Immuno (Fach) / Ausarbeitungsfragen (Lektion)

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• Wer steuert hauptsächlich den Zellzyklus? Cycline (zyklisch exprimiert, d.h. zyklisch auf- und abgebaut) sowie CDK (cycline-dependent-kinases)4.) Regulation von Cyclin im Zellzyklus? Diverse Cycline (im Komplex mit CDK) kontrollieren den Zellzyklus zu unterschiedlichen Zeitpunkten (sind zu unterschiedlichen Zeitpunkten aktiv) und helfen der Zelle, von einer Phase des ZZ in die andere zu kommen. Dabei machen sie zyklische Veränderungen in ihrer Aktivität durch (werden zyklisch auf- und abgebaut). Beispiel: Cyclin-B-CDK1-Komplex (MPF), der die Zelle durch die Abfolge von Assoziation, Phosphorylierung und Dephosphorylierung von der Interphase in die Mitose schicken kann.
• Name des Tumorsupressors, der den G1-S-Übergang verhindert? p53: öffnet als Transkriptionsfaktor in der G1-Phase durch Förderung der Expression von CDK-Inhibitoren ein Zeitfenster, in der die Zelle DNA-Schäden reparieren kann.
• Erkläre den Begriff “Nekrose”. Nekrose ist der pathologische Untergang von Zellen (traumatischer oder zufälliger Zelltod); dabei schwellen die Zellen an, platzen und entlassen ihre intrazellulären Inhalt in den Extrazellulärraum, wodurch es zu lokalen Entzündungen (im Körper) kommen kann.
• a) Welchen Sinn hat die Apoptose? b) Welche Enzyme spielen dabei eine wichtige Rolle? a) durch Apoptose werden entartete oder potentiell schädliche Zellen eliminiert, die Gewebshomöostase wird aufrecht erhalten und Gewebe mit hohem Zellturnover machen auch oft Gebrauch davon. Apoptose kann intrinsisch (zum Beispiel nach einer starken UV-Bestrahlung) ausgelöst werden, oder extrinsisch mithilfe der Todesrezeptoren (zum Beispiel Fas-Rezeptor), die bestimmte Liganden binden und so den Zelltod „von außen“ herbeiführen können.  b) die Caspasen
• Warum besitzt ATP eine derart große Hydrolyseenergie und ein so hohes Übertragungspotential für Phosphatgruppen? Die 3 Phosphatgruppen von ATP sind allesamt negativ geladen (insg. 4 negative Ladungen) → elektrostatische Abstoßungskräfte → diese elektrostatischen Abstoßungskräfte werden nach Hydrolyse von einer oder mehrerer Phosphatgruppen in freie Energie umgewandelt → diese freie Energie wird genutzt, um Arbeit zu verrichten (Biosynthesen, Muskelkontraktion, aktiver Transport …)  Die Abspaltung von einem Phosphatrest ist außerdem durch Mesomerieeffekte begünstigt:  → Elektrostatische Abstoßung  → Resonanzstabilisierung
• Welche Möglichkeiten zur kurzfristigen/langfristigen Kontrolle der Enzymaktivität gibt es? langfristig: transkriptionelle Kontrolle kurzfristig: reversible Phosphorylierung ultra-kurzfristig: feedback-Hemmung (allosterische Regulation)3.) Wie kann man ein Enzym regulieren?  auf transkriptioneller Ebene (langfristige Regulation) sowie mithilfe von reversibler Phosphorylierung (kurzfristig) und allosterischer Regulation (ultra-kurzfristig).  
• Was charakterisiert ein Schlüsselenzym? Schlüsselenzyme katalysieren in der Regel irreversible Reaktionen (das sind normalerweise exergone Reaktionen, in denen viel Energie freigesetzt wird); sie katalysieren den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt (Schrittmacherenzym; eine chemische Reaktion kann nur so schnell ablaufen wie der langsamste Schritt); sie kontrollieren einen möglichst frühen Schritt (damit nach Abschalten des Stoffwechselweges möglichst wenige Reaktionsschritte unnötig ablaufen).
• Nennen Sie zwei Funktionen von Gallensäuren. → Gallensäuren sind für die Fettverdauung wichtig. Sie emulgieren Lipide (im Darmtrakt) und vergrößern die Angreifbarkeit für Enzyme. Dies ermöglicht die Resoprtion.
