Einführung in die Biotechnolgie (Tutorium)
WS 2018/2019 RWTH Aachen
WS 2018/2019 RWTH Aachen
Fichier Détails
| Cartes-fiches | 136 |
|---|---|
| Langue | Deutsch |
| Catégorie | Biologie |
| Niveau | Université |
| Crée / Actualisé | 06.03.2019 / 26.05.2019 |
| Lien de web |
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| Intégrer |
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Welche Wechselwirkungen können bei der Trägerfixierung ausgenutzt werden? Welche Art der Wechselwirkung sorgt für die stabilste Fixierung und weshalb könnte dies auch von Nachteil sein?
− Adsorption (van-der-Waals Kräfte)
− Ionische Wechselwirkungen
− Kovalente Bindung
→ Kovalente Bindung ist die stabilste Form der Fixierung
• Mögliche Probleme:
• Konformationsänderung des Katalysators durch Bindung
• Eingeschränkte Flexibilität des Katalysators
→ Verringerte oder gar keine Aktivität!
Welche Eigenschaften sollte ein ideales Trägermaterial besitzen, wenn es für die Immobilisierung von Biokatalysatoren verwendet wird?
Allgemeine gewünschte Eigenschaften:
• Große Oberfläche
• Mikrobiologische, chemische und thermale Stabilität
→ Inertes Material
• Hydrophilizität
• Unlöslichkeit
• Geeignete Größe und Form der Partikel
Erklären Sie die Grenzschicht-Polymerisation. Für welche Art der Immobilisierung kann diese Methode genutzt werden?
Grenzschicht-Polymerisation:
• Monomere der Polymerisationsreaktion sind in zwei Phasen gelöst
➢ z.B. Hexamethylendiamin in der wässrigen Phase und Sebacoylchlorid in der organischen Phase
• nur an der Grenzschicht, wo die beiden Monomere in Kontakt kommen, polymerisieren sie
➢ Bildung einer Kapsel
Immobilisierungsmethode: Matrixeinhüllung
Beschreiben Sie den groben Aufbau eines Biosensors und nennen Sie zwei Anwendungsgebiete, in denen Biosensoren angewendet werden können!
Definition:
Messfühler, die mit biologischen Komponenten ausgestattet sind. Biologische Komponenten:
• Enzyme
• Antikörper
• Nukleinsäuren
Elektronische Komponenten:
• Elektroden
• Optoden
• Thermistoren
Mögliche Anwendungsgebiete:
• Medizin (z.B. Blutzuckermessung)
• Lebensmitteltechnologie (z.B. Nachweis von Erregern)
• Militärische Anwendung (z.B. Untersuchung von Kampfstoffen)
• Umweltuntersuchung (z.B. Nachweis von Schadstoffen)
• Biotechnologie (z.B. DNA/RNA-Sonden)
Welche zwei Arten an Biosensoren kann man unterscheiden? Nennen Sie jeweils mögliche Analyten, die mittels dieser Biosensor-Art registriert werden können, und die zugehörige biologische Komponente.
Welche genannten Datenbanken enthalten Informationen über Sequenzen?
Welche genannten Datenbanken enthalten Informationen über Proteinstrukturen?
Welche genannten Datenbanken enthalten Informationen über Proteinfamilien/-domänen?
Welche genannten Datenbanken enthalten Informationen über Stoffwechselwege/Enzyme?
Nach welchem Protein ist der TIM barrel Protein Fold ursprünglich bennant? Welche Strukturelemente zeichnen dieses Faltungsmuster aus?
• Triose-Phosphat-Isomerase
• (αβ)8 = 8 α-Helices und 8 β-Faltblättern
Bekannte Strukturinformationen von verwandten Proteinen können hinzugezogen werden, um unbekannte Strukturen vorherzusagen, selbst wenn keine exakte Sequenzähnlichkeit vorhanden ist. Weshalb? Wie wird diese Art der Modellierung genannt?
→ Generelles Faltungsmuster ist stärker konserviert als die exakte Aminosäure-Sequenz.
