AS
a) Benennen Sie die AS des Pentapeptids K-R-E-I-S und zeichnen Sie die Stukturformel dieses Peptids. Makieren Sie eine Peptidbindung.
b) Welche AS dieses Peptids kann phosphoriliert werden, welche acetyliert und welche methyliert. Zeichnen Sie die Strukturformel der jeweiligen AS in der modifizierten Form (pH=7,4). Wie ändert sich die Ladung der Seitenkette der jeweilingen AS durch die Modifikation?
a)
Lysin, Arginin, Glutamat, Isoleucin, Serin
b)
Phosphorylierung an Serin (Thr, Tyr) (—PO4[2-]) (2 fach negative Ladung)
Acetylierung an Lysin (—C(O)CH3) (Neutralisiert)
Methylierung an Lysin und Arginin (Methylgruppendonor SAM) (—CH3) (keine Ladungsänderung nur je mehr methyliert desto mehr hydrophob)
Signaltransduktion
a) Zeichnen sie eine Signalkaskade aus 5 Komponenten ausgehend von einem extrazellulären Liganden. Benennen sie die einzelnen Signalkomponenten und Signalmolekülklassen der 5 Komponenten.
b) Welche biologische Funktion kann durch den von Ihnen gezeichnete Signalweg reguliert werden ?
Ligand = EGF Wachstumsfaktor
Transmembranrezeptor = Rezeptortyrosinkinase-SOS-Komplex
Phosphrylierungskaskaden (Signal-Amplifikation) = RAS-RAF-MEK-ERK Protein-Kinasen
Effektoren = Transkriptionfaktoren für z.B. Zellwachstum
oder
Ligand = Adrenalin / Glucagon Hormone
7 Transmembranrezeptor
aktiviert Adenylat Cyclase
bildet zyklisches AMP = sekundärer Botenstoff
Desmaskiert Proteinkinase A durch Bindung an Inhibitor
Proteinkinase A aktiviert Transkriptionsfaktor CREB = Effektor
Differenzierung, Motility und Survival
Mobilisierung von Triacylglyceriden
Cofaktoren / Enzyme
Gezeigtes Molekül stellt Cofaktor für den Transport von Ein-Kohlenstoff-Gruppen dar
a) Geben sie den Namen des Cofaktors an.
b) Markieren sie die Positionen, an die C1-Gruppen verknüpft werden können
c) Nennen sie 2 mögliche C1 Gruppen.
d) In Säugerzellen sind 2 biochem. reaktionen abhängig von B12. Geben Sie für eine der beiden Reaktionen die reaktionsgleichung an. Nennen sie das Enzym und den von Vitamin B12-abgeleiteten CoFaktor
e) In welchen Zellen wird B12 synthetisiert ?
SAM - S-Adenosyl-Methionin
Die —S-CH3 Gruppe die den Unterschied von Methionin zu Homocystein macht
c)
Methyl-Gruppe übertragen auf DNA-Basen oder auch N-Atome von Aminosäuren
ansonsten Formyl = Aldehydgruppe oder Methylene transportiert von Tetryhydrofolat
d)
Umwandlung von Homocystein zu Methionin
5-Methyltetrahydrofolat + Homocystein ⇌ Tetrahydrofolat + Methionin
Enzym Methioninsynthase CoFaktor Methylcobalamin
andere Reaktion ist Umwandlung von Methylmalonyl-CoA zu Succinyl-CoA — Enzym Methylmalonyl-CoA-Mutase
Methylmalonyl-CoA + Adenosylcobalamin ⇌ Succinyl-CoA + Cobalamin
e)
nur in Mikroorganismen in Tieren
Lipide
a) Das Enzym HMG-CoA Reduktase katalysiert die Schrittmacherreaktion der Cholesterinbiosynthese. Geben Sie die Reaktionsgleichung an. Geben sie den ausgeschriebenen Namen von HMG-CoA an
b) Wie reguliert die Cholesterinkonzentration die menge an HMG-CoA Reduktase. Erklären Sie den Mechanismus.
