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Biochemie Altfragen Teil 1 - Hämmerle Definition: Denaturierung von Proteinen Die Denaturierung von Proteinen ist eine Strukturänderung der Quartär-, Tertiär- und Sekundärstruktur, die mit Verlust...

Biochemie Altfragen Teil 1 - Hämmerle Definition: Denaturierung von Proteinen Die Denaturierung von Proteinen ist eine Strukturänderung der Quartär-, Tertiär- und Sekundärstruktur, die mit Verlust der biologischen Eigenschaften einhergeht. Eine Denaturierung kann auf physikalische (e.g. Hitze) oder chemische (e.g. Säuren) Faktoren zurückzuführen sein. Welche Enzyme beeinflussen bzw. katalysieren die DNA-Superspiralisierung bzw. Topologie? (Erklärung der Enzymtypen) Topoisomerasen übernehmen wichtige Funktionen bei der DNA- Replikation, Transkription und Rekombination. Topoisomerasen überführen superhelikale DNA in entspannte DNA, indem sie einen oder beide DNA-Stränge vorübergehend spalten. Sie schaffen so die Voraussetzung für das Ablesen, die Transkription, der DNA. Transkription und Replikation erfordern superhelikale DNA-Spannung DNA-Topoisomerasen verändern die DNA-Topologie: Schneiden und Wiederverknüpfen führt zur Änderung der linkage number L (Doppelstrang um eine Drehung entwinden = L-1)  Typ 1 (1A und 1B): schneiden einen DNA Strang, Entspannung von superspiralisierter DNA  Typ 2: schneiden beide Stränge  Gyrasen: Einführen von negativen supercoils unter Hydrolyse von ATP  alle anderen Typ 2 können nur supercoils relaxieren Nennen Sie Unterschiede zwischen dem Bakterien- und Eukaryotengenom. (hinsichtlich Größe, Struktur, Organisation) Biochemie Altfragen Beschreibe den Aufbau der Kernhülle (Bestandteile). Kernhülle besteht aus 2 Membranen: ONM: äußere Membran: Fortsetzung des Endoplasmatischen Retikulums (ER) INM: innere Membran: über Transmembranproteine mit Kernlamina verbunden, Proteine der INM interagieren mit Chromatin, wichtig für Transkription, DNA-Replikation, DNA-Reparatur und Organisation des Chromatins Kernlamina: Netzwerk aus fadenförmigen Proteinstrukturen verbunden, dient der Festigkeit der Kernmembran LINC-Komplex: Transmembranproteinkomplex, verbindet Kerninneres mit Zytoskelett Was sind Laminopathien? Laminopathien sind vererbbare Krankheiten, die sich nach der Geburt in zunehmenden Maße manifestieren und meist zum frühen Tod führen. Diese sehr seltenen genetischen Erkrankungen beruhen auf Defekten von Bestandteilen der Zellkernhülle - den Laminen. = Krankheiten, ausgelöst durch Mutation des LMNA-Gens Beispiel: Progerie (HGPS): plötzliches rapides Altern ab 1. oder 2. Lebensjahr  hohe Konzentration an Progerin (fehlerhaftes Lamin A)  Abnahme der LAP2α-Expression  Defekt der ECM Was sind Kernporen und wo spielen sie eine Rolle? (Import und Export von Proteinen) Die Kernhülle wird durch Kernporen unterbrochen, sie dienen dem Stoffaustausch (Import und Export zwischen Cytoplasma und Kern) ➔ Komplexe aus ca. 30 unterschiedlichen Proteinen NUPs (nuclear pore proteins) Kernpore Aufbau: jedes Kernporenprotein liegt in 8-facher Kopie dar Kanal > Diffusion von Wasser und kleinen Molekülen größere Proteine müssen aktiv transportiert werden Die RNA-Synthese findet nur im Zellkern, die Proteinsynthese dagegen nur im Cytoplasma statt. Nach der Synthese im Cytoplasma gelangen diese Kernproteine über die Kernporen (Kernporenkomplex) durch die Kernhülle spezifisch in den Zellkern, nicht aber in andere Organellen. Ran GTPase: setzen Proteine im Kern unter GTP-Spaltung ins Cytosol frei Motive für Transport in und aus Zellkern: NLS nuclear localization sequence NES nuclear export sequence Biochemie Altfragen Was befindet sich im Innenraum des Zellkerns? Der Innenraum ist mit Chromatin gefüllt.  Hetero-Chromatin: dicht gepackt, inaktiv  Eu-Chromatin: hell, wenig verdichtet, erlaubt Transkription  Nucleoli (Kernkörperchen) Zusammensetzung des Chromatin (Komplex aus DNA und Protein): DNA, Histone, Nicht-Histon-Chromatinproteine (DNA-Polymerasen, RNAPolymerasen), RNA Erklären Sie den Aufbau des Chromatins. zusammengesetzt aus:  DNA  Histonen (basische Proteine)  Nicht-Histon-Proteinen (DNA-Polymerasen, RNA-Polymerasen,...)  RNA Das Mengenverhältnis der DNA-Histone ist in allen eukaryotischen Zellen gleich. Nicht-Histon- Protein Mengen variieren in Art, Menge und Zusammensetzung von Zelltyp und Aktivität der Zelle. DNA-Doppelstrang ist um Kern aus Histonproteinen (Histonoktamer) gewickelt = Nucleosom (sieht aus wie Perlenkette ohne H1) Zellkern enthält 5 Haupthistone: H1 (durch diese Proteine wird Kette dichter gepackt), H2A, H2B, H3 und H4 (bilden Histonoktamer) Sie besitzen eine zentrale globuläre Domäne und flexible amino- und carboxyterminale Enden (N- und C-terminales Ende), an denen Modifikationen stattfinden können. Welche Histonmodifikationen kennen Sie und wo spielen sie eine Rolle? Histonmodifikationen regulieren Genexpression (Epigenetik) Histone besitzen eine zentrale globuläre Domäne und flexible amino-Enden (N-terminales Ende), an denen Modifikationen stattfinden können. Dadurch verändert sich die Chromatinstruktur: 1. Acetylierung: Aktivierung von Genen/Genexpression; durch Histon-Deacetylasen reversibel 2. Phosphorylierung: Reaktion auf Signale von außen; Abschaltung durch Proteinphosphatase 3. Methylierung: Inhibierung der RNA-Polymerase/Transkription; reversibel 4. Ubiquinierung: Prozess des Markierens von Zielproteinen; reversibel (Ubiquitin ist ein Protein aus 76 AS) Biochemie Altfragen Aus welchen Molekülen wird Pyrimidin (de novo) aufgebaut und welches Molekül ist Ausgangspunkt für die Synthese der verschiedenen Pyrimidin-Nukleotide? Schrittmacherenzym? → de novo: aktivierte Ribose + AS + ATP + CO2 → Nucleotid Ausgangsmoleküle: Hydrogencarbonat (HCO3-), Aspartat und NH3 1. Ringaufbau 2. Bindung an Ribosephosphat Schrittmacherenzym: Aspartat-Transcarbamoylase HCO3- + NH3 → Carbamoylphosphat + Aspartat → Pyrimidinring + Ribose → UMP → UTP, TMP, CTP Ausgangspunkt für die verschiedenen Pyrimidin-Nukleotide ist UMP Aus welchen Bausteinen werden Purinbasen (de novo) synthetisiert? Schrittmacherenzym? Was ist generell der Unterschied zwischen der de novo -Synthese von Pyrimidin- im Vergleich zu Purinbasen? Bausteine:  Aminosäuren (Glycin, Glutamin, Aspartat)  N10 -Formyltetrahydrofolat (FTHF)  Ribose-Phosphat  → IMP → AMP/GMP Schrittmacherenzym: Glutamin-Phosphoribosyl-Amidotransferase Unterschied: Pyrimidinbasen: zuerst die Base aufgebaut, dann an Ribose gebunden Purinbasen: Struktur der Purinbase Stück für Stück direkt an der Ribose aufgebaut Welche ist die Schrittmacherreaktion in der de novo-Synthese von Purinbasen und welches Enzym katalysiert diese Reaktion? Austausch des Pyrophosphats gegen eine Aminogruppe → 5-Phosphoribosyl-1-amin Schrittmacherenzym: Glutamin-Phosphoribosyl-Amidotransferase Bausteine der Synthese von Adenylat (AMP) aus IMP? 1. Addition von Aspartat 2. Abspaltung von Fumarat GTP-Verbrauch Bausteine der Synthese von Guanylat (GMP) aus IMP? 1. Addition von Wasser und Oxidation durch NAD+ 2. Carbonylsauerstof wird durch -NH 2 ersetzt ATP-Verbrauch Was bedeutet "recycling" von Purinbasen und warum fndet das recycling statt? (+1 Beispiel) Recycling spart Energie (ATP), da die de novo-Synthese erhebliche Mengen an ATP erfordert. Beispiel: Adenin + PRPP (aktivierte Ribose) → Adenylat + PPi Enzym: Adenin-Phosphoribosyltransferase Biochemie Altfragen Was katalysieren Ribonucleotid-Reduktasen (RNR) und wie sind diese Enzyme aufgebaut (Untereinheiten mit charakteristischen Elementen/Bindestellen)? ➔ Erfolgt bei Synthese von Desoxyribonukleotiden aus Ribonukleotiden ersetzt OH-Gruppe durch H Ribonucleotid-Reduktase: Ribonucleosiddiphosphat + NADPH → Desoxyribonukleotid (z.B. vom ADP zum dADP) zwei Untereinheiten: R1 und R2 R1 besitzt ein aktives Zentrum und zwei allosterische Kontrollstellen R2 stabiles Tyrosylradikal Welches Enzym katalysiert die Synthese von Thymidylat (dTMP) aus (dUMP) und welche Angrifspunte für Chemotherapeutika liefert diese Synthese (kurze Beschreibung)? Methotrexat, Aminopterin, Fluoruracil? Das katalysierende Enzym ist Thymidylat-Synthase. Es katalysiert die Übertragung einer Methylgruppe auf dUMP, wobei dTMP entsteht. Angriffspunkte der Chemotherapie: - Thymidylat-Synthase - Dihydrofolat-Reduktase Krebszellen benötigen durch die hohe Teilungsrate große Mengen an Vorstufen zur DNA-Synthese. Gewisse Wirkstoffe behindern die Synthese von TMP, wodurch Krebszellen weniger Moleküle zur DNA-Synthese zur Verfügung haben. > Methotrexat, Aminopterin: Dihydrofolat-Reduktase > Fluoruracil: Thymidylat-Synthase Was bedeutet der Begrif "Suizidhemmung" im Zuge der Synthese von Thymidylat? = Hemm-Mechanismus bei Enzymen, bei jeden das Enzym ein Substrat zu seinem eigenen irreversiblen Inhibitor umsetzt. Fluoruracil hemmt so die Thymidylat-Synthase, indem es sie in eine Form zwingt, in der ein normaler Reaktionsablauf nicht mehr möglich ist. Diese Funktion liegt Tumor- und Gichtmitteln zugrunde. Welches Enzym spielt beim Abbau von Adenosin zu Inosin eine wichtige Rolle und welche Krankheit hat einen Defekt dieses Enzym zur Folge? Die Adenosin-Desaminase ADA ist das Enzym, das die Umwandlung von Adenosin zu Inosin katalysiert. Bei Ausfällen der Adenosin-Desaminase-Aktivität kommt es zu schweren immunologische Funktionsstörungen: - „Schwere kombinierte Immundefekten (Severe combined immunodefciency, SCID)“ (Verlust der T-Zellen) - "bubble boy disease" - Patienten werden vollständig von der Umwelt isoliert, aufgrund von anfälligem Immunsystem; betrifft aufgrund von X-chromosomaler Vererbung nur männliche Patienten Biochemie Altfragen Welche Krankheiten stehen im Zusammenhang mit dem Abbau von Adenylat (AMP)? Welche Behandlungsmöglichkeiten gibt es? >Immundefekte: Gicht (Hyperurikämie, zu hoher Uratspiegel) Harnsäure verliert bei physiologischem pH-Wert ein H+ und wird zu Urat Salze der Harnsäure (Urat) kristallisieren in Gelenken Behandlung: Verabreichung von Allopurinol, wodurch eine Suizidhemmung induziert wird, dadurch Abfall der Uratkonzentration Lesch-Nyhan-Syndrom (angeborene Gicht) Ursache: Mutation im Recycling von Purinnucleotiden: Fehlen von HPRT (Transferase-Enzym) Folgen: Beschleunigung der de novo-Purinbiosynthese und Überproduktion von Urat (Salze der Harnsäure). Welche Faktoren bestimmen die Genauigkeit der DNA-Replikation. Wodurch kommt die äußerst geringe Fehlerrate (1 Fehler bei