Lernkarten
Einteilung der Biomoleküle in 4 Stoffklassen und deren prinzipielle Funktionen wiedergeben
Proteine: Transport, Katalyse, Bewegung, Struktur, Immunsystem, Signalleitung, Energie
Kohlenhydrate: Energiespeicher, Signalerkennung
Lipide: Energiespeicher, Membran, Isolation, Signalmoleküle, Farbstoffe
Nukleinsäure: Informationsträger, Regulation, Katalyse (Ribozyme) , Energiespeicher (ATP)
Bausteine der Nukleinsäure und deren Verknüpfungen benennen
(d)NTP
PPPi - Ester - (Desoxy-)ribose - N-Glykosidische Bindung - Base
- Ester - Pi - Ester - Ribose - N-Glyk.Bdg. - Base
...
Phosphorsäurediesterbindungen!
Das Mehrstufenkonzept der Karzinogene erläutern
Klassisch:
Testung Kaninchen mit Initiatoren und Promotoren:
Erkenntnisse:
Häufigkeit/ Menge Initiatoren => Auswirkung auf Krebs
Zeitpunkt Promotorgabe irrelevant -> Initiatormechanismus irreversibel
Menge Promotor / Zeit irrelevant -> Promotormechanismus reversibel
Vielschrittkarzinogese:
Zellschädigung -> Genetisch veränderte Zelle -> unkontrolliertes Zellwachstum -> Verlust weiterer Wachstumskontrollen -> Primärtumor -> Metastasierender Tumor
Am Beispiel des ATPs den Begriff energiereiche Verbindung beschreiben
1. Anhydride sind energiereich
2. DIe negativen Ladungen in räumlicher Nähe führen zu abstoßende Kräfte (Instabilität)
3. Entropiezunahme bei Trennung
4. Mesomere Grenzstrukturen des Phosphates
Prinzipielle Funktion von ATP und cAMP beschreiben
ATP: Energiewährung der Zellen, Umsatz etwa das Körpergewicht
-> Herzschlag, Atmung, Nervensystem, Bewegung
cAMP: Second Messanger, überträgt extrazelluläre SIgnale in die Zelle und breitet das Signal dort aus
Mithilfe der Strukturformel die Polarität von Molekülen erläutern
Polarität abhängig von Elektronegativität der Atome und funktionellen Gruppen
DeltaE: 0 = unpolar; 0,1-0,4 schwach polar; 0,4-1.7 stark polar; größer 1,7 Ionenbindung
Die Phasen des Zellzyklus in Grundzügen beschreiben
Interphase vs Mitosephase:
Interphase:
G1: Wachstum -> G0 Differenzierung
S: DNA-Replikation
G2: Kontrollmechanismen und Reperaturmechanismen
Mitosephase:
Prophase: Kondensation der Chromosomen und bildung Spindelapperat
Metaphase: Ordnung Chromosomen in Äquatorialebene
Anaphase: Ziehen der Chromosomen Richtung Pole
Telophase: Bildung neuer Membranen (Kernmembran) und Cytoplasmateilung
(Cytokinese: Bildung zwei Tochterzellen)
Besonderheiten autosomal dominanter/ rezessiver und X-Chromosomaler Vererbung erläutern
Autosomal rezessiv: Generationen werden ausgelassen, Inzest
Autosomal dominant: Jede Generation betroffen, Homozygot hat 100% kranke Kinder
X-rezessiv: Kranke Väter haben gesunde Kinder, kranke Mütter 50% kranke Jungen
X-dominant: Kranker Vater hat kranke Töchter, Kranke Mutter 50% kranke Kinder (Heterozygot)
Die Grundprinzipien der Präperation genomischer DNA und Durchführung genomischer PCR erklären
Präperation: Isolierung von Satellites (Hoch repitive Sequenzen ohne Aussage über Phänotyp)
Mikro STR oder Mini VNTR
Gezielte Isolation und Präperation: Zelle entnehmen, Zentrifugieren, Erhitzen, lysieren mit Detergenz
Denaturierte Proteine lösen sich von DNA, DNA mit Alkohol fällen und mit Niedrigsalzpuffer wieder lösen -> Stabilisierung der DNA durch Mg2+
PCR:
