Biologie (Fach) / Molekulare Biologie - Mikrobiolgie (Lektion)

Uni Würzburg

Diese Lektion wurde von jules1991 erstellt.

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• Benennen Sie wenigstens zwei Beispiele für zelluläre Differenzierungsvorgänge in Bakterien! - Heterocysten bei manchen Cyanobakterien, z.B. Anabaena - Sporulation bei Bacillus
• Definieren Sie den Begriff Chemotaxis! Die gerichtete Bewegung von Organismen hin zu Lockstoffen oder weg von Repellents (=Abwehrmitteln)
• Benennen Sie 3 verschiedene chemische Modifikationen, durch die die Aktivität von Proteinen beeinflusst werden kann und nennen Sie ein Beispiel für jede Modifikation! Phosphorylierung -> Serin Adenylierung -> Lysin Acetylierung -> Tyrosin
• Beschreiben Sie stichwortartig einen Mechanismus, mit dem in Bakterien kleine nicht-codierende RNAs die Expression eines Gens inhibieren können! - miRNA-Vorstufe wird weiter bearbeitet -> es entsteht die reife miRNA - diese lagert sich mit einer Gruppe von Proteinen zum RISC zusammen (RNA induced silencing complex) - miRNA leitet RISC zu mRNAs mit einer komplementären Nukleotidsequenz je nachdem, wie groß der komplementäre Bereich ist, wird die Ziel-mRNA schnell abgebaut von einer Nuklease des RISC oder an einen anderen Ort ins Cytoplasma transportiert, an dem andere zelluläre Nukleasen sie zerstören
• Welche Eigenschaften muss ein bakterielles Protein haben, damit es über die Zytoplasmamembran transportiert werden kann? ? Signalsequenz, n-Region, h-Region, c-Region?
• Wodurch wird verhindert, dass bei der bakteriellen Zellteilung der Z-Ring im Bereich des bakteriellen Genoms zu liegen kommt? SlmA: negativer Regulator für die Bildung von FtsZ durch Nucleoid-Okkulsion
• Warum stellen die Bindestellen von Trankriptionsfaktoren auf der DNA in der Regel "inverted repeats" dar? Weil die meisten Transkriptionsfaktoren auf der DNA in der Regel als Homodimere vorliegen.
• Wie bindet ein Transkriptionsfaktor spezifisch an die DNA? Beschreiben Sie kurz eine häufig daran beteiligte Proteinstruktur und die zu Grunde liegenden molekularen WW! Helix-Turn-Helix-Motiv: wird von zwei alpha-Helices gebildet, die durch eine kurze gestreckte Aminosäurekette verbunden sind (-> Turn); die zwei Helices werden v. a. durch WW zwischen den beiden Helices in einem festen Winkel zueinander gehalten; carboxyterminale Helix: Erkennungshelix, passt in die große Furche der DNA (ihre Aminosäure-Seitenketten haben bei der Erkennung der spezifischen DNA-Sequenz entscheidenden Anteil)
• Was bedeutet der Begriff Attenuation der Transkription? Beschreiben Sie in Stichworten einen zu Grunde liegenden Mechanismus! - Alle Mechanismen, die die Termination der Transkription oder zumindest ein Pausieren der RNA-Polymerase verursachen -Voraussetzung: Kopplung von Transkription und Translation -Ribosom-vermittelte Attenuation am Beispiel des Tryptophan-Operons von E. coli: -> Leader-Sequenz codiert beim Tryptophan-Operon ein Leitpeptid -> Leitpeptid enthält sowohl Codons für die AS Tryptophan, als auch mehrere Bereiche mit gegenläufigen komplementären Basen, die sich miteinander paaren und Haarnadelstrukturen ausbilden können -> die Translation des Leitpeptids beginnnt bereits während der Transkription -> Tryptophan und die Tryptophan-beladene tRNA fehlen: Ribosom bleibt stehen -> Ausbildung einer Haarnadelstruktur, welche die weitere Transkription nicht behindert -> hohe Konzentration an Tryptophan: Ribosom passiert Trp-Codons -> Ausbildung einer Haarnadelstruktur, die mit RNA-Pol und DNA in WW tritt und den Abbruch der Transkription bewirkt