→ homology modeling / comparative modeling
Was besagt das Paradoxon nach Levinthal?
Das Levinthal-Paradox besagt, dass ein Protein nicht zufällig aus dem gefalteten Zustand in die richtige Konformation übergehen kann, indem es alle möglichen Faltungen ausprobiert.
→ allein schon rein zeitlich nicht möglich
Nennen Sie die drei möglichen Strategien, die in der Vorlesung vorgestellt wurden, um die mikrobiologische Produktion einer Zielsubstanz zu verbessern!
• Abbau der Zielsubstanz verhindern
• Hemmungen im Syntheseweg ausschalten
• Produkt aus der Zelle ausschleusen
Was sind anaplerotische Reaktionen? Nennen Sie zwei anaplerotische Reaktionen, die im Zusammenhang mit der Zitronensäureproduktion vorgestellt wurden!
= Auffüllreaktionen
• Reaktionen, die Zwischenprodukte bestimmter Stoffwechselwege nachliefern und so Verluste kompensieren (z.B. im Citratzyklus).
Für die Zitronensäureherstellung relevant: Regeneration von Oxalacetat
→ PEP-Carboxykinase
→ Pyruvat-Carboxylase
→ Glyoxylat-Zyklus
Zu welcher übergeordneten Antibiotika-Gruppe gehört Penicillin? Welche gemeinsame Eigenschaft teilen alle Antibiotika dieser Gruppe?
• Penicilline gehören zu den β-lactam-Antibiotika
• Gemeinsame Eigenschaft: β-Lactam-Ring
Ordnen Sie den Farben Weiß, Rot, Grün, Gelb, Blau und Grau den jeweiligen Zweig der Biotechnologie zu! Nennen Sie zudem jeweils typische Produkte!
• Weiß: Industrielle Biotechnologie
Grund- und Feinchemikalien, Aminosäuren, Organische Säuren, ...
• Rot: medizinische Biotechnologie
Therapeutika, Vakzine, Arzneistoffe, Diagnostika, Gentherapie, ...
• Grün: Pflanzenbiotechnologie
Resistente Pflanzen, Bt-Mais, Amflora, Phytoremediation, plant made
pharmaceuticals, ...
• Gelb: Insektenbiotechnologie
Insekten zur Arzneimittelproduktion, Antibiotika, Pflanzenschutz, ...
• Blau: marine Biotechnologie
Definiert nach Herkunft der Produkte; Aquakulturen, Fischwachstum,
Energiebranche, Medikamente, ...
• Grau: Umwelt—Biotechnologie
Altlastensanierung, Recycling, Abwasser- und Luftreinigung
Was versteht man unter Phytoremediation? Nennen Sie zudem vier Unterteilungen und erläutern Sie diese kurz.
• Phytoremediation = Nutzung von Pflanzen zur Sanierung von Böden
• Phytoextraktion: Aufnehmen der Schadstoffe aus dem Boden und Anreichern der Schadstoffe in den Wurzeln oder im Spross. Evtl. Entsorgung nach der Vegetationsperiode, z.B. Verbrennung
• Phytostabilisierung: Binden von Schadstoffen, um weitere Kontamination z.B. des Grundwassers zu verhindern. Schutz vor Erosion.
• Phytodegradation: Aufnahme und Abbau der Schadstoffe durch die Pflanzen.
• Rhizofiltration: Im Wurzelbereich werden Stoffe von den Pflanzen ausgeschieden, die das Wachstum von Mikroorganismen fördern, die wiederum die Schadstoffe umsetzen.
Welche Ziele werden in der grünen Biotechnologie verfolgt? Nennen Sie jeweils mind. 2 Beispiele!
• Vermittlung von Resistenzen (BT-Mais, Rizomaniaresistenz)
• Ertragserhöhung (Futtermittel) • Veränderte Inhaltsstoffe von Pflanzen (Golden Rice, Amflora-Kartoffel, Kartoffeln mit höherem Proteingehalt oder weniger Asparagin, …)
• Plant made pharmaceuticals (Aktiv- und Passivimpfstoffe, rekombinante Proteine / Pharmaka)
• Phytoremediation → Phytoextraktion → Phytostabilisierung → Phytodegradation → Rhizofiltration
Was versteht man unter RNA-Interferenz?
