Grundlagen I

der mRNA - Ribosomenbindestelle

Untranslatierter Bereich

kodogene Strang (Antisense)

falsch

rRNA

aufgrund spezifischer Faltung die vor Abbau schützt

• braucht Mg2+ als Kofaktor WAHR

• braucht Eisen als Kofaktor FALSCH

• ist nicht die einzige RNA Polymerase in Bakterien FALSCH

• braucht keinen Primer RICHTIG

• hat eine geringere Fehlerrate als die DNAPol FALSCH (DNA hat proof reading)

• Ist langsamer als die DNA Pol WAHR

5’ zu 3’

3’ zu 5’

Nach dem Stop Codon kommt es downstream zu einem Palindrom

Nach Übersetzung in RNA bildet diese eine Stammschleife aus die zur Termination führt.

Bei Übersetzung des Poly-U-Schwanz, wird die RNA DNA Bindung geschwächt und stört RNAPol Komplex.

Der Sigma-Faktor ist eine Untereinheit der RNA Polymerase und bildet mit den Untereinheiten alpha1, alpha2, beta und beta’ (welche zusammen das Kernenzym bilden) das Holoenzym. Der Sigma-Faktor erkennt die Promotorsequenz auf der DNA und kann so die Transkription eines spezifischen Gens einleiten.

Der Sigma-Faktor ist austauschbar, kann spezifische Gene erkennen und so die Genexpression beispielsweise an Stresssituationen wie Hitzeschock oder N2-Mangel anpassen.

Mycoplasma genitalium

Nein.

Targetgene von sigma70 sind Haushaltsgene

Transkriptionsinitation aller E.coli Gene derer Produkt unter normalen Bedingungen benötigt wird

-35/-10 Region (TATA)

Genname rpoD

aktiviert Targetgene bei Hitzeschock

Genname rpoH

-35/-10 Region (CCCC)

wird bei N2 Mangel aktiviert und induziert das Enzym Glutaminsynthetase

Genname rpoN

-24/-12 Region (TTGC)

etwa 60 Prozent der bakteriellen Genome in der EBIDatenbank besitzen einen putativen sigma54

Die Glutaminsynthetase verstoffwechselt Glutaminsäure und Ammoniumionen in Glutamin. Glutamin dient als Transport von Stickstoff (Ammoniak). Endogene Reaktion (ATP abhängig)

• Topoisomerase 1 schneidet einen Einzelstrang DNA Strang, fädelt den anderen Strang hindurch und ligiert den geschnittenen Strang.

• das tut sie ATP unabhängig

• sie kann so neg Superspiralisierung entwinden

• auch Gyrase genannt

• erzeugt einen Doppelstrangbruch

• das tut sie ATP abhängig

• legiert den Doppelstrang wieder

• erzeugt so neg Supercoiling

• Entwindung der DNA mit ca 10bp pro Windung

• führt zu Platzgewinn und besserer Ablesbarkeit

• die Superhelikalität der DNA beeinflusst die Bindung der RNA-Polymerase an den Promotor

• während er Replikation wird neg und pos Supercoiling entzeugt welche durch Topo I und II wieder ausgeglichen werden müssen

• Spacer (Region zwischen bsp. -35 und -10)

• GC (3WBB) oder AT(2WBB) Basenpaarungen am Transkriptionsstart +1

durch genetische Mutation am Promotor

dort ist die DNA von Mikroben effizient verpackt.

nein, die Verpackung erfolgt mithilfe von DNA Bindeproteinen

• Rosetten-Form

(Altklausurfrage) Nenne 4 Regulationsmechanismen von NAPs

Inhibierung durch Trapping

Sequenz down und upstream werden nurch NAPs gebunden und die RNApol gelangt so nicht an Transkriptionsstart

Inhibierung durch Silencing

NAPs binden am Promotor und blockieren diesen.

Aktivierung durch RNA-Pol Kontakt

NAPs interagieren mit RNA-Pol und stimulieren diese.

Loop-vermittelte Aktivierung durch RNA-Pol Kontakt

Loop induziert RNA-Pol Bindung an Promotor

Das HU kann als Dimer in die kleine Furche binden und die DNA so umhüllen und für eine Spiralisierung sorgen.

Der IHF kann durch seine beta Faltblätter an die DNA binden und sie so krümmen. IHF kann so die Interaktion von entfernten Regulatoren ermöglichen.

Regulation der Transkription kann auch durch Bindeproteine stattfinden, die sequenzspezifisch binden. Dabei unterscheiden sich die Bindestellen für Aktivatoren und Repressoren.

Aktivator-Orte (-40/-60) liegen deutlich weiter hinter dem Transkriptionsstart als Repressor-Orte (+20/-40)

Variante 1a: Sterische Behinderung, indem der Regulator am Promotor bindet, so dass die RNA-Pol nicht binden kann.

Variante 1b: Sterische Behinderung, indem der Repressor am Operator ( hinter dem Promotor) bindet und so die Elongation der RNAPol verhindert.

Variante 2: Durch Schleifenbildung kommt die RNA Pol nicht an den Promotor

Variante 3: Durch Modulation des Aktivators

• Helix turn Helix

• Zinkfinger

• Leucin-Reißverschluss bzw. Helix lopp Helix

• beta Faltblätter

• TAL Effektoren

Im Helix turn Helix Schema gibt es eine stabilisierende Helix und eine Erkennungshelix, deren Aufgabe die Drehung des Proteins ist. Die DNA Bindung erfolgt nicht kovalent durch WBB und Van der Vaals Kräfte in der großen Fruche der DNA. Ein Beispiel ist der Lambda-Repressor

Das Zinkfinger-Motiv besteht aus einer Erkennungshelix und einem Zinkion koordiniert durch zwei Cysteine und zwei Histidine, ein entsprechendes Protein, meist Regulatorproteine enthält i.d.R zwei solcher Motive, diese beiden binden dann in der großen Fruche der DNA Doppelhelix.

Zwie Helices stehen sich gegenüber mit Leucin-REsten, welche nicht mit der DNA interagieren sondern zwei Erkennungshelices ausrichten, so dass diese in der großen Furche der DNA binden können.

Z.B. MetJ, steuert die Methionin Biosynthese. Meist Homodimere, jedes Monomer hat ein beta Faltblatt, welches in der großen Furche der DNA bindet, bzw. im Fall von MetJ am Operator (MetBox - ist ein Palindrom). MetJ wiederum wird durch den CoFaktor SAM reguliert.

Klasse 1 Aktivierung: Der Aktivator interagiert mit der alpha UE der RNA-P.

Klasse 2 Aktivierung: Der Aktivator interagiert mit sigma Faktor und der -35 Region.

Klasse 3 Aktivierung durch Konformationsänderung - Aktivator interagiert mit Spacer Region und sigma Faktor

a. Modifikation, z.B. +P, +Me, +Ac

b. Durch Bindung von Effektoren

c. Kontrolle der Menge (zb. durch eig Transkriptionskontrolle oder kontrollierten Abbau)

d. Titration an einen Ort, wo die DNA nicht erreicht werden kann, räumliche Trennung

Am Beispiel der Repression ist gezeigt, wie durch Argininzusatz die Enzyme zur Argininbiosynthese mengenmäßig nicht mehr ansteigt -> Enzyme der Argininbiosynthese sind reguliert durch die Menge von Arginin.

Am Beispiel der Infuktion ist zu sehen, dass durch das Hinzufügen von Lactose b-Galactosidase mengenmäßig ansteigt - > b Galactosidase ist an die Menge von Lactose gebunden

Korepressor bindet an Repressor, Koaktivator an Aktivator -> führt zur DNA Bindung und so zu Aktivierung bzw Repression

Bindet an Repressor, Repressor löst sich -> Transkritption induziert.

Arginin wirkt als Korepressor. Das bedeutet, Arginin bindet als Korepressor an den Repressor, welcher so an den Operator binden kann und die DNA-Polymerase, welche bereits am Promotor gebunden hat blockiert. So können sie Strukturgene nicht abgelesen werden, und es bildet sich kein neues Arginin. Wenn es dann wieder zu einem Argininmangel kommt, kann Arginin nicht mehr als Korepressor an den Repressor binden, sodass die RNA-Polymerase wieder arbeiten kann. smaaaart.

1. positiv-Kontrolle: durch Enzyminduktion

In Abwesenheit von Laktose als Induktor bindet der Repressor an das Operon und verhindert die Transkription. Kann Laktose als Induktor wirken, bindet er an den Repressor, so dass der Repressor sich lösen kann und die RNA-Polymerase voranschreiten kann.