• Welche Rolle spielt das Min-System bei der Zellteilung von E. coli? inhibiert die Zellteilung an den Zellpolen
• Beschreiben Sie kurz, mit welchem Fortbewegungsprinzip E. coli sich an Stoffgradienten orientieren kann! Flagellenrotation im Uhrzeigersinn: Taumeln Flagellenrotation gegen den Urzeigersinn: Schwimmen
• Durch welchen molekularen Prozess kommt es bei der Chemotaxis von E. coli zur Adaption an den jeweiligen Stimulus? Netto-Methylierung der MCPs (durch CheR) mittlere CheA-P-Konzentration ursprüngliches Schwimm-Taumelverhalten Dissoziation des Lockstoff-MCP-Komplexes
• Wie kommt es bei der Flagellenbiosynthese von E. coli zur korrekten zeitlichen Abfolge der Expression unterschiedlicher Gene? Klasse 1 Proteine, dann Klasse 2 Proteine, dann Klasse 3 Proteine unter Klasse 2 Proteinen befindet sich ein alternativer Sigmafaktor, der für die Expression der Klasse 3 Gene benötigt wird Anti-Sigmafaktor der Klasse 2 Proteine bindet so lange an Sigmafaktor bis das Sekretionssystem fertig gestellt wurde
• Beschreiben Sie die Grundprinzipien der gleitenden Motilität bei Myxobakterien! Pili an einem Pol: verankert mit Oberfläche -> Zusammenziehen -> Ziehen in eine Richtung Schleimsekretion am anderen Pol: Drücken in eine Richtung
• Was bedeutet der Begriff Self assembly? eigenständige Zusammenlagerung ohne die Hilfe von anderen Proteinen treibende Kraft: Thermodynamik Beispiel: Flagellensynthese
• Worin unterscheidet sich die Sporenform von B. subtilis von der vegetativen Zelle? keine messbaren Stoffwechselaktivitäten resistent gegenüber Hitze, Trockenheit, UV-Strahlung, Röntgenstrahlung, organischen Lösungsmitteln und lytischen Enzymen können mehrere 1000 Jahre überdauern
• Worin unterscheidet sich die Sporenbildung von B. subtilis von der vegetativen Vermehrung? Sporenbildung: asymmetrische Teilung vegetative Vermehrung: symmetrische Teilung
• Benennen Sie drei Mechanismen, durch die die Halbwertszeit eines Proteins in der Zelle beeinflusst werden kann! ?
• Benennen Sie wenigstens 3 verschiedene Sigmafaktoren von E. coli und ihre Rolle für die Zellphysiologie! sigma70: Transkription von RpoD (Haushaltsgen, wird unabhängig von Zelltyp, Zellstadium und äußeren Einflüssen exprimiert; codieren Strukturmoleküle und Enzyme, die mit dem Grundstoffwechsel von Zellen zusammenhängen) sigma32: Transkription von RpoH (aktiviert Gene, deren Produkte während der Hitzeschockreaktion benötigt werden) sigma38: RpoS (generelle Stressantwort)
• Welche Transkriptionsfaktoren sind am regulatorischen Bereich des lac Operons von E. coli gebunden, wenn keine Glucose im Medium vorhanden ist, dafür aber Lactose? CAP (catabolite activator protein) gebunden an cAMP bindet an CAP site des lac Operons lac Repressor NICHT an Operator des lac Operons gebunden
• Woher stammt der Phosphatrest von Glucose-6-P nach Aufnahme durch das PTS-System? Hochenergetischer Phosphatrest von Phosphoenolpyruvat wird über mehrere Kinasen (Signaltransduktion) auf Vermittlerproteine und schließlich auf Glucose übertragen.