einer Replikation von 109 - 1010bp) zustande? ➔ Korrekturlesefunktion während der DNA-Synthese ➔ Reparaturfunktion bei mismatch: Basenfehlpaarungen werden korrigiert Bsp.: Klenow-Fragment der DNA-Polymerase I in E.coli Domäne mit 3´5´-Exonuklease-Aktivität für Korrekturlesen und Ausbessern Nur alle 103 bis 104 eingebauten Basen passiert bei der DNA-Synthese ein Fehler. Diese Fehlerrate wird durch die Korrekturlesefunktion während der DNA-Synthese noch weiter herabgesetzt – auf einen Fehler pro 106 bis 107 eingebauten Basen. Auch die Reparatur von Basenfehlpaarungen (mismatch) nach der Replikation senkt die Fehlerrate weiter auf einen Fehler pro 109 bis 1010 Basenpaaren. Welche Strukturmerkmale sind für DNA-Polymerasen charakteristisch? Beispiel am Klenow-Fragment der DNA-Polymerase I von E.coli: Alle DNA-Polymerasen ähnlich der Gesamtform und Mechanismus aktives Zentrum mit 2 Metallionen (Mg 2+ ) für die Katalyse. Die Struktur ist grundsätzlich matritzenabhängig. Das Klenow- Fragment der DNA-Polymerase I von E. coli besteht aus zwei Hauptteilen: Sie besitzen eine Polymerase-Einheit „rechte Hand“ aus den Domänen „Finger“, „Handfläche“ und „Daumen“ und eine Domäne mit 3’5’-Exonuclease-Aktivität zum Korrekturlesen und Ausbessern. Finger- und Daumendomäne dienen dem Umgreifen bzw. Festhalten der DNA am aktiven Zentrum des Enzyms („Handfläche“). Alle DNA-Polymerase haben eine ähnliche Gesamtform und einen ähnlichen Mechanismus – sie besitzen zwei Metallionen für die Katalyse (meist Mg2+). Biochemie Altfragen Was synthetisiert die Primase im Zuge der DNA-Replikation und warum? Die Primase (eine RNA-Polymerase) synthetisiert einen kurzen Abschnitt aus der RNA - den Primer (ca. 5 Nucleotide) - komplementär zum Matrizenstrang. Dieser Primer hat nun ein freies 3´ Ende und dient als Ansatzstelle für die DNA-Polymerase. Später wird der Primer wieder entfernt und ersetzt. Was katalysiert die DNA-Ligase? Die DNA-Stränge der Doppelhelix sind antiparallel. Bei der Replikation läuft die DNA- Polymerase nur in 5´3´-Richtung (gesehen von dem Strang aus den sie aufbaut). An der Replikationsgabel trennen sich die Stränge und werden repliziert. Nur ein Strang kann kontinuierlich in 5´3´Richtung (leading strand) synthetisiert werden, der anderen muss diskontinuierlich Stück für Stück (lagging strand) synthetisiert werden. Diese Stücke nennt man Okazaki-Fragmente. ➔ DNA-Ligasen verknüpfen die DNA-Enden der entstandenen Okazaki Fragmente. An der 3´-OH Gruppe erfolgt unter ATP-Verbrauch eine Phosphodiesterbindung mit der 5´-Phosphatgruppe. Nennen Sie mindestens 4 Enzyme/Proteine die an der DNA-Replikation beteiligt sind. DNA-Polymerase Topoisomerase DNA-Ligase Helicase Primase Beschreiben Sie grob den Ablauf der DNA-Replikation. 1. Topoisomerase entwindet die DNA-Doppelhelix 2. Helicase teilt Doppelstrang auf – die so entstanden Einzelstränge bilden leading strand und antiparallelen lagging strand. 3. single-strand-stabilisierende Proteine stützen die Einzelstränge verhindern erneutes Eindrehen 4. Primase (RNA-Polymerase) beginnt mit Synthese des Primers 5. DNA-Polymerase III polymerisiert komplementär zum Matritzenstrang kontinuierlich am leading strang und diskontinuierlich (Stück für Stück = als Okazaki-Fragmente) am lagging strand in 5’–3’-Richtung 6. Primer werden entfernt und Lücken durch DNA-Polymerase I gefüllt 7. DNA-Ligasen verknüpft die Okazaki-Fragmente (3`OH-Enden über Phosphodiesterbindung mit 5`Phophatgruppe) Biochemie Altfragen Was ist die Funktion von Telomerasen? Telomerasen sind spezialisierte Polymerasen die eigene RNA-Matrizen liefern. Sie dienen dem Schutz der Chromosomenenden, da sie ohne die Telomerase immer kürzer werden würden. Am lagging strand kann bei der Replikation das letzte Stück nach Entfernung des Primers nicht mehr von der Polymerase polymerisiert werden, da diese ausschließlich in 5´3´-Richtung arbeitet. Funktion der Telomerase: Sie verlängert den Matrizenstrang um einige Abfolgen eines bestimmten Basenmusters, an dem daraufhin wieder ein Primer und eine Polymerase binden können und das fehlende Stück komplettieren. Nennen Sie 2 DNA-Reparatursysteme (kurze Erklärung des Mechanismus). 1. Einzelstrangreparatur: Information aus dem intakten Strangs wird zur Wiederherstellung des fehlerhaften komplementären Strangs verwendet. 1. Erkennung der fehlerhaften Basen 2. Entfernen der fehlerhaften Basen 3. Reparatur der entstandenen Lücke durch Polymerase (Pol β) und Ligase 2. Mismatch-/Fehlpaarungsreparatursystem (MMR): Die Fehlpaarungsreparatur, kurz MMR, ist ein Mechanismus der DNA-Reparatur, bei dem Fehlpaarungen durch die Replikation erkannt und korrigiert werden. = nachträgliche Korrektur von Fehlpaarungen 1. Das Heterodimer hMutSα erkennt Basenfehlpaarungen und bindet an diese Stelle. 2. hMutLα besitzt eine Endonukleasen-Aktivität und schneidet den Strang an der Bindungstelle. Das ringförmige Molekül PCNA ist an der Rekrutierung und richtigen Ausrichtung von hMutLα beteiligt. 3. Die Exonuklease EXO1 entfernt das fehlerhafte Segment. Dieser Abschnitt wird durch die DNA-Polymerase δ aufgefüllt und durch DNA Ligase I verschlossen. Welche DNA-Schädigungen kennen Sie? Was ist die Ursache der Hauterkrankung "Xeroderma pigmentosum"? DNA-Strangbruch "frame shift" Raster-Mutationen missense Mutationen nonsense Mutationen Ursachen: Fehler in der Replikation, ionisierte Strahlung (UV, Röntgen, Gamma), Mutagene Xeroderma pigmentosum: XP ist eine sehr seltene, vererbbare Hautkrankheit, bei der die Haut extrem empfindlich auf UV-Licht reagiert.  Mutationen in Genen verschiedener Proteine des Nulceotidexzisionsreparatursystems (NES): Am häufigsten liegt ein Defekt der Endonukleasen vor, so dass die veränderten Nukleotide nicht mehr ausreichend aus der DNA eliminiert werden. Dies führt zu einer zunehmenden Anzahl von Mutationen (maligne Entartung der Zelle möglich). Biochemie Altfragen Unterschiede in der Transkription: mRNA von Bakterien vs. Eukaryoten I. Transkription Eukaryoten: - im Vergleich zu Prokaryoten wesentlich komplizierter - Eukaryoten können Zeitpunkt und Ausmaß der Genepression genau regulieren - Voraussetzung für die Entwicklung zu vielzelligen Organismen Die Genexpression wird durch 3 wichtige Eukaryoten-spezifische Merkmale beeinflusst: 1. Kernmembran - Räumliche und zeitliche Trennung von Transkription und Translation 2. Komplexe Regulation der Transkription 3. Prozessierung der RNA (splicing, posttranslational & posttranskriptional) II. Transkription Bakterien: Die bakterielle RNA wird kaum bis gar nicht verändert. Manche RNA-Moleküle spleißen sich selbst. In welche Schritte wird allgemein die Transkription eingeteilt? (+ kurzen Beschreibung) = die Umschreibung eines Gens in eine mRNA (Initiation, Elongation, Termination) 1. Initiation Die RNA-Polymerase sucht die DNA nach einer Initiationsstelle ab (Promotor), bindet daran, entwindet ein kurzes DNA-Stück und beginnt mit Elongation. 1. Bindung des RNA-Pol Core-Enzyms 2. Bindung der Untereinheit (Sigma-Faktor) > 2 Einheiten bilden dann Holoenzym 3. Erkennung eines Promotors durch Sigma = Start der Transkription 2. Elongation Vorgang bei allen Organismen gleich: Verlängerung der Nucleinsäuren-Kette, Nukleotide werden durch RNA-Polymerase angehängt 3. Termination Abbruch der Polymerisation durch Faktoren wie z.B. Haar-Schleife-Struktur oder Rho-Faktor Unterschied im Promotor (welche Elemente) und der Initiation der Transkription in Bakterien gegenüber Eukaryoten? Der Mechanismus der Initiation ist bei Prokaryoten und Eukaryoten sehr ähnlich, wobei es deutliche Unterschiede hinsichtlich Sequenz und Position gibt. > Prokaryoten: Ein Protein (Sigma-Faktor) bindet an die Probnow-Box des Promoters. Dadurch wird die Bindungswahrscheinlichkeit der Polymerase an diese Stelle stark erhöht. Danach wird unter Einbau von Nukleotiden die Elongation gestartet, wobei der Sigma- Faktor abgespalten wird. > Eukaryoten: TATA-, CAAT- und GC-Elemente (u. a. cis-aktive Elemente) werden nicht von der RNA-Polymerase erkannt, weswegen ein Initiationskomplex für den Transkriptionsstart notwendig ist, bei dem die RNA-Polymerase Transkriptionsfaktoren (TF) als Vermittler benötigt. erster Schritt der Transkription sowas wie die TATA Box nur mit der Folge TATAAT, sehr starker Promoter Kopiervorgang Diese haben verschiedene Funktionen: Erkennen der TATA-Box, Hinführen zu ihr, Andocken etc. Biochemie Altfragen Was ist eine Transkriptionsblase? Ein Komplex aus DNA, RNA und RNA-Polymerase bildet die Transkriptionsblase. Im vorderen Bereich der Transkriptionsblase wird die DNA-Doppelhelix entwunden und aufgebrochen, im hinteren Bereich wird die neusynthetisierte RNA aus der Bindung an den Matrizenstrang verdrängt und die DNA-Doppelhelix rückgebildet. Dazwischen bildet sich eine RNA-DNA-Hybridhelix mit einer Länge von 8 bp (= ca. 1 Helixwindung), wobei die RNA-Polymerase die Basenpaarung des Matrizenstrang-Codons mit dem eintretenden Ribonucleotid kontrolliert und die Phosphodiesterbindung knüpft. Wie wird die Transkription bei Bakterientypischerweise beendet? Es gibt zwei mögliche Arten der Termination: → Termination durch Rho-Faktor (ρ): Das Rho-Protein (Hexamer-Protein, Helicase) bindet an einen Bereich der RNA mit viel G und C. Die RNA läuft in der Mitte durch das Protein. Unter ATP-Verbrauch zieht sich das Protein zur Transkriptionsblase. Dort angekommen trennt die Helicaseaktivität die RNA von der DNA-Matrize. → RNA-Polymerase Stopp durch Stamm-Schleifen-Struktur: Die Termination erfolgt durch Bildung einer Stamm-Schleifer-Struktur der mRNA über GC-Paarungen. Diese Struktur zwingt die RNA-Polymerase zum Anhalten. Daraufhin löst sich die RNA von Matrize und dann die RNA-Polymerase Zwischen den komplementären Basen entstehen H-Brückenbindungen, die die Schleifenform erzeugen. Was sind Rifampicin und Actinomycin (Erklärung der Wirkungsweise)? = Antibiotika; hemmen die prokaryotische Transkription Rifampicin und Actinomycin blockieren die Transkription auf unterschiedliche Weise und stammen von Streptomycetenstämmen. Rifampicin behindert die Transkriptions-Initiation bei Bakterien, indem es den Enzymkanal für den Durchtritt des RNA-DNA-Hybrids blockiert. Somit blockiert es die RNA-Elongation nachdem 2-3 Nucleotide angehängt wurden. Actinomycin hemmt die Transkription durch Bindung an die DNA-Doppelhelix (Interkalation). Die DNA verliert dadurch ihre Eigenschaft