• Welche Stoffwechselwege laufen vermehrt in der Leber ab, wenn der Blutglucosespiegel niedrig ist? → Fettsäureoxidation → Glycogenolyse → Gluconeogenese Falsche Antworten: → Glykolyse (hier wird ja Glucose verbraucht indem 1x Glucose in 2x Pyruvat konvertiert wird; somit würde dies nicht helfen wenn der Blutglucosespiegel bereits niedrig ist).
• Wie heißt das Schlüsselenzym der Glykolyse und wie wird es reguliert? → die Phosphofructokinase.   ATP: reversibler allosterischer Inhibitor, ADP u AMP: allosterische Aktivatoren ->die Energieladung der Zelle kontrolliert PFK außerdem: Citrat: hemmt PFK; Fructose-2,6-Bisphosphat: aktiviert PFKWie kann seine Aktivität auch die Aktivität der Enzyme beeinflussen, die die erste und letzte Reaktion der Glykolyse beeinflussen? PFK trägt auch zur Regulation der Hexokinase und Pyruvatkinase bei: Hexokinase wird durch ihr Produkt Glucose-6-phosphat allosterisch gehemmt. Wenn Phosphofruktokinase gehemmt wird, kann Fructose-6-phophat nicht mehr zu Fructose-1,6-bisphosphat umgewandelt werden und staut sich an. -> wird wieder in Glucose-6-phosphat umgewandelt (weil: steht im Gleichgewicht mit Glucose-6-phosphat, reversible Reaktion) -> Glucose-6-phosphat hemmt Hexokinase (-> sekundärer Rückstau)
• Das Enzym GAPDH (Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase) hat welchen Kofaktor in seinem aktiven Zentrum? Pyridoxalphosphat.
• Welche Rolle übernimmt Pyridoxalphosphat im aktiven Zentrum der GAPDH? Pyridoxalphosphat ist die prosthetische Gruppe bei GAPDH (Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase) und bindet die Phosphatgruppe
• Erläutern Sie folgende Aussage: „Die Glykolyse ist fakultativ anaerob, der Citratzyklus ist obligat aerob.“! Die Glykolyse kann in einen anaeroben Modus wechseln, wobei Pyruvat in Lactat umgewandelt wird, um NADH zu NAD + zu re-oxidieren (regenerieren). Im normalen aeroben Modus schließt an die Glykolyse, nach der Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA, der Citratzyklus an.  Der Citratzyklus ist auf die oxidative Phosphorylierung angewiesen, da er von dort seine oxidierten Elektronenüberträger (NAD + und FAD + ) bezieht; ist kein O2 vorhanden, läuft die oxidative Phosphorylierung nicht ab → daher kann dann kein Citratzyklus stattfinden.
• Mit welcher Verbindung reagiert Acetyl-CoA, um in den Citratzyklus zu münden? Mit Oxalacetat.
• Welches Enzym kann diese Verbindung aus Pyruvat herstellen? → Pyruvat-Dehydrogenase.
• → Pyruvat-Dehydrogenase. Glykolyse, beta-Oxidation.
• Wo wird ATP am meisten gewonnen? Bei der oxidativen Phosphorylierung.
• Beschreiben Sie in Grundzügen das Prinzip der ATP-Gewinnung durch oxidative Phosphorylierung. Prinzip der kontrollierten Elektronenübertragung von Elektronendonoren (NADH, Succinat) über 4 Komplexe und 2 mobile Transporteure (Ubichinon, Cyt C) auf molekularen Sauerstoff => H 2 O entsteht; stark exergone Reaktion! Die Elektronen können nicht direkt auf den molekularen Sauerstoff übertragen werden, da sonst eine Knallgasreaktion ausgelöst werden würde. Daher werden die Elektronen von Trägern mit niedrigem Redoxpotential sukzessive auf Träger mit höherem Redoxpotential übertragen, dabei nimmt die freie Energie der Elektronen stetig ab, geht allerdings nicht verloren sondern wird in Form eines chemisch/osmotischen H + -Gradienten gespeichert. Bei jeder Elektronenübertragung (außer bei der von Succinat über Komplex II auf Ubichinon – zu niedrige Redoxpotentialdifferenz) werden hierfür Protonen in den Intermembranraum der Mitochondrien gepumpt. Die potentielle Energie des Gradienten wird abschließend dazu genutzt, die ATP-Synthase „anzutreiben“ und so die Produktion von ATP zu katalysieren.