• Welche Untereinheiten der RNA-Polymerase können direkt an Protein-DNA-Wechselwirkungen beteiligt sein? alpha-Untereinheit beta-Untereinheit beta´-Untereinheit sigma-Untereinheit
• Beschreiben Sie in Stichworten die zeitlich Abfolge der Ereignisse bei der Transkriptionsinitiation! sigma-UE der RNA-Pol erkennt Promotor und bestimmt mit seiner Helixstruktur die spezifische Bindung an die -10-Region -> geschlossener Komplex aus dsDNA und RNA-Pol RNA-Pol induziert negative Supercoils und öffnet die dsDNA -> offener Komplex nach ca. 10 aneinandergehängten Nukleotiden: sigma-Faktor löst sich ab und RNA-Pol verlässt Promotor -> Elongation
• Welches bakterielle Protein ist homolog zum Tubulin einer eukaryotischen Zelle? FtsZ
• Wodurch wird die Geißelbewegung bei E. coli energetisiert? über Protonengradienten, NICHT durch ATP-Hydrolyse
• Welches Protein kontrolliert die Drehrichtung der Geißeln von E. coli und wie wird es reguliert? Responsregulator CheY bindet an Flagellenmotor und kontrolliert so die Drehrichtung der Geißeln wenn CheY phosphoryliert vorliegt, drehen sich die Geißeln IM Uhrzeigersinn (-> Taumeln)
• Woher weiß E. coli, an welcher Position es den Z-Ring bei der Zellteilung bilden muss? negative Regulatoren (MinCDE-System: verhindert Bildung an der Polen, SlmA: verhindert Bildung am Nucleoid)
• Was sind DNA-Topoisomerasen und DNA-Helikasen und wie funktioneren sie? TypI-Topoisomerase: TopA Bindung an die negativ superhelikale DNA Öffnung von einem der beiden Stränge (Einzelstrangbruch) intakter Strang wird durch den DNA-Spalt geführt Wiederverschluss der Phosphodiesterverbindung entfernt negative Supercoils TypII-Topoisomerase: Gyrase DNA-Doppelstrangbruch nichtgespaltene Helix wird durch die Bruchstelle gezogen Doppelstrangbruch wird geschlossen induziert negative Supercoils Helikasen: entspiralisieren die DNA-Doppelhelix an der Replikationsgabel, indem sie die dsDNA aufschmelzen
• Wie ist das Replisom von Bakterien aufgebaut und welche Funktionen haben die einzelnen Komponenten? Helikase: Schmelzen der dsDNA Primase: Synthese des RNA-Primers RNA-Primer: Clamp-loading complex: Pol III (3x): Polymerisation des leading-Strangs und der Okazaki-Fragmente Slidung clamp (3x):
• Nennen Sie die grundlegenden Schritte der Replikationsinitiation und die beteiligten Faktoren! ?
• Wie funktioniert die Methyl-directed mismatch repair (MMR)? Welche Rolle spielt er? MutS bindet spezifisch ein nicht zusammen passendes Basenpaar MutL bindet an MutS MutH (Endonuklease) bindet direkt neben einer GATC-Sequenz neu synthetisierter Strang wird dadurch erkannt, dass Adenin im GATC-Motiv nicht methyliert vorliegt Endonuklease-Aktivität von MutH wird stimuliert von MutS/MutL -> Spaltung der Phosphodiesterbindung 5´zur GATC Sequenz 3´-Exonuklease entfernt den Tochterstrang bis zum Mismatch DNA-Pol III füllt Lücke auf Ligation der Strangenden Funktion: DNA-Reparatur während der Replikation
• Was sind sigma-Faktoren und welche Funktion haben sie? bakterielle Proteine, die für die Initatiation der Transkription notwendig sind weisen eine hohe Affinität zur Pribnow-Box und der -35-Sequenz des Promotors auf bildet mit dem Coreenzym das Holoenzym