Zutaten: Primer, DNA, Puffer, Hitzestabile Polymerase, dNTPs
1. Denaturierung/ Smelting: Erhitzen auf ca 95° -> DNA Stränge lösen sich
2. Annealing/ Hybridisierung: 5° Unter Primerschmelzpunkt (ca 50-60°C) -> Primer lagern sich an
3. Synthese/ Elongination: ca 70°C -> DNA Replikation
Wiederholung des Zyklusses um die 30 Mal
Struktur und Wirkungsbeziehungen am Beispiel globulärer und fibrilärer Proteine erläutern
Globulär: Rund, Korrelierung mit speziellen Gruppen, Konfirmationsänderung möglich, flexibel
-> Funktionsausüben (Enzym) und Löslichkeit
Fibrilär: Strang, Fest, Stabil, Verwunden, Elastisch, belastbar
-> Struktur und Unlöslichkeit
Strukturhierachie der Proteine darstellen können
Primärstruktur -> Sekundärstruktur -> Tertiärstruktur -> Quartiärstruktur
Eigenschaften der Peptidbindung und deren Bedeutung für die Polypeptidstruktur erläutern
Peptidbindung = Amid = Bindung Aminogruppe und Carboxylgruppe
=> Mesomere Grenzstruktur, Planarität -> Eingeschränkte/ Nicht vorhandene Drehbarkeit, keine Rotationsfreiheit
(sterische Grenzen der Bindungswinkel)
-> Cis und Trans Konfiguration
=> Auswirkung auf Primär und Sekundärstruktur
Wichtigste klinische Manifestikationen der Sichelzellanämie benennen
Anämiezeichen: Hb < 12/13mg/dl, Blässe
Schmerzkrisen: Knocheninfarkte, Finger, Zehen
-> Infektionen, Fieber
Hypoxämie: Sauerstoffunterversorgung
-> Leistungsabfall, Ermüdung, Konzentrationsschwäche, Kopfschmerzen, Ohnmacht
=> Besondere Infektionsgefahr durch bekapselte Bakterien! Autosplenektomie
Am Beispiel von Hämoglobin die Auswirkung veränderter AS-Sequenz auf die Eigenschaft erklären (Sichelzellanämie)
Hämoglobin: Heterotetramer 2xbeta 2xalpha UE
Punktmutation im HBB-Gen -> A -> T (Punktmutation), Homozygotie
-> AS-Austausch (Glutamat (hydrophil) -> Valin (hydrophob))
Ohne O2 keine Auswirkung auf Struktur (AS liegt innen)
Bei O2 Aufnahme -> Konfirmationsänderung -> Valin gelangt nach außen
Leu und Val interagieren -> Sichelform
=> Verstopfen der Gefäß und Verklumpen der Moleküle und Abbau der Erythrozyten
=> Verkürzte Lebensdauer, geringere Löslichkeit, verringerte O2 Affinität, Instabilität
Quantifizierung der Affinität von Enzymsubstraten () erläutern
Chemisches Gleichgewicht -> Massenwirkungsgesetz
K = [C]*[D]/[A]*[B] für A + B <-> C + D
Wenn: Protein + Ligand <-> Proteinligand
dann: K = [Proteinligand] / [Protein] * [Ligand] = Bindungskonstante
Kehrwert, da schönere Werte = 1/Bindungskonstante = Kd = Dissotiationskonstante und damit Maß für Substrataffinität (je niedriger desto affiner)
Enzym: E + S <-> ES <-> EP <-> E + P
Michaelis Menten Kinetik: E + S <-> ES -> P
daraus folgt v = (Vmax * [S])/(Km + S)
=> Die maximale Geschwindigkeit hängt von der Konzentration des Enzyms und der katalytischen Geschwindigkeitskonstanten ab (kcat) => Wann Vmax erreicht wird von Substratkonzentration abhängig
=> Km = [S] bei 1/2 Vmax
=> Maß für Substrataffinität (je kleiner desto affiner) => geringere Affinität -> Langsamere Reaktion
Die den Aminosäuren gemeinsame Strukturmerkmale und chemische Eigenschaften benennen
Aminosäuren besitzen eine Carboxylgruppe und eine Aminogruppe, sind somit sowohl sauer als auch basisch, und somit Zwitterionen und liegen entweder als Anion oder Kation vor.
