Biomoleküle Zusammenfassung PDF

lOMoARcPSD|50086629 Biomoleküle Vorlesung 2- Chemie des Lebens Materie besteht aus chemischen Elementen und Verbindungen: Materie beansprucht Raum und besitzt eine Masse, Masse ist eine Eigenschaf der Materie. Elemente und Verbindungen. Chemische Elementekönnen durch chemische Verfahren nicht weite...

lOMoARcPSD|50086629 Biomoleküle Vorlesung 2- Chemie des Lebens Materie besteht aus chemischen Elementen und Verbindungen: Materie beansprucht Raum und besitzt eine Masse, Masse ist eine Eigenschaf der Materie. Elemente und Verbindungen. Chemische Elementekönnen durch chemische Verfahren nicht weiter inandere Stoe zerlegt werden (kleinste Teilchen). Eine chemische Verbindungenthält zwei oder mehr unterschiedlicheElemente in einem festgelegten stöchiometrischenVerhältnis. Essenzielle chemische Elemente des Lebens. Kohlensto, Sauersto, Wassersto und Scksto machenungefähr 96 Prozent lebender Materie aus. →am meisten O>C>H>N Atome < Moleküle < Organelle< Zelle< Gewebe< Organ< Organsystem< Organismus Isotope. Die Isotope eines Elements Unterscheidensich voneinander in der Zahl der Neutronen und somit in ihren Atommassen. Instabile Isotope geben beim radioakven Zerfall Teilchen und Energie ab. Eine Atomart mit einer genau denierten Zahl anKernteilchen heißt Nuklid. Elektronenverteilung und chemische Eigenschafen. Die Elektronenverteilung in den Schalen besmmt das chemische Verhalten eines Atoms. Ein Atom mit einer unvollständig besetzten Valenzschale verhält sich reakv. Valenzelektronen besmmen das chemische Verhalten eines Atoms Kovalenzbindungen→ Gemeinsame “Nutzung” mindestens eines Valenzelektronenpaares durch zwei Atome(binden des Elektronenpaar)/ Zwei oder mehr Atome die kovalent gebunden sind: Molekül -Bindigkeit: wie viel Fehlt von Ordnungszahl zur Vollen Schale (Edelgaskonguraon)→Bindung stark Ionenbindung. Ein Ion bildet sich, wenn ein Atom oder Molekül Elektronen aufnimmt oder abgibt und dann geladen ist. Eine Ionenbindung ist die Anziehung zwischen den entgegengesetzt geladenen Ionen.→Bindung stark Wasserstorückenbindungkommt durch die Anziehungeines kovalent gebundenen Wasserstoatoms mitposiver Teilladung (δ+) durch ein stark elektronegavesAtom (δ–) zustande.→ Dipol→Bindung schwach Hydrophobe Wechselwirkung→Bindung schwach und kurz Van-der-Waals-Bindung: elektrischeAnziehungzwischentemporärenDipolen →Bindung schwach Vorlesung 3- Biolog. Makromoleküle 1 Kohlensto (4-Bindig) ist der Grundbaustein der Organischen Chemie. C hat eine tartareische Gestalt →Einfach, Doppel oder Dreifachbindungen Isomere sind Verbindungen mit idenschen Summenformeln, aber unterschiedlichen Strukturen und Eigenschaen. Drei Formen der Isomerie sind die Strukturisomerie, die cis/trans-Isomerie und die Enanomere als eine Form der Stereoisomerie. Makromoleküle (Polymere) sind mehrere idensche oder ähnliche Moleküle die kovalent gebunden sind. Einzelne Bausteine werden Monomere genannt Synthese → erfolgt durch Kondensaonsreakon Abbau → Hydrolose (wird mit H2O Molekülen getrennt) Enzyme →Proteine die Reakonen beschleunigen Kohlenhydrate (Saccharide) →Zucker -Monosaccharide →Einfachzucker (Cn H2n On) Hauptnährsto -Polysaccharide → Vielzucker →Monosaccharide welche verknüp sind durch glykosidische Bindungen, dienen auch als Speichersto+ Baumaterial Speicherpolysaccharide → stärke (Panzen), Glykogen (Tierische Stärke) → gelagert in Leber und Muskelzellen Strukturpolysaccharide- Cellulose → Hauptbestandteil Panzlicher Zellwand Lipide (Klasse hydrophober Moleküle) -Lagern sich zu großen Aggregaten zusammen, sind aber keine Polymere im eigentlichen Sinn -Fee, Phosphorlipide und Steroide gehören dazu -Fesäuren → lang kege Carbonsäure -Ester Bindung → Bindung zwischen Säuren und Alkohol gesägt: -Fest · ungesägt:- Flüssig Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Vorlesung 4- Biolog. Makromoleküle 2 Proteine -machen mehr als 50% der Trockenmasse aus in Zellen -hohe Strukturvielfalt und Funkonsvielfalt → Katalysatoren, stützende Funkon, Struktur, Bewegung, Kommunikaon, Abwehr und Kontrolle →Auau: -werden durch 20 proteinogene AS gebildet -AS werden durch Pepdbindungen verknüp (H2O Abspaltung zwischen N- und C-Terminus ) Strukturen: -1Primärstruktur:→ normale Abfolge der AS -2Sekundärstruktur: →Beschreibt die relave Anordnung der Monomere →Bildet α-Helix, β-Faltbla miels H-Brücken zwischen CO und NH Gruppen des Pepdrückgrats -3Terärstruktur : → Faltung der Sekundärstruktur, Stabilisierung durch Wechselwirkung der Reste (VanderWaals, hydrophobe WW, Ionenbindung, Disuldbrücken) -4 Quartärstruktur: Anlagerung von zwei oder mehr gefalteten Polypepdkeen, Untereinheiten halten zusammen durch WW. Proteinfunkon -Die AminosäureSequenzlegtdie dreidimensionaleRaumstruktureinesProteins fest -Die charakterisscheStrukturbesmmtdie spezielleFunkoneinesProteins -EinegeringeAbweichungin der Aminosäuresequenzkanndie Proteinstrukturund damitdie FunkoneinesProteins verändern Denaturierung und Renaturierung: -durch Änderung des Milieus ändert sich die Struktur → Abhängig von pH, Ionenstärke, Temperatür etc. -Protein Denaturiert bei Änderung, kann aber auch Renaturieren Nukleinsäuren -werden auch als Polynukleode bezeichnet -Nukleonik → Base, Zucker, Phosphat -Nukleosid→ Base, Zucker -Purin: Adenin und Guanin -Pyrimidin: Cytosin, Thymin, Uracil DNA: · Zuckeranteil = Desoxyribose · Nucleinbasen = C, G, A, T · Für gewöhnlich doppelsträngig →Speicherung der gesamten Erbinformaon RNA: · Zuckeranteil = Ribose · Nucleinbasen = C, G, A, U · Für gewöhnlich einzelsträngig →Verschiedene Funktionen bei der Genexpression, einschließlich der Überführung der Proteinbauanleitungen von der DNA zu den Ribosomen Struktur: -Zucker/ Phosphat Rückgrat mit einer Base -Bildet Doppelhelix →Stränge verlaufen anparallel -wird Stabilisiert von H-Brücken und VanderWaals -Kräen Funkon: -Struktur ermöglicht idensche Verdopplung der Informaon -wird in AS Sequenz übersetzt anhand Basentripples -Trägt Erbinformaon -Freigabe der Informaon mit mRNA (Transkripon) -Replikaon > Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Zellbiologie Vorlesung 5- Rundgang durch die Zelle Eukaryonsche Zellen sind komparmenert: Vergleich prokaryonscher und eukaryonscher Zellen. Alle Zellen sind von einer Plasmamembranumgeben. Im Gegensatz zu eukaryonschen Zellenfehlen den Prokaryonten ein Zellkern sowie andere von