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Biologie (Subject) / Molekulare Biologie - Mikrobiologie - Vorlesung 9 (Lesson)
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- BESCHREIBEN SIE STICHWORTARTIG DEN BEI BAKTERIEN AM WEITESTEN VERBREITETEN MECHANISMUS DER SIGNALTRANSDUKTION! Zweikomponentensystem (Two component system, TCS): - Transmembranprotein, das als Sensor fungiert - zytoplasmatisches Protein, das die Regulation eines Prozesses steuert - Sensorprotein reagiert auf ein äußeres Signal, indem eine Phosphatgruppe an eine bestimmte Stelle des Proteins gebunden wird (es wird ein Histidin phosphoryliert; das Sensorprotein ist also gleichzeitig eine Kinase, weshalb man auch von Sensorkinase spricht) - in einem zweiten Schritt wird die Phosphatgruppe auf das Regulationsprotein übertragen, das hierdurch aktiviert wird - das aktivierte Regulationsprotein greift in der Regel in die Genexpression ein
- WELCHE FUNKTION HAT DER SECOND MESSENGER ppGpp BEI E. COLI? - das Fehlen von Aminosäuren führt zum Stillstand des Ribosoms - das führt dazu, dass das RelA-Protein ppGpp synthetisiert - ppGpp löst eine Unmenge an zellulären Veränderungen aus, z. B. das Anhalten der Replikation und massive transkriptionelle Veränderungen - ppGpp ist also ein Stresssignal für „Hungern“
- BENENNEN SIE DIE DREI WICHTIGSTEN SECOND MESSENGER MOLEKÜLE IN E. COLI! - zyklisches AMP (cAMP) - (p)ppGpp - zyklisches di-GMP
- WAS IST EIN ECF-SIGMAFAKTOR? BESCHREIBEN SIE KURZ SEINE FUNKTIONSWEISE! - ECF-Sigmafaktor: extracytoplasmic function sigma factor (alternativer Sigmafaktor; Signaltransduktionsmechanismus) - ECF-Sigmafaktoren wirken regulatorisch auf Veränderungen im Periplasma - werden oft durch Antisigmafaktor-Komplexe gebunden und dadurch inaktiv gehalten (verhindern die unkontrollierte Genexpression unter Normalbedingungen und ermöglichen die Freisetzung des Sigmafaktors unter Stressbedingungen) - in Anwesenheit eines Stimulus wird der Antisigmafaktor inaktiviert - wenn z. B. viele falschgefaltete Proteine im Periplasma auftreten (Hinweis auf Stresssituation), so binden diese an den Antisigmafaktor, was zur Folge hat, dass der ECF-Sigmafaktor ins Zytoplasma freigesetzt wird - Aktivierung der ECF-Sigmafaktor abhängigen Stressantwort (Aktivierung der Transkription von anderen Genen)
- DEFINIEREN SIE DEN BEGRIFF QUORUM SENSING! Quorum sensing bezeichnet die Fähigkeit von Mikroorganismen, die Dichte einer Population zu erkennen und auf dieses Signal zu reagieren → Art der Kommunikation zwischen Mikroorganismen derselben Art oder unterschiedlicher Arten (z. B. in Biofilmen)
- WORIN UNTERSCHEIDEN SICH MECHANISMEN VON TYPISCHEN QUORUM SENSING SYSTEMEN ZWISCHEN GRAM-POSITIVEN UND GRAM-NEGATIVEN BAKTERIEN? - Gram-negativ: Frei-diffundierbare Autoinducer treten in Zelle ein und binden bei bestimmter Konzentration, bzw. Zelldichte an Transkriptionsaktivator der die Expression von Zielgenen aktiviert/verstärkt, woraufhin weitere Autoinducer freigesetzt werden - Gram-positiv: Autoinducer sind meist posttranslational modifizierte Peptide Freisetzung über spezielle Transporter (oft sec-Transport oder ABC-Transporter) und Bindung an Sensorkinasen -> Erkennung membranständiger 2KS intrazelluläre Phosphorylierungskaskade führt zu Induktion von Zielgenen --> u.a. Verstärkte Expression von Autoinducern bzw. dessen Synthesegenen
- AUS WELCHEN DOMÄNEN BESTEHT EIN TYPISCHER RESPONSREGULATOR? - N-terminal konservierte Receiver-Domäne: · das vorher phosphorylierte Histidin überträgt seine Phosphatgruppe auf das Aspartat der Receiver Domäne · beteiligt an der Katalyse der Autodephosphorylierung und an der Regulation der Aktivität der Output-Domäne - C-terminale Output-Domäne: · bindet an einen spezifischen Ort und löst eine Reaktion des Bakteriums aus. z.B.: Ein- oder Ausschalten von Genen · fähig, an die DNA zu binden
- WAS IST EINE PAS DOMÄNE UND WOZU DIENT SIE? - ubiquitär in Eubakterien, Archaea, Pflanzen, Pilzen, Insekten und Vertebraten - Signalinputdomäne von Sensorkinasen - PAS Domänen nehmen unterschiedliche Stimuli wie Sauerstoff, Licht, Redoxpotential usw. wahr - PAS Domänen sind in der Natur sehr häufig vorkommende Signaltransduktionsdomänen, die entweder sensorische Funktionen erfüllen oder Protein-Protein-Wechselwirkungen vermitteln - z. B. Inputdomäne der Sensorhistidinkinase bei E. coli
- BESCHREIBEN SIE KURZ DAS DER CHEMOTAXIS ZU GRUNDE LIEGENDE SIGNALTRANSDUKTIONSSYSTEM VON E. COLI! - MCPs (Methyl-akzeptierende Chemorezeptoren) in der Zellmembran interagieren mit CheW (Adaptorprotein: vermittelt die Kommunikation zwischen MCPs und CheA) und CheA (Proteinkinase) im Zytoplasma - MCP wird kontinuierlich von CheR methyliert und von CheB-P demethyliert - kein Chemoattractant an MCP gebunden: · MCP stimuliert CheA zur Autophosphorylierung durch ATP-Hydrolyse · phosphoryliertes CheA überträgt die Phosphatgruppe auf CheY (Responsregulator) · CheY-P bewegt sich zum Flagellum, wo es eine Änderung der Drehrichtung von counter-clockwise in clockwise verursacht → Taumeln · Phosphatgruppe an CheY wird kontinuierlich von CheZ (Phosphatase-aktivierendes Protein) entfernt → System kann sehr sensitiv auf Veränderungen der Attractant-Konzentration reagieren - Chemoattractant an MCP gebunden: · Autophosphorylierung von CheA wird inhibiert (CheY wird ebenfalls nicht phosphoryliert) → counter-clockwise rotation (Schwimmen) · MCP wird zu gutem Substrat für CheR und zu einem schlechtem Substrat für CheB-P - Entfernen des Attractants verursacht, dass der „über-methylierte“ MCP die Autophosphorylierung von CheA stimuliert - CheY-P- und CheB-P-Level steigen à Taumeln und Demethylierung des MCP → weniger Autophosphorylierung von CheA - Methylierungsstatus des MCP liefert den Vergleich zwischen der jetzigen Attractant-Konzentration zur vorherigen
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