Molekulare Biologie - Altklausuren

Biologie (Subject) / Molekulare Biologie - Altklausuren (Lesson)

Uni Würzburg

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Wie kann es sein, dass die Genexpression auch während der Mitose stattfinden kann, obwohl die Chromosomen in dieser Phase doch maximal kondensiert vorliegen? Während der Mitose ist aufreichend mRNA vorhanden, sodass die Proteinbiosynthese weiterhin stattfinden kann.
Welche Abfolge von Signalsequenzen würde die Insertion eines Membranproteins mit einer ungeraden Anzahl von Transmembransegmenten erlauben? Das Protein benötigt eine abgespaltene Signalsequenz, gefolgt von Paaren von Transfer-Start- & Stoppsequenzen.
Nennen Sie drei Motorproteine und die dazu gehörenden Zytoskelett-Typen! Dynein und Kinesin -> Mikrotubuli Myosin -> Aktin
Welche bakteriellen Proteine sind homolog zum Tubulin einer eukaryotischen Zelle? FtsZ-Proteine
In einem klassischen Experiment bewies Seymour Benzer, dass das Ribosom nicht überprüft, welche Aminosäure an die tRNA gebunden ist. Beschreiben Sie in knappen Worten das Prinzip des Versuchs. Eine bereits in die tRNA eingebaute AS wurde chemisch umgewandelt in eine andere AS. Diese falsche AS wurde trotzdem in die Polypeptidkette eingebaut. Das Ribosom überprüft also nicht, welche AS an die tRNA gebunden ist.
Nennen Sie die grundlegenden Schritte der Replikationsinitiation und die beteiligten Faktoren (Mikrobio)! DnaA (Initiatorprotein, das spezifische Nukleotidsequenzen im oriC erkennt) bindet während des gesamten Zellzyklus mit einer hohen Affinität an DnaA-Boxen (R1, R2, R4) Die Initiation startet, wenn DnaA an ATP bindet ATP-gebundenes DnaA bindet mit einer geringen Affinität an die DnaA-Boxen (R3 und R5) und an die "I-sites" Homo-Oligomerisation der DnaA verursacht das Aufschmelzen der DUE-Region (DNA unwinding element; am oriC) Die DNA-Helikasen lagern am Ursprung an. Dazu benötigen sich jeweils einen Helikase-Ladungskomplex Der Helikase-Ladungskomplex öffnet die Helikase und positioniert sie um den DNA-Einzelstrang. Die Helikasen binden Primasen, die Primer synthetisieren Der Klammerladungskomplex belädt die Primer der Leitstränge mit einer gleitenden Klammer. Die DNA-Polymerase bindet an der Klammer und synthestisiert am Leitstrang fortlaufend den neuen DNA-Einzelstrang.
Was sind Sigma-Faktoren und welche Funktion haben sie? Benennen Sie 3 Beispiele? bakterielle Proteine, die bei der Initiation der Transkription benötigt werden sigma 70: Haushalts-Sigma-Faktor von E. coli, der die Transkription jener Gene einleitet, deren Genprodukte unter gewöhnlichen Umweltbedingungen benötigt werden. Sigma 32 ist der Hitzeschock-Sigma-Faktor in E. coli, der vom Gen rpoH codiert wird. Erhöht sich die Temperatur in der Zelle, wird der Faktor vermehrt Sigma 38 ist der Sigma-Faktor der generellen Stressantwort in E. coli.
Welche Rolle spielt das Min-System bei der Zellteilung von E. coli? negativer Regulator von FtsZ -> verhindert, dass sich der Z-Ring an den Polen bildet und somit, dass die Zellteilung an den Polen stattfindet
Was für Funktionen könnten Nucleosomen in Promoter-Genen haben? gezielte Stilllegung von Genen -> RNA-Pol die ganze Zeit in unmittelbarer Nähe zur DNA -> Gene würden die ganze Zeit transkribiert und translatiert werden
Beschreiben Sie ein Programm zur Sequenzanalyse. Welche wesentlichen Teile würde es brauchen? Beschreiben Sie das Konzept des verwendeten Algorithmus. ?
