Molekularbiologie fortgeschritten

Abkürzung für zellbiologische Agitatoren, zellbiologische Prozesse, Allgemeines zur Zellbiologie und Molekularbiologie

Abkürzung für zellbiologische Agitatoren, zellbiologische Prozesse, Allgemeines zur Zellbiologie und Molekularbiologie


Michaela Boell
Diese Karteikarten bieten einen vertieften Einblick in die Molekularbiologie auf Universitätsniveau, mit Fokus auf DNA- und RNA-Prozesse, Proteine und deren Regulation. Sie behandeln Themen wie RNA-Polymerasen, Proteinabbau, RNA-Editing, Kerntransport, DNA-Reparaturmechanismen und Chromosomenstruktur. Besonders relevant für Studierende der Biologie und Biochemie, die ihr Verständnis der molekularen Prozesse vertiefen möchten.
Flashcards
161
Students
2
Language
German
Category
Biology
Level
University
Created / Updated
29.07.2013 / 14.12.2014

Flashcards

pH des sekretorischen Vesikels

Cathepsine

  • Propetid blockiert Bindetasche mit aktivem Zentrum, Zymogenaktivierung entfernt Propeptid (Dissoziation im sauren), autokatalytische Spaltung des Propeptid in trans = Kettenreaktion
  • aktives Zentrum aus Cystein und Histidin (Cys-His Diade)
  • Antipain bildet kovalentes Addukt mit nukleophilen Cysteinen -> Hemmung

Chloroquin

  • protonierte Form akkumuliert in Lysosomen -> pH-Neutralisierung -> Cathepsininhibierung
  • Inhbition der Hämkristallisierung in Malariaerreger Plasmodium und Ausbildung membranzerstörenden Komplexes

rezeptorvermittelte Endozytose

  • selektive Nährstoffaufnahme
  • Regulation der Rezeptormenge
  • Clathrin vermittelt spezifische Endozytose von Membranrezeptore

 

  • CBL Ubiquitin E3 Ligase bindet aktiven, phosphorylierten EGFR -> Lys63 verknüpftes Ubiquitin -> Erkennung monoubiquityliertes Frachtmolekül -> DUB ermöglichen Recycling der Fracht durch Ubiquitinabspaltung, wenn nicht: lysosomale Degradation

MHC

  • MHC-1 präsentieren Zelleigenes, C-Terminus durch Proteasom, N-Terminus durch zytosolische oder ER lokalisierte Aminopeptidasen
  • MHC-2 präsentieren Phagozytiertes (Phagolysosom), Cathepsine bauen die invariante Kette, die als Transport-Chaperon fungiert im lysosomalen Kompartiment ab, APCells

Autophagie

  • primäre Funktion: Nährstoffgewinnung bei Hunger durch unspezifischen Abbau
  • selektiver Abbau für physioligsche Regulation
  • Formen: Makroautophagie, Mikroautophagie, chaperonvermittelte Autophagie
  • immer Abbau zytoplasmatischer Komponenten, konserviert von Hefe bis Mensch

TOR

  • AAmangel hemmt TOR
  • bei ausreichendem Angebot: Proteinkinase A aktiv -> ATG1 phosphoryliert -> Autophagie gehemmt

drei ATG-Klassen

  1. Atg1 Kinase Komplex: Induktion der Autophagie: rekrutiert Atg-Moleküle, Autophagosombildung
  2. Phosphatidylinositol 3-Kinase Komplex: unbekannte, essentielle Funktion
  3. Konjugationssysteme für Ubiquitin-like Proteine wie z.B. Atg8/LC3:
    • Atg8 an Phosphatidylethanolamin an Phagophormembran
    • ATG5-ATG12 fungiert als E3 Ligase für ATG3 (=E2) mittels konformationeller Änderung -> erhöhte Aktivität des katalytischen Zentrums
    • Anker für Cargorezeptoren oder auch nicht (spezifischer/unspezifischer Abbau)

Makroautophagie

  • Immunantwort, beschädigte Mitochondrien, Apoptose, Proteinmengenregulation
  • EDEMosome: EDEM von ER zu Endolysosom