• Schlüsselenzym(e) der Gluconeogenese? Frucotse-1,6-bisphosphatase und Glucose-6-phosphatase
• Umwandlung von Pyruvat in Lactat: a) Wie heißt der Zyklus? b) wo läuft dieser Zyklus ab? c) unter welchen Bedingungen und warum existiert dieser Zyklus? a) Cori-Zyklus b) in Muskeln und Erythrozyten ... im Zusammenspiel mit der Leber c) ad Muskeln: unter starker Muskelbelastung entsteht schnell ein gewisser Sauerstoffmangel, weswegen die Sauerstoff-abhängigen Wege (Citratzyklus, oxidative Phosphorylierung) nicht mehr effizient (schnell) genug arbeiten, um genügend ATP zu produzieren  in diesem Fall wird Pyruvat aus der Glykolyse nicht mehr in den Citratzyklus eingeschleust, sondern bevorzugt zu Lactat umgewandelt (durch Lactat-Dehydrogenase), dabei entsteht NAD + , das für einen erneuten Glykolyse-Durchgang verwendet werden kann  ATP entsteht; Lactat wird über das Blut zur Leber geschickt, wo es zu Pyruvat re-oxidiert wird  Gluconeogenese  Glucose wieder zum Muskel geschickt.   ad Erythrozyten: diese haben keine Mitochondrien und sind deshalb auf diese Art der ATP-Gewinnung angewiesen.
• Glykogenstoffwechsel: Wie ist Glykogen aufgebaut und in welchen Organen wird es vornehmlich gespeichert? Glykogen wird in der Leber, Niere und den Muskeln gespeichert. Glykogen ist die Speicherform von Glucose und besteht aus alpha-1,4 linear miteinander verknüpften Glucosemolekülen, von denen in regelmäßigen Abständen Äste abzweigen, die 2 Ketten alpha-1,6-glykosidisch miteinander verbinden.
• Welche Enzyme / Hormone können beim Einbau eines freien Glucosemoleküls in Glykogen beteiligt sein? Hexokinase/Glucokinase, Glucosephosphat-Mutase, UDP-Glucose-Pyrophosphorylase, Glykogen-Synthase.
• Das Schlüsselenzym beim Aufbau von Glykogen ist ...? Dies ist die → Glykogen-Synthase.
• Wie heißt das Schlüsselenzym des Glykogenabbaus (Glykogenolyse) und durch welches Hormon wird es aktiviert? Glykogenphosphorylase  Hormon: Glucagon
• Glykogenabbau: welche Enzyme/Hormone beteiligt? Enzyme:  Glykogen-Phosphorylase, Glucosephosphat-Mutase, Glucose-6-phosphatase. Hormone: Glucagon und Adrenalin.
• Wie beeinflusst Insulin die beiden Schlüsselenzyme der Glykogensynthese/- abbau? Insulin aktiviert eine Proteinphosphatase, die die Glykogen-Synthase in einen aktiven Zustand überführt und aktiviert außerdem eine Proteinphosphatase, die Glykogen-Phosphorylase in einen inaktiven Zustand überführt (reziproke Regulation)
• 1.) Wie heißen die Enzyme, die Fettsäuren spalten? Lipasen.
• Ketonkörper erklären. Ketonkörper werden produziert, um dem Gehirn (und dem Herz) beim Fasten als Energiequelle zur Verfügung zu stehen; wird gefastet (keine Glucose) und sind die Glykogen-Speicher geleert, so werden zunehmend Fettsäuren oxidiert – gleichzeitig nimmt die Aktivität des Citratzyklus in der Leber ab  es staut sich Acetyl-CoA in der Leber an, das aber nicht abgebaut werden kann (und noch dazu kommt es bald zum CoA-Mangel)  die Leber baut deshalb Acetyl-CoA zu Ketonkörpern um, sendet sie zu den zu versorgenden Organen (Gehirn, Herz...), wo sie schlussendlich wieder zu Acetyl-CoA umgebaut werden und zu CO 2 und H 2 O abgebaut werden, um Energie zu generieren (in Form von ATP)
• Wie wird die Aktivität der Acetyl-CoA-Carboxylase engmaschig kontrolliert? AMP (deutet auf niedrige Energieladung in der Zelle hin) aktiviert Proteinkinasen, die die Carboxylase inaktivieren. AMP kann die Carboxylase außerdem allosterisch inhibieren. Glucagon und Adrenalin inaktivieren die Proteinphosphatase 2A, die die Carboxylase wieder aktivieren könnte. Insulin aktiviert die Proteinphosphatase 2A hingegen.  Durch Citrat kann die Carboxylase in einen partiell-aktiven Zustand versetzt werden.