als Matrize für die Transkription. - niedrige Konzentration > nur die Transkription gehemmt, - hohe Konzentration > Zellwachstum gehemmt (Einsatz als Chemotherapeutikum) Welche Elemente können Promotoren von eukaryotischen Genen enthalten? GC-Box, CAAT-Box, TATA-Box Biochemie Altfragen Was sind Enhancer-Sequenzen? Enhancer sind regulatorische Sequenzen im Genom, an die Transkriptionsfaktoren binden und dadurch die Transkription, also Abschrift von Genen oder deren Translation, also Übersetzung in Proteine, verstärken oder unterdrücken. Spezielle Enhancer sind nur in bestimmten Zellarten aktiv. Enhancer können in der Nähe, aber auch in beträchtlicher Entfernung (bis zu 1.000.000 bp) von dem Gen liegen, dessen Transkription sie beeinflussen. Sie können sich upstream oder downstream befinden. Mittlerweile wurde im menschlichen Genom über 100.000 verschiedene Enhancer identifiziert. Regulation der bakteriellen Transkription? Unterschied schwacher - starker Promotor? Die Regulation erfolgt durch den σ-Faktor (Sigma-Faktor) (=Untereinheit des Holoenzyms der Polymerase) und erkennt Promotoren Die RNA-Polymerase besteht aus einer Core-Polymerase und einem Sigma (σ)-Faktor. Core- und Sigma(σ)-Protein bilden ein Holoenzym. Das Core-Protein, ist ein Proteinkomplex, der alles Notwendige für die Verlängerung der RNA- Kette enthält. Es besteht aus zwei α-Proteinen, einem β – und einem β‘-Protein. Das Sigma (σ) -Protein wird ausschließlich für die Initiation – Start der Transkription – benötigt. Es kontrolliert die spezifische Bindung am Promotor und bewirkt die Spaltung der Doppelhelix. Bakterien enthalten verschiedene Sigma(σ)-Faktoren. Sie ermöglichen der Core-Polymerase zwischen unterschiedlichen Promotor-Sequenzen (Promotor-Consensussequenz) zu unterscheiden. Man könnte auch sagen, der Sigma(σ)-Faktor ist der „Schlüssel“ für spezifische Promotor-Sequenzen. ➔ UP-Elemente (upstream promotor element): Erhöhung der Transkriptionseffizienz durch zusätzliche Bindungsstelle Verschiedene σ-Faktoren regeln die Transkription von verschiedenen Promotoren/Genen. E.coli besitzt 7 verschiedene σ-Faktoren. - starke Promotoren: weitgehend ident mit Consensus-Sequenz - schwache Promotoren: mehrere Basen sind nicht ident mit Consensus-Sequenz Was bedeutet "Cap" und "PolyA" im Zusammenhang mit der mRNA-Transkription und welche Funktion haben diese Strukturen? PolyA: Als Polyadenylierung bezeichnet man das Anhängen von Adenin-Nukleotiden, den sogenannten Poly(A)-Schwanz, an das 3′-Ende eukaryotischer prä-mRNA durch das Enzym Poly(A)-Polymerase. Die Polyadenylierung ist eine posttranskriptionale Modifikation der eukaryotischen prä-mRNA. → zur Erhöhung der Translation und mRNA Stabilität Cap: Die 5′-Cap-Struktur ist ein kappenähnlicher Aufsatz am 5′-Ende einer prä-mRNA und wird im Zellkern von eukaryotischen Zellen angefügt. Die 5′-Kappe schützt die RNA vor Abbau und ist für den Export einer mRNA aus dem Kern in das Zytoplasma sowie für die Translation der mRNA durch Ribosomen wichtig. → Erhöhung der mRNA Stabilität Wie funktioniert Splicing (grobe Erklärung des Mechanismus)? Was bedeutet splicing? Die DNA ist aus Exons (expressing region) und Introns (intragenic region) aufgebaut Das Spleißen ist das Herausschneiden der Introns aus der prä-mRNA, wobei die Spleißstellen genau gekennzeichnet sind. Bei Hefen bis Säugern beginnt das Intron mit GU und endet mit AG. Spleißen erfolgt ohne ATP-Verbrauch. Biochemie Altfragen Was bedeuten die Begriffe "splicing" und "alternatives splicing"? Nennen Sie eine Krankheit, die durch fehlerhaftes Splicing verursacht wird. Die DNA ist aus Exons und Introns aufgebaut. Exons sind Regionen mit Genen, Introns sind Regionen auf denen keine Information liegt. Diese Introns werden nachdem das prä-mRNA-Transkript erstellt wurde herausgeschnitten. Unter "alternativem" Spleißen versteht man das Spleißen eines RNA-Transkripts auf unterschiedlicher Weise, was zur Bildung verschiedener, jedoch verwandter Proteine führt. Teilweise werden hier gewisse Exons ausgeschnitten, manche Introns werden nicht entfernt… Der Vorgang wird durch trans-aktive Spleißfaktoren kontrolliert und reguliert. Krankheiten, die durch fehlerhaftes Spleißen verursacht werden (Mutation der Prä-mRNA oder in Spleißfaktoren): - bestimmte Formen der Thalassämie (erbliche Blutanämie) - erworbene Blindheit (Retinitis pigmentosa). Was sind tRNAs und wie sind diese strukturiert (Form, Merkmale)? tRNAs stellen während der Translation Aminosäuren bereit. Sie fungieren als Vermittler zwischen Codon und AS-Transport/Einbau. tRNAs weisen eine Kleeblattstruktur auf (3 Schleifen). Ungefähr 50% der Nukleotide sind durch Basenpaarungen verbunden. Sie bestehen aus 73 bis 93 Ribonucleotiden. Die Anitcodon-Schleife besitzt ein Basentriplett (= 3 Basen), das sogenannte Anticodon, welches komplementär zu einem bestimmten Triplett auf der mRNA ist. An dieses Triplett bindet die Aminosäure, die von dem Anticodon codiert wird. tRNA AUFBAU: - Anbindungsstelle für Aminosäuen (3’OH des Adenosins) - Akzeptor-Arm - D-Schleife - Anticodon-Schleife mit Anricodon - Variable Schleife - TψC-Schleife Was besagt die „wobble“ Hypothese? Diese beschreibt die vorhersehbare sterische Freiheit ("wobble") hinsichtlich der Paarung mit der 3. Base des Codons (Codon-Basentriplett auf RNA). Der genetische Code ist degeneriert: Es gibt Codons aus Basentripletts aus 4 verschiedenen Basen ergeben 43 = 64 Möglichkeiten zur Kombination. Bei 21 möglichen Aminosäuren codieren einige Tripletts für die selbe AS. Die tRNA für eine bestimmte AS (e.g. Leucin) mit einer Anticodon-Sequenz von GAG kann sowohl auf einer Codon-Sequenz mit CUC oder CUU binden. Grundsätzlich können die Codons der mRNA die Anticodons immer gegengleich binden (Base – komplementäre Base), die Hypothese besagt aber, dass die dritte 5’-gelegene Base des Anticodons wobbeln - also schwanken - kann, wodurch G nicht nur an C, sondern auch an U binden kann. Biochemie Altfragen Wie werden AS aktiviert? Durch welche Enzyme und wie wird die hohe Spezifität dieser erreicht? Was katalysiert die Aminoacyl-tRNA-Synthetase? Bei der Proteinsynthese werden aktivierte Aminosäuren benötigt. Dies erfolgt durch Aminoacyl-tRNA-Synthetasen. Das sind Enzyme, welche die Esterbindung zw. tRNA und einer bestimmten Aminosäure katalysieren. Die Produkte werden als Aminoacyl-tRNAs bezeichnet. Für die verschiedenen Aminosäuren gibt es jeweils eine spezifische Aminoacyl-tRNA-Synthetase. Die Aminoacylierung einer tRNA erfolgt in 2 Schritten: 1. Die Carboxylgruppe der Aminosäure reagiert mit ATP, wobei unter Abspaltung von Pyrophosphat ein Aminoacyladenylat gebildet wird. 2. Die freie 3'-OH-Gruppe der tRNA greift das Aminoacyladenylat an, wobei unter AMP-Abspaltung und Bildung einer Esterbindung das Aminoacyl-tRNA-Molekül entsteht. Wie kommt es zu dieser hohen Spezifität? Erklären Sie die Funktionsweise bzw. das Prinzip dieser Korrekturlesefunktion. Jede Beladung mit einer falschen Aminosäure führt zu einem Proteinfehler, daher muss die Aminoacyl-tRNA-Synthetase exakt arbeiten. Dazu verfügen Aminoacyl-tRNA-Synthetasen über Korrekturlesestellen (paarweise angeordnete aktive Zentren): → Acylierungs-Stelle: bindet keine AS die größer sind als die Richtige → Hydrolyse-Stelle: Abspaltung von AS die kleiner sind als die Richtige Was sind Ribosomen, wie sind diese aufgebaut und welche funktionellen Einheiten besitzen Ribosomen? Ribosomen sind der Ort der Proteinbiosynthese (tRNA, mRNA und Proteine). Ihre Hauptaufgabe ist die Translation. Sie bestehen zu etwa 70 % aus RNA (rRNA) und zu etwa 30% aus Proteinen. Sie haben einen Durchmesser von bis zu 25nm und bestehen aus zwei verschiedenen Untereinheiten. Die größere Einheit hat die Aufgabe, Aminosäuren während der Proteinbiosynthese zu Ketten zu verknüpfen. Die kleinere Untereinheit liest die mRNA ab und kontrolliert sie auf Fehler. ➔ Eukaryonten: 80S aus 60S + 40S (gerade Zahlen) Svedberg-Einheit (S) ➔ Prokaryonten: 70S aus 50S + 30S (ungerade Zahlen) 3 Bindungsstellen für die tRNA für Verknüpfung der AS durch Peptidbindungen:  Aminoacyl-Stelle (A-Stelle)  Peptidyl-Stelle (P-Stelle)  Exit-Stelle (E-Stelle) Die prokaryontischen Ribosomen bilden das Angriffsziel verschiedener Antibiotika, welche die bakterielle Proteinbiosynthese hemmen und somit bakteriostatisch oder bakterizid wirken. Biochemie Altfragen Wo startet die Translation in Prokaryonten und Eukaryonten? Beschreibe den Vorgang. Die Translation von einer mRNA in ein Protein findet im Ribosom statt. Dieses setzt mit seinen beiden Einheiten an der mRNA an und beginnt diese vom 5´ zum 3´Ende auszulesen, bis es das Startcodon (welches nicht zwingend am Anfang der mRNA liegt) erreicht.  Prokaryonten: AUG (fMet), sowie alternative Startcodons: GUG o. UUG  Eukaryonten: AUG (Met) Dem Startcodon geht ein ganzer Initiationskomplex voraus, in dessen Mitte sich eine purinreiche Sequenz befindet:  Prokaryonten: Shine-Dalgarno-Sequenz  Eukaryonten: Kozak-Sequenz Beschreiben Sie überblicksmäßig den Ablauf bzw. die Phasen der Translation. Die Translation ist das „Übersetzen“ der Basensequenz der mRNA (Messenger-RNA) in die Aminosäuresequenz eines Proteins. Initiation: Zunächst setzt sich die kleine Untereinheit des Ribosoms an die mRNA an. Sie hat bereits eine tRNA gebunden und fährt die mRNA vom 5′-Ende zum 3′-Ende ab. Die kleine ribosomale Einheit wandert so lang an der mRNA entlang, bis das Startcodon (AUG) erreicht wird. Dann bindet auch die große Untereinheit des Ribosoms. Die tRNA sitzt nun in der P-Stelle des Ribosoms und die Translation beginnt. Elongation: Die A-Stelle ist nun wieder frei. An der A-Stelle liegt das nächste Triplett der mRNA vor. Hier kann sich die nächste tRNA anlagern. Diese Schritte wiederholen sich immer wieder. Sobald A und P-Stellen besetzt sind wird eine Peptidbindung ausgebildet und es rückt weiter. Während das Ribosom an der mRNA entlang wandert, bildet sich an der P-Stelle eine immer länger werdende Aminosäurekette. Somit wird die mRNA Basenabfolge in eine Polypeptidkette übersetzt. An der E-Stelle löst sich die tRNA vom Codon ab und verlässt das Ribosom. Termination: Sobald sich in der A-Stelle des Ribosoms ein Stopp-Codon (UAA, UAG oder UGA) befindet, wird die Translation abgebrochen. Das Ribosom wird durch eine GTP-anhängige Reaktion nach Bindung von EF-G und RRF in seine Untereinheiten aufgelöst. Die jeweiligen Phasen