1. negative Kontrolle: in Form einer globalen Kontrolle

• ist genügend Glucose vorhanden, wird der second messenger cAMP (cyklisches AdeninMonoPhosphat) aus der Zelle geschleust

• fehlt hingegen Glucose kann cAMP an das Catabolite Activator Protein CAP binden. Das cAMP/CAP-Komplex bindet als Aktivator an die CAP Bindestelle vor den Promotor der beta-Galactosidase und aktiviert die Transkription zur Synthese von beta Galactosidase, welche Lactose abbauen kann um Energie zu gewinnen. Der Grund warum dies an Glucose gekoppelt ist, ist weil Glucose der bessere Energielieferant ist: ergo es wird erst Glucose und dann Lactose abgebaut. Das nennt sich auch die Katabolit Repression, bzw den Glucose Effekt.

Maltose bindet an das Maltoseaktivatorprotein und induziert so die Bindung der RNAPol an den Promotor.

Gelangt eine tRNA in ein Ribosom, ohne mit Aminsoäuren beladen zu sein, aktiviert das Ribosom die RelA-Synthetase, welche Alarmhormone synthetisiert nämlich ppGpp und pppGpp. Diese sorgen für ein Abfall der rRNA und tRNA Produktion und aktivieren Operons für die Proteinbiosynthese.

Von einer Sensorkinase an der äußeren Zellmembran wird ein Metabolit wahrgenommen, z.b. O2, Nitrit ect. Die Sensorkinase bewirkt eine ATP abhängige Autophosphorylierung. Anschließend kommt es zu intrazellulären Phosphatübertragung an einen Responeregulator. Dieser wird dadurch aktiviert und bindet an die DNA und blockiert somit die RNA Polymerase. Wird der Responseregulator dephosphorylisiert, wird er inaktiviert durch eine Phosphatase und alles nimmt seinen gewohnten.

Eigenschaften von Transkriptionsfaktoren

a. können alleine Transkription induzieren

b. funktionieren nur mit DNA Polymerasen

c. funktionieren nur mit RNA Polymerasen <-

d. jeder TF steuert nur ein Gen

Wofür gab es den Nobelpreis 2024?

a. Entdeckung der microRNAs <-

b. Modifikation von RNA und Impfstoffentwicklung

c. RNA Interferenz

Was ist eine Transaktivierungsdomäne?

a. Damit bindet der Transkriptionsfaktor an die DNA

b. Damit interagiert ein Transkriptionsfaktor mit dem Präinitationskomplex <-

c. Ein Teil eines Promotors

Hier ist es einfach wichtig dir zu merken, dass eine Transaktivierungsdomäne Teil eines Transkriptionsfaktors ist und zwar der Teil der NICHT an die DNA bindet. Also ein TF bindet zwar an die DNA aber nicht mit der Transaktivierungsdomäne

Was ist eine Transaktivierungsdomäne?

a. Teil eines Transkriptionsfaktors <-

b. Teil eines Promotors

c. damit bindet der Transkriptionsfaktor an die DNA

Der Transkriptionsfaktor NF kappa B wird….

a. durch direkte Phosphorylierung aktiviert

b. durch direkte Dephosphorylierung aktiviert

c. durch Phosphorylierung und Abbau eines Inhibitors aktiviert <-

Alternatives Splicing…

a. wird immer durch Regulatorproteine reguliert

b. ist vielfach ein zufälliger Prozess <-

c. kommt eher selten bei menschlichen Genen vor

Eine lange (>2000bp) homologe dsDNA wird…

a. in Pflanzenzellen gespalten und macht RNA Interferenz <-

b. in menschlichen Zellen gespalten und bewirkt RNA Interferenz

c. in menschlichen Zellen keine Auswirkungen haben

Drei RNA-Polymerasen.

RNA-Pol II

allgemeine Transkriptionsfaktoren die notwendig sind für eine zielgerichtete und starke RNA-Synthese

Wahr.

TATA-Binde-Protein, kurz TBP.

Es biegt die DNA und dient als Signal zum Binden weiterer Transkriptionsfaktoren.

• TFIID (hellgrün) und TBP (dunkelgrün) binden an die TATA Box und biegen die DNA

• TFIIA(hellgelb) und TFIIB(braun) helfen TFIID und TBP zu stabilisieren und die “Plattform” zu erweitern.

• TFIIF (hellorange) bindet direkt an die RNAPol-II.

• TFIIE (dunkelorange) steuert die Bindung von TFIIH (rosa), die als Start-Hilfe fungiert.

Kleine Merkhilfe:

TFIID - D wie doppelt mit TBP

TFIIA - A wie Anfang

TFIIB - (B)Platz, sieht auch aus wie ein B.

TFIIF - F wie flow der RNAPol-II

TFIIE - E wie Exposition der…

TFIIH - H wie Hilfe

TFIIH startet nach Vervollständigung des PICs die Phosphorylierung am C-Terminus der RNA-Polymerase. Das dient als Startsignal - die Helikase entwindet die DNA, die TFs fallen von der DNA ab, die RNA-Polymerase schließt sich und beginnt mit der Erzeugung eines RNA-Moleküls.

dunkelblau: Aktivator bindet am Enhancer

hellgelb: Histion-Acetylase - Auflockerung von an Histon gebundener DNA

dunkelgrün: Chromatin-Restrukturierungskomplex

lila: Mediator

Am phosphorylierten C-Terminus binden Cappingfaktoren, Polyadenilierungsfaktoren und Spleißfaktoren

hellgrau: DNA-Molekül

hellblauer Streifen: Enhancer

dunkelblau: Aktivator

lila: Mediator

hellblau: RNAPol-II

Maigrün auf DNA: TATA-Box

hellgrün: TFIID

dunkelgrün in TFIID: TATA-Binde-Protein

klein und hellgelb: TFII-A

braun: TFII-B

hellorange: TFII-F

dunkelorange: TFII-E

koralle: TFII-H

groß hellgelb: Histonacetyllase

groß dunkelgrün: Chromatin-Restrukturierungskomplex

E2A: Helix tun Helix -> Zielgen: RAG1

EBF1: Zink “Knöchel”, verwandt mit Zinkfinger -> Zielgen: Pax5

EBF1-knockout-Mäuse können keine B-Zellen bilden.

Ja, beide noch da.

Es haben sich bei EBF-1 knockout Mäusen keine early proB-Zellen und keine late proB-Zellen gebildet. EBF-1 ist essentiell für diesen Schritt der B-Zell-Entwicklung.

Sie funktionieren mit Isolator und Enhancer Elementen. Beispiel ist das beta-Globin Lokus.

Spezifische Transkriptionsfaktoren spielen eine Rolle bei gewebespezifischer Transkriptionskontrolle und der Entwicklung spezieller Zelltypen wie B-Zellen. Sie binden an über DNA Bindedomäne an die DNA und wirken auf die Transkription ein. So sind EBF1 und E2A essentiell für die Entwicklung von B-Zellen.

• Ion-channel-coupled-receptor

• G-Protein-coupled-receptor (GPCR)

• enzym-coupled-receptor

G-Proteine sind membrangebundene, trimere GTP-bindende Proteine. Untereinheiten alpha, beta gamma. Durch kurze Lipidschwänze an Membran gebunden. Im inaktiven Zustand bindet das G-Protein GDP an der alphaUE. Wird es aktiviert tauscht es dieses durch GTP aus. Durch eine innere GTP-Hydrolyse schaltet es sich dann von alleine wieder ab.

• Signalmolekül (z.B. Hormon) bindet an G-Protein gekoppelten Rezeptor (GPCR).

• Membrangebundenes G-Protein wird aktiviert durch Austausch von GDP zu GTP.

• Die aktivierte alpha-Untereinheit des G-Proteins aktiviert die Adenylat-Cyclase.

• Diese wandelt AMP und cAMP um.

• cAMP aktiviert Proteinkinase A, welche sich jetzt in den Zellkern begibt.

• PKA phosphoryliert CRE-Bindeprotein (CREB)

• Dieses bindet als Dimer und mit der Hilfe von dem CREB-bindenden Protein (CBP) mit Hilfe seiner Transaktivierungsdomäne an der DNA am CREB-bindenden Element, bzw an der CRE Sequenz (cAMP-response-Element).

• Dort steuert es die Transkription seines Zielgens.

Was ist eine Transaktivierungsdomäne?

a. Teil eines Transkriptionsfaktors <-

b. Teil eines Promotors

c. Damit bindet der TF an die DNA

Nein.

Ja.

Links sehen wir den klassischen Weg, den wir gelernt haben. Aber auch via Synapsen, Wachstumsfaktoren und Cytokine wirken über den Transkriptionsfaktor CREB.