• Erklären Sie den schrittweisen Abbau von Triglyceriden bis hin zur ATP Gewinnung. Am Anfang werden Triglyceride durch Lipasen hydrolytisch gespalten; das Glycerin kann mithilfe der Glycerinkinase und der Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase schlussendlich in Dihydroxyacetonphospshat umgesetzt werden und sowohl der Glykolyse als auch der Gluconeogenese zufließen.  Die Fettsäuren werden nach Bindung an Coenzym-A aktiviert (Acyl-CoA); in diesem Zustand werden sie mithilfe der Acylcarnitintransferase I auf Carnitin übertragen und so zu Acylcarnitin umgewandelt → mithilfe der Acylcarnitintranslokase werden Acylcarnitine vom IMR in die mitochondriale Matrix transportiert  dort werden sie mithilfe des Enzyms Acylcarnitintransferase II wieder zu Acyl-CoA + Carnitin umgewandelt; das Carnitin benutzt die Translokase im Antiport-Modus um wieder in den IMR zu gelangen, während das Acyl-CoA der beta-Oxidation unterzogen wird und dort schrittweise aufoxidiert wird → das letzte Enzym (Thiolase) spaltet nun die aufoxidierte FS in ein Acetyl-CoA (C 2 ) + Acyl-CoA (C-Kette um 2 C verkürzt); das Acyl-CoA kann nochmal für eine beta-Oxidation verwendet werden, während das Acetyl-CoA nun im Citratzyklus und der oxidativen Phosphorylierung zu CO 2 und H 2 O abgebaut wird => ATP entsteht.
• a) Aus welchem Baustein wird Cholesterin synthetisiert? b) wie heißt der Stoffwechselweg? c) Schlüsselenzym? d) welche Substanzgruppe kann die Cholesterin-Synthese hemmen? a) Acetyl-CoA b) Isoprenoidstoffwechsel c) HMG-CoA-Reduktase d) Statine (z.B. Lovastatin)
• Welche zellulären Kompartimente sind in der Cholesterinbiosynthese beteiligt? → Cytosol → Peroxisom → Endoplasmatisches Retikulum
• Wie heißt das Schlüsselenzym der Cholesterinbiosynthese und welche Reaktion katalysiert es? HMG-CoA-Reduktase: HMG-CoA → Mevalonat (Mevalonsäure)
• Wie wird die Aktivität der HMG-CoA-Reduktase engmaschig kontrolliert? Auf transkriptioneller Ebene durch Steroide inhibiert, auf translationaler Ebene durch Isoprenoide inhibiert und als „fertiges“ Enzym durch AMP-abhängige Kinasen inaktiviert und durch Proteinphosphatasen aktiviert. Cholesterin und Isoprenoide können außerdem Proteasen aktivieren, die die HMG-CoA-Reduktase abbauen.
• Nennen Sie die Aufgaben/Prozesse bei denen Nucleotide eine Rolle spielen. → Bestandteile von Coenzymen wie NAD+, FAD, CoA → Sekundäre Botenstoffe wie cAMP, cGMP → Energielieferanten in Form von ATP, GTP → Als aktivierende Reste, zum Beispiel in UDP-Glucose oder in CDP-Diacylglycerin → Als aktive Vorstufen und Bausteine bei der Synthese von Nucleinsäuren
• Warum trifft Fluoruracil hauptsächliche proliferierende Zellen? Flurouracil wird als FdUMP als Substrat der Thymidylat-Synthase erkannt und im aktiven Zentrum gebunden => irreversible Inhibition; sich häufig teilende Zellen haben wegen der vielen DNA-Replikation auch sehr hohen Bedarf an dTTP, wenn man die Synthese des dTMP inhibiert, schadet man den Tumorzellen damit massiv
• Angenommen der Glucosespeicher ist aufgebraucht: worauf steigt der Körper um (vor allem im ZNS und im Herz)? → auf Ketonkörper
• Was verstoffwechseln Gehirn und Muskel zu unterschiedlichen Zeiten? → Glucose→ Glucose
• a) wo kommt Glucose überall vor? b) von welchem Organ wird sie am meisten verbraucht, und wieso? c) in welchen Stoffwechselwegen wird Glucose zu CO2 und H2O abgebaut? a) Glucose kommt vor allem im Blut vor und wird oft als Glykogen in der Leber, in der Niere und im Muskelgewebe gespeichert. b) vom Gehirn; dieses nutzt die Energie fast ausschließlich zum Betrieb von Na+/K+--ATPasen, um das Ruhemembranpotential von Neuronen aufrecht zu erhalten und als Folge davon eine effiziente Weiterleitung von Nervenimpulsen zu erlauben.  c) im Citratzyklus und bei der oxidativen Phosphorylierung.