Mitoautophagie

  • proteolytischer Abbau von Fehlgefaltetem in Mitochondrien oder Komplementation durch Fusion von Mitochondrien, Fission von Defektem
  • PINK1: Serin/Threonin Kinase, akkumuliert bei Stress, wenn PARL fehlt, Phosphorylierung, rekrutiert Parkin -> ubiquityliertes Mitochondrium wird von Phagophore umschlossen und mit Lysosom verschmolzen
  • PARL bindet an hydrophobe TMD-Domäne der Ser/Thr Kinase PINK1, außerdem Kinasedomäne, MTS-Domäne

verschiedene RNA-Exportwege

  1. tRNA, prä-miRNA: direkte Bindung an bestimmtes Exportin, abhängig von RanGTP-Zyklus
  2. snRNA (da snRNP im Cytoplasma zusammengesetzt wird), rRNA: bestimmte Adaptoren, Exportin-1 (Crm1), abhängig von RanGTP-Zyklus
  3. mRNA: bestimmte Adaptoren, Exportfaktor (NFX1/MEX67/TAP), unabhängig von RanGTP

5' Ende eukaryotischer mRNA

  • M7G Kappe
  • Methyliering der 2' OH der Ribosen

ORF

  • =open reading frame
  • main(mORF), upstream(uORF)
  • Potenzial für ein Protein zu codieren
  • mindestens 100 Codone
  • Startcodon und Stopcodon

proteincodierende Gene im menschlichen Genom

Genduplizierung

  • Heterodimere: Effekt der Kooperation
  • Heterozygotie
  • neue Funktion: Immunglobuline, Amylasekopien -> Amylaseaktivität
  • anderer Kontext (zeitlich, räumlich..)
  • Interspezies-Alignment: konservierte Introns neben Exons -> Ursequenz

Menge des menschlichen Genoms auf mitochondrialer DNA

verschiedene Arten von DNASequenz

  • Gene in einfacher Kopie
  • Genfamilien
  • paarweise wiederholte Gene
  • Introns

 

  • Gene einfacher Sequenz
  • transposable Elemente
  • spacer DNA

Nucleosomherstellung

  • erst H3-H4-Tetramer mittels Chaperon, dann Rekrutierung von H2A/H2B-Dimer
  • CRC (chromatin remodeling complexes) verschieben Histonoktamere entlang der DNA, ATP-abhängig
  • dynamische Struktur, schnelles Auf- und Abbinden
  • es können ganze Nucleosomen oder nur die H2A/H2B Dimere ausgetauscht werden, über Histonchaperone, ATP-abhängig

Histoncode

  • epigenetisch
  • Modifikation des N-Terminus der Kernhistone
  • reader-writer complexes übernehmen elterliche Prägung
  • Lysin: Acetylierung, Methylierung;
    • HAT: Acetylierung, HDAC: Deacetylierung, -> Bromodomäne
    • HMT: Methylierung, HDM: Demethylierung -> Chromodomäne
  • Serin: Phosphorylierung

Pol III

  • = prokaryotische DNA-Polymerase
  • Basis des Holoenzyms
  • entdeckt durch Thomas Kornberg

Pol I

  • = prokaryotische DNA-Polymerase
  • ein Teil des Replisoms, das auf Pol III basiert
  • entdeckt von Arthur Kornberg 1956

Replikation

Beweis, dass semikonservativ:

  • Dichteänderung nach erster Replikatin -> nicht konservativ (Elterndoppelstrang wird verändert)
  • ab 2. Generation 2 distinkte Banden -> nicht polydispers (Elterndoppelstrang halb neu, Tochterdoppelstränge komplett neu)
  • pro Generation Verdopplung der Menge an Tochterdoppelstrang -> semikonservativ

Genauigkeit:

  1. Kopieren eines Musters
  2. DNApolymerase: Kinetik, Korrekturlesen (-> durch 5'-3' Replikation ermöglicht)
    • höhere Affinität der korrekten Base, korrekte Paarung energetisch am besten
    • mechanische Katalyse durch Konformationsänderung
  3. Fehlpaarungsreparatursystem
    • fehlendes Methylierungsmuster, Okazakifragmente, Ribonukleotide als Eigenschaften des neuen Strangs -> Fehlpaarung erkennbar (MMR)

Topo I

  • ATP-unabhängig
  • ssDNA-Bruch -> freie Rotation -> Religation

Topo II

  • ATP-abhängig
  • dsDNA-Bruch -> Supercoilentspannen -> Religation
  • wichtig vor der Replikationsgabel