Mehr als 1000, in Lymphozyten, Spermatozyten, Leberzellen, Nervenzellen….

CBP wirkt als Coaktivator mit Histonacetylase-Aktivität, d.h. es lockert die Chromatinstruktur auf.

Wie heißt das Protein, dass an BLNK bindet?

a. PIP

b. PLC gamma <-

c. ILK

PIP2 in….

a. PI3

b. IP1 und DAG

c. IP3 und DAG <-

Die Phosphatase, welche NFAT aktiviert, heißt:

a. Calmodulin

b. Calceurin

c. Calcineurin <-

d. Calcineurin und Calmodulin in Kombination

Cyclosporin A

Immunsupression, Therapeutikum im Einsatz um Transplantatabstoßung zu verhindern bsp.

NFAT wird aktiviert durch….

a. Direkte Phosphorylierung durch die Kinase Syk

b. Durch Dephosphorylierung von der Phosphatase Calcineurin <-

c. Indirekt durch die Phosphorylierung durch Syk von BLNK und dessen Translakoation an die Zellmembran <-

NFAT aknn nicht aktiviert werden, wenn …

a. Calmodulin Calcineurin hemmt

b. Cyclosporin Calmodulin hemmt

c. Cyclosporin Calcineurin hemmt <-

Für die Ca2+ Ausschüttung am ER ist verantwortlich…

a. Phospholipase C <-

b. NFAT selbst

c. PIP2

c. IP3 <-

d. DAG

Der Transkriptionsfaktor NF kappa B wird….

a. durch direkte Phosphorylierung aktiviert

b. durch direkte Dephosphorylierung aktiviert

c. durch Phosphorylierung und Abbau eines Inhibitors aktiviert <-

Welche UE von NFkB hat eine Transaktivierungsdomäne?

a. p50

b. p65 <-

• das Dimer kann sich unterschiedlich zusammensetzen, es sind 5 REL Gene bekannt, 3 Varationen für p65 und zwei für p50. Die Kombination ermöglicht unterschiedliche Regulationen.

• Varationen der kB Bindestelle beeinflusst die WW

• Kombination von kB Bindestellen mit anderen Bindestellen beeinflusst die Regulation

• Erkennung am Rezeptor eines Entzündungsstoffes bsp (IL-1) löst intrazelluläre Signalkaskade aus, die zur Phosphorylierung der IkB-Kinase führt

• IkB-Kinase phosphoryliert den Inhibitor IkB, der sich daraufhin von NFkB löst

• Der Inhibitor IkB ubiquitiert und anschließend abgebaut

• NFkB kann in den Zellkern einwandern und an eine DNA Bindestelle binden

• NFkB hat verschiedene Möglichkeiten flexibel reguliert zu werden, z.B durch zusammenwirkung anderer TF und unterschiedlicher Zusammensetzung der Dimere

Aus was besteht das Spleißosom?

a. mRNA und microRNA

b. snRNPs, smal nuklear RNAs mit Proteinkomponente <-

c. PolyASchwanz und tRNA

• Sterische Hinderung der snRNPs in kleinen Introns

• Kombination von Haupt und Neben Spleißstellen (eher selten)

• Regulation durch Spleißaktivatoren und Repressoren

• Und extra: DSCAM, Sekundärstruktur in primären Transkripten

• Und extra: Alternative Polyadenylierung

miRNAs wirken auf zeulluläre mRNA, indem sie Basenpaarung mit bestimmten mRNAs eingehen und deren Stabilität und Translation kontrollieren. Sie regulieren so die Genexpression.

Sie werden wie folgt prozessiert und gebildet:

• Im Zellkern wird ein miRNA-Gen transkirbiert

• die pri-miRNA wird von Drosha &Pasha prozessiert

• die pre-mi-RNA wird aus dem Zellkern transportiert

• das Enzym Dicer prozessiert die pre-mi-RNA am terminal loop zu miRNA

• [Dicer prozessiert auch exogene RNA in siRNAs (small interferfering RNA) welche in den RISC-Komplex eingebunden werden und dort mit integrierter RNAse Ziel mRNA abbauen - siehe Alberts Eintrag]

• die miRNA wird in einen miRNP-Komplex (RISC???) mit dem Protein Argonaut eingelagert

• Entweder bindet der Komplex mit einem perfect match an der Ziel-mRNA, welche anschließend abgebaut wird

• oder sie bindet mit missmatches an der ZielmRNA, verhindert so die Zirkularisierung der mRNA (wichtig für effiziente Translation) und führt zu einer Deadenylierung. Das inhibiert die Translationsinitation

• das 5’Ende der miRNA bindet mit einem perfect match, sogenannte Seed Region, in der Mitte ist der Bulge = missmatch, der verhindert dass Ago 2 die mRNA sofort abbauen würde. Am 3’Ende gibt es ebenfalls eine gewisse Komplementarität um den Komplex zu stabilisieren

miRNAs wirken auf zeulluläre mRNA, indem sie Basenpaarung mit bestimmten mRNAs eingehen und deren Stabilität und Translation kontrollieren.

Bei Perfect Match: Abbau der mRNA

Bei Miss Match: Translationsinitation wird inhibiert

embryonal lethal.

Die Maus würde keine B-Zellen bilden, und zwar aus dem Grund: Das proapoptotische Protein Bim hat viele miRNA Bindestellen -> keine miRNA heißt Bim liegt im Übermaß vor und zerstört B-Vorläuferzellen.

RNA-Interferenz kann in Vertebraten erzeugt werden indem kurze siRNA (ds RNA, nciht größer als 23bp) durch Elektroporation in die Zelle eingebracht werden und so zu gezielten Gen knock outs führen können.

Ein Nukleosom besteht auch ACHT Histonen. H2A, H2B, H3 und H4 je zwei Mal, sowie 146 nt DNA um die Histone gewickelt und 80 nt zwischen den Histonen.

Nein natürlich nicht.

Das Histon H1 bindet an die DNA, die aus dem Nukleosom austritt/eintritt und hilft weiter zu kompaktieren

Jedes Histon besitzt einen N-terminalen Schwanz, also pro Nukleosom acht Schwänze, die an die Schwänze benachbarter Nukleosomen binden und so eine Oligomerstrukltur bilden

Unter Histonmodifiaktionen versteht man die kovalent und reversible Modifikation an den N-terminalen Enden der acht Histone innerhalb eines Nukleosoms. Zu diesen Modifikationen zählen:

• Ubiquitylation

• Methylierung -> Methylase -> Demethylase -> Bindung von Histonen gestärkt

• Acetylierung -> HAT -> HDAC -> Bindung von Histonen geschwächt

• und Phosphorylierung -> Kinase -> Phosphatase

Acteylierung am Lysin

Durch die Acetylierung von Lysin via HAT (Histonacetyl-Transferase) verliert die Aminosäure ihre positive Ladung, so wird die Bindung zwischen Histon und DNA geschwächt, und die DNA ist besser ablesbar. Dieser Prozess ist reversibel durch das Enzym HistonDEacetylase HDAC.

Methylierung am Lysin

Ein Lysin kann dreifach methyliert werden durch eine Methylase und reversibel durch eine Demethylase. Wichtig zu wissen, durch die Acetylierung von Lysin verliert die Aminsosäure ihre positive Ladung, somit kann ein acetyliertes Lysin niemals methyliert werden und vice versa.

Phosphorylierung am Serin

Serin wird gerne Phosphoryliert

Chromatin-Reader-Komplexe lesen diese Histoncodes und vermitteln so zelluläre Antworten.

Beispiel 1: H3K27me3 - fakultatives Heterochromatin

wird produziert durch den Reader-writer-Komplex PRC2, PRC2 verbidnet die H3-Schwänze und führt zu einer engeren Verpackung

Beispiel 2: H3K9me3 - fakultatives Heterochromatin

in repeat Sequenzen wie Telomeren, gebunden von HP1 Dimeren, die zwei Nukleosomen zusammenbringt.

Parentales H3 und H4 bleiben mit der Replikationsgabel assoziiert, und werden zufällig auf einen neuen DNA Strang geladen. H2A und H2B werden entfernt und danach durch NAP1 wider eingebaut, neue Nukleosome entstehen. Neu synthestisierte Histone werden in DNA eingebaut - > 50 Prozent parental mit Histonmodifikation, 50 Prozent neusynthetisiert auf der neuen DNA.

Reader Writer Komplexe können dann die gleichen Muster von Modifikationen an benachbarte Nukleosomen weitergeben.

HP1

20 oder mehr

Meist aus repetitiven Sequenzen

Ein Zentromer ist die Zentromerregion in einem replizierten mitotischen Chromosom und wichtig für eine stabile Vererbung. Hier werden die Schwesterchromatide durch Mikrotubuli geteilt. Die Mikrotubuli greifen am Kinetochore an.