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Es gibt eine Menge verschiedener Lokalisationen in der Zelle. Beschreiben Sie, wie ich mit bioinformatischen Mitteln feststellen kann, wo mein Protein in der Zelle lokalisiert ist. Nennen Sie dafür ein Software Programm, erklären Sie das Prinzip, wie es arbeitet und geben Sie ein konkretes Proteinbeispiel an. ?
Wenn ich regulatorische RNA in der Zelle untersuchen will, brauche ich eine spezifische Softwarestrategie dafür. Welche unterschiedlichen Aspekte der RNA untersuche ich dabei (3 Aspekte nennen)? Dabei kurz diese 3 Aspekte beschreiben und wie sie bei der Suche nach bzw. bei der Charakterisierung der RNA helfen. ?
Die metabolische Rekonstruktion ist eine Voraussetzung für die anschließende metabolische Modellierung. Wieso? Erläutern Sie 2 Beispiele, was denn Unterschiedliches passieren könnte (also welche falschen metabolischen Vorhersagen resultieren), wenn die metabolische Rekonstruktion nicht durchgeführt wird. ?
Erklären Sie das Prinzip der Zwei- oder Mehrphotonenmikroskopie. funktioniert ähnlich wie ein konvokales Laser-Rastermikroskop anstatt ein Molekül mit Licht von ca. 400 nm vom Grundzustand in einen angeregten Zustand zu bringen, ist es genau so möglich, dies mit Licht der doppelten Wellenlänge, also 800 nm zu erreichen. Es müssen dann zwei Photonen der Wellenlänge von 800 nm simultan (innerhalb von 10-16 s) absorbiert werden. Erst bei hohen Photonenflussdichten werden ausreichend viele Moleküle angeregt, so dass Fluoreszenz messbar ist. Damit Zweiphotonenabsorption bei der Fluoreszenzmikroskopie anwendbar ist, müssen einige Bedingungen erfüllt sein: · Einsatz von Lasern: Hohe Photonendichten werden heute meistens mit Titan-Saphir-Lasern realisiert. Entscheidend bei diesen Lasern ist, dass ihr Licht gepulst ist. Es wird mit Wiederholraten von rund 80 MHz emittiert, ein einzelner Puls hat eine dabei eine Halbwertsbreite von <200 fs. · Kurze Laser-Pulse: Umgerechnet hat ein einziger Puls nur einige Nanojoule Energie, jedoch werden Spitzenleistungen von mehreren 100 kW erzielt. Nur durch die hohen Spitzenleistungen und relativ niedrigen Durchschnittsleistungen kann experimentiert werden, ohne die Probe unter dem Mikroskop zu schädigen. · Fokussierung des Lichts: Eine dritte Bedingung, die erfüllt sein muss, ist die Fokussierung des Lichtes. Nur im Fokus des Mikroskop-Objektivs findet nennenswerte Zweiphotonenabsorption statt. Vorteile der Zweiphotonenmikroskopie gegenüber herkömmlicher Mikroskopie: · Die Anregung der Moleküle erfolgt im Infraroten, also bei einer Wellenlänge, bei der die biologischen Proben weitestgehend transparent sind. Dies ermöglichten hohe Eindringmesstiefen in die Proben. · Die Zerstörung der Proben durch UV-Licht ist ausgeschlossen und durch Erwärmung minimal, da die notwendige mittlere Leistung relativ gering ist (vernachlässigbare Photo-Zerstörung außerhalb des Fokus). · Das Fluoreszenzlicht ist spektral so weit vom Anregungslicht entfernt, dass es durch entsprechende Filter vollständig vom Anregungslicht getrennt werden kann. · Die Rayleigh-Streuung bei 800 nm Anregung entspricht nur 1/16 von der bei 400 nm Anregung · Da die Signalstärke quadratisch von der Pulsleistung abhängt, ist die Auflösung in der (x,y)-Ebene der konventionellen Mikroskopie nahezu ebenbürtig, in der Tiefenauflösung jedoch klar überlegen, da keine räumlichen Filter notwendig sind, denn die quadratische Abhängigkeit sorgt für eine instrinsische Auflösung in z-Richtung · Einfachere Justierung als bei der konfokalen Mikroskopie, da Pinholes mit Durchmessern im 10µm-Bereich entfallen.