der Translation werden über die Initiationsfaktoren (IF), Elongationsfaktoren (EF) und Freisetzungsfaktoren (RF) geregelt! Biochemie Altfragen Wie unterscheidet sich die Initiation der Translation bei Prokaryonten von Eukaryonten? (mind. 3 Unterschiede) Nennen Sie mind. zwei Antibiotika und/oder Toxine welche die Proteinsynthese hemmen und beschreiben Sie kurz den Mechanismus. Streptomycin: hemmt die Initiation (hemmt Bindung der fMet-rTRNA) und verursacht so ein falsches Ablesen der mRNA Tetracyclin: bindet an die 30-Untereinheit und hemmt die Anheftung der Aminoacyl-tRNA Was ist Diphterie? Erklären Sie den Wirkmechanismus des Diphterietoxins. = Infektion der oberen Atemwege mit dem grampositiven Corynebacterium diphtheriae Die gram+ Bakterien befallen die Schleimhäute von Mund, Rachen und Kehlkopf und sondert das Diphtherietoxin (Exotoxin) ab. Es wird über die Blutbahn im ganzen Körper verteilt und schädigt auch andere Organe. Unterschieden werden drei verschiedene Formen bzw. Schweregrade. Symptome: Atembeschwerden, Halsschmerzen, Heiserkeit Das Diphtherietoxin hemmt die Elongation während der Proteinsynthese, indem es den Transfer einer AP-Ribose-Einheit von NAD+ auf Diphtamid, eine modifizierte Aminosäure im Elongationsfaktor 2, katalysiert. Der EF 2 kann nicht mehr gebunden werden. Es kommt zur Blockade der Translation der wachsenden Polypeptidkette, wodurch keine Proteine mehr synthetisiert werden können. Vorbeugung: Schutzimpfung (Ö: im kostenfreien Impfprogramm enthalten!) Welche Proteingruppen werden am rauen endoplasmatischen Retikulum (raues ER) translatiert? Am rauen ER werden sekretorische, lysosomale oder zellmembran-durchspannende Proteine translatiert. Praktisch alle integralen Membranproteine werden von ER- gebundenen Ribosomen produziert! Biochemie Altfragen Komponenten der DNA  Träger der genetischen Information: Desoxyribonucleinsäure (DNS bzw. DNA)  DNA ist aus Einzelbausteinen, den Nucleotiden zusammengesetzt  gilt auch für RNA  jedes Nukleotid besteht aus 3 Komponenten Die DNA ist in eine aus zwei Stränge aufgebaute Doppelhelix. Basenpaarung: A–T bzw. G–C zwischen den beide antiparallel verlaufenden Strängen. Stabilität: Wasserstoffbrückenbindungen Bausteine = Nucleotide: Nucleotid besteht aus drei Komponenten: 1) Pyrimidin- oder Purinbase (Cytosin, Thymin; Adenin, Guanin) 2) Deoxyribose (Zucker) (Ribose bei der RNA) 3) Phosphatrest Die Flexibilität der DNA-Struktur zeigt sich in den in drei möglichen Formen: A-Form (rechtsdrehend, Idealform), B-Form (rechtsdrehend, biologisch häufigste Form mit antiparallelen Zucker-Phosphat-Ketten und rechtwinklig zur Achse stehenden H-Brücken, menschliche DNA) und Z-Form (linksdrehend, Zick-Zack-Form, nicht natürlich). Die natürlich vorkommende DNA ist rechtsläufig mit negativen Supercoils. Warum begünstigt das die Replikation und Transkription? Der Begriff „Supercoiling“ bezeichnet eine zusätzliche räumliche Verwindung der helikalen DNA. Sie ist die dritte Kondensationsstufe der DNA. In einer Supercoil-Struktur spiralisiert sich die Histon-gebundene Nukleinsäurekette weiter auf und lagert die Nukleosomen zu scheibenförmigen Aggregaten zusammen. Je nachdem, in welche Drehrichtung sich das Supercoiling vollzieht, unterscheidet man:  positives Supercoiling (linksgängig bzw. gegen den Uhrzeigerzinn)  negatives Supercoiling (rechtsgängig bzw. im Uhrzeigersinn) Die Torsionskraft hat die Tendenz die DNA zu entwinden. Negatives Supercoiling unterstützt die Auftrennung der Stränge! Ohne superhelikaler Spannung: → langsame oder keine Transkription und Replikation Was bedeutet der Begriff Epigenetik und welche Modifikationen und Enzyme spielen dabei eine Rolle? Zellen mit demselben Genom können verschiedene Funktionen erfüllen. Beispielsweise hat eine Leberzelle völlig andere Aufgaben als eine Nerven- oder Muskelzelle. Die Epigenetik beschäftigt sich mit der Art und Weise wie unsere Gene angeschaltet und ausgeschaltet werden und wie das gleiche RNA-Transkript verschiedene Proteine durch splicing "erzeugen" kann. Wichtig dabei ist das DNA-Methylierungsmuster, welches durch Methylierung bzw. Demethylierung von Lys, Arg an den Histonen H3 und H4 durch Hostonmethylthransferasen und Demethylasen reguliert wird. Biochemie Altfragen Welcher Stoffwechselweg wird über das Lac-Operon geregelt? Erklären Sie die Funktionsweise und Struktur des Lac-Operons? Das lac Operon ist ein Beispiel für die Genregulation bei Prokaryoten. = Regelung der Lactoseverwertung bei Glukoseknappheit in Bakterien Grundsätzlich besteht ein Operon immer aus den drei folgenden Elementen:  Promotor: Bindestelle für die RNA-Polymerase bei der Transkription  Operator: Bindestelle für Regulatorproteine zur Regulation der Transkription  Strukturgene: Gene, die durch das Operon kontrolliert werden Beim lac-Operon sind die Strukturgene für die Aufnahme und den Abbau der Lactose verantwortlich. Die Gene codieren für folgende Enzyme:  lacZ: β-Galactosidase, spaltet den Zweifachzucker Lactose in die Einfachzucker Glucose und Galactose  lacY: Galactosid-Permease, sorgt für die Aufnahme von Lactose in die Zellen  lacA: Galactosid-Transacetylase, Funktion unbekannt Zusätzlich befindet sich im Operon noch ein Regulatorgen. Es ist für die Regulation der Genexpression verantwortlich. In E. coli heißt das Gen lacI. Es ist immer aktiv und produziert den Lac-Repressor (Tetramer). Ein Repressor kann die Transkription unterdrücken. Der Repressor wird durch das Binden eines Induktors aufgehoben (Allolactose). Wie sind eukaryontische Transkriptionsfaktoren typischerweise aufgebaut? Nennen Sie drei typische DNA-Bindestrukturen. Transkriptionsfaktoren binden an bestimmte DNA-Abschnitte und regulieren, wie viel Boten- RNA (mRNA) davon hergestellt wird (Transkriptionsrate). Dadurch steuern sie die Expression des Gens, sodass die kodierten Proteine in der richtigen Menge und zum richtigen Zeitpunkt produziert werden. Bestehen meist aus mehreren Domänen: 1. DNA-bindende Domäne: binden an regulatorische Sequenzen in der Nähe oder weiter entfernt vom Promoter 2. Aktivierungsdomäne: initiieren die Transkription durch Wechselwirkungen mit RNA-Pol II und/oder deren assoziierte Proteinen oder über lokale Änderung der Chromatinstruktur DNA-bindenden Strukturen bei eukaryotischen Transkriptionsfaktoren Homöodomäne (Helix-turn-Helix) Leucin-Zipper-Domäne (bZip-Domäne) Zinkfingerdomänen Beschreiben Sie Überblicksmäßig die Genregulation über Zellkern-Hormonrezeptoren und nennen Sie ein Beispiel eines Zellkern-Hormonrezeptors? Ein Hormonrezeptor ist ein Rezeptor, an den spezifisch ein bestimmtes Hormon bindet, wodurch eine Signalkaskade ausgelöst wird. 1. Steroidhormone (z.B. Östradiol, hydrophob) diffundieren durch Zellmembran und bindet an einen spezifischen löslichen Rezeptor im Cytoplasma = Ligand-Rezeptorkomplex 2. dieser kann Zellkernmembran durchqueren 3. bindet dann an Chromatin und reguliert Genexpression Biochemie Altfragen Was macht Gentechnologie und nennen Sie Beispiele. = Sammelbegriff verschiedener Techniken der Molekularbiologie zur Rekombination von DNA und Exprimation in geeigneten Wirtszellen Expression bzw. Produktion von humanem Insulin in E.coli für Typ I Diabetes Erkrankung Herstellung transgener Pflanzen und Tieren Mit welchen Methoden können Pflanzen gentechnisch verändert werden? Erklären Sie eine Methode genauer. a. Ti-Plasmid von Agrobacterium tumefaciens zur Herstellung gentechnisch veränderter Pföanzen: Das gentechnisch veränderte Ti-Plasmid (enthält Ziel-Gen) wird in A. tumefaciens eingebracht. Das Bakterium wird wiederum in die Pflanze eingebracht. Dort wird die Expression der Virulenzgene des Bakteriums durch Pflanzenstoffe aktiviert. b. Einbringung der DNA über DNA-Kanone (DNA umhüllte Metallkügelchen) Plasmide spielen eine wichtige Rolle in der Gentechnologie. Was ist ein Plasmid und für was werden Plasmide verwendet? Plasmide sind kleine, i.d.R. ringförmige, autonom replizierende, doppelsträngige DNA- Moleküle, die in Bakterien und in Archaeen vorkommen können, aber nicht zum Bakterienchromosom zählen, also extrachromosomal vorliegen. Sie werden daher auch als extrachromosomale Elemente bezeichnet. Sie tragen z.B. Antibiotika-Resistenzgene und haben eine MCS (multiple cloning site). Plasmide werden als Vektoren verwendet, um Ziel-Gene einzubauen und in andere Organismen einzuschleusen und dort zu exprimieren (z.B. Insulinproduktion in E.coli). Beschreiben Sie mögliche Risiken von gentechnisch veränderten Nutzpflanzen wie Soja oder Mais. - Durch gentechnische Veränderungen können neue Proteine (→Allergene) in den Pflanzen entstehen. - Herbizid-resistente Pflanzen können zwar das Gift überleben, könnten es aber auch selber anreichern. - Transfer von Genen auf Wildpflanzen, Störung des ökologischen Gleichgewichts - BT-Mais ist resistent gegenüber Maiszünsler aufgrund von Bakterien-Toxin. Dieses wird über Nahrungskette von Mensch und Tier aufgenommen → gesundheitliche Schäden möglich. - Auch Bienen übertragen dieses Toxin, was eine mögliche Beeinträchtigung der Entwicklung der Bienen nach sich ziehen kann. - Verdrängung heimischer Pflanzen aufgrund von Selektionsdruck Warum werden gentechnisch veränderte Pflanzen hergestellt? Nennen Sie mindestens drei Gründe. - Resistenzen gegen Schädlinge - Verringerung Einsatz von Pestizide, Herbizide - höherer Nährstoffgehalt - höherer Ertrag - schnelleres Wachstum Biochemie Altfragen Was ist der Unterschied zwischen therapeutischen und reproduktivem Klonen? Beschreiben Sie eine mögliche praktische Anwendung. Therapeutisches Klonen = medizinische Anwendung um geschädigtes Gewebe zu erneuern (nach Herzinfarkt, Hirnschlag, Rückenmarksverletzung) Die Eizelle einer Spenderin werden mit dem Zellkern einer Zelle des Patienten kombiniert und im Labor Stammzelle daraus erzeugt. Aus dieser Zelle können künstlich viele verschiedene Zellen hergestellt werden, die dem Patienten dann transplantiert werden können. Reproduktives Klonen = Herstellung eines genetischen Doppelgängers Man stellt wie beim therapeutischen Klonen einen Embryo her und setzt diesen dann in die Gebärmutter einer Frau, so dass dieser sich zu einem Kind entwickeln kann (Klonschaf Dolly). Teil 2 - Lass Phasendiagramm von Wasser: Was bewirkt die Zugabe von Salz? Bei welchen biologischen Prozessen spielt die Änderung des Phasendiagramms eine Rolle? Wasser hat abhängig vom Druck und Temperatur