknüpft)

-> Funktion: GSH-Peroxidase!

• daher zur Entsorgung von Peroxiden.

-> GSH-Reduktase

• umkehrreaktion

• NADPH + H+ wird dabei zurückgebildet zu NADP+

  
  

• rote Blutkörperchen benötigten viel Reduktionsmittel NADPH. Vor allem für Regeneration von Glutathion!

  -> wirkt als Antioxidans geg Peroxide!

  -> und zur Reduktion von oxidiertem Hämoglobin

3c)

• bei Trägern des Gendefekts für Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase (G6PDH) => Schlüsselenzym des Pentosephosphatwegs; werden Erythrozyten zu Schwachsetllen und es kann sich zu einer schweren hämolytischen Anämie entwickeln!

• bei bestimmten Medis oder verzehr pfl. Produkte wie Favabohnen, führen zur erhöhten Produktion von Peroxiden! Damit zur massiven Oxidation von Membranlipiden und zum beschleunigten Erythrozytenabbau.

(Vorteil: Selektions: Schutz vor Malaria)

-> Zellzykluskontrolle

• Zellen, die einer ionisierenden Strahlung ausgesetzt werden, unterbinden gezielt den Abbau von p53, das daraufhin akkumuliert und den Zellzyklus am Kontrollpunkt in der späten G1-Phase anhalten kann.

  -> Tumorsupressor: gewährt also der Zelle Zeit zur DNA-Reparatur und verhindert fatale Auswirkungen einer fehlerhaften DNA-Replikation in der S-Phase.

• p53 wirkt auch als transkriptioneller Regulator. Nach DNA-Schädigung kann dieser Transkriptionsfaktor in tetramerer Form direkt an den Promotor des Gens von CDK-Inhibitor p21 binden.

  -> dadurch wird die Expression von p21 hochreguliert.

• neben dem Cyclin-E-CDK2-Komplex am G1/S-Übergang hemmt p21 bei genügend hoher Konzentration durch den Cyclin-D-CDK-Komplex, der über den Restriktionspunkt in der späten G1-Phase wacht

  -> Zyklus hält an dieser Stelle an und giebt wiederum der Zelle Zeit für notwendige DNA-Reperaturen.

=> Sind alles Methoden zur Fragmentierung von Peptiden!

CID:

• collision induced dissociation

• Kollision mit Neutralteilchen (N2, Ar), vor Fragmentierung von Peptiden beschleunigt.

• gibt low- und high energy CID.

ECD:

• electron capture dissociation

• erzeugt primär b, c, y, z Ionen

• Elektronenbeschuss führt zur IOnisierung und anshcließender Fragmentierung

ISD:

• in source Decay

• direkte Fragmentierung durch thermische oder radikalinduzierte Bindungsspaltung in der Quelle

• Probe muss möglichst rein sein, da keine Ionenselektion möglich.

PSD:

• post source decay

• Zerfall metastabiler Analyten in feldfreier Driftstrecke durch Beschleunigung (Stoßaktivierung)

a)

• Prostetische Gruppe: Häm

  -> Protoporphyrin IX-Einheit (Tetrapyrrolring) mit Fe2+ komplexiert

• das Eisenion der Hämgruppe ist über Histidin an die Proteinmatrix gebunden.

  • T- und R- Zustand: Konformationsänderung der Untereinheiten wenn Sauerstoff bindet. Fe2+ wird in die Ebene des Häm- Rings gezogen. der proximale Histidinrest wird mitgezogen und über die Helix F wird eine Konformationsänderung induziert.

b)

• Myoglobin!

c)

• Hämoglobin ist bei niedrigem Sauerstoffgehalt des Blutes wenig gesättigt, bei hohem allerdings hoch.

  • eine protoporphyrin-IX-EInheit bindet in ihrem Zentrum ein Fe2+. 4 der 6 möglichen Koordinationsstellen des 2-wertigen Ions werden dabei besetzt. Die restlichen 2 von Histidin (Anker der Proteinmatrix) und O2

• Myoglobin ist dagegen schon bei niedrigem O2-Partialdruck hoch gesättigt.

