1. Aminosäuremetabolismus (5 Punkte)
A) Bennen Sie 3 enzymatisch katalysierte posttranslationale Modifikationen (1,5 Punkte).
B) Welche Aminosäure(n) können dabei modifiziert werden? (2 Punkte)
C) Nennen Sie drei Eigenschaften eines Proteins, die durch posttranslationale Modifikationen beeinflusst werden können (1,5 Punkte).
a) (b)
Phosphorylierung (Serin, Threonin, Tyrosin)
Glykosylierung (Asparagin [N-Glykosyliert], Serin, Threonin)
Ubiquitinierung (Lysin)
Acetylierung (Lysin)
Methylierung (Lysin, Arginin, Histidin, Glutaminsäure)
c)
Aktivität
Stabilität (Faltung, Multimerisierung, Interaktionen mit anderen Molekülen)
Zelluläre Lokalisierung
2. Fettsäuremetabolismus (5 Punkte)
A) Geben Sie die Reaktionsgleichung der Schrittmacherreaktion der Fettsäure Synthese an. Bennen Sie das Enzym, dass die Reaktion katalysiert (2 Punkte).
B) Wie wird die Aktivität dieses Enzyms reguliert? Nennen Sie zwei Mechanismen und beschreiben Sie diese kurz (1,5 Punkte).
C) Wie heißt der Cofaktor dieses Enzyms und welche Funktion besitzt dieser Cofaktor? (1,5 Punkt)
a)
Acetyl-CoA + CO2 + ATP —> Manoyl-CoA + ADP + Pi
Acetyl-CoA Carboxylase (mit Biotin)
b)
Allosterische Regulation (durch Citrat aktiviert, Palmitoyl-CoA hemmt)
Phosphrylierung durch AMPKinase hemmt ACC
Biotin, fungiert als Überträger des CO2
3. Phospholipide/Signaltransduktion (5 Punkte)
A) Zeichnen Sie die Strukturformel des Phospholipids Phosphatidylinositiol-4,5-Bisphoshat (0,5 Punkte).
B) Phosphatidylinositiol-4,5-Bisphoshat kann von einem Enzym in zwei „second messengers“ umwandelt werden. Bennen Sie das Enzym, dass diese Reaktion katalysiert, und die beiden Reaktionsprodukte (1,5 Punkte).
C) Nennen Sie zwei Klassen von Transmembranrezeptoren, die an der Stimulation von Signalkaskaden beteiligt sind (1 Punkt).
D) Nennen Sie für einen Rezeptortyp drei Schritte innerhalb der Signalweiterleitung (2 Punkte).
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
Inositol-1,4,5-Triphosphat (IP3)
Diacylglycerol (DAG)
durch Phospholipase C
G-Protein coupled rezeptors
Rezeptor Tyrosin Kinasen
d)
Schritte bei GPCR:
Ligandenbindung an extrazellulärem Rezeptor
Konformationsänderung der Transmembrandomänen und Aktivierung des G-Proteins in der Zelle (Austausch GDP zu GTP)
Effektormodulation, das G-Protein aktiviert z.B. (häufig über weitere Signalkaskaden) Enzyme oder Ionenkanale was zu zellulärer Antwort führt
4. Genexpression/Proteinbiosynthese (5 Punkte)
A) Geben Sie ein Beispiel für einen synthetischen Genschalter und erklären Sie seine Funktionsweise (2,5 Punkte).
B) Was ist ein Chaperon? Geben Sie ein Beispiel und erläutern Sie schematisch die Funktionsweise (2,5 Punkte).
Das Tet-Off System (auch möglich als Tet-On)
Der Tet-Operator wird in der Promotorregion des Zielgens eingebracht. Ein Regulatorprotein der Tet-Transaktivator bindet in Abwesenheit von Doxycyclin (Tetracyclin) an den Operator und aktiviert so die Transkription des Zielgens. Bei Anwesenheit von Doxycyclin bindet dieses an den Tet-Transaktivator und verhindert so die Bindung an das Tet-Operon, die Aktivierung der Transkription bleibt aus und es kommt der Abschwächung bzw. Unterdrückung der Transkription der Zielgene.
Chaperone sind hauptsächlich Proteine, die der Polypeptidkette die bei der Tranlation synthetisiert wird durch verschiedene Mechanismen bei der Faltung zur richtigen Struktur helfen. Außerdem unterstützen sie bei der Tranlocation zu einer Zielorganelle oder Membran und können bei Stress wie z.B. Hitzeschock die Proteine schützen.