Wir unterscheiden grob Euchromatin (60 Prozent) und Heterochromatin (40 Prozent).

Von dem Euchromatin liegt ein Teil (20 Prozent des Gesamtchromatins) in einer gelockerten aktiven Form vor (stark abgelesene Gene wie Histone und schwach abgelesene Gene). Der restliche Teil des Euchromatins (40 Prozent) in einer stillgelegten Form. Die Hälfte des stark verpackten Heterochromatins ist permanent verpackt z.b. Telomere, während fakultatives Heterochromatin wichtig für die Embryonalentwicklung ist.

Heterochromatin kann sich am Rande des Zellkerns ausbreiten und vererbt werden. Gene, die dafür sorgen dass sich das Heterochromatin “ausbreitet” modifizieren häufig Histone, wie Reader/Writer-Komplexe. Verhindert werden kann das durch sogenannte Barrieresequenzen, das sind DNASequenzen die Barriereproteine binden. Diese Barriereproteine verhindern Histonmodifikationen.

Das Heterochromatin befindet sich durch Interaktion mit der nuklearen Lamina eher an der Kernhülle, während genreiche Bereiche durch Genexpression ins Zellinnere wandern, um dort besser zugänglich für die Transkription zu sein.

SMC steht für structural maintenance of the chromosoms.

Die Kernform von SMC ist ein langes Protein, etwa 1000 bis 1500 Aminosäuren lang, welches sich zu einer antiparallel gedrehten Spirale mit kugelförmiger Domäne formt. Zwei dieser Moleküle bilden gemeinsam eine Ringstruktur mit einem flexiblen Scharnier auf der einen Seite und einer ATP-Binde-Domäne auf der anderen Seite. Anschließend werden weitere Untereinheiten hinzugefügt um entweder Cohesin oder Condensin zu bilden.

In Bakterien halten SMC-Proteine das ringförmige Genom von Bakterien zusammen. (???)

Cohesin: bildet Schleifen im Interphase-Chromatin, gestoppt durch CTCF. CTCF bindet dabei sequenzspezifisch. CTCF funktioniert hierbei als Barriere und Isolatorprotein. Während der Mitose hält Cohesin die Schwesterchromatide zusammen.

Condesin: Condensin I und Condensin II bilden eine Loops wihtin loops- Struktur und organisieren das Mitose-Chromatin anstelle von Cohesin.

Während der Replikation bleiben die Condesinringe mit der DNA verbunden. Erst das Öffnen der Condesinringe ermöglicht das Trennen der Schwesterchromatide in der Anaphase.

• “Atmung” von Nukleosomen

• Chromatin remodelling factors

• TFs wie Oct4 und Sox2 die Chromatin remodelling factoren recrutieren

Eine Purinbase wird entfernt (Adenin oder Guanin) und das Zuckerbackbone bleibt zuruck

Eine Base wird deaminiert, z.B. Cytosin, so dass Uracil entsteht.

Basen-Exzisions-Reperatur: Eine DNA-Glykosylase (z.B. Uracil Glycosylase) entfernt ein deaminiertes Cytosin vom Zucker-Phosphat-Backbone. Im Anschluss schneidet eine AP-Endonuklease den Zucker-Phosphat-Teil aus, eine DNA-Polymerase füllt die Lücke, eine DNA-Ligase schließt sie. Eine BAse wurde repariert.

Nukleotid-Exzisions-Reperatur: Ein Enzymkomplex erkennt eine entsprechende DNA Schädigung, wie z.b. ein Thymin Dimer. Eune Nuklease schneidet den entsprechenden Strang an zwei Punkten, eine Helicase entfernt das ausgeschnittene Stück, eine DNA-Polymerase füllt die Lücke, eine Ligase schließt sie. Mehrere Nukleotide wurden repariert.

Wird ein methyliertes Cytosin (in aktiven Bereich) deaminiert, entsteht ein Thymin. Während unübliche Basen, welche in der DNA nicht vorkommen, wie Uracil oder Xanthine, leicht erkannt werden, wird das mutierte Thymin von einem mismatsch-repair-system repariert, welches selektiv Thymin entfernt. Mutation im missmatch repair kann zu Darmkrebserkrankungen führen.

Transläsion-Polymerase Mechanismus: DNA Schäden verursacht Stopp der DNA Polymerase, kovalente Markierung (meist Ubiquitylierung) der sliding clamp, DNA Polymerase wird entfernt, eine Transläsions-Polymerase wird geladen, welche fehlerhafte Basen einbaut. Trnasläsions DNA Polymerase löst sich ab und normale DNA Polymerase setzt die Replikation fort.

a. nicht homologes end joining:

Der Bruch wird zuerst von einer Nuklease “gesäubert”, geschädigte Nukleotide werden entfernt und bündige Enden erzeugt, die dann durch eine Ligase wieder verbunden werden können.Einige Nukleotide gehen dabei verloren.

b. homologes Rekombination:

Tritt ein Doppelstrang-Bruch in einem der zwei duplizierten DNA Helices nach der DNA-Repliaktion auf, aber bevor die Chromosomen-Kopien getrennt werden, kann die ungeschädigte DNA Helix als Template verwendet werden, um die geschädigte DNA Doppelhelix zu reparieren und zwar durch homologe Rekombination. Zwar ist die homologe Rekombination komplizierter ist als das nicht homologe end joining, kann dafür aber akkurat die original DNA Sequenz auf der Strangseite des Bruchs wieder herstellen.

Die Heterozygosität kann durch homologe Rekombination verloren gehen.

Da bei der homologen Rekombination ja die zweite intakte Doppelhelix als Reperatur-Template verwendet wird, kann sich eine heterozygote Muation zu einer homozygoten entwickeln, wenn die DNA-Helix, die als Template dienen soll, die Mutation trägt.

RecA vermittelt die Invasion des Einzelstrangs in die homologe DNA Helix.

Also das hier. Brac1/2 helfen RecA beim Binden an den Einzelstrang. RecA biegt und dehnt den Einzelstrang. Es werden immer drei Basen getestet, ob sie komplementär zueinander sind. Bei einem längeren komplementären Bereich wird ATP hydrolysiert und Rec A entfernt.

Homologe Rekombination führt zum Austausch der DNA von maternalen und paternalen Chromosomen.

Während der Meiose I führt die homologe Paarung zu einer genetischen Rekombination (Crossing Over).

Lichterzeugung durch V. fischeri:

Diese Reaktion ist Sauerstoffabhängig. Umsetzung eines Aldehyds (RCHO) und Flavinmononukleotid (FMNH2) durch Luciferase in Wasser, Carbonsäure (RCOOH+) und FMN (oxidierte Form von FMNH+)

Quorum: Schwellenwert der Zelldichte, ab welchem die regulatorische Antwort der Gesamtheit der Zellen einer Population einsetzt.

Quorum sensing: Wahrnehmung der Zelldichte in der Umgebung durch Ausscheidung eines Signalmoleküls.

Der Autoinducer ist hier in blau dargestellt, sie gehören alle zu der Stoffgruppe AHL (Acyl-Homoserinlacton). Dieses bindet einen Transkriptionsfaktor.

Autoinducer sind Spezies spezifisch.

intraspezifisch:

Staphylococcus aureus

interspezifisch:

Bacillus thuringiensis

Quorum quenching: Abbau von Autoinducer-Molekülen (Gram neg Bakterien AHL-Acyl-Homoserinlacton) durch konkurrierende Mikroorganismen

Paraoxonasen: spalten Autoinducer Homoserinlactone, bzw sie zerstören den Homoserinlactonring. Sie haben auch die Nebenaktivität zur Detoxfikation von Organophosphaten. (Ob sie spezifisch nur auf Bkterien wirken ist spekulativ)

Virulenzgene für Wirterkennung und DNA-Transfer (vir Gene)

Oncogene zur Tumorbildung

Gene für Proteine zur Opinsynthese in Pflanzen und zum Opin-Metabolismus im Bakterium kodiert.

Die Pflanze muss verletzt sein. Eine Reihe von Phenolen und Zuckern werden von A. tumefaciens erkannt, Zellwandkoponenten, die bei Verletzung der Pflanze direkt oder indirekt freigesetzt werden. Außerdem induziert ein nierdiger pH.

Plasmid-DNA wird als Einzelstrang übertragen. Abhängig von VirD (öffnet Plasmid) und VirE (schützt den Einzelstrang). Transfer durch Typ IV Secretionssystem (Vir B u.a.)