RNA-Interferenz beschreibt einen Mechanismus der zielgerichteten Abschaltung („Stummschalten“) von Genen in Eukaryoten.
Erläutern Sie den Aufbau von Stärke!
• Polysaccharid aus D-Glucose
• 20-40% Amylose • unverzweigt
• α-D-1,4-glycosidische Bindung
• 60-80% Amylopektin
• verzweigt
• α-D-1,4-glycosidische Bindung
• α-D-1,6-glycosidische Bindungen nach jeweils 20-30 Einheiten
Nennen Sie zwei in Pflanzen produzierte Aktivimpfstoffe und geben Sie auch die jeweilige Produktionspflanze an!
In welchen Industriezweigen findet die weiße Biotechnologie ihre Anwendung?
• Chemische Industrie
• Futtermittelindustrie
• Medizinischer Bereich
• Lebensmittelindustrie
• Putz- und Körperpflegemittel
Nennen Sie vier Arten von Waschmittelenzymen! Was ist ihre jeweilige Funktion?
• Proteasen: Abbau von Proteinen
• Cellulasen: Abbau von Cellulose-Fasern (Anti-Pilling-Effekt)
• Lipasen: Abbau von Lipiden
• Amylasen: Stärkeabbau
Nennen Sie zwei biotechnologisch produzierte Aminosäuren und geben Sie auch ihre Hauptverwendung an!
Was versteht man unter Phenylketonurie?
Die Phenylketonurie ist eine mit gestörtem Stoffwechsel der Aminosäure Phenylalanineinhergehende Stoffwechselerkrankung.
Man unterscheidet zwei Formen der Phenylketonurie:
- "klassische" Phenylketonurie: Mangel an Phenylalanin-Hydroxylase und
- atypische Phenylketonurie: Mangel an Dihydropteridin-Reduktase
Mutation eines Gens aus dem Aminosäurestoffwechsel -> Anstau von Phe im Blut, neuronale Entwicklungssörungen
Im Urin aufgrund von Überlastung der Niere
Definieren Sie den Begriff der Stammzelltherapie!
Transplantation embryonaler oder adulter Stammzellen mit dem Ziel, ein geschädigtes Organ oder eine Krankheit zu heilen.
Nennen Sie zwei Beispiele für Medikamente aus der blauen Biotechnologie!
• Calcitonin aus Lachs gegen Osteoporose
• Silicateine aus Schwämmen für Zahnprothetik oder Frakturstabilisation
• Byssusfäden aus Muscheln für chirurgisches Nahtmaterial, Sehnen
• Conotoxine als Schmerzmittel aus Kegelschnecken
• Squalamin aus Dornhaien als Antimykotikum
• Chitin und Chitosan für Cremes, Nahtmaterial, Ballaststoff (Schalentiere)
Erklären Sie das Mietenverfahren! Handelt es sich um ein ex situoder um ein in situ-Verfahren?
• Mietenverfahren:
• Auskoffern
• Vorsortierung
• Homogenisierung
• Zusatz von fallspezifischen Stoffen − Nährstoffe, Mikroorganismen, Strukturmaterialien (Kompost, Mulch, Sand, Stroh, Blähton...)
• Aufschichtung zu 0,8 -2m hohen Mieten auf abgedichtetem Untergrund (Folien)
• Leistungssteigerung: Belüftung, Nährstoffzufuhr, Bewässerung, Bepflanzung, nachgeschaltete Abgasreinigung
→ ex situ-Verfahren
Erklären Sie das zentrale Dogma der Biotechnologie! Darstellung aus der Vorlesung (Beispiel für Skizze):
Zeichnen Sie den allgemeinen Aufbau einer Aminosäure und kennzeichnen Sie die funktionellen Gruppen!
• Aminogruppe: basische Eigenschaften
• Carboxylgruppe: saure Eigenschaften
• Rest: variabel
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