• das O2-Bindungsvermögen von Hämoglobin ist in diesem Gewebe stark herabgesetzt, während das Myoglobin bereits ein starkes Aufnahmevermögen zeigt. So bleibt der Sauerstoff in der Muskelzelle und wird nicht wieder abtransportiert.

• das Hämoglobin kann dann ungesättigt wieder in Richtung Lungenkapillaren geführt und erneut gesättigt werden.

-> Kombination ermöglicht den Übertrag von Sauerstoff von Häm auf Myoglobin im vorerst hypoxischen Muskelgewebe.

7a)

7b)

• Opsonierung ist der Prozess der “Markierung”. Krankheitserreger (z.B. Bakterien) werden durchs Immunsystem, d.h. mit Antikörpers (IgG) und Komplementfaktoren (C3b) markiert um diese für Fresszellen wie Makrophagen erkennbar zu machen.

• Die Opsonierung von Pathogenen: Dabei werden aktivierte Komplementfaktoren auf der Oberfläche von Pathogenen abgelagert, die durch Komplementrezeptoren von Phagozyten erkannt werden

8a)

• Promotor ist die Bindungsstelle für RNA-Polymerase. Startpunkt der Transkription. Ist ein Abschnitt der DNA, der die Expression eines Gens reguliert

8b)

• Die Prozessierung erfolgt im Zellkern und umfasst drei Reaktionen: 

  -> 1. 5’Capping: Ein 7-Guanylrest wird an das 5‘-Ende der Prä-mRNA geheftet  

  -> 2. Spleißen: Entfernen der Introns und Verknüpfung der Exons (am Spleißosom)  

  -> 3. Polyadenylierung: Poly(A)-Schwanz aus 50-250 Adeninresten wird an das 3‘-Ende geheftet.

8c)

• RNA-Editing vergrößert wie die modifikation von primär-Transkripten durch alternatives Spleißen, die Zahl der Proteinbaupläne.

• RNA-Editing ist die posttranskriptionale Veränderung der Nucleotidsequenz einer mRNA

  -> das Editing kann die Instruktionen einer mRNA gezielt verändern und dem codierten Protein neue Eigenschaften verleihen.

• Alternatives Spleißen, variable RNA-Termination und RNA-Editing sind Variationen der Diversifizierung von Produktpaletten durch differenzielle Prozessierung ihrer Vorstufen.

8d)

• Transkriptionsfaktor = Protein, dass an definierte DNA-Sequenzen bindet und so die Transkription reguliert.

-> Bsp.: Tumorsupressor-Protein p53

• Tetramer mit dominant-negativen Effekt, d.h. eine defekte/mutierte UE resultiert in funktionslosem Tetramer

• reguliert Zellteilung und Differenzierung

• leitet Konz-bedingt den vorübergehenden Stillstand der Mitose ein, oder Apoptose der Zelle.

• bei Defekt/ inaktivierender Mutation erfolgt keine Apoptose = maligne Zellproliferation

-> limitierte Proteolyse = proteolytische Prozessierung

• Mechanismus der Aktivierung durch Spaltung einer oder weniger definierter Peptidbindungen

-> Aktivierung von Enzymkaskaden durch proteolytische Spaltung:

• Verdauungsenzyme

  • werden als inaktive Form =Proenzyme, synthetisiert und durch limitierte Proteolyse (=> Spaltung einer oder weniger definierter Peptidbindungen) in ihre aktive Form übergeführt.

• Blutgerinnungskaskade

  • 6 der Gerinnungsfaktoren sind Serinproteasen und ein wieterer Faktor eine Transpeptidase (FXIII). Alle liegen im Plasma als inaktive Proenzyme vor. Limitierte Proteolyse überführt sie in die aktive Proteaseform. AUch die Hilfsfaktoren FV und FVIII erlangen ihre volle Funktionalität erst durch limitierte Proteolyse - primär durch Thrombin.

    -> durch limitierte P. werden eine oder wenige Peptidbindungen der Zymogene gezielt gespalten. Nächste Ebene der Kaskade wird aktiviert.