Methodik: Replikationsursprung

  • genetisches Screening: zufällig ausgewähltes DNA Segment in Markerplasmid inseriert -> Ausplattierung: statistisch valide Zahl an Markerkolonien = Markerplasmid wurde repliziert
  • BrdU -> Markierung von Replikation während S-Phase (-> nicht alle eukaryotischen Origins werden gleich häufig genutzt, Heterochromatin später repliziert)
  • ChIP/chip: DNApräzipitation nach Fragmentierung, Hybridisierung auf Microarray -> Ort pro Zeitunterschied = Geschwindigkeit

Chromosom

  • Giemsafärbung (Eosin, Azur) für ATreiche Bereiche der Metaphasenchromosomen, FISH: Farbe je nach Sequenz
  1. Zentromer: Kinetochoransatzpunkt
  2. Replikationsursprung (Origin): ATreich, mehrere Hundert bp lang
  3. Telomer: TGreich, 3' ssDNA durch Primerentfernung am Verzögerungsstrang und Apollo-Nuclease-Aktivität am Leitstrang (5'-Ende zu kurz)
    • Telomerlänge: qFisH (Fluoreszenz ∼ Länge), southern Blot (Restriktion->Gel: Bandenlänge ∼ Länge), TelomerPCR
    • Telomerase: in Krebszellen, Eizellen aktiv, Dyskeratosis Congenita wenn mutiert
    • Shelterin -> Loopstruktur, Schutz, Regulation der Telomerase
    • Krebs durch:
      1. Bruch-Fusion
      2. ALT (reaktivierte Telomerase oder Rekombination) nach checkpoint-Versagen

DNA-Reparatur bei Basenfehlern

  • UV-induzierte CPD (cyclobutane pyrimidine dimers)
    • -> Replikationsstop -> Exonuklease
  • Deaminierung
    • An mehrern Stellen möglich
    • U statt C paart besser mit A statt G
    • problematisch: 5'mC -> T
  • Methylierung
  • Oxidierung
  • Depurinierung
    • meist A eingebaut an APStelle
  • BER: Glycosylasen überprüfen mit flippingout, entfernen über Hydrolyse der N-glykosidischen Bindung -> AP-Stelle -> AP-Endonuklease schneidet Zucker, Phosphodiesterase schneidet Phosphatrückgrat -> DNA-Pol + Ligase
  • NER: Multienzymkomplex (XBP, TFIIH, XPD, XPC...) scannt -> Konformationsänderung der Helix wird erkannt (Pyrimidindimer) -> schneidet Zuckerrückgrat beidseitig, Helicase entfernt Fragment -> DNA-Pol + Ligase
  • NER und BER an Transkritption gekoppelt, Replikationsgabelstop =Rekrutierungssignal -> Transkriptionsstrang öfters repariert, wenn nicht: Transläsionssynthese (fehleranfällig)

Pol eta

  • = eukaryotische DNA-Polymerase
  • Transläsionssynthese
  • ubiquitylierte PCNA rekrutiert TL-Pol

DNA-Reparatur bei dsBruch

  • NHEJ:
    • Nukleotidverlust (Exonukleaseaktivität an Überhängen -> blunt ends)
    • in menschlichen Zellen oft genutzt (2000 Narben pro Zelle mit Alter 70 Jahre)
    • G1-Phase: G1-CDK aktivieren nicht Exonukleaseaktivität (CtIP)
  • HR:
    • fehlerfrei
    • immer mit Zurückschneiden eines Stranges (5'-Strang) -> Stranginvasion (3'-Strang) in homologen Doppelstrang, rapid zippering gewährleistet Effizienz des ansonsten zufälligen Prozesses, RecA (= Rad51) gewährleisten dreifach Strang Zusammenhalt und Homologie,
    • entweder Schwesterchromatid oder Schwesterdoppelstrang bei Replikation
    • resultiert in Genkonversion (Heterduplex) oder Crossover (Heteroduplex mit "neuer Nachbarschaft"), Vorraussetzng: zwei holiday junctions
    • MMR verhindert ungewollte Rekombination, nur während S-Phase zugelassen: S-CDK phosphoryliert CtlP= aktive Exonuklease, während Meiose durch Spo11 (-> dsBruch) und Mre11 (Nuclease) (und RecA) befördert

checkpoint

  • ssDNA (>50nt) aktiviert checkpoints
  • -> Zellzyklusarrest
  • ATM/ATR = Sensoren erster Stelle, Kinasen
  • Ataxia Telangiectasia:
    • autosomal rezessiv, Mutation in ATM
    • unkoordinierte Muskelbewegung, geistige Behinderung
    • 100 fache Steigerung allgemeines Krebsrisikos
    • sehr anfällig für ionisierende Strahlung