Frankia mit Erlen

Nostoc mit Palmfarnen

Azoarcus mit Reis

Rhizobien mit Fabaceae

Pflanzensignal: Abgabe von Flavonoiden, das induziert in geeigneten Rhizobien die Synthese von Nodulationsfaktoren. Nodulationsfaktoren werden wiederum von einem Rezeptor der Pflanze erkannt.

Die Adhäsion und Kürmmung der Wurzelhaarspitze führen zu Einschluss der Rhizobien in CCRH (clonized curled root hair) Struktur. Anschließend folg Invasion in tiefere Gewebeschichten. Ausgehend von CCRH bildet sich ein Membranschlauch. Exopolysaccharide notwendig. Pflanzliche Zellwand uss teilweise abgebaut werden. Der Infektionsschlauch wird durch Bildung neuer Membranen an seiner Spitze verlängert. Besiedlung des neuen Schlacuhteils durch Zellteilung der Bakterien. Nur Bakterien an der Spitze teilen sich.

Cyclischer beta-Glucane

• G-Protein gekoppelte Rezeptoren

• Enzym- gekopptelte Rezeptoren

• Ionen- gekoppelte Rezeptoren

Der dimere Ligand (hier grün) bindet an die extrazelluläre Inputdomäne und rekrutiert so einen zweiten Rezeptor. Der Rezeptor weißt in der Membran eine transmembran Helix auf, der Abstand zwischen der Kinase und der Membran nennt man Juxtamembran-Regulator-Region. Die Tyrosinkinase überträgt anschließend ein Phosphat auf Tyrosin an der OH-Gruppe. Die Aminosäure Tyorosin (unten gezeigt) hat eine OH-Gruppe die eine bevorzugte Stelle zum Anhängen eines Phosphats ist.

Tieren

PAMPs: Pathogen-associated-molecular-patterns,

Strukturen, bzw Molekülmuster eines Pathogens, welche ein Rezeptor erkennen kann und so eine Immunantwort auslöst.

1. Flagellin → Bakterien

2. LPS -> Bakterien

3. Chitin-Fragmente → Pilze

schnell (Minuten): ROS (H2O2, NO), extrazelluläre Alkalisierung, Ca2+ Influx

spät (Stunden): Callose Bildung, Synthese von Phytoalexin

Agrobacterium tumefaciens

RLP23 erkennt das Epitop nlp20 von NLP, Nekrosis und Ethylene inducing protein, es wirkt als Membrantoxon ind kommt in Oomyceten, Pilzen und Bakterien vor.

BAK1: Corezeptor

SOBIR: Adapter- Kinase

Tight Junctions

Adhäsionsverbindungen

Desmosome

Gap Junctions

Aufbau: Die Proteine Claudin und Occludin sitzen in der Membran und haben einen extrazellulären Anteil. Die Interaktion zwischen den Proteinen führt dazu, dass sie dicht zusammen gezogen werden. Der Zwischenraum wird so abgedichtet. (füg hier noch eine kleine Skizze ein die sich daran orientiert)

Funktion: Tight Junctions verhindern die Diffusion im extrazellulären Raum. Tight Junctions sind unterschiedlich durchlässig für gelöste Stoffe.

Vorkommen: Epithelzellen

knockout: Claudin16 knockout Maus verliert Mg2+ in den Urin.

Cadherine (Transmembranproteine) erkennen homophil gleich Cadherine der Nachbarzelle. Sie binden Ca2+ abhängig im extrazellulären Raum aneinander. Adaptorproteine vermitteln den Kontakt zwischen Cadherinen und Cytoskelettkomponenten (Aktinfilamenten).

Desmosomen: Kopplung mit Intermediärfilamenten, vermitteln Stabilität

Transmembranproteine sind bei beiden Cadherine.

Ähneln den Adhäsionsverbindungen, binden aber an Intermediärfilamente

Funktion: Gap Junctions dienen dem Stoffaustausch (Ionen und kleine Moleküle, KEINE Proteine)

Halbwertszeit: Sehr kurz: ~1–5 Stunden (schneller Turnover)

Gap Juntions Skizze: (noch eigene Skizze anfertigen)

Gap Junctions Aufbau (Aus welchen und wievielen Untereinheiten bestehen sie? Halbkanäle?):

Sechs Untereinheiten Connexin bilden einen porenartigen Halbkanal (Connexon), die entweder gerade oder schräg in der Plasmamembran stehen können. In den extrazellulären Raum ragen Loops (E1, E2) die mit den Loops des gegenüberliegenden Halbkanals interagieren. N und C Terminus einer Connexin UE ragen ins Cytoplasma.

Regulation Durchlass + Lokalisation reguliert durch:

Phosphorylierung, Hydroxylierung, Acetylierung, Methylierung etc,

Ca2+, Calmodulin, Spannung, pH

Syntheseort: ER als Monomer, Assembly im Golgi

Organismen:

Schließung von Gap Junctions:

Das Plug-Modell: Eine Domäne pro Connexin bewegt sich, Rest bleibt starr, es entsteht ein Plug.

Funktion: Verbinden durch Cytoplasmabrücken weit von einanderliegende Zellen (Nieren und Nervenzellen, Makrophagen) und ermöglichen den Transport großer Substanzen wie Proteinen,Rezeptoren oder sogar Zellorganellen.

Aufbau:

Verletzte Zellen: Durch Nanotubes können Zellorganelle wie Mitochondrien ausgetauscht werden, so kann eine Zelle mit disfunktionalen Mitochondiren “repariert” werden.

Zugabe von MSec fördert Bildung von Nanotubes.

Gap Junctions: kleine Porenartige Halbkanäle aus sechs UE Connexin verbinden sich über einen engen Zwischenraum miteinander, sorgen für Stoffaustausch kleiner Moleküle und Ionen, KEINE Proteine

Nanotubes: Verbinden über Cytoplasmabrücken Zellen, die weit voneinadner entfernt liegen und transportieren Proteine, Rezeptoren oder ganze Zellorganelle

Plasmodesmata: Die Öffnungsweite variiert. So können z.B. Plasmodesmen zwischen Geleitzelle und Siebelement sehr große Proteine durchlassen.

Bestandteile

• Plasmamembran: Gap Junctions / Nanotubes / Plasmodesmata

• ER: nur Plasmodesmata

• Aktin: nur Nanotubes

• Myosin: nur Nanotubes

Transportnachweise

• Ionen: Gap Junctions, Plasmodesmata

• Proteine: Nanotubes, Plasmodesmata

• Vesikel: Nanotubes

• Mitochondrien: Nanotubes

• Oberflächenrezeptoren: Nanotubes

• Virale Komponenten: Nanotubes, Plasmodesmata

DT = Desmotubulus

S = Speichen

PL = Plasmamembran

G = globuläre Proteine

Die Lipidzusammensetzung der Plasmamembran in den PDs:

- wenig ungesättigte Fettsäuren

- viele Sphingolipide und Sterole

1. Plasmodesmata-located proteins (PDLPs) (z. B. PDLP1, PDLP5)

2. Callose-Synthasen (z. B. CalS/GSL-Proteine)

Primäre vs. sekundäre Plasmodesmen

• Primäre Plasmodesmen: Entstehen während der Cytokinese in der Zellplatte; verbinden Schwesterzellen.

• Sekundäre Plasmodesmen: Werden nachträglich in bereits bestehende Zellwände eingebaut; verbinden nicht-verwandte Zellen.

Welche Zellwände können keine primären Plasmodesmen enthalten – und warum?

• Sekundäre Zellwände → entstehen nach der Cytokinese, sind stark verdickt (z. B. lignifiziert) → keine Zellplatte → keine primären Plasmodesmen möglich

Wo kommen solche Zellwände bei Arabidopsis thaliana vor?

• Xylemgefäße (Tracheen)

• Sklerenchymzellen (Fasern)

Wozu benötigen Pflanzenviren Bewegeungsproteine: Um ihr Genmaterial über Plasmodesmen von Zelle zu Zelle zu transportieren

Was bewirken Bewegungsproteine bzgl. der Öffnungsweite von Plasmodesmen: Sie vergrößern die Öffnungsweite

Wo befinden sie sich in der Zelle: Binden an Plasmodesmen

Size Exclusion Limit, SEL

= Gewicht eines Proteins in kD, das gerade noch von Zelle zu Zelle diffundieren kann.

1. Ballistische Transformation: GFP definierter Größe → Diffusion? → max. Größe = SEL

2. Mikroinjektion: Marker definierter Größe injizieren → Ausbreitung? → SEL

3. Gezielte GFP-Expression: Zelltypspezifisches GFP → Bewegung in Nachbarzellen? → SEL

Welche Enzyme sind an der Regulation der Öffnungsweite von Plasmodesmen beteiligt?