• DNA-Polymerase I

  • durch limitierte P. kann ein großes C-terminales Fragment von 67 kd erzeugt werden, das 3´5´-Exonuklease, sowie Polymeraseaktivität besetzt

• Hormone/ -kaskaden

  • Proteohormone werden oft als inaktive Vorstufe hergestellt. Biosynthese von Insulin in eine prä-pro-Form, die erst nach proteolytischer Prozessierung die aktive Wirkform liefert.

  • Pro-Opiomelanocortin (POMC) (wird in der Adenohypophyse produziert) wird durch limitierte Proteolyse in die aktiven Hormone Adrenocorticotropes Hormon (ACTH), Melanocortin und beta-Lipotropin produziert.

• Eisen wird spezifisch durch Schwefel koordiniert. Durch Cysteinreste kovalent gebunden

• unabhängig von der Zahl der komplexierten Fe-Atome, können EIsen-Schwefel-Zentren immer nur 1 Elektron aufnehmen bzw. abgeben

  -> unterschied zu 2-Elektronen-Donoren wie z.B. FMNH2

Vorkommen:

• Aconitase

  -> 2. Schritt des Citratcyklus

  • Fe4S4-Zentrum

• Komplex I (= NADH-Dehydrogenase) der Atmungskette

  • hat als Cofaktoren FMN (Flavinomononucleotid), ein kovalent gebundenes Phosphopantethein und 8 verschiedene binucleäre => FeS2; und tetranucleäre => Fe4S4 = Eisen-Schwefel-Zentren.

  • diese Eisen-Schwefel-Zentren sind über Thiolgruppen von Cysteinresten der Polypeptidkette verankert

• Komplex III (Cytochrom-C-Reduktase) der Atmungskette

  • Eisen-Schwefel-Protein: Riske-Protein

11a)

• Km = Michaelis-Menthen-Konstante

  -> gibt die Substratkonzentration an, die bei Halbmaximaler Reaktionsgeschwindigkeit vorherrscht.

  -> beschreibt die Affinität eines Enzyms zu einem Substrat.

  -> je höher, desto geringer die Affinität

• Kcat = vmax/E0 = Wechselzahl

  -> je größer, desto höher die Produktbildung.

  -> geht darum zu erfahren, wie viele Substratmoleküle bei der Enzymsättigung pro Zeiteinheit umgesetzt werden.

• Kcat/Km

  • Maß für die kat. Effizienz. Dient dazu die Leistungsfähigkeit eines Enzyms zu beurteilen.

  • den, hohe Affinität bedeutet nicht gleich hohe Umsatzrate. Man standatisiert die Trägheit des Enzyms gegenüber dem Substrat mit seiner Umsatzrate.

-> bei einer kompetetiven Hemmung:

• vmx bleibt gleich

• Km nimmt zu

-> bei reversibler:

• Inhibitor und Substrat haben ähnliche Struktur, sie konkurrieren um das aktive Zentrum

= lineare (doppelt-reziproke) Darstellung der Enzymkinetik.

• umgeformte Variante der Michaelis-Menthen-Gl.. Diese lineare Funktion erleichtert die Auswertung experimenteller Daten.

-> um die Leistungsfähigkeit eines Enzyms zu beurteilen dürfen Km und kcat nicht getrennt voneinander betrachtet werden.

• enorm große Umsatzraten nützen nur dann etwas, wenn auch für Substratnachschub gesorgt wird. Das Enzym daher eine genügend hohe Substrataffinität besitzt.

• Maß für die katalytische Effizienz => der Quotient kcat/Km

=> Km und v(max) werden experimentell bestimmt über die Lineweaver-Burk-Gleichung. Bei diesem Diagramm wird die reziproke Geschwindigkeit zur reziproken Substratkonzentration aufgetragen. Ist eine lineare Darstellung der Michaelis-Menthen-Gl.

• Abzissenabschnitt = 1/vmax

• Steigung = Km/vmax

• kcat = vmax / [E]

  • E = Enzymkonzentration

1a)

-> SDS-Page dient der Trennung von Proteinen. Es lysiert die Cytoplasmamembran.