verschiedene Zustandsformen (fest, flüssig und gasförmig). Ab dem kritischen Punkt verschwindet die Trennfläche zwischen flüssig und gasförmig. Durch die Zugabe von Salz verschieben sich Kurven. Der Gefrierpunkt wird erniedrigt und der Siedepunkt wird erhöht. Tripelpunkt: jener Punkt, an dem sich Sublimationskurve, Schmelzdruckkurve, Dampfdruckkurve schneiden Änderung des Phasendiagramms: Wässrige Lösungen weisen konzentrationsabhängige Verschiebungen im Phasendiagramm auf, daraufhin ändert sich Gefrier- und Siedepunkt. Auch bei Osmose und Diffusion spielt die Konzentration der Teilchen eine große Rolle. Was versteht man unter den kolligativen Eigenschaften von Wasser? Erklären Sie die Begriffe Osmose, Diffusion und Dialyse. Die Stoffeigenschaft ist nur von der Teilchenzahl abhängig (nicht von der Art der Teilchen). Beispiele: Gefrierpunktserniedrigung Dampfdruckerniedrigung Siedepunktserhöhung Osmose/Diffusion Diffusion: Verteilung von Teilchen im Lösungsmittel durch Brownsche Molekularbewegung, Lösungsmittel und Teilchen sind frei beweglich Osmose: Verteilung vom Lösungsmittel durch eine semipermeable Membran, nur das LM ist durchlässig (e.g. Physiologie: Osmotischer Druck von Zellen) Dialyse: Die Dialyse funktioniert nach dem Prinzip der Osmose. Durch eine halbdurchlässige Membran verlassen Stoffe höherer Konzentration zu jener Seite niedrigerer Konzentration (Dialyseflüssigkeit), bis die Konzentration auf beiden Seiten gleich ist. Unter Dialyse versteht man den Stoffaustausch über eine Membran. Biochemie Altfragen Dissoziation des Wassers und Zusammenhang mit dem pH-Wert. H2O Moleküle sind nicht stabil, ein kleiner Teil dissoziiert in Säure und Base: 2 H2O → H3O+ + OH- Säure-Base-Reaktionen: Dabei bestimmt die Säurekonstante wie stark die Säure mit Wasser unter Protolyse reagiert. Eine Säure und eine Base (in diesem Fall H2O), zerfällt zu ihrer konjugierten Säure und ihrer konjugierten Base. Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der H3O+-Konzentration (bzw. [H+]) einer wässrigen Lösung: Aus der Gleichgewichtskonstante kann über das Massenwirkungsgesetz die [H+] und [OH-] ermittelt werden. In reinem Wasser ist die Konzentration der H+ und OH- Ionen gleich groß, daher ergibt sich ein pH-Wert von 7. Blut (Sauerstofftransport, Bindungsaffinität, Bohr-Effekt) Das sauerstofftragende Protein ist das Hämoglobin bzw. das Myoglobin im Blut. Hämoglobin besteht aus 4 Untereinheiten mit jeweils einem Häm, dass ein Fe2+-Atom im Zentrum hat. An diesem Zentrum bindet der O2 an Fe2+. Dabei geht das Protein über von der T-Form in die R-Form (allosterischer Effekt). Die Bindung von Sauerstoff ist abhängig vom Sauerstoffpartialdruck: - hoher O2-Partialdruck: Protein ist oxigeniert > R-Form - niedriger O2-Partialdruck, kein O2 gebunden > T-Form Der Bohr-Effekt bezeichnet das Sinken der Affinität von Hämoglobin (Hb) zu Sauerstoff, bei sinkendem pH-Wert bzw. bei steigender CO2-Konzentration. Je niedriger der pH-Wert, desto leichter wird H+ aufgenommen und O2 abgegeben. Höhere CO2-Konzentrationen fördern die Abgabe von O2. Gastransport im Körper: Sauerstoff wird in der Lunge bei hohem Sauerstoffpartialdruck eingeatmet und im Blut an Hämoglobin (Hb) gebunden, zum Gewebe transportiert, wo es bei niedrigem Sauerstoffpartialdruck von Hb wieder abdissoziiert, ins Gewebe diffundiert und an Myoglobin (Mb), welches eine größere Sauerstoffaffinität als Hämoglobin besitzt, bindet. Im Gewebe werden Stoffwechselprodukte zu CO2 und H2O oxidiert und zurück zur Lunge transportiert, wo sie ausgeatmet werden. In der Zirkulation wird CO2 durch die Carboanhydrase in Kohlensäure (H2CO3) umgewandelt. Biochemie Altfragen Wie wird Sauerstoff im Körper transportiert und wie unterscheidet sich die Sauestofbindungskurve in der Zirkulation im Vergleich zu jener im Gewebe und warum? Gastransport im Körper: Sauerstoff wird in der Lunge bei hohem Sauerstoffpartialdruck eingeatmet und im Blut an Hämoglobin (Hb) gebunden und zum Gewebe transportiert, wo es bei niedrigem Sauerstoffpartialdruck von Hb abdissoziiert, ins Gewebe diffundiert und an Myoglobin (Mb), welches eine größere Sauerstoffaffinität als Hämoglobin besitzt, bindet. Im Gewebe werden Stoffwechselprodukte zu CO2 und H2O oxidiert und zurück zur Lunge transportiert, wo sie ausgeatmet werden. In der Zirkulation wird CO 2 durch die Carboanhydrase in Kohlensäure (H2CO3) umgewandelt. Unter venösem PO2 besitzt Hämoglobin eine geringere O2 Bindeaffinität als Myoglobin und gibt O2 ab. Unter arteriellem PO2 nimmt Hämoglobin O2 auf. Wie sind Proteine aufgebaut, allgemeine Beschreibung des Aufbaus? Erklären Sie, welche biologischen Funktionen Proteinen zugeordnet werden können (mind. 3). Proteine sind aus Aminosäuren aufgebaut. Diese sind über eine Peptidbindung verbunden und bilden eine Abfolge von Aminosäuren (AS-Kette). Einteilung: Je nachdem wie lang diese Kette ist, nennt man sie Peptid bzw. (ab 50 AS) Protein. Peptidbindung: Bindung unter Abspaltung von H2O zwischen Carboxylgruppe (-COOH) und Aminogruppe (-NH2). Dabei ergibt sich an den jeweiligen Enden der Proteine ein C-Terminus und ein N-Terminus, welcher durch andere Moleküle modifiziert werden kann. Struktur der Proteine:  Primärstruktur: reine Aminosäure-Sequenz  Sekundärstruktur: dreidimensionale Struktur durch H-Brückenbindungen (α-Helix, β-Faltblatt)  Tertiärstruktur: Seitenketten der einzelnen AS treten miteinander in Wechselwirkung  Quartärstruktur: Gesamtheit aller Tertiärstrukturen im Protein Biologische Funktionen: ✓ Enzyme ✓ Strukturproteine: α-Keratin (Haare, Haut), Kollagen (Knochen) ✓ Transportproteine: Hämoglobin, Myoglobin (Sauerstofftransport) ✓ Motorproteine: Aktin, Myosin (Bewegung von Muskeln) ✓ Membranproteine ✓ Hormone ✓ Immunreaktionen Biochemie Altfragen Enzyme: Wirkweisen, Enzymklassen, Michaelis-Menten-Gleichung Enzyme sind sogenannte Biokatalysatoren und sind meist aus Proteinen aufgebaut. Sie katalysieren Stoffwechselvorgänge im Körper, ohne selbst verändert zu werden. Viele Enzyme bestehen aus nur einer Proteinkette (Polypeptidkette; Monomere), können aber auch aus mehreren Proteinketten bestehen (Oligomer). Es kann zusätzlich auch ein Cofaktor (Coenzym) vorhanden sein. Enzymklassen: 1. Oxidoreduktasen 2. Transferasen 3. Hydrolasen 4. Lyasen 5. Isomerasen 6. Ligasen Michaelis-Menten-Gleichung: E + S ⇌ ES ⇌ EP ⇌ E + P (Fließgleichgewicht) E … Enzym S … Substrat ES … Enzym-Substrat-Komplex P … Produkt k1, k-1, k2 … Geschwindigkeitskonstanten; k1: Bildungsgeschwindigkeit des Enzym- Substrat-Komplex; k-1 und k2: Zerfallsgeschwindigkeit des Enzym-Substrat-Komplex Gleichung: Die Michaelis-Menten-Gleichung beschreibt die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit einer Enzymreaktion von der Konzentration des Substrats. KM … Michaelis-Konstante: Ist die Substratkonzentration, bei der die Geschwindigkeit ½ Vmax entspricht. v0 … Anfangsgeschwindigkeit: Gibt an, wie schnell die Substrate in den ersten Sekunden der Reaktion an die Enzyme binden. vmax … maximale Reaktionsgeschwindigkeit: Ist die höchste Geschwindigkeit, die bei der Enzymreaktion erreicht wird. An dem Punkt sind alle Enzyme mit einem Substrat besetzt. [S] … Substratkonzentration: Menge an Substraten Wenn der KM-Wert sehr hoch ist, dann ist die Enzym-Substrat-Affinität sehr klein & vice versa. Arten der Enzymregulation: Erklären Sie wie die enzymatische Aktivität von Proteinen reguliert werden kann. Nennen Sie jeweils 1 Beispiel. 1. Allosterische Regulation - Aspartat Transcarbamoylase Einige Enzyme liegen im Normalfall in einer inaktiven Form vor und werden erst nach Aktivierung durch andere Moleküle katalytisch wirksam. Aktivator-Moleküle besetzen das allosterische Zentrum und bewirken so eine Konformationsänderung: Das aktive Zentrum ist nun für Substratmoleküle zugänglich. 2. Regulation durch Isoenzyme - LDH-Formen: M4-Isoenzym, H4-Isoenzym 3. Regulation durch kovalenten Modifikation - Histonen bei DNA-Verpackung 4. Aktivierung durch proteolytische Spaltung - Pepsin im Magen, Trypsin in Pankreas 5. Aktivierung durch Co-Aktivatoren – CoA, Metallionen Biochemie Altfragen Enzyme: Arten von Inhibitoren ✓ reversible Inhibitoren ✓ irreversible Inhibitoren (=Suizidhemmung) ✓ kompetitiver Inhibitor ✓ nicht kompetitiver Inhibitor ✓ unkompetitiver Inhibitor Regulation von Hämoglobin und Myoglobin Myoglobin: besteht aus einer Einheit mit 1 Häm Hämoglobin: besteht aus zwei α-Untereinheiten und zwei ß-Untereinheiten mit jeweils 1 Häm ➔ im Häm (Porphyrin-Ringsystem) befindet sich ein Fe2+-Atom, welches den Sauerstoff binden kann Hb bindet O2 schlechter als Mb. Die Hämoglobin-Bindungskurve verläuft sigmoid. Daraus folgt, dass Hb O2 kooperativ bindet. - bei venösem Druck > Mb hat O2 gebunden - bei arteriellem Druck > Hb hat O2 gebunden Sauerstoff-Beladung und -Abgabe: = geht mit einer Änderung der dreidimensionalen Konformation des Hämoglobins einher. Das Tetramer aus zwei α- und zwei β-Ketten existiert als Gleichgewicht zwischen zwei Konformationen, der R-Form oder relaxierten (relaxed) und der gespannten T-Form (tense). Gastransport im Körper: 1. Sauerstoff wird in der Lunge bei hohem Sauerstoffpartialdruck eingeatmet und im Blut an Hämoglobin (Hb) gebunden und zum Gewebe transportiert. 2. Dort herrscht ein niedriger Sauerstoffpartialdruck. O2 wird von Hb abdissoziiert, ins Gewebe diffundiert und dort an Myoglobin (Mb), welches eine größere Sauerstoffaffinität als Hämoglobin besitzt, gebunden. 