c) Nennen sie 2 Molekülgruppen die sich von Cholesterin ableiten
3-Hydroxy-3-Methylglutaryl-Coenzym A
ß-HMG-CoA + 2NADPH + 2H+ —> Mevalonat + CoA-SH + 2NADP+
Bei hoher Cholesterinkonz. bindet Cholesterin den TF SREBP im ER, dadurch wird die Freisetzung von dem TF verhindert und dadurch die transkription der Gene für HMG-CoA Reduktase verhindert.
Gallensälze
Steroidhormone
Genexpression/Proteinbiosynthese
a) Wozu wird DNA footprinting verwendet ?
b) Erklären sie die Funktionsweise von DNA Footprinting mit Zeichnung
c) Beschreiben sie die einzelnen Schritte der Translationsinitiation in Prokaryoten & Eukaryoten
Analyse von DNA-Bindeproteinen
Mischung von DNA-Sequenz und DNA-Bindeproteinen, diese Interagieren mit der DNA. Dann wird mit DNAse die Sequenzen zerstückelt und die Teile im Agarose-Gel (Elektrophorese) visualisiert, an den Sequenzen wo Bindeproteine interagiert haben konnte die DNAse nicht wirken, in diesem Bereich entstehen daher keine Fragmente —> man hat den “Abdruck” der DNA-Bindeproteine (vergleichen mit Muster ungebundener Sequenz)
Pro: direkt an transkribierter mRNA bindet kleine 30 S RiboUE an Shine-Dalgarno-Sequenz und AUG, Initiationsfaktoren vermitteln und große 50 S UE bindet mit initiator tRNA mit Methionin
EU: erst mRNA prozessierung und Translokation, 5´Cap durch eIF erkannt und mit vielen Faktoren vermittelt an kleine 40 S UE mit Met-TRNAi, suchen mRNA nach Startcodon ab (ATP Verbrauch), dann große 60 S bindet
Synthestische Bio ?
a) Herstellung von AK: Wie konnen sie die kopienzahl eines AK-Gens in der Produktionszelle vervielfältigen, um eine erhöhte Expression zu bekommen ?
b) Beschreiben sie die funktionsweise eines Elisa zur quantifizierung von Proteinen mit Zeichnung
c) Beschreiben sie einen Ansatz aus der synthetischen Bio zur Vorbeugung von Krankheiten
d) Warum werden therapeutische AK fast ausschließlich in Säugerzellen hergestellt ?
/
Pflanzenbiotechnologie
Bitte beschreiben sie 5 Aspekte die ggf optimiert werden müssen, damit ein System zur Biopharmazeutika-Produktion geeignet ist
Produktions/Kultivierungsbedingungen
Standardisiert, anpassbare Bedingungen, Upscaling, Sicherheit (GMP-compliance)
Genexpression
Überexprimieren was benötigt, Deletieren was nicht um möglichst hohe Effizienz, richtige Promotoren, CRISPR/CAS
Translation, intrazellulärer Transport
optimierung von Sekretorischen Wegen für effiziente Aufreinigung, optimierung Signalsequenzen
posttranslationale Modifikation
Protein Faltung und PTMs sehr wichtig für biologische Funktion eines Proteins, Optimierung der Gylkosylierungsmuster, einbringen bzw. delitieren bestimmter Enzyme um Core-Glyko zu erhalten und an diese Humane Zucker anzubringen
Downstream Processing
Optimierte Aufreinigungsmethoden möglichst Kostengünstig, daher große Maßstäbe, Sicherheit!