• SDS = Na-Dodecylsulfat; Page = Polyacrylamid- Gelelektrophorese

• ist ein anionisches Tensid (Detergens)

• denaturiert PROTEINE und maskiert deren Ladung.

  -> ermöglicht Trennung nach Größe => Molekularsiebeffekt/Größenausschluss

  -> die SDS-Proteinkomplexe sind negativ geladen und wandern zur Anode (+)

-> Prinzip:

• Basiert auf den Einsatz eines diskontinuierlichen Puffersystems mit zwei unterschiedlichen Puffern und Gelschichten

• Diskontinuität bezieht sich auf: Gelstruktur, pH-Wert der Puffer, Ionenstärke der Puffer, Art der Ionen im Gel und im Elektrodenpuffer.

1b)

• Trenn- und Sammelgel unterscheiden sich in:- Variation der Acrylamidkonz. - der pH-Bedingungen innerhalb des Gels

-> Sammelgel: pH 6,8 besteht aus 0,4% SDS und 0,5M Tris/HCl- hat größere Porengröße -> konzentriert Proteine in einem dünnen Band bevor sie ins Trenngel übergehen

• geringere Konzentration an Acrylamid => größere Maschenweite

• pH niedriger = pH 6,8 (IEP von Glycin aus Puffer), daher Glycin ungeladen und Cl- geladen. Die Molalität der zu analysierenden (als Polyanionen vorliegenden) Proteine ist zwischen dem Chlorid und Glycin einzuordnen.

  -> Chlorid gibt geschwindigkeit vor, der Rest folgt mit gleicher, konstanter Geschwindigkeit.

!Isotachyphorese!

-> Trenngel: pH 8,8 besteht aus 0,4% SDS und 1,5M Tris/HCl. -> hat kleinere Porengröße, Trennung der Proteine erfolgt nach ihrer Größe (weil Acrylamidkonzentration größer)

• höhere Konzentration an Acrylamid => engere Maschen

• pH 8,8 (höher), Proteine liegen als Polyanionen vor.

• Trennung erfolgt wegen unterschiedlichen Retentionsverhaltens begründet auf den unterschiedlichen Proteingrößen

=> Größenausschluss

2a)

• Skorbut resultiert durch Vitamin C Mangel. (Ascorbinsäure)

• zur richtigen Funktion benötigen die Hydroxylasen von Prolin und Glycin Vitamin C als Cofaktor!

  -> sonst fehlerhafte Biosynthese des Kollagens

• Prolinhydroxylierung: Cosubstrat ist alpha-Ketoglutarat, das unter oxidativer Decarboxylierung zu Succinat wird. Die Prolyl-4-Hydroxylase trägt ein Fe2+ im aktiven Zentrum, was während der Reaktion zu Fe3+ oxidiert.

  -> Cosubstrat Ascorbinsäure reduziert wieder zu Fe2+

  -> bei einem Defizit von Vit.C kann Reaktion nicht mehr stattfinden (Stillstand), keine ordentliche Prolin-Hydroxy-Kollagen. => Resultat: Kollagenmangel (Erkrankung Skorbut)

2b)

• Primärstruktur von Kollagen:

  -> um die außergewöhnliche Anordnung in eine Tripelhelix zu ermöglichen, besitzen Kollagenprotomere eine spezielle Primärstruktur, mit häufigem Sequenzmotiv Gly-Xaa-Yaa

  => Glycin - Prolin - Hydroxyprolin

  • Glycinanteil: 30%, (Hydroxy-) Prolin 22%

Tripelhelix von Kollagen: 3 alpha-Helices bilden für dich jeweils linksgängige Helix aus. 3 dieser linksgängigen winden sich umeinander zu einer rechtsgängigen Tripelhelix zusammen! Diese Verdrillung bewirkt, dass sich unter Zug KEINE Faser herauslöst.