3. Im Gewebe werden Stoffwechselprodukte zu CO2 und H2O oxidiert und zurück zur Lunge transportiert, wo sie ausgeatmet werden. In der Zirkulation wird CO2 durch die Carboanhydrase in Kohlensäure (H2CO3) umgewandelt. Unter venösem PO2 besitzt Hämoglobin eine geringere O2 Bindeafnität als Myoglobin und gibt O2 ab. Unter arteriellem PO2 nimmt Hämoglobin O2 auf. Bohr Effekt: H+ (niedriger pH-Wert) und CO2 verringern die O2-Bindungsaffnität von Hämoglobin Regulation: Hb bindet Sauerstoff stärker bei: - Temperaturabnahme - niedriger CO2-Konzentration - Abnahme von 2,3-Bisphopshoglycerat in Erythrozyten - Anstieg des pH (Abnahme von H+) Biochemie Altfragen Kohlenhydrate: Aufbau, biologische Bedeutung, Beispiele = "Kohlenstoffhydrat" (C-H2O)n Kohlenhydrate sind wichtige Energieträger und Strukturgeber von Lebewesen. Die kleinste Einheit sind Einfachzucker (Monosaccharide: Glucose, Fructose). Diese können von Zweifachzucker (Disaccharide: Lactose, Maltose) bis zu großen Polysacchariden (Stärke, Cellulose) bestehend aus mehreren 1000 Monosacchariden zusammengeschlossen sein. Beispiele: Zucker, Stärke, Glucogen, Cellulose, Chitin, Bestandteile der DNA & RNA Zucker: mit 3, 4, 5 und 6 C-Atomen  Triosen: 3 C-Atome (Gylcerinaldehyd)  Pentosen: 5 C-Atome  Hexosen: 6 C-Atome (Glucose, C6H12O6)  Aldosen: Ketogruppe endständig (D-Glucose, D-Mannose)  Ketosen: Ketogruppe am 2. C-Atom Zuckermoleküle können modifiziert werden, z.B. durch Phosphatreste, Aminoreste... Darstellung:  Fischer-Projektions-Formel (Kette) - viele Isomere durch chirale Zentren  Haworth-Projektion (Ringsysteme, Wannenform, Sesselform) Welche kovalente Bindung ist für die Ausbildung von Kohlenhydratpolymeren entscheidend? Bindung von einem Halbacetal mit einer OH-Gruppe zu einem Vollacetal ➔ Kettige Verbindung: α-1,4-glykosidische Bindung ➔ Verzweigungen: α-1,6-glykosidische Bindung Lipide: Struktur, Aufbau, Funktionen, Beispiele Zu den Lipiden gehören chemisch sehr verschiedene Stoffe. Sie sind alle in unpolaren Lösungsmitteln gut löslich & in polaren Lösungsmitteln nicht löslich. Die Lipide können in sieben Gruppen eingeteilt werden: Fettsäuren, Triacylglyceride, Wachse, Phospholipide, Sphingolipide, Lipopolysaccharide und Isoprenoide Fettsäuren: Carboxylgruppe (COO-) + Kohlenwasserstoffkette a) gesättigte Fettsäure: ohne Doppelbindungen z.B. Palmitinsäure b) ungesättigte Fettsäure: mit einer oder mehreren Doppelbindungen z.B. Ölsäure; durch Knick in der Kette ergibt sich eine räumliche Anordnung Schmelztemperatur: - steigt je länger die Kohlenwasserstoffkette - sinkt je mehr DB vorhanden wichtige Omega-Fettsäuren: Linolensäure, Linolsäure, Arachidonsäure Biochemie Altfragen Glycerolipid: Glycerolipide sind einfach bis dreifach substituierte Glycerole. Glycerolipide sind die am häufigsten natürlich vorkommende Form der Neutralfette und der Membranlipide. Fette – Triglyceride: Glycerin (dreiwertiger Alkohol) + 3 Fettsäuren; Triglyceride können mit den 15 häufigsten Fettsäuren bis zu 680 Kombinationsmöglichkeiten erreichen und dienen als energiereiche Speichersubstanz Phospholipide: Phospholipide sind wichtige Bausteine der Biomembran. Sie bestehen aus einem polaren, hydrophilen Molekülabschnitt und zwei unpolaren, hydrophoben Fettsäuren. Nenne drei verschiedene Biomoleküle sowie deren Aufbau und Funktion. = Biomoleküle sind Moleküle organischer Substanzen, die in Lebewesen vorkommen. 1. Lipide: Aufbau: Die meisten biologischen Lipide sind amphiphil, besitzen also einen lipophilen Kohlenwasserstoff-Rest und eine polare hydrophile Kopfgruppe. Lipide können in sieben Gruppen eingeteilt werden: Fettsäuren, Triacylglyceride, Wachse, Phospholipide, Sphingolipide, Lipopolysaccharide und Isoprenoide (Steroide, Carotinoide). Funktionen: sehr vielfältig, dienen unter anderem als:  Brennstoff (β-Oxidation der Fettsäuren)  Energiespeicher (Triacylglycerole)  Membranbausteine (Phospholipide)  Hormone (Eicosanoide; Prostaglandine etc.)  Cofaktoren (Dolichol)  Pigmente (Carotinoide) 2. Proteine: Aufbau: Aminosäure-Ketten, welche über Peptidbindungen verbunden sind Funktionen: sehr vielseitig  Strukturproteine → Faserproteine: Keratin, Collagen  Proteine für Bewegung im Muskel: Aktin, Myosin  Transportproteine: Hämoglobin, Myoglobin  Sekretionsproteine: Antikörper: Immunglobuline  Membranproteine: Carrier, Pumpen, Ionenkanäle 3. Kohlenhydrate: Aufbau: organische Verbindung aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Die Basis aller Kohlenhydrate ist eine Monosaccharid-Einheit. Bruttoformel Cn(H2O)m Funktionen: Kohlenhydrate sind ein wesentlicher Teil der menschlichen Nahrung. Strukturkohlenhydrate sind am Aufbau der pflanzlichen Zellwand beteiligt und stellen einen Großteil des Fasermaterials der Pflanzen dar (Zellulose). Biochemie Altfragen Wie sind Aminosäuren aufgebaut und wie werden sie eingeteilt? Nenne 3 Beispiele zu jeder Gruppe. Welche Funktion haben sie? „Aminosäure“ wird häufig vereinfachend als Synonym für die proteinogenen Aminosäuren verwendet, welche die Bausteine der Proteine bilden. Von den proteinogenen Aminosäuren sind bisher 23 bekannt. Das Spektrum der Klasse der Aminosäuren geht aber weit über diese hinaus. So sind bisher 250 nicht-proteinogene Aminosäuren bekannt, welche biologische Funktionen haben. ➔ alle proteinogenen Aminosäuren besitzen das gleiche Grundgerüst Aufbau: zentrales C-Atom (α-C-Atom) + Carboxylgruppe + Aminogruppe und 1 H-Atom Fischer Projektion: Es existieren immer zwei Enantiomere der AS, wobei nur die L-Form für die Proteinbiosynthese relevant ist, da der zum Aufbau der Proteine notwendige Apparat (Ribosom, tRNA, Aminoacyl-tRNA Synthetase) selbst chiral ist und nur die L-Form erkannt werden kann. Anhand der variablen Seitenketten unterscheidet man die 20 proteinogenen AS. Einteilung: erfolgt chemisch (oder in essentielle, bedingt essentiell und nicht essentiell). Chemische Einteilung nach Seitenketten: Saure AS: Glutaminsäure, Asparaginsäure Basische AS: Lysin, Arginin, Histidin Polare neutrale AS: Serin, Asparagin, Glutamin Unpolare hydrophobe AS: Phenylalanin, Alanin, Prolin Funktionen: - Abbau im Stoffwechsel zu Zwischenprodukten des Citratzyklus - Bausteine von Lipiden - Neurotransmitter (zB Glutamat) - Purin- und Pyrimidinbiosynthese - Vorstufe der Hämbiosynthese Biochemie Altfragen Teil 3 – Zimmermann Wieviel ATP liefert Glukose in der Glykolyse und bei vollständiger Oxidation? Zeichnen Sie die Struktur von allen Metaboliten der Glykolyse. Glucose → Pyruvat oder Lactat Beschreiben Sie den Ablauf der Glykolyse. Die Glykolyse erfolgt in 10 Schritten: 1. Phosphorylierung 1x Glucose + ATP → Glucose-6-phosphat (G-6P) (-1 ATP) 2. Isomerisierung 3. Phosphorylierung: Fructose-6-phosphat (F-6P) + ATP → Fructose-1,6-bisphosphat (-1 ATP) 4. & 5. Aldospaltung 6. Redoxreaktion 7. 1,3-Bisphosphoglycerat + ADP → 3-Phosphoglycerat (+2 ATP) 8. Isomerisierung 9. Dehydratisierung (aus Zucker wird Enol) 10. Phosphorylgruppenübertragung (ATP-Synthese) Phosphoenolpyruvat + ADP → Pyruvat (+2 ATP) → es entstehen insgesamt 2 ATP und 2 NADH+H+ Biochemie Altfragen Welche Reaktionen der Glykolyse verbrauchen und welche liefern ATP? ATP- und NAD/NADH-Bilanz der Glykolyse pro Glucose-Molekül? Was sind Verbindungen mit hohem Phosphorylgruppenübertragungspotential? Welche kennen Sie und wie entstehen sie? = sind Verbindungen bei denen sich sehr leicht Phosphatgruppen hydrolytisch abspalten und auf andere Verbindungen übertragen lassen Welche Metabolite entstehen aus Glucose in der alkoholischen Gärung und in der Milchsäuregärung? Beschreiben Sie die Reaktionen. Ausgangsstoff = Pyruvat Alkoholische Gärung: Pyruvat → Ethanol Milchsäuregärung: Pyruvat → Lactat (bei vollständiger Oxidation bzw. normalem Stoffwechsel: Pyruvat → Acetyl-CoA) → findet in Hefe und Mikroorganismen statt, → findet im Muskel bei O2-Mangel statt, dient der Regeneration von NAD+ dient der Regeneration von NAD+ Pyruvat wird durch Pyruvat-Decarboxylase Pyruvat wird über Lactat-Dehydrogenase zu Acetaldehyd, dieses durch Alkohol- und NADH+H+ zu Lactat und NAD+ oxidiert Dehydrogenase und NADH+H+ zu Ethanol und NAD+ oxidiert Biochemie Altfragen Wozu dient der CORI-Zyklus? Lactat aus dem Muskel wird in der Leber zu Glukose umgewandelt und im Muskel wird Glucose wieder zu Lactat umgewandelt (= Zyklus). Der CORI-Zyklus beschreibt den Kreislauf von Glucose und deren Abbauprodukten zwischen Skelettmuskel und Leber. Der Skelettmuskel ist auch unter aeroben Bedingungen nicht in der Lage, Lactat wieder in Glucose umzuwandeln: es fehlen ihm die Enzyme der Gluconeogenese. Aus diesem Grunde besteht eine Zirkulation von Metaboliten zwischen Muskel und Leber – letztere verfügt über entsprechende Enzyme. Ordnen Sie die Enzyme der Glycolyse den Enzymklassen zu.  Transferasen, Subkl.: Kinasen → Hexokinase  Transferasen, Subkl.: Kinasen → Phosphoglyceratkinase  Transferasen, Subkl.: Kinasen → Phosphofructokinase  Transferasen, Subkl.: Kinasen → Pyruvatkinase (Kinasen dienen der Phosphorylierung)  Isomerasen → Glucose-6-phosphat-Isomerase  Isomerasen → Phosphoglycerat-Mutase  Isomerasen → Triosephosphat-Isomerase  Aldolase → Lyase  Oxidoreduktase → Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase  Lyasen → Enolase Biochemie Altfragen Beschreibe den Citratzyklus: Metabolite, Enzyme und Reaktionen Zeichnen Sie die Struktur aller Metaboliten des Citratzyklus. Citrat Cis-Aconitat Isocitrat α-Ketoglutarat Succinat Fumarat Malat Oxalacetat Biochemie Altfragen Am Pyruvat-Dehydrogenase Komplex sind 3 Enzyme und 5 Coenzyme beteiligt. Welche Reaktionen laufen ab? Welche Funktionen haben die Sie? Enzyme: - Pyruvat-Dehydrogenase-Komponente (E1) - Dihydrolipoyl-Transacetylase (E2) - Dihydrolipoyl-Dehydrogenase (E3) Coenzyme: - TPP: an Decarboxylierungsreaktion beteiligt - Liponsäure, CoA: Carrier der Acetylgruppe - FAD, NAD: Elektronentransporter Reaktion in 4 Schritten: 1. Decarboxylierung: Pyruvat bindet an TPP und wird zu Hydroxyethyl-TPP de-carboxyliert 2. Oxidation: Die an das TPP gebundene Hydroxyethylgruppe wird zu einer Acetylgruppe oxidiert und gleichzeitig auf Liponamid übertragen. Dabei entstehen das Carbanion des TPP und Acetylliponamid. 3. Bildung von AcetylCoA: Die Acetylgruppe des Acetylliponamids wird auf Coenzym A übertragen, wobei Acetyl-CoA entsteht. 