Somit besitzen sie mindestens zwei pKs-Werte (Gleichgewicht zweier Formen (K = Z; Z = A)) und einen Isoelektrischen Punkt (pHip, an dem das Molekül neutral vorliegt)
der pHip ist dabei der Mittelwert der relevanten pKs Werte
Somit besitzt jede AS/ Peptid/ Protein spezielle pKs und pHip Werte
Weiterhin liegen Aminosäuren in der L-Konfiguration am chiralen C vor (Chiralitätszentrum)
Und es sind alpha-Aminosäuren (Amingruppe hängt am alpha C von der Carboxylgruppe aus gezählt)
Funktionelle Gruppen der 21 Proteinogenen AS kennen und darauf basierende Einteilung ableiten
Unpolare Seitenketten: Keine funktionelle Gruppe
Alanin, Valin, Leucin, Isoleucin, Prolin
Polare Seitenketten: Hydroxy, Amid
Serin, Threonin, Asparagin, Glutamin
Saure Seitenketten (Carboxylgruppe):
Aspartat, Glutamat
Basische Seitenkette (Aminogruppe)
Arginin, Lysin, Histidin
Aromatische Seitenketten:
Phenylalanin, Tryptophane, Tyrosin
Schwefelhaltig Seitenkette: Thiol, Thioester
Cystein, Methionin
Rest: Glycin (keine Seitenkette)
Funktionen der AS im Körper beschreiben
Bildung von Polypeptiden/ Proteinen (Struktur, Katalyse etc...)
Energiequelle
Stoffwechsel (Transaminierung) -> Citratzyklus, Stickstoffwechsel (Glutamin / Glutamat)
Neurotransmitter (Glutamat)
Synthesevorstufen von Hormonen, biogenen Aminen (Neurotransmitter) und Purin- / Pyrimidinbasen)
Eigenschaften, Entstehung und Spaltung von Amidbindungen beschreiben
Reaktion Carboxylgruppe und Aminogruppe -> Kondensation ( - H2O) zu Amid
Dementsprechend Spaltung durch Hydrolyse (Spaltung durch Wasser)
Eigenschaften: Mesomere Grenzstrutkur -> Planar
-> Keine Rotationsfreiheit -> Stabilität -> Sekundärstruktur (Unter H-Brücken Bindung)
Cofaktoren und prosthetische Gruppen als Proteinbestandteile definieren und deren Bedeutung für die Proteinfunktion erläutern
=> Faktoren, die Aktivität von Proteinen regulieren
Kovalente / Nicht kovalente Bindung (Ligand)
Temporär (Bsp ATP, NAD+) => Cosubstrat
Metallion (Bsp Mg2+)
Permanent (Kovalent an aktives Zentrum gebunden) (Bsp Häm, Biotin, FAD) => Prosthetische Gruppe
=> Hilfsproteine, die zur Funktion des Proteins benötigt werden in Fkt und Struktur
Übertragungsbeteilung
Entfaltung
Aktivität
Chemische Reaktionen, die nicht durch AS im aktiven Zentrum katalysiert werden können
Kovalente und Nichtkovalente Bindungen und Wechselwirkungen in Proteinen benennen
Kovalente Bndung: Atombindung, gemeinsames Elektronenpaar:
Peptidbindung, Sulfatbrücken
Nicht Kovalente Bindungen: H Brücken, Dipole, Van der Waals Kräfte, Ionenbindungen, Hydrophobe Wechselwirkungen
Die Bindungsprinzipien von ionischen Wechselwirkungen, hydrophoben Wechselwirkungen, Van der Waals Kräften und H-Brücken erläutern
Ionische Wechselwirkungen. Elektronegativität größer 1,7 => Ionenbindung
Wechselwirkung (dissoziierter) Ionen + Säure / Basen (Ionen) + Hydrathülle
=> Elektrostatische Anziehungskraft
Hydrophobe Wechselwirkungen: Möglichst kleine Oberfläche zwischen Polaren und Unpolaren Molekülen
(Entropiegetrieben!)