• Kollagenbiosynthese:

  • Posttranslationale Modifikationen (PTMs) im Kollagen: Hydroxylierung, Glykosylierung, limitierte Proteolyse

  • dabei beteiligte AS:

    -> Prolin: hydroxyliert

    -> Lysin: hydroxyliert und glykosyliert

2c)

• Lysin (K) und Glutamin (Q) sind nicht-isobar, haben aber sehr ähnliche Molmassen

  -> K/Q-Unterscheidung durch HR-MS und Peptidabbau oder Derivatisierung möglich (AS-Analyse, Edmanabbau)

3a)

-> monoklonale AK:

• sind AK, die von einer einzigen B-Zelllinie produziert werden.

• SInd daher nur gegen 1 spezifisches Epitop eines Antigens gerichtet.

-> polyklonale AK:

• Mischung aus AK, die vom Serum immunisierter Tiere stammen.

• Die AK stammen daher von verschiedenen B-Zelllinien ab und richten sich gegen verschiedene Epitope eines AG.

3b)

-> Monoklonale AK:

• Maus wird mit AG immunisiert. Milz wird entnommen, Lymphozyten daraus gewonnen. Diese produzieren die AK gegen diverse Epitope des AG.

• differenzierte Lymphozyten werden mit permanent-wachsenden-Myelomzellen fusioniert (können selbst keine AK produzieren). Zellgemsich wird in HAT-Medium kultiviert.

  • Dieser enthält Inhibitor der Nucleotidsynthese Aminopterin und die Nucleotidderivate Hypoxanthin + Thymidin

• die fusionierten Zellen = Hybridomzellen. Sie werden durch Vereinzelung selektiert

  -> 1 Hybridomzelleproduziert einen einzigen AK-Typ (den ihr lymphozytärer ANteil vor Fusionierung produziert hat)

  => dieser monoklonaler AK lässt sich praktisch unbegrenzt erzeugen.

-> Polyklonale Antikörper werden hergestellt, indem man ein Tier (z. B. Kaninchen, Ziege, Esel) wiederholt mit einem Antigen immunisiert, das ein fremdes Protein, Peptid oder andere Moleküle sein kann. Das Immunsystem des Tieres produziert daraufhin eine Mischung aus verschiedenen Antikörpern gegen unterschiedliche Bereiche (Epitope) des Antigens. Aus dem Blut des immunisierten Tieres wird das Serum gewonnen, aus dem die polyklonalen Antikörper (eine Mischung verschiedener Antikörper) isoliert und gereinigt werden

3c)

• V = variable Region

  • sind die AG-Bindungsstelle

  • ist die Erkennungsregion; liefert ein strukturelles Gerüst für die hypervariable Schleife

  -> hypervariable-Region: 3 Stück. sind besonders variabel. DIe hypervariablen Regionen der schweren und leichten Ketten liegen direkt nebeneinander und bilden zusammen die AG-Bindungsstelle

• C = konstante Region

  • funktionelle Einheit des AK.

  • verantwortlich für die Immunabwehr, d.h. Wirkungs- und Effektormechanismus

4a)

• die Na+-K+-ATPase schafft einen K+-Konzentrationsgradienten über der Zellmembran, der vom Cytosol zum Extrazellulärraum hin steil abfällt.

  -> Na+-K+-ATPase importiert K+-Ionen in die Zelle (Verhältniss 2 K+ pro 3 Na+)

  • exportiert gleichzeitig mehr Na+

  • ungesteuert diffundieren durch offene, ungesteuerte Ruhemembrankanäle K+ mit dem Konzentrationsgradienten aus Zelle raus.

    -> Intrazelluläre K+-Konzentration ist fast 30-mal höher als die extrazelluläre

4b)

• in einem Zyklus exportiert die Na+-K+-ATPase 3 Na+ und imporiert 2 K+. Dabei wird 1 ATP hydrolysiert.

• Na+-K+-ATPase erzeugen differenzielle Ionenverteilungen zwischen extra- und intrazellulär-Räumen und aufrechterhält.