Bsp. GroEL/GroES
GroEL bietet dem Peptid hydrophoben Hohlraum
Bindung, Verschließen durch Deckel GroES, Raum für Faltung ohne unerwünschte WW, Öffnen und Protein mit korreter dreidimensionale Struktur
5. Glykobiologie (5 Punkte)
A) Zeichnen Sie schematisch die Core-Struktur von N-glykosidischen Glykoproteinen auf und benennen Sie die Kohlenhydrat-Bausteine (1 Punkt).
B) An welchen Aminosäureresten kann ein Protein mit der dargestellten Peptidsequenz N-glykosyliert werden? Markieren Sie alle möglichen N-Glykosylierungsstellen in der Sequenz (1 Punkt)
ASENRASQNISDMYKFVNSPDNDNGMQNKTEPADSIPTL
C) Wie lassen sich die N-glykosidischen Glykoproteine vom Komplex- und vom Hybrid-Typ durch Glykosidase-Verdau unterscheiden? Bennen Sie die verwendeten Enzyme und erläutern Sie kurz deren Spezifität (2 Punkte)
D) Nennen Sie ein therapeutisches Glykoprotein und seine Funktion (1 Punkt).
[Pepid]Asparagin mit 2 N-Acetylglucosamin (GlcNAc) dann Mannose die 2 weitere Mannose-Moleküle aufgeteilt bindet (Verzweigung) in Vorlesung kam dann jeweils ein weiteres GlcNAc aber auf anderen Internetseite was die Corestruktur nur bis Mannose Verzweigung
Das N-Glykosylierungssequon besteht aus der Aminosäure Asparagin (N), gefolgt von jedem anderen Aminosäurerest X, dann gefolgt von Serin (S) oder Threonin (T) und schließlich einer beliebigen Aminosäure außer Prolin X. Laut Wikipedia bei beiden X kein P, S oder T.
Unterschiedlichen Reaktion der Glykoproteine auf spezifische Glykosidasen. Die verwendeten Enzyme sind:
Endo-H (Endoglykosidase H) -> in Golgi/ER und spaltet zwischen den beiden GlcNAc —> Komplextyp
PNGase F (Peptid-N-Glykosidase F) -> spaltet zwischen Asn und GlcNAc —> beide Typen
Erythropoietin (EPO) -> Stimulierung zur Bildung roter Blutzellen (Therapie von Blutarmut) [bisher hauptsächlich in CHOZellen produziert]
Synthetische Biologie (5 Punkte)
A) Beschreiben Sie das Ribosome Display: einzelne Schritte und Anwendung (2,5 Punkte).
B) Beschreiben Sie Anwendung und Funktionsweise der Friendly Mosquitoes (2,5 Punkte).
?
Proteomik und Proteasen (5 Punkte)
A) Markieren Sie in der folgenden Aminosäuresequenz Schnittstellen für eine Spaltung mit der Protease Trypsin. Wie viele Peptide werden generiert? YIFRPSCVPLMRCAGCCGDEGLNCVPVDVYNVTMEIARIKPHQSQHIAHMSFLQHSKCDCHPG
B) An welcher Stelle der Sequenz befindet sich eine mögliche Glykosylierungsstelle? Unterstreichen Sie das dazugehörige Sequenzmotiv.
C) Im Massenspektrum eines protonierten Peptids haben Sie Peaks bei den folgenden m/z-Werten gemessen: 700; 700,5; 701; 701,5. Welche Ladung trägt das Peptid Ion?
D) Geben Sie den monoisotopischen m/z-Wert an.
E) Berechnen Sie die monoisotopische Masse des neutralen Peptids an (in Dalton).
C-Terminal Arginin (R) and Lysin (K)
YIFR//PSCVPLMR//CAGCCGDEGLNCVPVDVYNVTMEIAR//IK//PHQSQHIAHMSFLQHSK//CDCHPG
—> 7 Peptide
N-Glykosylierung = Asn (N) - X - S/T (X nicht Prolin oder S/T)
O-Glykosylierung weisen kein Sequenzmotiv auf als an Serin oder Threonin möglich
YIFRPSCVPLMRCAGCCGDEGLNCVPVDVYNVTMEIARIKPHQSQHIAHMSFLQHSKCDCHPG
Ladung = +2
700
e)
700x2 - 2x1 = 1398 Da
Pflanzenbiotechnologie (5 Punkte)
A) Pflanzliche Systeme können für die Produktion rekombinanter Biopharmazeutika eingesetzt werden. Bitte nennen Sie einen generellen Vorteil gegenüber der Produktion in Bakterien. Bitte nennen Sie auch einen generellen Nachteil gegenüber der Produktion in Säugertierzellen und begründen Sie ihre Antwort (2 Punkte).