H2O bildet Gitterstrukturen mit polaren Molekülen aus, was durch unpolare gestört wird, vgl. Oberflächenspannung
-> Kugelform Globulärer Proteine (Zusammenlagerung hydrophober Seitenketten im Kern)
Van der Waals Kräfte: Induzierte/ Temporäre Dipole durch zufällige Elektronenbewegung in großen, meist unpolaren Molekülen => Wechselwirkungen
H-Brücken: Nutzung eines "gemeinsamen" H-Atoms
Akzeptor und Donor: H Atom, das seine Elektronen weitesgehend abgegeben hat (Donor) nähert sich freiem Elektronenpaar (Akzeptor) => Gitterstrukturen
Die Beeinflussung der Wasserlöslichkeit von Proteinen durch Veränderung der Proteinstruktur, Proteinkonzentration, der Ionenstärke, der Temperatur und des pH-Wertes erläutern
pH-Wert: Isolektrischer Punkt (Geringere Löslichkeit ungeladenere Moleküle)
Ionenstärke: Salze interagieren mit H2O (Hydrathülle) und auch den polaren AS-Resten
Einsalzen: Erhöhung der Wasserlöslichkeit durch Unterbinden der Protein - Protein Interkation und durch Protein - Salz - Interaktion => Verstärkung der Hydrathülle
Aussalzen: Zu hohe Salzkonzentrationen konkurrieren um Hydrathülle (Wassersättigung) => Protein fällt aus
Proteinstruktur: Globulär gut löslich (hydrophiler Rand) <-> Fibrillär eher unlöslich (Hydrophobe Seitenketten)
=> Konfirmation entscheidet über Löslichkeit (und andersrum?)
Proteinkonzentration: Wassersättigung
Temperatur: Teilchengeschwindigkeit (Verbesserung der Löslichkeit), aber Denaturierung
Denaturierung als Strutkurveränderung von Proteinen, die mit dem Verlust der spezifischen Funktion einhergeht defineren
Denaturierung ist eine Strutkurveränderung von Proteinen die mit dem Verlust spezifischer Funktion einhergeht ohne Änderung der AS-Sequenz
=> Entfaltung => Zufallsknäuelung
Ursachen: Stören der nicht kovalenten Wechselwirkungen (Temperatur, pH, Lösungsmittel, Detergenz, Schwermetalle
Häufige Mechanismen des Funktionsverlust von mutierten Proteinen beschreiben
Instabilität: Stoppcodon (relativ früh) => Syntheseabbruch
=> Instabilität wird von Chaperonen erkannt => Vorzeitigen Abbau des Proteins
Oder: Einbau, aber nicht funktionierend
=> Quantitative Änderung
Bsp: beta Globulin des Hämoglobins
Aggregation: Verklumpung durch Zusammenlagerung hydrophober Partikel (Unlöslichkeit)
Bsp: Thalassämie: Heterozygote Mutation des beta Globulins am Ende des Gens
=> Synthese und stabil => Einbau
Aber: Erworbene Hydrophobe Seitenkette führt zu Aggregation und das Protein fällt aus
Veränderte räumliche Struktur: Protein wird zwar synthetisiert, besitzt aber eine veränderte Räumlliche Struktur (trotz Faltkontrollen?)
Bsp Sichelzellanämie: Glu => Val, bei O2 Konfirmationsänderung => Val interagiert mit Leu -> Sichelform und Aggregation
Bedeutung der Glucose als Energieträger, Metabolit und Baustein erläutern
Energiebedarf fast aller Lebewesen wird über die Solarenergie über Glukose gedeckt und ist im Kohlenhydratstoffwechsel der essenzielle Kohlenhydrat (Alle anderen Monosaccharide müssen in Glukose umgewandelt werden)
Metabolit: Ausgangsstoff für Zellbausteine, Ribose etc...