• ist ein heterotetramer aus 2 großen katalytischen alpha-UE und 2 zusätzlichen (akzessorischen) beta-Ketten

• Pumpe hat mind. 2 verschiedene Konformationen, die zum Zellinneren/ Extrazellulärraum geöffnet werden. = Endo- und exo-Form

-> Endo-Form hat hochaffine Bindungsstellen für 3 Na+. Sobald Na+ bindet, katalysiert alpha-Kette unter ATP-Verbrauch die Autophosphorylierung eines Aspartatrests in der kat-alpha-UE.

-> Phosphorylierung treibt Pumpe in die exo-Stellung. Hat deutlich geringere Na+-Affinität, Na+ geht daher in den extrazellulärraum

-> exo-Form bindet nun 2 K+ mit hoher Affinität, was ihre Dephosphorylierung => Rückkehr der endo-Form ergibt.

-> Endoform hat geringe K+-Affinität und diese Ionen werden ins Cytoplasma abgegeben.

Wieso:

• elektrogene Pumpen. Zum Aufbau von Membranpot.

• stabilisieren Zellvolumen: Weil sie Ionen auspumpen, somit osmotisch bedingten Einstrom von Wasser entgegensteuern.

4c)

• hemmt man die Na+-K+-ATPase der Erys durch den Pumpeninhibitor Ouabain, so akkumuliert Na+ in die Zelle.

-> Intrazelluläre Osmolalität steigt

-> sekundär strömt Wasser in die Zelle bis sie platzt.

=> Lyse der Zelle

• Digitalis-Inhaltsstoffe: hemmen Na+-K+-Pumpe in der Plasmamembran von Kardiomyocyten

5a)

-> Mitochondrium = Kraftwerk der Zelle. Produzieren aus Nährstoffen und O2, ATP und CO2. Betreiben die Zellatmung

• äußere Membran

  • enthält spezielle Proteine für den Transport von Substraten in das innere.

• Intermembranraum

  • Protonengradient wird aufgebaut, der für ATP-Synthse an innerer Membran entscheident ist.

• innere Membran mit Einstülpungen (Cristae)

  • bei der oxidativen Phosphorylierung (=Atmungskette): Q-Zyklus im Komplex 3

    -> Komplex 3 übeträgt die von Ubihydrochinon gelieferten e- via Eisen-Schwefel-Zentren auf Cytochrom C und transportiert gleichzeitig 2 H+ über die innere-Mitochondrienmembran

  • oxidative Phosphorylierung

• Matrix

  • aerobe Glykolyse-> oxidative Decarboxylierung von Pyruvat: Pyruvat kat. durch Pyruvat-Decarboxylase zu Acetyl-CoA

  • Gluconeogenese: unter ATP-Verbrauch entsteht Oxalacetat

  • Citratcyklus

  • beta-Oxidation

  • Teile des Harnstoffzyklus

5b)

-> Atmungskette dient der Energiegewinnung aus Glucose (Aerober abbau von Nährstoffen)

-> Es werden 30 Moleküle ATP hergestellt

-> Komplex 1, 3 und 4 leiten Protonen aus der Matrix in den Intermembranraum (quasi das Cytosol der Mitochondrien), um mit dem Protonengradienten ATP-Synthese zu betreiben.

-> Die Enzyme sind in der inneren Membran. 

1. NADH wandert zur inneren Mitochondrienmembran und gibt dort elektronen an Komplex 1 (NADH-Dehydrogenase) ab. Dieses gibt dann die Elektronen an das Lipidmolekül Ubichinon (Coenzym Q10) ab welches sich IN der Lipiddoppelmembran befindet. Dabei wird Energie frei, die genutzt wird, um Protonen aus der Matrix in den Intermembranraum zu pumpen.

2. Komplex 2 nimmt Elektronen von FADH2 an wobei es zu FAD wird und Elektronen an das Ubichinon weiter gibt. Dabei werden KEINE Protonen in die Innnenmembran transportiert. 

3. Ubichinon transportiert seine Elektronen auf Komplex 3. Es leitet die Elektronen dabei an Cytochrom c weiter. (Cyt c ist auf der Außenseite der inneren Membran). Beim Weiterleiten der Elektronen findet Protonentransport statt. 