Wie funktioniert die Lokalisationsmikroskopie (PALM/STORM/dSTORM)? Wodurch wird die Auflösung bestimmt? beruht auf dem Prinzip des Photoswitchings (stochastisches An- und Ausschalten der Fluoreszenz) Ziel der Lokalisationsmikroskopie ist es, so viele Moleküle in einem nicht-fluoreszierenden Off-Zustand zu behalten wie möglich, sodass nur einzelne Moleküle fluoreszieren Fluoreszenz dieser Moleküle wird detektiert, sie werden dann wieder in einen Off-Zustand versetzt und andere Moleküle werden aktiviert es entstehen viele Einzelbilder, die dann mit einem Computer übereinander gelegt werden, was zum endgültigen Ergebnis führt je höher die kOFF/kON-Rate ist, desto besser/genauer das Ergebnis (kOFF-Rate 50-500mal größer als kON-Rate) bzw. die Auflösung dadurch können Moleküle einzeln betrachtet werden, da sich die Fluoreszenz mehrerer Moleküle nicht überlagert hoch auflösende Mikroskopie benötigt eine hohe Labeling-Dichte (kleine und spezifische Sonden)
Benennen Sie wenigstens zwei Beispiele für zelluläre Differenzierungsvorgänge in Bakterien! Sporulation von Bacillus Bildung von Heterocysten bei manchen Cyanobakterien, z. B. Anabaena
Beschreiben Sie das Prinzip der gleitenden Motilität bei Myxobakterien. Pili an einem Pole des Bakteriums sind mit der Oberfläche verhanden. Beim Zusammenziehen der Pili bewegt sich das Bakterium in Richtung der Pili. Schleimsekretion am anderen Pol. Dadurch schiebt sich das Bakterium wiederum in Richtung der Pili.
Welche Untereinheiten der bakteriellen RNA-Polymerase können direkt an Protein-DNA-Wechselwirkungen beteiligt sein? alpha-UE beta-UE beta´-UE sigma-UE
Beschreiben Sie die Vorgänge bei der Translationsinitiation bei Bakterien. 30S-UE des Ribosoms (gebunden an IF1 und IF3) bindet an Ribosom-Bindestelle der mRNA beladene fMet-tRNA (aktiviert durch IF2 und GTP) bindet an Initiationscodon Dissoziation von IF1, IF2, IF3 und die Hydrolyse von GTP -> 50S-UE bindet an 30S-UE -> 70S-Ribosom fMet-tRNA jetzt an P-Stelle
Welche Schritte der Mureinbiosynthes laufen im Periplasma von Gram-negativen Bakterien ab? ?
