Mikrobiologie (Fach) / MiBi Vorlesung (Lektion)

Fragen zur Vorlesung von Hengge/Klauck

Diese Lektion wurde von blubberbluemchen erstellt.

Lektion lernen

zurück  |  weiter 2 / 2

• Transduktion Übertragung von Bakterien-DNA durch Bakteriophagen. Wenn ein Phage ein Bakterium infiziert, dann injiziert er seine DNA ins Zellinnere. Diese wird in das Bakterienchromosom integriert. Dort wird es wie jeder andere Bestandteil der Erbinformation behandelt.Unter bestimmten Umständen macht sich die Phagen-DNA wieder selbständig. Dazu veranlasst sie das Bakterium, eine neue Proteinhülle herzustellen, mit der sie das Bakterium wieder verlassen kann. Dabei kommt es vor, dass zusätzlich zur Phagen-DNA andere Teile der Bakterien-DNA gleichsam aus Versehen mitgenommen werden. Ein neu infiziertes Bakterium erhält dann auch diese DNA-Teile. Die Phagen, die nach dem Befall einer Bakterienzelle sich sofort vermehren und die Lyse (= lytischer Zyklus, Aufbrechen der Zellwand) auslösen, nennt man virulente Phagen.Manche Phagen schädigen die Bakterienzelle nicht (gleich), sondern ihre DNA wird in das Bakterienerbgut integriert. Es befindet sich dann ein Prophage (temperenter Phage) in einem lysogenen Bakterium (= lysogener Zyklus, d.h. der Prophage kann zum Phagen werden und das Bakterium zerstören)
• Transformation Einbringen von „nackter/freier“ DNA in ein Bakterium Manche Bakterienarten besitzen die Fähigkeit freie, außerhalb der Zelle vorliegende DNA in die eigene Zelle aufzunehmen. Diese Fähigkeit wird natürliche Kompetenz genannt und ist Voraussetzung für die Transformierbarkeit von Bakterien.Die fremde DNA wird in die DNA des aufnehmenden Bakteriums eingebaut (Rekombination) und kann nun bei Zellteilungen weitergegeben werden. Alle Tochterzellen dieses Bakteriums besitzen dadurch die neu aufgenommene DNA einschließlich der dort codiertenEigenschaften
• Kann zusätzlich zum F-Plasmid auch noch andere DNA bei der Konjugation übertragen werden? Welche? R-Plasmide (Resistenzplasmide)
• Regulation in E. coli findet üblicherweise auf Ebene der Transkription statt. Dennoch gibt es viele Gene/Proteine, die auf weiteren Ebenen reguliert werden. Nennen sie zwei weitere Regulationsebenen und erläutern sie, wie die Regulation dort prinz Repression und -InduktionEffektor-Moleküle (die als Induktor oder Co-Repressor wirken können) binden an ein Regulatorprotein, das daraufhin seine Konformation und damit seine Bindungseigenschaften für bestimmte DNABereicheändert.Bindung oder Nicht-Bindung eines Regulatorproteins an DNA wiederum beeinflusst die Zugänglichkeit der DNA für die RNA-Polymerase und damit die Transkription der entsprechenden Gene.Ein klassisches Beispiel für Induktion und Repression ist die Regulation des lac-Operons in E. coli.--> Wenn keine Lactose in der Umgebung des Bakteriums vorhanden ist, ist das lac-Operon abgeschaltet (reprimiert). In Gegenwart von Lactose wird das lac-Operon dereprimiert, es sei denn, dass gleichzeitig Glucose verfügbar ist. In diesem Fall wird erst die Glucose abgebaut, bevor die Proteine für den Lactose-Abbau synthetisiert werden.Der Aufbau des lac-Operons entspricht dem Aufbau vieler prokaryontischer Operons aus Promotor (=RNA-Polymerase-Bindungsstelle), Operator (= Bindungsstelle für regulatorische Proteine) und den Strukturgenen für die β-Galactosidase, die Permease und die Transacetylase. Stromaufwärts des lac-Promotors liegt lacI, das Gen für den Lac-Repressor, das einen eigenen Promotor hat. In Abwesenheit von Lactose bindet der Lac-Repressor an den Operatorbereich O und verhindert die Expression der Strukturgene. Induktion des lac-Operons (negative Kontrolle) in Gegenwart von LactoseNegative Kontrolle bedeutet, dass das lac -Operon nur dann transkribiert wird, wenn der Lac-Repressor nicht am Operator bindet. Im reprimierten Zustand verhindert der Lac-Repressor, dass die RNA-Polymerase an die DNA binden und die Transkription initiierenkann.Lactose (bzw. das Isomer Allolactose, das aus der Lactose entsteht) ist ein Induktor, der an den Lac-Repressor bindet. Der Repressor fällt nun vom Operatorbereich der DNA ab, so dass nun der Promotorbereich für die RNA-Polymerase zugänglich wird. Als nicht-metabolisierbarer Induktor wird Isopropyl-β-thiogalactosid (IPTG) verwendet. Positive Kontrolle des lac-Operons: die Katabolit-RepressionSo lange Glucose verfügbar ist, werden die Gene für den Lactose-Abbau unterdrückt. Auf der Regulationsebene bedeutet das:  die Transkription am lac-Operon erfolgt nur, wenn das CRP am Operator bindet.