• LYM2 Chitin Rezeptor: verringert die Öffnungsweite nachdem Chitin gebunden hat

• Kallosesynthase an der Halsregion, Überxepression führt zu verringerter SEL (Öffnungsweite)

Skizzieren Sie ein Plasmodesmium (mit Beschriftung) und geben Sie an, wo diese Enzyme lokalisiert sind

Schließen der Plasmodesmen:

• Aktivierung der Callose-Synthase

• Einlagerung von Callose (β-1,3-Glucan) im Halsbereich

• Verengung des cytoplasmatischen Sleeves → Öffnungsweite (SEL) nimmt ab, Stofftransport wird eingeschränkt

Öffnen der Plasmodesmen:

• Aktivierung von β-1,3-Glucanasen

• Abbau der Callose im Halsbereich

• Erweiterung des cytoplasmatischen Sleeves → Öffnungsweite (SEL) nimmt zu, Stofftransport wird erleichtert

1. Zygote

2. Globuläres Stadium

3. Herz-Stadium -> alle embryonalen Gewebetypen angelegt

4. Torpedo-Stadium

5. Krukstock-/Reifestadium

1. Auxin-abhängiger Promotor → steuert Reporter-Gen

2. Reporter-Gen = z. B. GFP, sichtbar im Mikroskop

3. So leuchten nur Zellen grün, die auf Auxin reagieren.

Auxinwirkung (Kurzprinzip): Auxin entfernt einen Repressor → Transkription wird aktiv

TIR1 kodiert für: Auxin-Rezeptor + Teil eines SCF-Ubiquitin-Ligase-Komplexes

Aktivierung von TIR1: Auxin bindet TIR1 → erhöht Bindung an Aux/IAA-Repressor

Nach Aktivierung: Aux/IAA wird ubiquitiniert → Proteasom-Abbau

Transkription: ARF-Transkriptionsfaktor wird frei → aktiviert Auxin-Antwortgene

Transportproteine: PIN-Proteine (Efflux-Carrier) AUX1/LAX (Influx-Carrier)

Mechanismus: Polare Lokalisation der PINs in der Membran → gerichteter Auxinfluss

Ort maximaler Auxinantwort im globulären Embryo: Hypophyse (oberer Suspensorbereich)

Mutanten mit veränderter Auxinverteilung:

• pin1 → defekter Auxintransport

• gnom → falsche PIN-Lokalisation

Gene & Proteine

• MONOPTEROS (MP): ein Transkriptionsfaktor, der Gene aktiviert → wichtig für die Bildung der embryonalen Wurzel.

• BODENLOS (BDL): ein Repressor, der MP hemmt. Solange BDL da ist, kann MP nicht arbeiten.

Mutantenphänotypen

• mp-Mutante (MONOPTEROS ausgeschaltet):

  • MP fehlt → Wurzel kann sich nicht bilden → keine embryonale Wurzel.

• BDL-Überexpression:

  • BDL blockiert MP dauerhaft → Wurzelbildung wird verhindert → keine Wurzel.

Wildtyp (normaler Zustand)

• Ohne Auxin: BDL bindet MP → MP inaktiv → keine Wurzelbildung.

• Mit Auxin: Auxin signalisiert den Abbau von BDL → MP wird aktiv → Wurzelbildung startet.

bdl-Mutante

• BDL kann nicht abgebaut werden → MP bleibt blockiert → keine Wurzel, selbst wenn Auxin vorhanden ist.

Merksatz für Karteikarten:

„MP baut die Wurzel, BDL bremst ihn – Auxin entfernt die Bremse.“

Nachweis Transport: Protein-GFP-Fusion exprimieren → prüfen, ob GFP in Nachbarzellen erscheint

Relevanz für Zellidentität testen: Transport blockieren (z.B. Callose-Synthese) → Entwicklungsstörung prüfen

Protofilamente können wachsen und schrumpfen. Sie schrumpfen durch die Hydrolyse von GTP der beta UE des Tubulindimers. Die Hydrolyse destabilisiert die Protofilamente. Dadruch entsteht eine Krümmung -> catastrophe. Der Zerfall kann stoppen und Tubulinsimere werden am Plus-Ende angehängt, so dass das Filament wieder wächst (-> rescue).

regulatorischer Mechanismus 1: Prominentes Beispiel: K-40- Acetylierung von alpha Tubulin verringert die Biegesteifigkeit von Mikrotubuli.

regulatorischer Mechanismus 2: Dynamik der Mikrotubuli wird durch Tubulin—Isotypen reguliert.

Mikrotubuli-Vernetzer: dazu gehören MAP2 (größerer Abstand) und tau (kleinerer Abstand). Die bündeln Mikrotubuli und besitzen zwei Mikrotubuli-binde-Domänen.

Destabilisierungs (catastrophe)-Faktoren & Stabilisator-Faktoren:

Kontrollieren Übergang zwischen Zerfall und Wachstum, hoch konservierte Proteine. Z.b.:

catastrophe factor kinesin 13 bindet an Plus Ende und erhöht die Katastrophen-Frequenz.

Stabilisierungsfaktor XMAP215 fördert Polymerisation.

Plus-end tracking proteine (TIPs)

bleiben assoziiert mit dem wachsenden Plus-Ende und können MT verlinken mit anderen Strukturen, wie z.B. Membran. Beispiel: End binding 1 (EB1), geht bei Zerfall verloren, bietet wichtige Plattform für andere Proteine.

Mikrotubuli-Nukleation:

• Gamma-Tubulin bindet an accessory Proteins → γ-Tubulin-Small-Complex (γ-TuSC)

• 14γ-TuSC reihen sich spiralförmig mit Überlapp → bilden “Naht”

• α/β-Tubulin-Dimere binden an γ-Tubulin → Minus-Ende am γ-TuRC, Plus-Ende wächst nach außen

• γ-TuSCs zusammen → γ-Tubulin-Ring-Complex (γ-TuRC)

Gliding/Sliding-Assays: Kinesine haften z.B. über Antikörper an Glasoberfläche (hydrophob) und Mikrotubuli gleitet über die Oberfläche

Stepping-Assays: Antikörper an Glasoberfläche fixieren Mikrotubuli, GFP-markierte Kinesin-Moleküle bewegen sich entlang des Mikrotubuli

Zentrosome tierisches MTOC

Spindelpolkörper (SPB) MTOC in Hefe

Mikrotubulus = dynamisches Einzelröhrchen

Centriol = starrer 9×3‑Mikrotubuli‑Zylinder

1. Der γ‑TuRC besteht aus 14 γ‑Tubulinen, die ringförmig angeordnet sind.

2. Diese Struktur dient als Schablone für die Anlagerung der ersten Tubulin‑Heterodimere.

3. Obwohl der Ring 14 Positionen hat, überlappt er leicht („lock‑washer“), sodass nur 13 Protofilamente stabil weiterwachsen.

4. Dadurch entstehen in Zellen fast ausschließlich Mikrotubuli mit 13 Protofilamenten.

Experiment:

• Mikrotubuli in vitro polymerisieren – einmal mit γ‑TuRC – einmal ohne γ‑TuRC

• Danach Elektronenmikroskopie (Querschnitt)

• Protofilamentzahl auszählen

Was man erwartet:

• Mit γ‑TuRC: → Mikrotubuli haben meist 13 Protofilamente → γ‑TuRC enthält 14 γ‑Tubuline, erzeugt aber bevorzugt 13‑PF‑MT

• Ohne γ‑TuRC: → Protofilamentzahl ist variabel → 13 und 14 Protofilamente etwa gleich häufig

Genau das zeigt die Grafik auf Seite 9: Histogramm der PF‑Zahlen und der Hinweis „In Abwesenheit des γ‑TURC ist die Protofilamentzahl variabel“.

• G1: Ein Centrosom mit 2 Zentriolen (Mutter + Tochter).

• S-Phase: Jedes Zentriol bildet rechtwinklig einen Prozentriol.

• G2: Zwei Centrosomen vorhanden.

• Mitose: Trennung → Aufbau des Spindelapparats.

Cytoskelett / MTOCs

• Tiere: besitzen Centrosomen mit Centriolen

• Pflanzen: keine Centriolen, stattdessen diffuse MTOCs

• Pilze: besitzen Spindelpolkörper (SPB) in der Kernhülle

Zellteilung

• Tiere: klassische Mitose mit Centrosomen

• Pflanzen: Mitose ohne Centriolen, Zellplatte (Phragmoplast)

• Pilze: oft geschlossene Mitose (Kernhülle bleibt intakt)

Das Divisom ist ein Proteinkomplex, der die bakterielle Zellteilung koordiniert. Es steuert die Synthese neuer Zytoplasmamembran und Zellwand (Peptidoglykan) sowie die Chromosomensegregation. Diese Struktur findet man in Bakterien.