Genetik
a) Wie kann die Ethanolbiosynthese in den Cyanobakteriellen Stoffwechsel integriert werden ? Nennen sie die im Metabolismus natürlicherweise vorkommenden Ausgangsverbindung und den Namen mindestens eines der speziell benötigten Enzyme
b) Was für funktionelle Genkategorien erwarten Sie für das Core-Genom einer Bakteriengruppe ?
c) Welche frei über das Internet erhältlichen Werkzeuge (Programme, Datenbanken) würden sie benutzen, um Hinweise herauszufinden, welche Funktion ein bisher experimentell nicht untersuchtes Genprodukt (Protein) hat und wie seine evolutionäre Verbreitung ist ? Nennen sie mind. 2 Beispiele für solche Werkzeuge !
Das Ausgangsprodukt zur Ethanolbiosythese ist gleichzeitig die Zentrale Verbindung des Hauptstoffwechselweges in Cyanobakterien, das Pyruvat. Es wird in der Glykolyse gebildet um dann eig in Acetyl-CoA umgewandelt zu werden und vollständig oxidiert zu werden im TCA. Stattdessen kann das Pyruvat durch die Pyruvat Decarboxylase zu Acetaldehyd und dann durch die Alkohol dehydrogenase zu Ethanol umgewandelt werden.
Alle Lebenswichtigen Gene und RNA Moleküle
—> Stoffwechsel, Regulation, Reparatur und Replikation, Zellteilung, Transkiption und Translation (auch alle tRNAs zur Proteinbiosythese daher auch RNA-Moleküle), Zellwand und Membranproteine
UniProt, NCBI (Blast, Pfam)
Bionik Bruchexperimente
a) Nennen sie die Formel zur Berechnung des axialen Flächenträgheitsmoments Iax bei einem runden Querschnitt und geben sie an in welcher Einheit Iax ausgedrückt wird
b) Nennen sie die Formel zur Berechnung des kritischen Biegemoments BM bei Astbiegung und geben sie an in welcher Einheit BM ausgedrückt wird
I = pi/4 x r^4 [m^4]
BM = a x Fcrit [Nm]
—> Bruchspannung rho = BM x r/I [Nm^-2]
Proteomik & Proteasen
a) Markieren sie in der folgenden AS-Sequenz Schnittstellen für eine Spaltung mit der Protease Trypsin
b) Sie messen folgendes Massenspektrum eines Protonierten Peptids: Welche Ladung trägt das Peptid-Ion
c) Berechnen sie aus dem in Aufgabe b gezeigten Spektrum die monoisotopische Masse des neutralen Peptids (gerundet auf ganze Zahlen in Dalton)
d) Ordnen sie den Schritten einer Proteomik-Analyse der linken Spalte jeweils eine der Aussagen rechts zu, indem sie mit strichen verbinden
Mit Jodacetamid…
Bei der Elektrospray-Ionisation…
Aus dem MS-Spektrum…
Mit Hilfe des MS/MS Spektrums…
Die Art & Anzahl einer posttranslationalen Modifikation…
Die genaue Position einer posttranslationalen Modifikation…
… wird die exakte Masse eines Peptids bestimmt.
…wird die Sequenz eines peptids identifiziert.
…wird aus dem MS/MS-Spektrums abgeleitet.
…werden Cysteinreste stabil modifiziert.
… wird aus dem MS-Spektrum abgeleitet.
…Werden Analyten protoniert und in die Gasphase überführt.
nach K und R
Ladung +4
751 x 4 - 4 x 1 = 3000 Da
Mit Jodacetamid……werden Cysteinreste stabil modifiziert.
Bei der Elektrospray-Ionisation……Werden Analyten protoniert und in die Gasphase überführt.
Aus dem MS-Spektrum…… wird die exakte Masse eines Peptids bestimmt.
Mit Hilfe des MS/MS Spektrums……wird die Sequenz eines peptids identifiziert.
Die Art & Anzahl einer posttranslationalen Modifikation……wird aus dem MS-Spektrum abgeleitet.
Die genaue Position einer posttranslationalen Modifikation…… wird aus dem MS/MS-Spektrum abgeleitet.
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