• Welche Organe können Gluconeogenese betreiben und welche nicht? Die einzigen Organe, die Gluconeogenese betreiben können, sind die Leber und die Niere.
• a) Wo wird Glucose neben der Glykolyse noch verwendet? b) In welchen metabolischen Stoffwechselzyklen wird Glucose verwendet? Pentosephosphatweg: a) die oxidative Phase: Herstellung von NADPH für reduktive Biosynthesen (zum Beispiel für die Cholesterinbiosynthese), Herstellung von Ribose-5-phosphat (wird zur Nukleotidsynthese herangezogen) b) die nicht-oxidative-Phase: hier sind durch die entstehenden Zwischenprodukte Glycerinaldehyd-3-phosphat und Fructose-6-phosphat Quereinstiege zur Glykolyse und zur Gluconeogenese möglich.  Glykogensynthese → Überführung der Glucose in seine Speicherform Glykogen in der Leber, im Muskelgewebe und in der Niere.
• Welche Veränderungen bewirkt Insulin im Zucker- und Fettstoffwechsel von Leberzellen? Allgemein ist Insulin das einzige Hormon, das den Blutzuckerspiegel senken kann. Leberzellen können in kurzer Zeit große Mengen Glucose aufnehmen und sie in Form von Glycogen speichern oder in Energie umwandeln. In der Leber werden die mit der Nahrung aufgenommenen Kohlenhydrate somit als Glycogen gespeichert – und dies hat ein Absinken der Glucosekonzentration im Blut zur Folge. Somit kann festgehalten werden, das Insulin zu mehr Glycogen (in den Leberzellen) führt, sofern Glucose vorhanden ist.
• Wie kann man die Disulfidbrücken in Proteinen lösen? Harnstoff und Mercaptoethanol (bsp. f. reversible Denaturierung)
• Wer kommt zuerst? Gelfiltration IEC Affinitätschromatographie PAGE Der Größte Der gleichgeladen ist, wie die Matrix Der am wenigst reagierende Der kleinste
• Edman Sequenzierung? Protein wird mit Phenylisothiocyanat benetzt, welches an dem N-Terminus haftet und danach Hydrolysiert wird. die PTH-Aminosre wird danach detektiert
• a) Cystein hat welche funktionelle Gruppe, und was kann damit passieren? b) WIRKLICH basische Aminosäuren aufzählen c) Aminosäuren mit welcher Seitenkette können phosphoryliert werden? a) Cystein besitzt eine Thiol-Gruppe (-SH; Sulfhydrylgruppe); zwei Cysteine können eine Disulfidbrücke ausbilden, im oxidativen Milieu; Disulfidbrücken sind wichtige post-translationale Modifikationen. b) Lysin und Arginin (Histidin nicht da der pKA-Wert bei 6.0 liegt; somit kann Histidin sowohl als Base als auch als Säure agieren, je nach pH-Wert). c) Aminosäuren mit –OH Gruppen sind: SYT, also Serin, Tyrosin und Threonin.
• der Weg des Kollagens mRNA -> AS + Signalsequenz -> Prä-pro-kollagen -> Glykosilierung und verkettung in Golgi -> Prokollagen -> Extrazelluläre vernetzung
• Schritte bei der Kraftentfaltung des Myosinmotors 1. ATP bindet an Myosin und es löst sich vom Actin 2. ATP wird hydrolysiert und das Myosin verändert sich allosterisch 3. Myosin mit ADP bindet Actin und biegt sich wieder in die Ausgangsstellung 4. ADP löst sich
• Resorption und Speicherung von Eisen Eisen wird mit Transferrin gebunden im Endosom zu Fe2+ reduziert und in Ferritin gespeichert
• katalytische Triade? Als katalytische Triade bezeichnet man in der Biochemie eine spezielle Anordnung von drei Aminosäuren im aktiven Zentrumeiniger Enzyme. Mit der katalytischen Triade kann in Hydrolasen die Spaltung eines Substrats und in Transferasen der Transfer eines Substratteils auf ein zweites Substrat katalysiert werden. Die drei Aminosäuren fungieren dabei als Säure, Base und Nukleophil und ermöglichen eine kovalente Katalyse.

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