Die wichtigste Proteinkomponente ist FtsZ, ein tubulinähnliches Protein, das an der Teilungsebene einen Ring (Z-Ring) bildet und durch GTP-Hydrolyse die Einschnürung der Zelle ermöglicht.

Weitere wichtige Komponenten sind:

• FtsA — Membranassoziation, ATP-abhängig

• ZipA — Verankerung von FtsZ in der Membran

• FtsI — Transpeptidase für Peptidoglykan-Synthese

• FtsK — beteiligt an der Chromosomensegregation

Tiere: In der Anaphase beginnt sich der kontraktile Ring auszubilden.

Pflanzen: Erste Markierung bereits in der Prophase durch das Präprophasenband. In der Telophase bildet sich die Zellwand aus, die die beiden Tochterzellen trennt.

Pilze: Narben früherer Teilungen bestimmen die künftige Lage der Teilungsebene bereits in der späaten G2 Phase

Tiere: Aktin und Myosin II bilden den kontraktilen Ring, kleine GTPasen aus der Rho/rac Familie regulieren ihn

Pflanzen: Kinesin-12C/D sind Kernbestandteil der Teilungsstelle, identifizieren Teilungsstelle, entscheidend für die Steuerung des Phragmoplasten.

Pilze: Landmark Proteine (Axl2) und kleine GTPasen marieren die Position der neuen Knospe und damit der Teilungsbene. Ein Aktin-Myosin-Ring trennt die beiden Tochterzellen

1. Prophase: replizierte Chromosome kondensieren, zwei dicht aneinander lagernde Schwesterchromatide entstehen. Centrosome migrieren an Zellpole, Mitosespindel bildet sich außerhalb des Kerns zwischen zwei Centrosomen. Daran sind Kinesine und Dyneine beteiligt, sowie z.B. Polyerisationsfaktoren wie XMAP215. Kinetochor-Komplexe bauen sich im Zellkern auf. Jedes Schwesterchromatid hat ein Kinetochor-Komplex.

2. Prometaphase: Kernhülle bricht auf, Spindelmikrotubuli haben jetzt Zugriff auf die replizierten Chromosome und fangen sie an ihren Kinetochore (spezialisiertes Proteinkomplex) ein. Es entsteht eine bipolare Ausrichtung der Chromosome und erzeugt ine Spannung auf den Kinetochoren. Das Zellzyklus-Kontrollsystem überwacht diese Spannung um zu überprüfen, ob die Chromosome korrekt angelagert wurden.

   Die Zahl, der Mikrotubuli die mit dem Kinetochor verbunden ist, variiert von Spezies zu Spezies (menschlich: 20-40, Hefe: 1).

3. Metaphase: In der Metaphase ordnen sich die Chromosomen am Äquator der Spindel an. Es bildet sich eine Metaphasenplatte. An dem Transport der Chromosome zum Äquator sind die Motorproteine beteiligt.

4. Anaphase: Chromosomen trennen sich in der Anaphase. In der Anaphase A trennen sich die verdoppelten Chromosomen und bewegen sich zu den Spindelpolen, indem sich die Mikrotubuli am Kinetochor und am Spindelpol verkürzen (kinesin 13- catastrophe Factor).

   In der Anaphase B bewegen sich die Spindelpole auseinander, angetrieben durch Kinesin 5, welches sich zu den Plus-Enden bewegt. Kortikal gelegenes Dynesin zieh zusätzlich an den astralen Mikrotubuli.

5. Telophase: Mitosespindel zerfällt, um jede Chromosomengruppe wird eine Kernhülle gebaut. Kernporen pumpem Kernproteine ins Kerninnere, der Kern dehnt sich auf und die DNA kann in den Interphase-Zustand gehen. DNA nun wiede rzugänglich für Transkription. Mitose ist abgeschlossen, es fehlt die Trennung in zwei Tochterzellen.

In der Metaphase ordnen sich die Chromosomen in der Äquatorialebene der Spindel (Metaphasenplatte) an. Dies erfolgt durch die Anheftung der Spindelmikrotubuli an die Kinetochore. Wichtige beteiligte Proteine sind Tubulin, Kinetochor-Proteine sowie Motorproteine (Kinesin und Dynein).

Phragmoplast-Funktionen:

• Führung der Vesikel in die Teilungsebene

• Führung der Zellplatte

• Verankerung der Zellplatte an der elterlichen Wand

Die N-End-Regel (N-end rule): Basische und sperrige sowie hydrophobe Aminosäuren am N-Terminus begünstigen den Abbau von Proteinen.

Die N-End-Regel ist ein wichtiger Bestandteil des Ubiquitin-Proteasom-Systems. Dabei wirkt eine E3-Ubiquitin-Ligase als sogenannte N-Recognin, also als Erkennungskomponente des N-End-Regelwegs, die spezifische N-Degrons bindet und so den proteasomalen Abbau einleitet.

Primär destabilisierende Aminosäuren am N-terminalen Ende lassen sich in zwei Degron-Typen einteilen:

N-Degron-Typen:

• Typ 1 — basische Aminosäuren: Arginin, Lysin, Histidin

• Typ 2 — sperrige, hydrophobe Aminosäuren: Phenylalanin, Tryptophan, Tyrosin, Leucin

Aktivierung (E1 - Ubiquitin-aktivierendes Enzym)

• Ein E1-Enzym bindet Ubiquitin unter ATP-Verbrauch und aktiviert es.

• Das aktivierte Ubiquitin wird kovalent über eine Thioesterbindung an das E1-Enzym gekoppelt.

Konjugation (E2 - Ubiquitin-konjugierendes Enzym)

• Das aktivierte Ubiquitin wird von E1 auf ein E2-Enzym übertragen.

• E2 trägt nun das Ubiquitin und interagiert mit dem nächsten Enzym.

Ligation (E3 - Ubiquitin-Ligase)

• Das E3-Enzym erkennt das abzubauende Zielprotein und vermittelt die Übertragung von Ubiquitin vom E2-Enzym auf das Substrat.

• Meist wird eine Kette aus mehreren Ubiquitin-Molekülen (Polyubiquitinierung) angehängt, was das Protein für den Abbau durch das 26S-Proteasom markiert.

Das ubiquitinierte Protein wird schließlich zum Proteasom transportiert und dort in kleinere Peptide zerlegt.

ER-associated protein degradation

Fehlerhaftes Protein (misfolded protein) -> Retrograder Transport durch ER-protein-Translocator -> Ubiquitination -> Abbau im 26-Proteasom

UPR ist wie ERAD zusätzliche Feedback-Kontrolle. Anhäufunf von ungefalteten Proteinen im ER induziert eine Feedback-Regulation. Ziele sind: Translationsstopp, Abbu ungefalteter Proteine underhöhte Chaperone-Synthese

Bestandteile:

1. 20S Kernpartikel (katalytisch)

2. 2 × 19S Regulatorpartikel („Deckel“)

20S Kern

• Proteinabbau im Inneren („Schredder“)

19S Regulatorpartikel

• erkennt polyubiquitinierte Proteine

• entfernt Ubiquitin (Isopeptidase)

• entfaltet Substrate (ATP-abhängig)

• schleust Protein in den 20S-Kern

1. Elimination falsch gefalteter Proteine (ERAD)

2. Signaltransduktion

3. Entzündungsreaktion

Öffnen bei erhöhter Membranspannung (z. B. hypoosmotischer Schock). 3 Transmembranhelices bilden die Pore; eine amphipathische, parallel zur Membran liegende Helix wirkt als Spannungssensor. Konformationsänderung öffnet das Gate und ermöglicht Ion-/Osmolytausstrom.

GTPγS ist nicht hydrolysierbar → Ga bleibt im aktiven GTP-gebundenen Zustand.

