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Lernende 3 Lernende
Sprache Deutsch
Stufe Universität
Erstellt / Aktualisiert 20.07.2017 / 05.08.2017
Lizenzierung Namensnennung (CC BY)     (M. Wehrli)
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Erläutern Sie die Begriffe Primär\, Sekundär\, Tertiär\ und Quartär\Struktur von Proteinen. Geben Sie Beispiele für Strukturelemente, die Protein\ Funktionen bestimmen. Was versteht man unter dem Begriff Motiv und Strukturdomäne

Primärstruktur:
• Abfolge der Aminosäuren (=Aminosäuresequenz, bei Nukleinsäuren (DNA und RNA) Nukleotidsäuresequenz genannt.)

Sekundärstruktur:

• Räumliche Anordnung des Proteins: α3Helix, β3Faltblatt, Schleifen
Die Strukturen ergeben sich durch nicht3kovalente Wechselwirkungen, wie van der Waasl Wechselwirkungen, oder Wasserstoffbrücken zwischen den Peptidbindungen des Polypeptidrückgrates.

Tertiärstruktur:
• Die der Sekundärstruktur übergeordnete räumliche Anordnung der Sekundärstruktur (vollständige 3D3Struktur), thermodynamisch günstige Zusammenlagerung hydrophober Teile im Protein, aufgrund von Disulfidbrücken, Wasserstoffbrücken, vdW3Wechselwirkungen, ionische Bindungen.

Quartärstruktur:
• Zusammenlagerung von unterschiedlichen Proteinen, oder Verband aus zwei,oder mehr Polypeptidketten, aufgrund von Wasserstoffbrücken, ionische und kovalente Bindungen.

Strukturelemente:

• α-Helix, β3Faltblatt, random coil structure, Protein-Domänen, globuläre Proteine, Membranproteine...

Strukturmotive:
• bestimmte wiederkehrende Kombinationen von Strukturelementen z.B.: Helix-Loop-Helix, Zink-Finger, coiled coil Motiv

Strukturdomäne:

• ...ist neben Strukturelementen und Strukturmotiven auch wichtig für die Sekundärstruktur der Proteine und sind mit einer bestimmten Funktion des Proteins assoziiert. Durch Strukturdomänen unbekannter Proteine kann man auf deren Funktion rückschließen. 

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Nennen Sie posttranslationale Proteinmodifikationen und erklären Sie diese kurz. 

Prozessierung/ proteolytische Spaltung

  • Precursor (Vorläufer des Proteins) wird durch Proteasen geschnitten (z.B. Signalpeptide am C- oder N-Terminus abschneiden).
  • Eine Sonderform ist das Protein-Splicing: entfernt gelegene Aminosäureketten werden zusammengelegt. Dabei gibt es das cis-Splicing (ein Stück der Precursors {= Intein} wird herausgelöst) und das trans-Splicing (Inteine zweier verschiedener Precursoren werden abgetrennt und die Aminosäureketten der Proteine verknüpft)

Disulfidbrücken

  • kovalente Bindungen zwischen oxidierten Schwefelatomen zweier Cysteine. Die Reduktion der S-Atome löst die Bindung wieder.

Phosphorylierung

  • wird von Proteinkinasen unter Verbrauch von ATP katalysiert und verändert die Eigenschaften und Funktion von Proteinen.

Glykosylierung

  • Zuckermoleküle werden an Aminosäuren des Proteins angehängt, wodurch die Faltung und Stabilität des Proteins beeinflusst wird und es geschützt ist vor Abbau

Ubiquitinierung

  • Ubiquitinreste werden auf Lysinketten übertragen. Dabei wird die Funktion, oder auch die Lokalisation von Proteinen innerhalb der Zelle verändert.

(Acethylierung) (Methylierung)  

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Geben Sie Beispiele für die Bedeutung posttranslationaler Modifikation von Proteinen für zelluläre (Signal\) Prozesse 

Posttranslationale Modifikationen haben einen Einfluss auf die Eigenschaften eines Proteins:

  • veränderte Proteinoberfläche und –struktur
  • andere Interaktionspartner,
  • Enzymaktivität,
  • Proteinstabilität,
  • Lokalisation in der Zelle.
  • Zelluläre Signalprozesse bauen häufig auf die Veränderung der beteiligten Proteine.

Beispiele:

  • Extrazelluläre Stresssignale phosphorylieren aktivieren Kinasen oder Acetyltransferasen, die den Tumorsuppresor p53 phosphoriliren oder acetylieren. Dies führt zu einer Stabilisierung und aktivierung des Proteins --> wird in Zellkern transportiert--> binden an Promoterregionen und führt zu Expressionen von Genen. wird p53 nicht mehr gebrauch wird dessen Abbau durch Ubiquitinierung signalisiert.