Baustein: Di-/Polysaccharide (Glykogen, Zellulose), Glykokalix
Typ I und Typ II Diabetes hinsichtlich ihres Patomechanismusses und ihrer typischen Erscheinungsbilder voneinander abgrenzen
DMI:
genetisch, Autoimmunerkrankung der beta Zellen der Langhanschen Inseln im Pankreas => Keine Insulinbildung, betroffen sind vorallem eher Kinder, Jugendliche und Erwachsene unter 40, virale Auslöser, lange Latenzzeit aber ein dann rascher und merklicher Beginn der Symptome (Durst, Handrang, Infektionen, Gewichtsabnahme) schlanke Patienten,
Pathomechanismus: Autoimmunerkrankung + Trigger (Viral, Stress...) -> T-Lymphozyten + dendritische Zellen + Makrophagen greifen beta Zellen der Langahnschen Inseln an -> Keine Insulinsekretion -> Keine Zuckeraufnahme in den Organen (Muskel, Fett) -> Ketonkörpersynthese -> Hyperglykämie -> Hemmung Proteinbiosynthese (Aminoacidämie), Hemmung Harnstoffzyklus, Glukosämie (Ausscheidung Glukose im Urin, Osmose -> Wasserverlust) und metabolische Azidose
Typ II: Erworbene Diabetes, Insulin Sekretions Starre => Stoffwechsel vermindert Ausschüttung von Insulin in den beta Zellen, Ursache: Adipositas und genetische Disposition, Patient idR älter als 30, schleichender, eher unmerksamer Eintritt, Fat-Overflow-Hypothesis (Fetteinlagerung Pankreas verringern Insulinsekretion, in Leber und Muskel erhöht Glukoseresistenz) und ist chronisch progredient
Resistenz periphere Insulinrezeptoren, Amylineinlagerung in Langhansche Zellen, Defekte Sekretionsregulation, Hyperglykämie -> Gluko-Lipo-Toxizität / Glyko-Protein-Toxizität (HbA1c) + metabolisches Syndrom
=> pAVK, Ulcus crusis, Wundheilungsstörungen, Makro (Arterioskleorse)/ Mikrovaskuläre Störungen (die folgenden Pathien:), Neuropathien, Rektinopathiie, Nephropatien
Verhalten Glukose im Blut: DMI: Keine Senkung des Glukosespiegels, DMII: Verzögerte Senkung des Glukosespielgels
Grundlegende Strategien () bei der Behandlung von DM benennen
DM I : Ernährung / Bewegung irrelevant -> Insulingabe (Spritzen) und Umrechnen des Essens in Broteinheiten (BE)
(Schulung)
DM II: Bekämpfung Insulinresistenz: Gewichtsreduktion, Reduzierte Energieaufnahme, Nährstoffkomponenten und Ausgewogene Ernährung, Sport --> prandriale Glukoseregulation -> Sulfonylharnstoffe, Metformin
Insulinmangel: Insulin spritzen
Wichtig: Schulungen!
Kernprophylaxe BZ unter 400mg/dl, Beschwerdefrei unter 200 mg/dl, Spätfolgenprophylaxe Normwerte
Die Rolle von Insulin, Glykagon und Cortisol bei der hormonellen Regulation der BZ-Komöostase beschreiben
Prandrial / Resorptionsphase:
Langhansche Inseln der Pankreas (endokrin), beta Zellen: Glukoseaufnahme -> Erhöhung ATP -> Depoleristation -> Ca2+ Einstrom -> Insulinausschüttung
Hoher Blutglukosewert: Resorption in Leber (Insulinunabhängig) aber Insulin -> Glykogensynthese
Insulin -> Resorption und Muskel und Fettgewebe und zu Glykolyse
(Insulinrezeptor bindet Insulin -> Signalkaskade -> Transport Glut4-Transporter an Zelloberfläche -> Glukoseresorption)
Hemmt: Lipolyse, Gluconeogenese, Glukogenolyse
Fördert: Proteinbiosynthese und Glykolyse
=> Verringerter Blutglukosespiegel
Postresorptionsphase / Postpandrial: Sekretion von Glukagon in den alpha Zellen der endokrinen Pankreas
-> Glukgenolyse und Glukoneogenese
=> Erhöht Blutglukosespiegel
Stress >>>>> Cortisol
-> fördert Glukoneogenese (auch AS) und Lipolyse
hemmt Glut4 Translokation, Proteinbiosynthese,
Redoxreaktionen der Aldehyde beschreiben
Redoxreaktion: Elektronenübertragung
Ox - ab, Red - auf
Oxidationsmittel nimmt Elektronen auf (Oxidiert einen Stoff) und ein Reduktionsmittel gibt Elektronen ab (reduziert einen Stoff)
In der Biochemie ist eine Oxidation meistens eine Dehydrierung (Elektronenübertragung über H-Atome)
Und eine Reduktion eine Hydrierung
Alkohol (mit Reduktionsmittel) -> Aldehyd + 2 [H]
[H] = H+ + e-
Aldehyd + H20 => Methadiol (mit Reduktionsmittel) -> Carbonsäure + 2 [H]
-> Aufnahme der 2 H durch O -> H2O, NAD+ -> NADH+H+ oder FAD -> FADH2
Oxidiert ein Mehrwertiger Alkohol am C 1 oder am letzen C Atom entsteht eine Aldose, oxidiert einer der sekundären Alkohole entsteht eine Ketose
D-Sorbit -> D-Glucose -> D-Gluconsäure
D-Glucose C1 -> D-Gluconsäure; C2 -> Glucuronsäure