Folgen:

• keine Rückkehr zu Ga-GDP

• kein Reassoziieren mit Gβγ

• dauerhaft aktive Effektorsignale

• Signal wird nicht abgeschaltet

→ konstitutiv aktive Signalkaskade

Beispiele:

1. Tastsinn / Drucksinn der Haut

2. Hör- und Gleichgewichtssinn

Aktivierung:

• mechanische Kräfte (Druck, Dehnung, Vibration, Strömung)

• Membrankrümmung oder Zugspannung

• direkte mechanische Aktivierung von Ionenkanälen

Gemeinsamkeiten

• lichtaktivierte Rezeptoren

• enthalten Chromophor (Retinal)

Unterschiede

Rhodopsin:

• metabotroper Rezeptor

• GPCR

• aktiviert G-Protein (Transducin)

• Signalkaskade über cGMP

• in tierischen Photorezeptoren

Channelrhodopsin:

• ionotroper Rezeptor

• direkt lichtgesteuerter Ionenkanal

• kein GPCR

• in Algen (Chemotaxis)

Geeignet:

• Channelrhodopsine (ionotrope Lichtkanäle)

Ablauf:

1. genetische Expression von Channelrhodopsin in Zielzellen

2. Licht aktiviert Kanal

3. Ionenstrom

4. Änderung des Membranpotentials

5. kontrollierte Zellaktivität

Wildtyp:

• Apoplasten-Alkalisierung

• Ca²⁺-Influx

• ROS-Produktion

• basale Immunantwort

FLS2-Mutante:

• keine Flagellin-Erkennung

• keine Immunantwort

• kein pH-Anstieg

• kein ROS

Zellen erlangen Mechanosensitivität durch:

• mechanosensitive Ionenkanäle

• Membrankrümmung

• Kopplung ans Cytoskelett

• Kopplung an ECM

Bakterien

MscL/MscS Kanäle → Volumenregulation bei hypoosmotischem Schock → verhindert Zelllyse

Mensch

Piezo1 / Piezo2 → Wahrnehmung von Druck und Berührung → wichtig für Tastsinn & Körperwahrnehmung

Wildtyp zeigt nach Flagellin:

• Apoplasten-Alkalisierung

• Ca²⁺-Influx

• ROS-Produktion

Eine Rezeptormutante (fls2):

• reagiert gar nicht auf Flagellin

• zeigt keine frühen Antworten

Durch Komplementation mit dem Wildtyp-Gen wird die Antwort wiederhergestellt → zeigt: Defekt liegt im Rezeptor.

1. extrazelluläre LRR-Domäne (Ligandenbindung)

2. Transmembranhelix

3. cytosolische Kinasedomäne

Rezeptor, der:

• selbst enzymatisch aktiv ist oder

• ein direkt assoziiertes Enzym aktiviert

Ablauf:

1. Ligandenbindung

2. Konformationsänderung

3. Aktivierung der Enzymaktivität

4. Autophosphorylierung

5. Signalweiterleitung

Beispiele

1. Rezeptor-Tyrosinkinase (EGF-Rezeptor)

2. Insulinrezeptor

3. Rezeptor-Serin/Threonin-Kinase (pflanzliche RLKs)

Gemeinsamkeiten

• extrazelluläre Ligandenbindung

• Transmembransegment

• cytosolische Kinasedomäne

• Dimerisierung/Aktivierung nach Ligandenbindung

Unterschiede

• Tyrosin- vs. Ser/Thr-Phosphorylierung

• unterschiedliche Liganden

• unterschiedliche zelluläre Prozesse

1. extrazelluläre Rezeptordomäne

2. eine Transmembranhelix

3. cytosolische Ser/Thr-Kinase

PAMP: Flagellin (flg22)Rezeptor: FLS2 (LRR-RLK)

Flagellin-insensitives Wachstum

Mutanten reagieren nicht mehr auf flg22.

1 cM = 1 % Rekombinationswahrscheinlichkeit

Maß für genetische Distanz

Aufbau:

• Ga

• Gβ

• Gγ

inaktiv: Ga-GDP + Gβγ

Zyklus:

1. GPCR aktiviert Ga

2. GDP → GTP Austausch

3. Ga-GTP und Gβγ aktivieren Effektoren

4. GTP-Hydrolyse

5. Reassoziation

1. Rhodopsin → Licht

2. muskarinischer AChR → Acetylcholin

3. β-adrenerger Rezeptor → Adrenalin

Ligand bindet außerhalb der orthosterischen Tasche→ verstärkt oder hemmt Rezeptoraktivität

800

Gαs → Adenylatcyclase

PIP₂ → IP₃ + DAG

Volumenregulation bei hypoosmotischem Schock→ verhindert Zelllyse

Welche Aussagen sind richtig, welche sind falsch

o Die Öffnung der Pore von MscL geht mit einer Flächenzunahme des Proteins einher <-

o MscL wird durch einen hypoosmotischen Schock aktiviert <-

o MscL kann durch die Gabe von amphipathischen Molekülen zu einer Seite der Membran aktiviert werden <-

o TRP Kanäle sind anionenselektiv X

o Die Ankyrin-Domänen in TRP Kanäle dienen der Mechanosensitivität <-

o Einige TRP-Kanäle nehmen Kälte wahr <-

o Einige TRP Kanäle können über G-Protein gekoppelte Rezeptoren aktiviert werden <-

o Capsaicin und Hitze aktivieren denselben TRP Kanal <-

o Arabidopsis besitzt Mechanorezeptoren aus der Msc-Familie <-

o Einige TRP Kanäle werden über direkte Zugspannung in der Membran aktiviert <-

LRR-Domänen bestehen aus leucinreichen Wiederholungen und bilden eine Struktur zur Ligandenerkennung.

Beispiel: FLS2-Flagellin-Rezeptor.

GPCRs besitzen:

• 7 Transmembran-Helices

• extrazellulären N-Terminus

• intrazellulären C-Terminus

• orthosterische Ligandenbindedomäne

• Kopplung an trimere G-Proteine

Ligand → GPCR → Gαs → Adenylatcyclase → cAMP → Aktivierung der Proteinkinase A → Phosphorylierung von Transkriptionsfaktoren → veränderte Genexpression.

Unterschied in der Metaphase — Meiose I vs. Mitose:

• Mitose: Einzelne Chromosomen (mit Schwesterchromatiden) ordnen sich in der Äquatorialebene an; die Schwesterchromatiden sind zu entgegengesetzten Polen orientiert.

• Meiose I: Homologe Chromosomenpaare (Bivalente/Tetraden) ordnen sich gemeinsam an; die homologen Chromosomen sind zu entgegengesetzten Polen orientiert, während Schwesterchromatiden zusammenbleiben.

Kurz: Mitose = einzelne Chromosomen, Meiose I = homologe Paare.

1. Hemiparasiten: photosynthetisch aktiv, beziehen v. a. Wasser und Mineralstoffe vom Wirt.

2. Holoparasiten: keine Photosynthese, beziehen Wasser, Nährstoffe und Kohlenstoff vollständig vom Wirt (z. B. Cuscuta).

Über CuRe1 wird ein Cuscuta-PAMP erkannt → PTI-Antwort mit ROS, Ethylen, MAPK-Aktivierung und HR.

PTI = PAMP-Triggered Immunity (durch Mustererkennung ausgelöste Immunität)

GRP = Glycine-Rich Protein (glycinreiches Protein)

Cuscuta-Glycin-reiches Zellwandprotein liefert ein Peptid-Motiv (Crip21), das vom Wirt als PAMP erkannt wird und Abwehrreaktionen auslöst.

Sie können den Parasiten früh erkennen und eine starke Abwehr (PTI/HR) aktivieren.

PTI = PAMP-Triggered Immunity (durch Mustererkennung ausgelöste Immunität)

GRP = Glycine-Rich Protein (glycinreiches Protein)

Oxidativer Burst, Ethylenproduktion, Aktivierung von Abwehrgenen und Hypersensitive Response (lokaler Zelltod), was zum Absterben des Parasiten führt.

Viele Pflanzen besitzen keinen passenden Rezeptor (z. B. CuRe1) zur Erkennung des Parasitenfaktors und können daher keine effektive Abwehr auslösen.

PTI entsteht durch Erkennung des Parasiten-PAMPs (z. B. Crip21 über CuRe1), während ETI (Effector-Triggered Immunity) durch spezifische Effektorerkennung ausgelöst werden kann und meist stärkere Abwehr wie HR (Hypersensitive Response) verursacht.

• Haustorium = Kontakt- und Eindringorgan zum Wirt

• Erkennung von Wirtsignalen → Differenzierung des Haustoriums

• Adhäsion und Penetration (mechanischer Druck + Zellwand-abbauende Enzyme)

• Verbindung hauptsächlich zum Xylem

• Aufnahme von Wasser und Mineralstoffen

• Photosynthese bleibt erhalten → eigener Kohlenstoffgewinn

1. Haustorium essenziell für Überleben (keine Photosynthese)

2. Anheftung und Eindringen in das Wirtsgewebe

3. Enzymatische Zellwandauflösung + mechanische Penetration

4. Verbindung zu Xylem und Phloem

5. Entzug von Wasser, Mineralstoffen, Zuckern und Metaboliten

6. Enge physiologische Kopplung mit dem Wirt