4. Komplex 4 erhält nun die Elektronen von Cyt c und überträgt sie zusammen mit Wasserstoffprotonen auf Sauerstoff, der zu Wasser reduziert wird (2e- + 2H+ + 1/2 O2 -> H20). Zusätzlich findet ein Transport von Protonen in den Intermembranraum statt. 

=> Über die Komplexe 1, 3 und 4 wurde ein Protonengradient aufgebaut. Der Komplex 5 (ATP-Synthasekomplex) transportiert die Protonen wieder in die Matrix wobei ATP freigesetzt wird. 

• aus 1 Glucose kommen 30ATP raus, wobei 2 ATP verbraucht werden.

6a)

• Vollblut ist das komplette Blut mit allen Bestandteilen.

• Blutplasma = Blutserum + Fibrinogen

  • also flüssige Blutbestandteile OHNE Hämatokrit

  • besthet aus Elektrolyte, Plasmaproteine, Nährstoffe, Abbauprodukte diverser Stoffwechselwege, Hormone

• Blutserum = Blutplasma, dass von Fibrinogen befreit wurde.

  • 91% Wasser

  • 7% Protein

    -> darunter 62% Albumin

    -> gamma-Globulin 17%

  • 2% Elektrolyte

6b)

• Blutplasma wird durch Zentrifugation von Vollblut gewonnen, dem vorher ein Gerinnungshemmer (z. B. EDTA, Citrat) zugesetzt wurde, um die Gerinnung zu verhindern.

• Blutserum wird aus Vollblut gewonnen, das gerinnen durfte; nach der vollständigen Gerinnung und Zentrifugation bleibt das Serum als Überstand übrig, dem das Fibrinogen und andere Gerinnungsfaktoren fehlen.

-> Der Hauptunterschied ist also das Vorhandensein von Gerinnungsfaktoren: Plasma enthält sie, Serum nicht, da es nach der Gerinnung gewonnen wird

6c)

• Grundlage des AB0-Systems (Mensch) sind Oligosaccharide der Glykoproteine und -lipide auf der Erythrozyten-Oberfläche.

• Alle Menschen besitzen die notwendigen Enzyme für 0-Antigen-Synthese

• Blutgruppe A: + spezifische Glykosyltransferase, die N-Acetylgalactosamin an das 0-Antigen anfügen

• Blutgruppe B: + andere Glykosyltransferase, die Galactose anknüpft

• AB: besitzen beide Enzyme!

-> wenn jemand kein A-Antigen, kein B-Antigen oder keines von beiden besitzt, bildet Körper AK gegen diese AG aus! => Erys werden zerstört. Hämolyse

• AB = Universalempfänger

• 0 = Universalspender

7a)

• Ketogenese = Ketonkörperbildung

• Ketonkörper entstehen bei Kohlenhydratmangel als Nebenprodukt der Fettverbrennung in den Mitochondiren der Leberzellen.

  • sind wasserlöslich

• bei Hungerzuständen oder auch bei verminderter Aufnahme von Glucose (Diabetes mellitus Typ I) =>!diabetische Ketoazidose!

  -> wichtiger Energielieferant für periphere Gewebe (Herz, Skelettmuskeln) und Gehirn bei Hunger! (können Blut-Hirn-Schranke überwinden)

  • werden abgebaut in Acetyl-CoA und in Citratzyklus eingeshcleust.

7b)

• Acetoacetat, Aceton, beta-Hydroxybutyrat (letzteres ist kein Keton)

7c)

• Hungerzustand:

  -> Leber

  • AS -> Glucose

  • Festtsäuren -> Ketonkörpern

  -> Fettgewebe

  • Triacylglycerine -> Fettsäuren und Glycerin

  -> Skelettmuskulatur

  • Fettsäuren -> CO2 + H2O

  • Proteine -> AS

  -> Herz

  • Fettsäuren -> CO2 + H2O

  • Ketonkörper -> CO2 + H2O

  -> Gehirn

  • Glucose -> CO2 + H2O

  • Ketonkörper -> CO2 + H2O

Ablauf des Fastens: => Hypoglykämie

• Tag 1:

  • Glucagon wird ausgeschüttet. Mobilisiert Triacylglycerine aus den Fettdepots und stimuliert die Gluconeogenese + den Fettsäureabbau durch beta-Oxidation in der Leber.