• Welche Strukturen auf der DNA sind notwendig, damit ein prokaryotisches Gen transkribiert und translatiert werden kann? UP-Element: oberhalb der -35-Region, AT-reich, interagiert direkt mit der alpha-UE des RNA-Pol -35-Region -10-Region (Pribnow-Box)
• Welche Möglichkeiten der Transkriptionstermination kennen Sie? Bitte kurz beschreiben! Rho-unabhängige Transkription: GC-reiche Palindrome gefolgt von AT-reichen Sequenzen RNA-Pol stoppt, da die RNA eine stabile Haarnadelstruktur bildet AT-reiche Region destabilisiert RNA-DNA-Hybrid meist dissoziiert die RNA zuerst vom DNA-Template und dann die RNA-Pol Rho-abhängige Transkription: Rho bindet als Hexamer an die rut-Stelle (rho utilization) der einzelsträngigen RNA 72 Nukleotide durchlafen das Zentrum de Hexamers Rho besitzt ATPase-Aktivität, um entlang der RNA zu wandern Rho bindet, wenn die RNA nicht aktiv translatiert wird wenn RNA-Pol langsamer wird (z.B. wegen Ausbildung einer Sekundärstruktur), erreicht Rho die Transkriptionsblase und setzt die RNA-Pol frei
• Nennen Sie die 3 wichtigsten Vorgänge, die bei der Translation eine hohe Genauigkeit sichern! Aminoacyl-tRNA-Synthetasen beladen die tRNAs mit der passenden AS Elongationsfaktor Tu leitet nur beladene tRNAs zum Ribosom spezifische Anticodon-Codon-Interaktionen gewährleisten das Einbringen der AS an der richtigen Seite des Polypeptids
• Beschreiben Sie die Vorgänge bei der Translationsinitiation! Bildung des Initiationskomplexes: 30S-UE des Ribosoms (gebunden an Initiationsfaktoren IF1 und IF3) bindet an die Ribosom-Bindestelle der mRNA (RBS) die beladene fMet-tRNA (aktiviert durch IF2 und GTP) bindet an das Initiationscodon durch die Dissoziation von IF1, IF2 und IF3 und die Hydrolyse von GTP bindet die 50S-UE an die 30S-UE -> 70S-Ribosom die fMet-tRNA ist jetzt an der Peptid(P)-Stelle positioniert (Akzeptor(A)- und Exit(E)-Stelle sind frei)
• Beschreiben Sie den Vorgang bei der Translationstermination! Wenn ein Stop-Codon erreicht wird, bleibt die A-Stelle leer, weil es keine passende tRNA gibt -> Terminationsfaktoren RF1/RF2 und RF3 binden an die A-Stelle (Terminationskomplex) Das Polypeptid wird freigesetzt. mRNA, Terminationsfaktoren und das inaktive 70S-Ribosom dissoziieren
• Welche Funktion haben tmRNAs? transfer-messenger RNA Funktion Trans-Translation bei der Translation von mRNA an Ribosomen kann es vorkommen dass der mRNA ein Stopcodon fehlt -> Ribosom verharrt am 3´-Ende der mRNA tmRNA (beladen mit Alanin) kann in die freie A-Stelle gehen und Alanin an die Polypeptidkette heften Freisetzung des originalen mRNA-Templates Ribosom translatiert 10 Codons der tmRNA und erzeugt dadurch einen 11 AS langen tag auf dem Protein Dissoziation des Translationskomplexes, wenn Stop-Codon der tmRNA erreicht wurde Proteasen erkennen Markierung und bauen das gesamte Protein ab rmRNA befreit feststeckende Ribosomen und führt sie wieder dem Translationspool zu tmRNA markiert unvollständige Peptidketten für den Abbau
• Was versteht man unter nicht-ribosomaler Proteinsynthese? Beschreiben Sie die grundlegenden Vorgänge und nennen Sie ein Beispiel! ?