Wie unterscheidet sich das TAT-System vom Sec-abhängigen Transport? Beim TAT-System werden bereits gefaltete Proteine (zB Enzyme mit Cofaktoren, die sich nur im Cytoplasma falten können) transportiert, beim Sec-abhängigen Transport ungefaltete Proteine
Beschreiben Sie die Funktionsweise eines konvokalen Fluoreszenzmikroskops. Warum bekommt man damit eine bessere Tiefenschärfe? Zeichnen Sie dazu schematisch den Strahlengang (von der Probe bis zum Detektor). - Das Licht einer punktförmigen Lichtquelle (Lichtquelle plus vorgeschalteter Lochblende) wird optisch in einen Punkt in der Fokusebene des Objektivs auf oder in dem Messobjekt abgebildet. - Das von diesem beleuchteten Objektpunkt ausgehende Licht (Fluoreszenzlicht, reflektiertes Licht) wird über die gleiche Optik und einen Strahlteiler auf eine Lochblende vor dem Detektor abgebildet. - Der Detektionsfokus liegt also in der zur Fokalebene des Objektivs konjugierten Ebene, beide Foki liegen also übereinander (= konfokal). - Licht, das nicht aus der Fokalebene kommt, wird unterdrückt, weil es nicht auf die Lochblende fokussiert wird, sondern dort als Scheibchen erscheint, so dass es fast komplett geblockt wird. - Das erhöht deutlich den Kontrast und verbessert somit die laterale Auflösung. Mit der konfokalen Abbildung kann die (immer noch beugungsbegrenzte) laterale Auflösung um den Faktor 1,4 größer sein gegenüber der konventionellen Mikroskopie, abhängig von der Größe der Lochblende. - Es ist zu beachten, dass beugungsbedingt der Lichtpunkt auf der Probe tatsächlich ein Spot von endlicher Größe ist (Airy-Scheibe/Beugungsscheibchen: entstehen bei der Beugung eines Lichtstrahls an einer Blende). - Deshalb muss die Größe der Lochblende auf die Größe dieses Spots optimiert werden. Eine zu kleine Lochblende verringert auch die Menge des nützlichen Lichts, eine zu große Blende lässt zu viel Licht außerhalb der Fokusebene und zu viel Streulicht zu.
Erklären Sie, warum die Elektronenmikroskopie eine höhere Auflösung als die Lichtmikroskopie besitzt. Wodurch ist die Auflösung der Elektronenmikroskopie limitiert? Da schnelle Elektronen eine sehr viel kleinere Wellenlänge als Licht haben und die Auflösung durch die Wellenlänge begrenzt ist, haben Elektronenmikroskope eine höhere Auflösung als Lichtmikroskope. Abberationen der elektronenoptischen Bauteile verschlechtern die nutzbare Auflösung um etwa zwei Größenordnungen.
Was ist Genkonversion und wie funktioniert sie? ?
Wir haben RNA in der Vorlesung als magisches Molekül kennen gelernt. Welche Doppelfunktion kann sie leisten (benennen und beschreiben) und wofür ist das wichtig? ?
Wie kann man aus der Nukleotidsequenz die Aminosäuresequenz ableiten? Zählen Sie kurz Schritte für ein geeignetes Bioinformatikprogramm auf (Vielleicht kennen Sie auch eines, dann dieses kurz beschreiben und wo man es finden kann)! ?
Welche Programme können feststellen, ob ein Protein an einer bestimmten Stelle in der Zelle lokalisiert ist? Benennen und beschreiben Sie 2 Programme/Strategien! ?
Mit welchen Methoden können Proteine in ihrer Struktur besser beschrieben werden? Nennen und beschreiben Sie 2 Methoden! ?
Blender-Experiment? Probe 1: Phage + radioaktiver Schwefel (Protein) Probe 2: Phage + radioaktiver Phosphor (DNA) beiden Proben Bakterien hinzugefügt Proben jeweils in einen Mixer gegeben Probe 1: keine radioaktiven Stoffe in Bakterien Probe 2: radioaktive Stoffe in Bakterien -> DNA enthält Erbinformation
Welcher Schritt der Transkription wird in erster Linie kontrolliert und warum? Initiation ?