(cyclisches AMPrepressor protein) oder CAP (catabolit activator protein)  Dieses Protein bindet nur, wenn die Glucose-Konzentration in der Zelle gering ist. Das CRP benötigt cAMP, um an die DNA binden zu können, und dieses cAMP wird durch die membrangebundene Adenylat-Cyclase synthetisiert. In Abhängigkeit von der Menge an Glucose, istauch die Aktivität der Adenylat-Cyclase reguliert. Je weniger Zucker transportiert (d.h. desto weniger ATP verbraucht) wird, desto aktiver ist die Adenylat-Cyclase und desto mehr cAMP wird gebildet. Diese Regulation wird positiveKontrolle genannt. Wenn der Glucosespiegel in der Zelle steigt, fällt gleichzeitig die cAMP Konzentration, und ohne cAMP löst sich das CRP vom Operon. Weil das CRP inaktiv ist, geht die Transkription auf ein niedriges Niveau zurück, sogar in Anwesenheit von Lactose.   Die Genexpression wird somit auf zwei Ebenen kontrolliert:  Negative Regulation: Lactose vorhanden, damit Unterbleiben der Bindung des Repressors an den Operator Positive Regulation: cAMP vorhanden, damit Bindung von CRP an den Operator (Katabolitrepression)    
• Ist die folgende Aussage richtig? Begründen Sie ihre Antwort. „Die Kern-RNA-Polymerase (core RNAP) kann Promotoren in E. coli nicht erkennen und daher auch keine Transkription starten.“ Die coreRNAP besteht aus vier Untereinheiten (2× α, β, β’), das die Transkription katalysiert, aber nicht zu initiieren vermag. Der Core des Enzyms wechselwirkt mit der losen Sigma-Untereinheit und es bildet sich das Holo-Enzym (2× α, β, β’, σ (Sigma)), das die Initiation durchführen kann.Sigma-Faktoren weisen eine hohe Affinität zur Pribnow-Box (-10-Sequenz) und der -35-Sequenz des Promotors auf. Damit erhöht sie die Bindewahrscheinlichkeit des Polymerase-Holoenzyms an die Startstelle des offenen Leserahmens der DNA und initiieren dieTranskription.Auch ohne Sigma-Faktor kann die RNA-Polymerase an die DNA binden, doch es kommt nicht zur Transkription.
• Ist die folgende Aussage richtig? Begründen Sie ihre Antwort. „Sowohl RNA-Polymerase als auch DNA-Polymerase benötigen einen Primer, um die RNA bzw. DNA-Synthese zu starten." Im Gegensatz zu RNA-Polymerasen kann die Synthese des komplementären DNA-Stranges bei DNA-Polymerasen nur erfolgen, wenn der Polymerase ein freies 3'-Hydroxyende zur Verfügung steht. An dieses wird dann das erste Nukleotid angehängt.
• Warum kann das RNA-Polymerase-Holoenzym, an dem der Hitzeschocksigmafaktor (Sigma32) gebunden ist, den Promotor vor dem Flagellin-Gen (fliC) nicht erkennen und keine Transkription starten? Sigma 32 nimmt auf der RNA-Polymerase die Stelle des Standard-Sigma-Faktors (σ70) ein.Mithilfe von sigma32 erkennt die RNA-Polymerase die Hitzeschock-Promotoren, die eine andere Nukleotid-Sequenz haben, als normale Promotoren und die deswegen einer RNAPolymerase mit dem sigma70-Faktor verschlossen bleiben. Eine RNA-Polymerase mit sigma32 bindet nur schlecht an Promotoren von Genen, die nicht zum Hitzeschock-Regulon gehören.
• Ein Protein besitzt ein Helix-turn-Helix Motiv. Welche Eigenschaft schreiben Sie diesem Protein zu? Das HTH setzt sich aus zwei α-Helices zusammen, die durch eine Beta-Faltblattstruktur miteinander verbunden sind. Das HTH zählt zur Homöodomäne. Vorteile: höhere Stabilität des Bindungskomplexes zwischen DNA und HTH hohe Spezifität durch Notwendigkeit einer ganz speziellen räumlichen Struktur (bzw. Sequenz) der Bindungspartner
• Welches Protein verhindert die Transkription des lac-Operons, wenn keine Lactose in die Zelle gelangen kann? Was geschieht mit diesem Protein, wenn Lactose in die Zelle gelangt? lac-Repressor-Protein Lactose ist ein Induktor, der an den Lac-Repressor bindet. Der Repressor fällt nun vom Operatorbereich der DNA ab, so dass nun der Promotorbereich für die RNAPolymerase zugänglich wird. Die Transkription läuft und die entsprechenden Enzyme können synthetisiert werden
• Erläutern Sie den Begriff „Spontanzeugung“ (Urzeugung) Spontanzeugung bezeichnet die Behauptung, dass Lebewesen aus zuvor unbelebter Materie entstehen können. Louis Pasteur widerlegte diese Theorie mit dem Schwanenhalsexperiment (1864): Sterilisation (durch Hitze) des Kolbeninhalts  wenn der Kolben aufrecht gehalten wurde, fand kein mikrobielles Wachstum statt  wenn im Kolbenhals vorhandene Mikroorganismen die sterile Flüssigkeit erreichten, vermehrten sie sich.

zurück  |  weiter 2 / 2