  • sekundär: hepatische Glykolyse wird abgeschaltet, wegen erhöhter intrazellulärer Konz. von Acetyl-CoA und Citrat

  -> wegen verminderter Insulinausschüttung, nimmt Muskel weniger Glucose auf + stellt um auf Fettsäureverwertung.

  • gesteigerte Proteolyse von Muskelproteinen gibt die Energiesubstrate für oxidative-Phoshorylierung + anaplerotische Intermediatefür den Citratzyklus + Alanin und Pyruvat für den Cori-Zyklus

    -> mündet in hepatische Gluconeogenese.

  • dieser Stoffwechselweg nimmt auch Glycerin auf, welches bei der gesteigerten Lipolyse im Fettgewebe anfällt.

  -> nach Tag 1, sind Glykogenspeicher (7000 kJ) aufgebraucht und Körper greift auf Fettdepots + Proteinspeicher zurück.

  -> Ziel ist die Aufrechterhaltung der Blutglucosekonz., diese darf nicht unter 2,2 mmol/l fallen, notwendig um SToffwechsel von Gehirn und Erys zu erhalten.

• Nach Tag 3:

  • Citratzyklus in Leber immer langsamer, da Gluconeogenese ihm Oxalacetat entzieht + anaplerotische Reaktionen wegen Abhängigkeit der Glykolyseprodukte nicht mehr nachkommen.

  • kommt zur zunehmenden Akkumulation von Acetyl-CoA aus der beta-Oxidation.

  • Leber verlegt sich mehr auf Ketonkörperproduktion. Acetyl-CoA -> Ketonkörpern und gibt diese Intermediate ins Blut ab

    => Acetoacetat und 3-Hydroxyputyrat

  • Hirnstoffwechsel stellt sich um. Ketonkörper werden immer mehr zur Energiegewinnung genutzt (von 30% -> 70%)

  • Herz deckt Energiebedarf dabei weitestgehend aus metabolisierung von Ketonkörpern.

  -> maximale Glucoseersparnis kann Proteolyse der Muskelproteine wieder auf 25% des Max-Wertes zurückgeführt werden.

8a)

• Aminoacyl-tRNA-Synthetase (daher mit ATP-Verbrauch) sind relevant für die Beladung der tRNA mit der jeweils korrekten AS.

• für jede der 20 prteinogenen AS gibt es mind. 1 Synthetase.

• Aminoacyl-tRNA-Synthase beladen unter ATP-Verbrauch die tRNAs, die durch ihre Sequenz und Struktur jeweils als Träger eines einzigen AS-Typs vorbsteimmt sind!

  -> Für jede AS, gibt es mind. 1 spezielle Synthase, die in einem ersten Schritt, eine aktivierte AS als Acyladenylat herstellt.

8b)

• Esterbindung am 3`-Ende der tRNA.

  
  

9a)

• P53: ein nukleäres Phosphoprotein, gehört zur Gruppe der Tumorsupressorproteine. Konzentrationsteigt bei Schäden an der DNA stark an. An Regulierung der Apoptose und DNA-Reperatur beteiligt →Tumorzelltod. 

• Es erfolgt eine Unterbrechung der Zellteilung in G1-Phase. Durch Expression von p21 wird Übergangaus G0 in G1-Phase gehemmt.  Bei fehlerhafter Replikation wird die Zellteilung während dem G2-Stadium unterbrochen.

9b)

• steuern phasenspezifische Genexpression innerhalb des Zellzyklus  

• katalysieren Phosphorylierung von RetinoblastomP

• roteinen (Genprodukte des RB-Tumorsupressorgens)  

• Konformationsänderung des RB-Proteins  

• Übergang von G1-Phase zur S-Phase durch Cyclin E

• Cyclin A → G2 ; Cyclin B → Start Mitose

9c)

• Mitochondrien sind die zentrale Schaltstelle beim intrinsischen Weg der Apoptose