  • Phosphorylierungskaskaden/Signalkaskaden: Weiterleitung von Informationen

  • Histonmodifikation: hat Einfluss auf das Chromatingerüst --> Einfluss auf Genregulation 

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Was sind Enzyme und was machen sie? Erklären Sie die Michaelis\Menthen\ Theorie.  

  • Enzyme sind katalysatorische Proteine, welche chemische Reaktionen beschleunigen.
  • Sie setzen die Aktivierungsenergie herab, indem sie Übergangszustände stabilisieren.
  • Enzyme besitzen eine hohe Substrat- und Reaktionsspezifität.

=>Michaelis-Menthen:

  • Michaelis-Menthen-Konstante (KM) = Substratkonzentration bei der die halbe maximale Reaktionsgeschwindigkeit erreicht wird {wenn klein, dann hohe} Affinität des Enzyms gegenüber seinem Substrat
  • Reaktionsgeschwindigkeit (kcat): wie viele Moleküle pro Sekunde durch das Enzym umgesetzt werden
  • KM und kcat geben Aussage über die Effizienz eines Enzyms. 
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Welches Enzym weisst eine höhere Affinität zu seinem Substrat auf?

Enzym 1 mit einem KM\Wert von 30 μM oder Enzym 2 mit einem KM\Wert von 500 μM?  

Kleiner KM3Wert bedeutet hohe Affinität. Enzym 1 hat eine höhere Affinität.  

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Erklären Sie den Begriff Proteom 

Proteom = Gesamtheit aller Proteine in einem Lebewesen, einem Gewebe oder einer Zelle unter exakt definierten Bedingungen zu einem bestimmten Zeitpunkt 

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Welche Bedeutung hat die Analyse des Proteoms für die Systembiologie? In welchem Verhältnis stehen die System-Elemente (DNA, RNA, Proteine, Metabolite) zu einander? 

Die Kenntnis darüber welche Proteine (und wie viele) zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Zelle vorhanden sind gibt Aussage über den Zustand der Zelle, deren Funktion...

Das Genom bleibt konstant, das Proteom hingegen ist sehr dynamisch (Beispiel: Proteom einer Raupe ≠ Proteom eines Schmetterlings)

Das funktionale Genom besteht aus:

  • Genom (DNA)              Einfluss auf Regulierung der Transkription
  • Transkriptom (RNA)     Einfluss auf Regulierung der Translation
  • Proteom (Proteine)      Einfluss auf Proteinstabilität, -modifikation, -aktivität
  • Metabolom (Metabolite, Stoffwechselprodukte, ±gesamter Zellinhalt)

    

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Welche Methoden existieren für die Identifikation von Proteinen? 

Western Blot:

  1. Proteinextrakt herstellen mit nativen oder denaturierendem Puffer
  2. Auftrennenvon Proteinen
    • Gelelektrophorese: Strom fliest durch das Gel, geladene Proteine wandern im eF und kleine wandern schneller da sie weniger gehindert werden
    • Isoelektrisches Fokusierung: Proteine ordnen sich im ph-Gradient je nach Ladung an
  3. Blotting: Proteine auf ein eine Protein-bindende Membran übertragen
  4. Nachweisreaktion mithilfe 2 Antikörper
    1. Antikörper bindet spezifisch ans Proteinauf der Membran
    2. Antikörper binden an primären Antikörper, dieser trägt Enzym. Wenn dieses Enzym ein Substrat umsetzt wird Licht erzeugt --> Auflegen eines Filmes --> Belichtung wird nach entwicklung sichtbar

ELISA (enzyme linked immunosorbent assay):

  •  erster und zweiter Antikörper: wie bei western blot
  • für den Nachweis: Substrat zugeben, welches durch das antikörpergebundene Enzym umgesetzt wird, wodurch ein Farbstoff entsteht.

Massenspektrometrie:

Aufbau

  • Ionenquelle --> ionisierte Peptide und bringt sie in die Gasphase
  • Massenanalysator --> trennt Peptide nach ihrere Masse auf
  • Detektor --> Erfassung der separaten Peptide

Spektren auswerten

  • Jeder Peak entspricht einem Peptid (charakteristische Massen/Ladungs -Verhältniss
  • Anhand der gemessen Peptidmassen wird das am Besten passende Protein aud der Datenbank ermittelt durch einen Suchalgorithmus