4. Regeneration von Liponamid Welche Reaktionen im Citratzyklus liefern NADH/FADH/ATP? Wieviel NADH/FADH/ATP liefern Glucose/Pyruvat/Acetyl-CoA bei vollständiger Oxidation? Biochemie Altfragen Wie heißen die Komplexe der Atmungskette (I-IV) und was ist deren Funktion? Komplex I: NADH-Q-Oxidoreduktase Zunächst gibt NADH seine Elektronen an Komplex I ab. Der Komplex I gibt die Elektronen dann an Ubichinon weiter und liefert 4 H+ zum Aufbau des Protonengradienten. Komplex II: Succinat-Dehydrogenase Komplex II nimmt die Elektronen von FADH2 an und übergibt diese wiederum an das Ubichinon weiter. Achtung! Hier erfolgt kein Transport von Wasserstoffprotonen. Komplex III: Q-Cytochrom-c-Oxidoreduktase Q-Zyklus: Das nun reduzierte Ubichinon überträgt daraufhin seine Elektronen auf Komplex III. Er leitet die Elektronen an ein kleines, bewegliches peripheres Protein (Cytochrom c), das sich an der Außenseite der inneren Mitochondrienmembran befindet. Außerdem liefert er 2 H+ zum Aufbau des Protonengradienten. Komplex IV: Cytochrom-c-Oxidase Komplex IV (Cytochrom-c-Oxidase) erhält nun die Elektronen von Cytochrom c und überträgt sie zusammen mit Wasserstoffprotonen auf Sauerstoff. Dieser wird zu Wasser reduziert. Zusätzlich findet ein Transport von 4 H+ zum Aufbau des Protonengradienten statt. O2 + 4 H+ + 4 e- → 2 H2O Welche Elektronencarrier gibt es innerhalb und zwischen den Komplexen? - Ubichinon - Cytochrom c Wie ist die ATP-Synthase aufgebaut und wie wird sie angetrieben? Die ATP-Synthase ist ein protonen-getriebenes Transmembranprotein. Sie besteht aus einem sich drehenden Rotor und zwölf Untereinheiten, die zu einem Ring angeordnet sind, einem Stator und einer katalytischen Domäne. F0 Domäne: transportiert Protonen F1 Domäne: katalysiert die Bildung von ATP Stalk: drehbare Achse des Systems; Sie überträgt die Drehbewegung des in der Membran platzierten Rings zu den katalytischen Zentren. Wieviel ATP liefern NADH und FADH2 + Begründung? ➔ NADH liefert ca. 2,5 ATP ➔ FADH2 liefert ca. 1,5 ATP Zur Synthese von ATP werden 4 H+ gebraucht. NADH liefert 10 H+ FADH liefert 6 H+ Biochemie Altfragen Warum kann Glucose 30 bzw. 32 ATP liefern? Wird das Glycerin-3-phosphat-Shuttle verwendet, werden 30 ATP generiert; wird das Malat-Aspartat-Shuttle verwendet, werden 32 ATP generiert. Dieser Unterschied ergibt sich dadurch, dass 2 NADH nicht ins Innere der Mitochondrienmembran kommen kann, wenn die oxidative Phosphorylierung über das Glycerin-3-phosphat-Shuttle läuft; es werden 30 ATP gebildet. Wird das Malat-Aspartat-Shuttle verwendet, gelangen alle NADH ins Membraninnere, wodurch 32 ATP gebildet werden können. (NADH kann die Membran nicht passieren, deswegen werden Elektronen von dort mittels Shuttle in die Matrix transportiert.) Übersicht über die Energiebilanzen bei der Atmungskette Welche Energiespeicher besitzt der Mensch? Wie lange reichen diese aus? Grundumsatz (Mann, 70kg): ca. 8400kJ Wie werden Fettsäuren in die Mitochondrien importiert? Die Fettsäure muss aktiviert werden: FS + ATP → Acyl-CoA + AMP + PPi Acyl-CoA + Carnitin → Acylcarnitin + CoA → Carnitin-Shuttle bringt Acylcarnitin ins Mitochondrium Acylcarnitin + CoA → Carnitin + Acyl-CoA Biochemie Altfragen Wie werden FS zu Acetyl-CoA abgebaut (Reaktionen)? Gibt es Unterschiede zwischen mitochondrialen und peroxisomalem Abbau? Fettsäure muss aktiviert werden: FS muss ins Mitochondrium transportiert werden, dann β-Oxidation → Unterschied zu Mitochondrien: Peroxisomale Acyl-CoA-Dehydrogenase überträgt e- von FADH2 auf O2, es entsteht H2O2. Aus Tripalmitat entstehen im Abbau durch Lipasen Glycerin und 3 C-16:0 FS. Wieviel Energie liefert ein Molekül Tripalmitat bei vollständiger Oxidation? Glycerin-Abbau: 18,5 ATP FS-Abbau: 318 ATP = 336,5 ATP Wie werden Proteine im Darmlumen und in der Zelle abgebaut? Darm: Im Darmlumen werden die Proteine durch Proteasen (Endo- und Exoproteasen; spalten hydrolytisch die Peptidbindungen) zu Oligopeptide und Aminosäuren gespalten. Oligopeptidase spaltet Oligopeptide in Tri- und Dipeptide an der Darmzellwand. Nun sind diese Tri-/Dipeptide und Aminosäuren (durch Transporter) in der Darmzelle. Dort werden die Peptide weiter durch Peptidasen gespalten bis nur mehr Aminosäuren übrig sind. Diese werden dann ins Blut weitertransportiert. Eines der wichtigsten proteolytischen Enzyme ist Pepsin, es befindet sich im Magen und arbeitet bei pH 2 optimal. Intrazellulär: In der Zelle werden Proteine durch Lysosomen abgebaut, diese haben einen pH von 4,6 und beinhalten saure Proteasen, Lipasen und zuckerabbauende Enzyme. Beim proteosomalen Abbau werden Proteinkomplexe in Fragmente zerlegt. Biochemie Altfragen Was sind ketogene und glucogene Aminosäuren? (+ Beispiele) Ziel: Umbau des Kohlenstoffgerüsts in Stoffwechselprodukte der Glykolyse oder des Citratzyklus Ketogene AS: liefern Acetyl-CoA, können nicht zum Aufbau von Glukose verwendet werden: Isoleucin, Leucin, Lysin, Tyrosin, Tryptophan Glucogene AS: können zum Aufbau von Glucose verwendet werden: Arginin, Alanin, Glutamat, Histidin, Aspartat, Asparagin, Valin, Methionin, Prolin Allgemeine Reaktion von Aminotransferasen? Welches Coenzym? Beispiel = katalysieren den Transfer einer α-Aminogruppe von einer α-AS auf eine α-Ketosäure Alle Aminotransferasen haben Pyridoxalphosphat (PLP) als Coenzym, welches sich vom Pyridoxin (Vitamin B6) ableitet. Welche Funktion hat Glutamatdehydrogenase? (+ Reaktion) → Glutamat wird mit Glutamatdehydrogenase zu α-Ketoglutarat und NH4+ Es ist wichtig für die Fixierung bzw. Freisetzung von Ammonium (NH4+), welches später im Harnstoffzyklus zu Harnstoff gebunden wird um später ausgeschieden werden zu können Welche Funktion hat der Glucose-Alanin-Zyklus? → Der Glucose-Alanin-Zyklus dient dem Transport von toxischem Ammoniak vom Muskel zur Leber. Funktionsweise: (1) Im Rahmen des Proteinabbaus im Muskel wird durch die Alanin Aminotransferase eine Aminogruppe auf Pyruvat übertragen, wobei L-Alanin entsteht. (2) Das Alanin wird ins Blut abgegeben und von der Leber aufgenommen. (3) Diese wandelt mit Hilfe der Alanin-Aminotransferase das Alanin in Pyruvat und Ammoniak um. Das entstandene Ammoniak wird in Harnstoff umgebaut und über die Niere ausgeschieden. (4) Das Pyruvat wird der Gluconeogenese zugeführt. Die Gluconeogenese ist ein Stoffwechselweg zur Neusynthese von Glukose. Die dabei entstandene Glucose wird dem Muskel zur Verfügung gestellt. (5) Der Glukose-Abbau im Muskel liefert wieder Pyruvat. Biochemie Altfragen In welcher Form wird in verschiedenen Organismen NH3 ausgeschieden? - Säuger: ureotelisch – als Harnstof - Vögel und Reptilien: purinotelisch – als Harnsäure - Fische: ammoniotelisch – direkte Ausscheidung von NH4+ über die Kiemen Übersicht über die Harnstoffsynthese. Der Harnstoffzyklus ist ein für die Leber spezifischer Stoffwechselweg zur Umwandlung von Ammoniak in Harnstoff. Dieser ist sehr gut wasserlöslich, wird im Blut zur Niere transportiert und in den Harn ausgeschieden. Der Harnstoffzyklus läuft hauptsächlich in den Hepatozyten ab (in mitochondrialer Matrix & Zytosol). Ablauf in 5 Reaktionen 1. Carbamoylphosphatsynthetase-I-(CPS-I-)Reaktion 2. Ornithintranscarbamoylase-Reaktion 3. Argininosuccinatsynthetase-Reaktion 4. Argininosuccinatlyase-Reaktion 5. Arginase-I-Reaktion Welche Reaktionen der Glykolyse müssen bei der Glukoneogenese umgangen werden und was kostet die Synthese von Glukose aus Pyruvat? - Hexokinase (Glucose-6-Phosphatase) - Phosphofructokinase I (Fructose-1,6-Bisphosphatase) - Pyruvatkinase (durch Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase) … laufen in der Glykolyse nur in einer Richtung ab und müssen bei der Gluconeogenese umgangen werden. 4 ATP 2 GTP 2 NADH = 11 ATP Kosten/Glukose (wegen 2x Pyruvat/Glucose) Wie ist Glycogen aufgebaut und welche Enzyme werden benötigt um Glycogen ab- und aufzubauen? zentrales Protein = Glykogenin, an das bis zu 50.000 Glucosebausteine geknüpft werden und über eine α-1,4-glykosidische Bindung verbunden sind, Verzweigungen sind mittels α- 1,6-glykosidische Bindung gebunden → Aufbau durch Glykogen-Synthase, branching enzyme → Abbau durch Phosphorylase, Transferase, alpha-1,6-Glucosidase Biochemie Altfragen Wie werden Fettsäuren synthetisiert? Wie erfolgt die Nomenklatur? Welche Fettsäuren sind essentiell? Die Synthese wird durch das Enzym Fettsäure-Synthase katalysiert. Das ist ein Enzymkomplex aus vielen Untereinheiten. Die Synthese läuft in 6 Schritten ab, wobei wie bei der ß-Oxidation Schritt für Schritt immer mehr C-Atome in Gruppen angehängt werden: 1. Acetyl-ACP + Malonyl-ACP 2. Acetacetyl-ACP 3. Reduktion 4. Dehydratisierung 5. Reduktion 6. Butyryl-ACP ACP = Acyl-Carrier-Protein NADPH wird verbraucht Die Nomenklatur erfolgt anhand der Anzahl der C-Atome, welche von hinten durchnummeriert werden. Es gibt also z.B. C18-Fettsäuren, welche 18 C-Atome besitzen. Zusätzlich kann noch die Anzahl an ungesättigten Bindungen angegeben werden – enthält die FS drei davon, heißt sie 18:3. Das letzte (also ganz linke) C-Atom wird Omega genannt. Ist die Doppelbindung 3 Cs von Omega entfernt, spricht man von einer Omega-3-Fettsäure, ist die Doppelbindung 6 C´s von Omega entfernt, wird sie Omega-6-Fettsäure genannt. Diese beiden Fettsäuren sind essentiell, da aus ihnen alle anderen synthetisiert werden können und sie der Körper nicht selbst herstellen kann. Säugern fehlt das Enzym, welches nach dem C9 Doppelbindungen einbauen kann. Essentielle Fettsäuren enthalten mindestens eine Doppelbindung nach dem 9. Kohlenstoffatoms des Kohlenwasserstoffgerüstes. Welche Metabolite der Arachidonsäure gibt es? Wie wirkt Aspirin? Vorstufe der Prostaglandine, Prostacyclin, Thromboxane, Leukotriene und Endocannabinoide Aspirin (Acetylsalicylsäure, ASS) wirkt durch Hemmung der Prostaglandinsynthese und ist dadurch gerinnungshemmend, entzündungshemmend, febersenkend und schmerzstillend. Welche Glycerolipide kennen Sie? (Überblick über die Struktur und Synthese) Glycerolipide sind Lipide mit Glycerin als Grundgerüst. Bei den Phosphoglyceriden ist das Glycerin mit zwei Fettsäure-Resten und einem Phosphorsäure-Rest verbunden. (Bei Glycoglyceriden: Glycerin + ein oder zwei Fettsäuren + einem Mono- oder Oligosaccharid) Grundstruktur von Glycerolipiden (Glycerophospholipid): → Phosphatrest, Glycerinrest & Fettsäuren Wichtige Membran-Phosphoglyceride:  Phosphatidylserine  Phosphatidylethanolamine  Phosphatidylcholine  Phosphatidylinositole  Phosphatidylglycerine Biochemie Altfragen Welche Sphingolopide gibt es? Struktur und Funktion? Sphingolipide sind wichtige Bestandteile der Zellmembran und leiten die Sphingolipide sich vom Sphingosin ab. → Membranlipide: Bestandteil von Biomembranen Ihre Konzentration ist in ZNS-Zellen am höchsten, da sie eine wichtige Rolle bei Signalübertragung und Interaktion einzelner Zellen spielen. Aufbau: Sphingosin-Rückgrat + (üblicherweise) geladenen Gruppe wie Serin, Ethanolamin oder Cholin + über Amid- Gruppe mit einer Fettsäure verbunden 3 Gruppen:  Ceramide  Cerebroside  Ganglioside (bestimmen Blutgruppen: AB0-System, wird vom Gangliosid bestimmt) Wie werden Steroide synthetisiert? Beschreibe die Reaktionen bis Mevalonat. Was sind Statine? Steroidsynthese = Biosynthese von Steroidhormonen (e.g. Cortisol). Sie findet im Zytoplasma und in den Mitochondrien statt. Cholesterin = Vorstufe für Steroidhormone, es wird wiederum aus Acetyl-CoA synthetisiert Ablauf: 1. Transport an die innere Mitochondrienmembran: per Transportprotein StAR 2. Umwandlung von Cholesterin in Pregnenolon: durch Cholesterin-Monooxygenase P450scc). Dabei wird die Seitenkette des Cholesterins abgespalten. 