strukturelle Motive von DNA-Bindeproteinen

  • Transkriptionsinteraktionsdomäne
  • DNA-Bindedomäne
    1. Helix-Turn-Helix
      • Homeodomäne -> Homeobox
    2. zinc fingers
      • C2H2-Typ: 2 Cysteine, 2 Histidine binden an Zn2+, auch anders möglicj
      • binukleärer Typ: sechs Histidine, 6 Cysteine, 2 Zn2+
    3. basic-region leucine zipper

p53

  • protein 53kDa
  • Tumorsupressor, TF
  • interagiert mit TFIID (TF, TBP gehört dazu -> TFIIA-Bindung ermöglicht)
  • verhindert Mitose
  • DNA-Binderegion aus L2, L3, LSH (hier die meisten Mutationen -> Krebs)
  • reagiert auf Stress -> p53 Degradation inhbiert über Phosphorylierung
  1. kompetetive Hemmung des Promotors
  2. Co-Rekrutierung von HDAC/Methylierung von HP1,K9, Rekrutierung anderer Korepressoren
  3. stört Aktivatorinteraktion
  4. Aktivator der p21 Expression

Histonvarianten

  1. H3
    • H3.3 -> Transkriptionsaktivierung
    • CENP-A -> Centromerfunktion: erlaubt Mikrotubuliverankerung
  2. H2A
    • H2A.X -> DNA-Reparatur, -Rekombination
    • H2A.Z -> Expression, Chromosomensegregation
    • macroH2A -> X-inaktivierung, Expressionshemmung

RNA-Bindedomäne

  • RRM: RNA-Erkennungsmotiv
    • 0,5-1% aller Proteine
    • hnRNP, PABP...
    • 4 beta-Faltblätter -> Bindung 2-8nt, 2 alpha-Helices -> Stabilisierung
    • Phe, Tyr interkalieren mit Basen/Ribosen, Proteine

 

Kerntransport

  • NLS: rein, Lysin-Arginin (basisch)
  • NES: raus, Leucin (hydrophob)
  • Ran-Zyklus: GEF im Nucleus -> aus RanGPD wird RandGTP -> raus von allein: RanGAP im Cyotosol -> aus RanGTP wird RanGDP -> NTF2 der Kernpore ermöglicht Import von RanGDP
    • Import: RanGTP ermöglicht Cargosspaltung von Importin
    • Export: RanGTP ermöglicht Bindung und Export von Cargo mit Exportin

RNA editing

  1. ADAR
    • -> v.A. prämRNA
    • dSRB-Domäne, Substrat=dsRNA
    • Deaminase-Domäne, Adenosin -> Inosin, unspezifisches Editing
    • Hauptsubstrat: Alu-Elemente: spezifisch für Primaten, Ursprung 7SL RNA, invers angeordnet -> ds
  2. ADAT
    • -> tRNA
    • Substrat: Anticodonschleife in 8 tRNA bei höheren Eukaryonten
    • ermöglicht Wobble-bpaarung, I=C,=U
  3. APOBEC/CDAR:
    • Cytosin DeAminase für RNA
    • Deaminase-Domäne: C->U (-> neues Stopcodon)
    • Substrat: ssRNA, spezifisch
    • RRM-Domäne -> Spezifität
  4. Insertion und Deletion von Uracil (Mitochondrien, Kinetoplastida)

snRNA

  • ∼ 150nt lang
  • Funktion: prämRNA-Prozessierung (U-RNA), Geleit von TF u.A.
  • Untergruppe: snoRNA
  • durch RNA Pol II, III

Transport

  • Dynein, Kinesin entlang Mikrotubuli
  • Myosin entlang Actin
  • Cargo = Organellen, RNP

processing bodies

  • Dcp2 + Aktivatoren
  • Deadenylasen
  • kein Exosom!
  • Xrn1
  • -> zytoplasmatischer RNA-Abbau: besonders nonsense, AU-reiche Elemente, microRNA-Bindestellen

Proteinabbaumaschinerie des Cytosols

  • 26S-Proteasom
    • Regulatorkomplex mit Basis und Deckel, ATPabhängiges Substrat entfalten/ Ubiquitin abspalten
    • 20S Proteasedomäne
  • ClpAP
    • ATPase, entfaltet Substrat ATPabhängig
    • Protease
  • HsIU/HsIV Protease
    • AAA-ATPase (HsIU)
    • Peptidase (HsIV)

Study