B) Die Protein-N-Glykosylierung von pflanzlichen und Säugerzell-Produktionssystemen unterscheidet sich in verschiedenen Punkten. Welche Zucker besitzen Pflanzen, die in Säugern nicht vorkommen, welche fehlen in Pflanzen? Aus welchen Gründen können die verschiedenen Unterschiede problematisch sein? (3 Punkte)
Vorteil gegenüber Bakterien ist die Möglichkeit komplexe posttranslationale Modifikationen wie z.B. Glykosylierungen zu erreichen. Diese sind für die Wirksamkeit vieler Biopharmaka unabdingbar und diese chemisch an Bakerielle Moleküle anzuhängen ist teilweise nicht oder nur sehr aufwendig möglich.
Der Nachteil gegenüber Säugerzellen liegt in den komplexen Gylkosylierungsmustern, bei denen viele abweichend von denen in Säugerzellen auftreten. Diese abweichenden Zuckerreste lösen eine Immunantwort im menschlichen Körper aus und würden dem Organismus schaden statt zu heilen.
in Pflanzen vorkommen und in Säugetieren nicht vorkommen: Xylose und Fucose
in Säugetieren vorkommen und in Pflanzen fehlen: Sialinsäure (und Galactose in spezifischen Strukturen)
-> Immunogenität (kann Immunantwort im Menschen auslösen)
-> biologische Aktivität (ohne Sialysierung könnnte ein Produkt evtl keine Wirkung im Mensche haben)
-> Abbau, Stabilität (des Glykoproteins) —> Bioverfügbarkeit
9. Genetik (5 Punkte)
A) Was sind sogenannte „3rd generation biofuels“ und welche Vor- und ggf. Nachteile sehen Sie in deren Nutzung? (3 Punkte)
B) Was versteht man unter dem Begriff „Transcriptomics“ und welche zwei Methoden kann man ganz grob unterscheiden? (2 Punkte)
Kraftstoffe die aus nicht-essbaren Rohstoffen oder Abfallprodukten hergestellt werden. Kohlenstoff durch C-fixierende Pfalnzen insbesondere genetisch modifizierte Microalgen sehr interessant.
Die Vorteile überwiegen enorm wenn die Versorgung und Effizienz gewährleistet werden kann. Die Vorteile sind Energiebereitstellung aus unerschöpflicher Quelle (Sonnenlicht), Upcycling also entfernen und wieder Nutzung von Abfall, CO2 Bindung aus der Luft am Besten direkt Abgase einer Industrie nutzen und sehr viele mehr
Nachteil ist schlicht die schwere Umsetzung und der gigantische Bedarf an Energie der nach derzeitigem Stand durch diese Biofuels nicht gedeckt werden könnte. Die Produktionssysteme sind nicht robust genug und die Anpassungen die durch synthetische Biologie gemacht werden können binnen einiger Jahre [bisher] nicht Millionen Jahre Evolution ausgleichen die sich nach anderen Kreisläufen und Verbindungen gerichtet hat.
Ist die Analyse des Transcriptoms also aller RNA Moleküle innerhalt einer Zelle, eines Gewebes oder eines Organismus. Meta-Transkriptomics wäre für eine ganze (mikrobielle) Population. Unterscheidet sich von Proteomics da nicht alle RNA Moleküle für ein Protein codieren (ncRNA) und eine variable Regulation stattfindet vor der Translation.
Grob unterscheidet man zwischen Microarrays und RNA-seq.
10. Bionik (5 Punkte)
A) Welchen biologischen Zweck hat die Sitzstange bei der Blüte der Paradiesvogelblume? (2 Punkte)
B) Aus welchen Blütenteilen besteht diese Sitzstange? (3 Punkte)
Bietet Landemöglichkeit für kleine Vögel, durch den Biegemoment öffnet sich die Sitzstange und gibt den pollen frei der an dem Nektar trinkenden Vogel hängen bleibt und somit bei der nächsten Pflanze befruchten kann.
seitlicher Auswuchs, Flügel, Staubblätter (Pollenproduktion), Lamina, seitliche Rippe und zusammengesetzte Rippe
Bei der Blüte kommen noch die orangenen Kelchblätter hinzu (anlocken von Vögeln)
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