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Woher stammt die Bezeichnung Intermediärfilament und welches ist die größte Klasse dieser Filamente? vom Durchmesser her dünner als Mikrotubuli und dicker als Aktinfilamente. Liegen als dazwischen (intermediär) größte Klasse: Keratine
Welches Motorprotein ist für den Flagellenschlag verantwortlich? Dyneine, hauptsächlich Ciliendynein
Wie reagieren Zellen, wenn sie keine externen Signale empfangen? leiten programmierten Zelltod (Apoptose) ein
Stickstoffmonoxid ist ein Signalmolekül. Woraus wir es im Körper gebildet? Die Stickstoffmonoxid-Synthase katalysiert die Bildung von Stickstoffmonoxid aus der Aminosäure Arginin in den Endothelzellen
Definieren Sie Chemotaxis. Gerichtete Bewegung eines Organismus hin zu einem Lockstoff oder weg von Repellents
Benennen Sie drei verschiedene chemische Modifikationen, durch die die Aktivität von Proteinen beeinflusst werden kann. Phosphorylierung Acetylierung Adenylierung
Beschreiben Sie stichwortartig einen Mechanismus, mit dem kleine nicht-codierende RNAs die Expression eines Gens inhibieren können. miRNA (microRNA) bildet mit Proteinen den RISC (RNA induced silencing complex) miRNA leitet RISC zu mRNA mit komplementärer Basenabfolge je nachdem, wie groß die Übereinstimmung der Nukleotidsequenzen von miRNA und mRNA ist, wird die mRNA durch die Endonukleaseaktivität des RISC direkt geschnitten (bei großer Übereinstimmung) oder zu einem anderen Ort im Cytoplasma transportiert (weniger Übereinstimmungen), wo sie ebenfalls geschnitten wird keine mRNA -> keine Genexpression
Worin unterscheidet sich ein bakterielles Protein, das über die Cytoplasmamembran transportiert wird, von einem Protein, das im Zytoplasma verbleibt? ? Protein trägt Signalsequenz?
Welche Software für Sequenzanalysen kennen Sie? Name und Funktion mit wenigen Stichworten ?
Eine Signalkaskade steht an, modelliert zu werden. Wie finden Sie die Bestandteile der Kaskade? zwei bioinformatische Möglichkeiten kurz beschreiben ?
Welche Datenbanken kennen Sie aus der Vorlesung? 3 Beispiele, Beispiel in einem Satz beschreiben ?
Wodurch ist die Auflösung eines optischen Mikroskops bestimmt? Abbe-Limit: d=Wellenlänge/2sinalpha
Es gibt drei Bereiche der Bioinformatik: Simulationen, Programme und Datenbanken. Beschreiben Sie wichtige Unterschiede zwischen diesen Bereichen. ?
Beschreiben Sie den Unterschied zwischen der PlateletWeb Knowledgebase und der STRING Datenbank (was kennzeichnet die erste, was die zweite und was wäre dann in der Praxis der Hauptunterschied in der Verwendung)? ?
Was ist die Subway Map of Cancer? ?
Was ist der ELM Server, was kann man damit machen und wie sind die Unterschiede zu den Vorhersagen, die man stattdessen mit dem Programm TMHMM erreicht (was ist das für ein Programm)? ?
Erklären Sie, welche Daten in der PDB Datenbank gespeichert sind, wie man diese Daten sichtbar machen kann (mit welchem Programm und wie das arbeitet) und erklären Sie an einem Proteinbeispiel, wie man damit dann ein Protein analysieren kann? ?
Was sind sog Minizellen von E. coli und wie entstehen sie? Durch Mutationen im MinCDE System funktioniert die negative Regulation des FtsZ an den Polen nicht mehr. Der Z-Ring bildet sich an einem der Pole und die Zelle teilt sich in eine große Zelle mit genetischem Material und eine Minizelle in der kein/kaum genetisches Material vorhanden ist.
Welche Funktionen haben tmRNAs? Beschreiben Sie kurz die wesentlichen Mechanismen. transfer messenger RNAs Trans-Translation
Wie können Mikrotubuli selektiv stabilisiert werden? Nennen Sie zwei mögliche biologische Funktionen der Stabilisierung. ?