• Nennen Sie 3 Antibiotika und ihre Angriffspunkte bei der Mureinbiosynthese! Penicillin: Grundgerüst besteht aus einem Beta-Lactam-Ring, der von dem bakteriellen Enzym D-Alanin-Transpeptidase (zuständig für die Quervernetzung der Peptidoglykane in bakteriellen Zelwänden) irreversibel gebunden wird -> bei Zellteilung kann keine Zellwand mehr synthetisiert werden Fosfomycin: irreversibler Hemmstoff des Enzyms MurA, welches den ersten Schritt der Mureinbiosynthese katalysiert Bacitracin: bildet einen Komplex mit Undecaprenoldiphosphat -> hemmt den Lipidcarrier Bactoprenol, der für den Transport von Bausteinen für die bakterielle Mureinschicht nötig ist
• Welche Schritte der Mureinbiosynthese laufen im Periplasma der Bakterienzelle ab? ?
• Was sind Chaperone und welche Funktion haben sie? Nennen Sie ein Beispiel! Helferproteine, die mit neu synthetisierten Proteinen interagieren und helfen, dass diese ihre native Struktur erreichen und nicht aggregieren. z. B. GroES-GroEL-Komplex
• Wie ist die Zellhülle von Gram-positiven Bakterien aufgebaut? Relativ dicke Zellwand mit einem großen Peptidoglykananteil
• Wie sind die Zellhüllen von Gram-negativen Bakterien aufgebaut? dünne Mureinschicht periplasmatischer Raum äußerde Membran (innere Hälfte aufgebaut aus Phospholipiden, außen Lipopolysaccharide)
• Welche sind die wichtigsten Schritte bei der Biosynthese von Lipopolysacchariden (LPS)? Synthese des Lipid A Kerns im Zytoplasma Transport über die innere Membran Synthese der O Antigen Untereinheit am Undecaprenol (Bactoprenol) im Zytoplasma und Transport Synthese des LPS an der inneren Membran Transport zur äußeren Membran
• Was versteht man unter dem Sec-abhängigen Proteintransport in Bakterien? Welche Komponenten spielen dabei eine Rolle? Transport von ungefalteten Proteinen über die Zytoplasmamembran Präprotein interagiert direkt nach der Translation mit SecB (zytoplasmatisches Chaperon) SecB bindet im Zytoplasma an das Dimer SecA SecA interagiert mit dem Membran gebundenen SecYEG durch ATP-Hydrolyse an SecA und durch die protonenmotorische Kraft wird die Translokation über die SecYEG Pore angetrieben Leader Peptidase sorgt für die Abspaltung des Signalpeptids am Präprotein im Periplasma -> reifes Protein
• Wie ist ein Signalpeptid von Sec-transportierten Proteinen aufgebaut und welche Rolle spielt es beim Transport? positiv geladener N-Terminus hydrophober zentraler Bereich (bildet die alpha-Helix, die in die Membran eingebettet wird) C-terminale Domäne (beinhaltet Schnittstelle für Signalpeptidasen) Signalpeptid entscheidet über Bestimmungsort, Transportweg und Sekretionseffizienz des Proteins
• Wie sind integrale Proteine der äußeren Membran aufgebaut? beta-Faltblätter, beta-Fassstruktur
• Beschreiben Sie kurz die Merkmale des Typ II Sekretionssystems! sec-System abhängig (Abschneiden des Signalpeptids durch die Leader-Peptidase -> Faltung des Proteins im Periplasma) GspD (Superfamilie der Sekretine) in der äußeren Membran benötigt Energie für die Sekretion (keine Energiequelle in äußerer Membran) -> Energiebereitstellung über GspE im Cytosol Beispiel: Vibrio-Choleratoxin-Sekretion
• Beschreiben Sie kurz die Merkmale des Typ IV Sekretionssystems! Nennen Sie ein Beispiel! meist Sec-System unabhängig stammen von bakteriellen Konjugationssystemen ab membranassoziierte ATPasen im Zytoplasma (Energiebereitstellung) Proteine, die einen Sekretionskanal zwischen innerer und äußerer Membran ausbilden -> Typ IV Nadel Injektion/Aufnahme von Proteinen oder DNA in/aus einer Wirtszelle Beispiel: Virulenzprotein CagA bei Helicobacter pylori

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