3. Synthese von Glukokortikoiden – Mineralkortikoiden – Androgenen - Östrogenen Der Mevalonatweg ist ein Stoffwechselweg in Eukaryoten, über den von Acetyl-CoA ausgehend die Biosynthese von Isoprenoiden erfolgt und damit der Aufbau von Steroiden und Sekundärmetaboliten ermöglicht wird. Endprodukt des Mevalonatwegs ist nach sechs Schritten Isopentenylpyrophosphat (IPP) und Dimethylallylpyrophosphat (DMAPP) = Ausgangsstoffe Cholesterinbiosynthese und Steroidbiosynthese. Schritt 1: Beginn in den Mitochondrien: Übertragung eines Acetylrests von Acetyl-CoA auf ein zweites Acetyl-CoA-Molekül Schritt 2: Verknüpfung eines weiteren Moleküls Acetyl-CoA mit Acetoacetyl-CoA zu 3-Hydroxy-3-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA) Schritt 3: HMG-CoA-Reduktase katalysiert die Reduktion von HMG-CoA zu Mevalonat. Dieser Schritt ist geschwindigkeitsbestimmend für den Mevalonatweg und damit für den Aufbau von Cholesterin. → Statine = Cholesterinsenker: Medikamente, die das LDL-Cholesterin im Blut senken Biochemie Altfragen Struktur und Funktion von Lipoproteinen = Aggregate aus Lipiden und Proteinen; mizellenähnliche Partikel mit einem unpolaren Kern sowie einer Hülle mit polaren, hydrophilen Anteilen Funktionen: Plasma-Lipoprotein-Partikel dienen dem Transport der wasserunlöslichen Lipide (Fette) sowie des Cholesterins und Cholesterylesters im Blut. Klassifikation: - Chylomikron: transportieren Lipide vom Darm zu Fettgewebe, Leber... - Betalipoproteine: VLDL (werden von der Leber produziert und transportieren v.a. TAG zu Muskel), IDL (entsteht durch Hydrolyse von VLDL), LDL (entsteht aus VLDL/IDL versorgt Zielgewebe mit Cholesterin) - HDL: cholesterinreich, für reversen Cholesterintransport verantwortlich, nimmt Cholesterin von peripheren Geweben auf und transportiert es zur Leber; entsteht aus ApoA1, das von der Leber synthetisiert wird Welche Funktion haben Glutamat-DH und Glutamin-Synthetase in der Aminosäuresynthese? → Einbau und Freisetzung von NH3 Glutamat-DH: katalysiert Reaktion von α-Ketoglutarat + NH4+ → Glutamat Glutamin-Synthetase: katalysiert Reaktion von Glutamat + NH3 → Glutamin Was ist eine Transaminierungsreaktion? Beispiel, Cofaktor? → katalysieren den Transfer einer α-Aminogruppe von einer α-Aminosäure auf eine α-Ketosäure Cofaktor ist Pyridoxalphosphat (PLP) Welche Metabolite treten als Vorläufer für AS auf? Glutamat für Glutamin, Prolin & Arginin Aspartat für Asparagin, Methionin, Threonin (→ Isoleucin) & Lysin Serin für Cystein & Glycin Pyruvat für Alanin, Valin & Leucin Biochemie Altfragen Was ist der Nitrogenasekomplex? Welche Reaktion katalysiert er & wo kommt er vor? = zur Stickstofffixierung, kommt in Bakterien vor, z.B. Wurzelknöllchensymbiose mit Rhizobium-Bakterien zwei Proteinkomponenten: Reduktase (Fe-Protein) & Nitrogenase (MoFe-Protein), an eine ATP-Hydrolyse gekoppelt (ATP-Verbrauch) N2 + 16 ATP → 2 NH3 + 16 ADP + 16 Pi Reduktase: liefert Elektronen aus reduziertem Ferredoxin Nitrogenase: benutzt Elektronen zur Reduktion von N2 zu NH3 Was passiert im Glyoxylatzyklus? Der Glyoxylat-Zyklus ist ein Stoffwechselweg, der die Synthese von C4-Kohlenhydraten aus 2 Acetyl-CoA ermöglicht. Bei einem vollständigen Zyklus wird so ein Molekül Succinat gebildet. → Der Glyoxylatzyklus dient Pflanzensämlingen zur Verwertung ihrer Fettreserven (Oleosome). → Er ermöglicht das Wachstum von Mikroorganismen auf Fettsäuren oder Acetat (Essigsäure) als einziger Kohlenstoffquelle. Kälte: Wie entsteht grundsätzlich Wärme? Was bedeutet zitterfreie Thermogenese? Was ist UCP-1? Wärme entsteht grundsätzlich als Nebenprodukt von Stoffwechselprozessen (ca. 60% wird als Wärme freigesetzt). z.B. bei Muskelzittern und biochemische Thermogenese zitterfreie Thermogenese: Sonderform der Thermogenese bei Neugeborenen und Säuglingen. Diese sind im Gegensatz zu Kindern und Erwachsenen nicht in der Lage, bei Absinken der Umgebungstemperatur durch Muskelzittern Wärme zu erzeugen. Die endogene Wärmeerzeugung erfolgt ausschließlich durch das braune Fettgewebe. In der inneren Membran gibt es das Protein Thermogenin (UCP-1, uncoupling protein). H+ wird ohne einen Protonengradienten vom Intermembran Raum in die Matrix durch das UCP-1 gelassen, dabei wird Wärme erzeugt. Es entkoppelt dabei die Atmungskette, da Elektronentransportkette und ATPSynthase über einen H+-Protonengradienten gekoppelt sind, daher auch der Name uncoupling protein. Wie wird Alkohol im Körper abgebaut? Welches Problem kann dabei entstehen? Ethanol → Acetaldehyd → Acetat (Essigsäure) → Acetyl-CoA → Citratzyklus, FS-Zyklus,.. Problem: Beim Abbau von Ethanol mit der ADH (Alkoholdehydrogenase) entsteht Acetaldehyd, aus Acetaldehyd entsteht mit ALDH (Aldehyddehydrogenase) Acetat, dass dissoziieren kann. Steht nicht genügend ALDH zur Verfügung, sammelt sich toxisches Acetaldehyd an. Biochemie Altfragen Was sind Hormone und wie können sie aufgebaut sein? Als Hormon wird ein biochemischer Botenstoff bezeichnet, der von spezialisierten Zellen produziert und abgegeben wird, um an Zellen der Zielorgane spezifische Wirkungen zu entfalten.  Proteohormone (Insulin) Pankreas  Derivate von Aminosäuren (Adrenalin aus Tyrosin synthetisiert) Nebennierenmark/ Nerven  Lipophile Verbindungen (Testosteron wird aus Cholesterin synthetisiert) Hoden/ Eierstöcke Welche Arten von Hormonrezeptoren gibt es? Erkennung durch Membranrezeptoren: 1. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR), heptahelikale Rezeptoren 2. Enzym-gekoppelte Rezeptoren 3. Liganden-aktivierte Ionenkanäle Erkennung durch intrazelluläre Rezeptoren: 1. Typ1: Hormon bindet Rezeptor im Zytosol und transloziert dann in den Kern 2. Typ2: Hormon bindet Rezeptor im Kern Wie kann ein aktivierter Hormonrezeptor Signale grundsätzlich weiterleiten? Signalweiterleitung und Signalverstärkung durch: 1. Second Messenger (cAMP, cGMP) 2. Modifikation von Signalproteinen (Aktivierung von Effektorproteinen = Auslösen einer spezifischen zellulären Antwort); Phosphorylierung durch Kinasen, direkte Interaktion zwischen Proteinen, Bindung von Ca2+-Ionen verändert Proteinfunktion 3. Proteolyse (z.B. aktiviertes G-Protein) aktives Protein, inaktives Protein → C- oder N- Terminus eines Proteins kann als Signalmolekül fungieren oder inaktiviert werden 4. Ioneneinstrom 5. Kernrezeptoren Wirkung von Insulin und Glucagon auf den Glucosespiegel? → Pankreas sekretiert Insulin & Glukagon: hoher Blutzucker: Insulin → stimuliert Aufbau von Glykogen in Leber; stimuliert die Aufnahme von Glucose aus Blut, senkt Blutzuckerspiegel niedriger Blutzucker: Glukagon → stimuliert den Abbau von Glykogen in Leber, erhöht Blutzuckerspiegel Biochemie Altfragen Wie "messen" ß-Zellen des Pankreas die Glucosekonzentration? In ß-Zellen: Die Glukoseaufnahme wird durch insulinabhängigen Glukosetransporter 2 (GLUT2) gesteuert. Steigt die Glukosekonzentration im Blut an, wird mehr Glukose in die Zelle transportiert und eine höhere Gluk-Konzentration entsteht. Das erhöht die Verstoffwechselung in Glykolyse und Zellatmung. Es wird mehr ATP produziert und ein ATP-sensitiver Kaliumkanal wird gehemmt. Durch die erhöhte Kaliumkonzentration wird die Membran depolarisiert. Potentialgesteuerte Kalziumkanäle öffnen sich und Ca2+ strömt ein. Das bewirkt die Sekretion von Insulin. Insulin wirkt wiederum auf den GLUT2. GLUT 2:  Glykolyse  ATP Bildung  Kalium Block  Calcium Infux  Insulin-Freisetzung Was ist Typ 1 und Typ 2 Diabetes? Was bedeutet Insulinresistenz? Was ist die Hauptursache für Typ 2 Diabetes? Typ 1: meistens Autoimmunerkrankung: körpereigene Immunsystem zerstört die insulinproduzierenden ß-Zellen der Bauchspeicheldrüse → Insulinmangel Ursachen: genetisch oder durch Infektion Typ 2: Insulin ist vorhanden, wirkt aber nicht am Zielort → Insulinresistenz Insulinresistenz bedeutet, dass Insulin die Wirkung verliert und so eine verringerte zelluläre Antwort hervorruft → Hyperglykämie Ursache multifaktoriell: wenig Bewegung, Bluthochdruck Hauptursache: Übergewicht Biochemie Altfragen Synthese und Wirkung von Katecholaminen? Welcher Rezeptortyp wird aktiviert? Adrenalin, Noradreanlin und Dopamin werden als Katecholamine zusammengefasst. Sie werden im Nebennierenmark und in Neuronen produziert. Adrenalin wird als "Stresshormon" bezeichnet, es bewirkt Herzfrequenzsteigerung, Blutdruckanstieg, Bronchiolenerweiterung, Energiebereitstellung durch Fettabbau (Lipolyse) sowie die Freisetzung und Biosynthese von Glucose. Katecholamine wirken über Aktivierung von G-gekoppelten Rezeptoren, den Adrenozeptoren. Synthese: L-Tyrosin > L-DOPA > Dopamin > Noradrenalin > Adrenalin Synthese und Wirkung von Steroidhormonen? Welcher Rezeptortyp wird aktiviert? → leiten sich von Cholesterin ab Die Synthese erfolgt in Nebennierenrinde und Gonaden aus Cholesterin. Glucocorticoide (Cortisol)→ Katabole Wirkung auf den Stoffwechsel Androgene (Testosteron) und Östrogene (Estradiol) → beeinflussen Geschlechtsmerkmale, Muskelmasse, Knochenwachstum, Verhalten, Reifung der Geschlechtszellen Mineralcorticoide (Aldosteron) → Dursthormone, führt zur vermehrten Wasserruckresorption Rezeptortyp: Typ 1, Hormon bindet an Rezeptor im Zytosol und transloziert in den Kern Synthese und Wirkung von Thyroidhormonen? Welcher Rezeptortyp wird aktiviert? Die Synthese von T4 und T3 erfolgt aus Iod und Thyroglobulin in der Schilddrüse. Thyroidhormone haben Einfluss auf Wachstum und Entwicklung. Es werden Thyroidhormonrezeptoren aktiviert. Hormonelle Kontrolle der Follikelreifung: Wie wirkt die Antibabypille? Östrogene und Progesterone sind ein Regelkreis mit übergeordneten Hormonen, die als LH und FSH bezeichnet werden. In der Kontrollebene darüber steht das Gonadotropin-Releasing-Hormon im Hypothalamus. Östrogene und Progesterone hemmen die Ausschüttung dieser Hormone im Hirn. Umgekehrt fördern LH, FSH und das Releasing-Hormon die Ausschüttung von Östrogen und Progesteron im Follikel. Daraus ergeben sich verschiedene Peaks im Zyklus: Östrogen in der Eireifephase, Progesteron in der Gelbkörperphase, LH kurz vor dem Eisprung und FSH kurz danach. Die Antibabypille enthält künstliches Progesteron sowie evtl. künstliches Östrogen und bewirkt, dass diese Peaks von LH und FSH nicht mehr stattfinden, wodurch kein Follikel heranreift.