Membranen umgebene Organellen. Eukaryontenhaben innere Membranen zur Komparmenerungzellulärer Funkonen. Das Verhältnis von Oberäche zu Volumen ist eine wichge Kenngröße für die Zellabmessungen und ihre Gestalt. Panzen- und Tierzellen haben größtenteils die gleichenOrganellen: einen Zellkern, das endoplasmasche Reculum, den Golgi-Apparat sowie Mitochondrien.Chloroplasten gibt es dagegen nur in den Zellen photosynthesch akver Eukaryonten. Zellbestandteil Bau Funkon Die genetischen Umgeben von der Beherbergt die Anweisungen Zellkernhülle Chromosomen, die aus eukaryontischer (doppelte Chromatin Zellen Membran), die von (der Erbsubstanz DNA nden sich im Kernporen mit anhaftenden Zellkern, ihre durchbrochen ist. Proteinen) Umsetzung erfolgt Zellkern &ER Die äußere Membran bestehen; enthält durch der Nucleoli, an denen die die Ribosomen Zellkernhülle bildet Biosynthese mit der Ribosomen dem vonstatten geht. Poren endoplasmatischen regulieren Reticulum (ER) ein den Eintritt und den Kontinuum. Ausstrom von Stoen. Zwei Untereinheiten, Proteinbiosynthese. bestehend aus ribosomalen RNAs und zahlreichen Ribosom Proteinen; können frei im Cytosol oder am ER verankert vorliegen Konzept 6.4 Ausgedehntes Glattes ER: Synthese Das Netzwerk von Lipiden, Endomembransyste aus Membranzisternen Kohlenhydratstowech m und -tubuli; sel, steuert den Membranen scheiden Calciumionenspeicher, Proteinverkehr Endoplasmasches das ER-Lumen vom chemische und wirkt im Reculum (ER)+ Cytosol; schließt die Modikation von Zwischenstowechs Zellkernhülle äußere Membran des Wirkstoen el Zellkerns mit ein. (Medikamenten), mit Giften usw. Raues ER: Synthese von Organellproteinen und von zur Sekretion bestimmten Proteinen sowie von Phospholipiden; Anfangsschritte der Glykoproteinbildung; Erzeugung neuer Membranen; Vesikelbildung und -abschnürung. Stapel abgeachter Modikation von Membranzisternen mit Proteinen des Polarität der sekretorischen Membranstapel Weges; (cis- und trans- Glykoproteinprozessier Seite). ung; Golgi-Apparat Weiterverarbeitung von Phospholipiden; Synthese zahlreicher Polysaccharide; > Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Aussortieren von Bestandteilen; Rückverfrachtung ausgewählter Stoe zum ER; Vesikelbildung und -abschnürung. Mit hydrolytischen Abbau von Enzymen einverleibten Lysosom angereichertes Substanzen, zellulären Organell (in Makromolekülen und Tierzellen). beschädigten Organellen; Rückgewinnung und Rückführung wiederverwertbarer Substanzen. Großes Organell in Zelluläre Verdauung, Panzen- Stospeicherung, und Pilzzellen. Entsorgung, Wasserhaushalt der Zelle; Zellwachstum Vakuole und Zellschutz. Konzept 6.5 Mitochondrium Von doppelter Zellatmung. Mitochondrien und Membran Bildet ATP Chloroplasten umgeben; innere arbeiten als Membran weist Energiewandler Einfaltungen (Cristae) auf. Chloroplast Drei Membranen; im Photosynthese. Regelfall zwei Membranen, die ein üssiges Stroma umgeben; darin zu Stapeln (Grana) angeordnete Thylakoidmembranen (in Panzen). Spezialisiertes Enthält Enzyme, den Stowechselorganell, Wassersto auf das molekularen von einer einfachen Sauersto übertragen, Membran umgeben ist wobei Pe Wasserstoperoxid roxisom (H2O2) entsteht. Dieses wird durch andere Enzyme innerhalb des Organells wieder abgebaut. Mehrere Stowechselzyklen. Vorlesung 6- Cytoskelet Das Cytoskelet ist ein Netzwerk von unterschiedlichenFilamenten zur Organisaon von zellulären Strukturen: Die Rolle des Cytoskelets: Stütze, Mobilität und Regulaon. Das Cytoskele dient dem Strukturerhaltder Zelle und ist an Bewegungsvorgängen undan der Signalübermilung beteiligt. Komponenten des Cytoskelets. Mikrotubuli verleihen Zellen ihre Gestalt, ermöglichen die geordneteBewegung von Organellen und ziehen die Chromosomeneiner sich teilenden Zelle auseinander.Cilien und Flagellen sind bewegliche Zellanhänge, die Mikrotubuli enthalten. Mikrolamente sinddünne Stäbe, die bei der Muskelkontrakon, deramöboiden Bewegung, der CytoplasmaStrömungund der mechanischen Aussteifung von Mikrovillieine Rolle spielen. Die Intermediärlamente stützendie Zellgestalt und xieren Organellen an ihrenPlätzen in der Zelle. 3 verschiedene Gerüste: = Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 -Aknlament (Mikrolament) →formgebendes Gerüst (dynamisch) -Intermediärlament → stabilisierend &Verknüpfung im Zellverband und mit ECM -Mikrotubuli → Transportsystem, Cytokinese, dynamisch Aknlament: (Zellform, Zellbewegung, Signalübertragung)-7nm - bildet ein 3D Netzwerk (Cortex) - G-Akn und F-Akn →Akn- Bindeproteine regulieren G/F Gleichgewicht -Myosin (Motorprotein) wandeln mit Vesikeln über das Akn -Dicke Filamente → Motorprotein -bildet den Zentralbereich der Mikrovilli, also der oberächenvergrößernden Ausstülpungen von Zellen Intermediärlament (Strukturprotein) -8-12nm -stützen Zellform und halten Organelle in Posion -Interakon von Zellen: stabilisaon von Zellverbänden Mikeotubuli -25nm -geben Form, koordinieren Bewegung der Organellen, -trennen die Chromosomen in Zellteilung und befördern die Chromosomen -stabile Mikrotubuli →langlebig (z.B. Flagellen, Cilien, Neuriten -Instabile Mikrotubuli→ kurzlebig (z.B. Spindelapparat) Vorlesung 7 – Zell-Zell WW/ Organbildung Zell-Zell-Verbindungen (Zellen interagieren/ Kommunizieren miteinander→ physischer Kontakt Panzen besitzen Plasmodesmen,die aneinandergrenzende Zellwände durchziehen.Tierzellen verfügen über ghtjuncons (undurchlässige Verbindungen),Desmosomen (Ankerverbindungen) und gapjuncon (kommunizierende Verbindungen) ghtjuncons (undurchlässige Verbindungen) -intrazelluläre Proteine, als Verbindung zum Aknskele, wie bei Blut- Rena Schranke -selekve Permeabilitätsbarrieren -Besteht aus Claudine/ Occudine (Proteine) -werden in 2 Klassen unterteilt : -TightJuncons (Vertebraten) -Septumverbindungen (Invertebraten) Ankerverbindungen (Desmosomen) -Verbinden Zellen und ihr Cytoskele mechanisch mit ihren Nachbarzellen, bzw. derECM (Extra-zelluläre Matrix) -Weit verbreitet in mechanisch stark beanspruchten Geweben (Herz, Muskel,Epidermis) Bestandteile: - Transmembrane Adhäsionsproteine / DesmosomaleProteine : Zell-Zell-Wechselwirkung→ Cadherine→Ca²+ abhängig Zell-Matrix-Wechselwirkung→ Integrine a) Adhäsionsverbindungen: -Zell-Zell Verbindungen : =Adhäsionsverbindung Stabilisierung über Aknlamente (Cadherine) -Zell- ECM Verbindungen : =Fokaladhäsion (Integrine) b) DesmosomaleVerbindungen: -Zell-Zell Verbindungen : =Desmosmen (Cadherine) Stabilisierung über Intermediär- Filamente -Zell- ECM Verbindungen : =Hemidesmosomen (Integrine) →stabilisierung über Cytoskele →Akn-Mikrolament vs. Intermediär- Filament gapjuncon (kommunizierende Verbindungen) -kann Moleküle ( Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Vorlesung 8 – Zellzyklus, Mitose -Ein zentrales Merkmal von Lebewesen ist ihre Fähigkeit, sich zuvermehren - Diese Fähigkeit und die Konnuität des Lebens beruht auf der Zellteilung - Zellen entstehen nicht de novo: Omniscellula e cellula (Rudolf Virchow, 1855) → Vorläuferzelle - Bei einem einzelligen Organismus entsteht durch die Teilungseiner einzigen Zelle ein vollständig neues Lebewesen - Bei vielzelligen Organismen dient die Zellteilung zu: Vermehrung/ Reparatur/ Entwicklung spezialisierter Zellen (nach erfolgter Zellteilung) Bei der Bildung von Ei- und Samenzellen erfolgt eine besondere Form der Zellteilung, aus der genesch unterschiedliche Zellen hervorgehen: Meiose Bei den meisten Zellteilungen wird das Erbgut, die DNA,idensch an die beiden Tochterzellen weitergegeben: Mitose Interphase: Mitose – G1-Phase (1. Zwischenphase)→ Centrosomenduplikaon – S-Phase (Synthesephase)→ DNA repliziert – G2-Phase(2. Zwischenphase) Mitose: Die Mitose wird in fünf Stadien unterteilt: – Prophase – Prometaphase – Metaphase – Anaphase – Telophase Spindelapparat: Der Spindelapparat besteht aus Mikrotubuli wird von den Centrosomen organisiert Zellzyklus kontrolliert die Chromosomenbewegung Weg von Zellteilung zu Zellteilung (Somasche Zellen) während der Mitose separate Phasen, die in einer festen Reihenfolge ablaufen exakte Kontrolle der einzelnen Phasen Cycline und Cyclin abhängige Kinasen (CDKs) kontrollieren dieAbfolge im Zellzyklus Verhindern von fehlerhaer Zellteilung durch z.B. beschädigteDNA oder aberrante Chromosomentrennung: Kontrollpunkte Kontrollfehler können zu Krebserkrankungen führen Überlappend mit den letztgenannten Stadien der Mitose vollzieht sich die Zytokinese Vorlesung 9 –Membransysteme der Zelle Zellmembranen sind ein üssiges Mosaik aus Lipiden und Proteinen: → Phospholipide/ selekv Permeabel Membranproteine hydrophil -Sind auch amphipasch -Integrale Membranproteinesind ef in den hydrophobenBereich der Membran eingebeet -Periphere Membranproteineassoziieren mit der hydrophob Membran -Transmembranproteinedurchspannen dieLipiddoppelschicht: -Rhodopsin: Ein Mehrpfad- Transmembranprotein Apolare Moleküle durchqueren die Membran ohne Unterstützung von Membranproteinen (direktePassage)- z.B. hydrophobe Kohlenwasserstoe, Gase = Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 - Phospholipidmoleküle sind amphipathisch (hydrophobe und hydrophile Bereiche => Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Passiver Transport ist die energieunabhängige Diusioneiner Substanz durch eine Membran -Eekte der Osmose auf die Wasserbalance -Erleichterte Diusion: Passiver Transport mit Unterstützungdurch Proteine Akver Transport ist die energieabhängige Bewegungvon Stoen entgegen ihrem Konzentraonsgradienten -Ionenpumpen halten das Membranpotenzialaufrecht -Der Energiebedarf des akven Transports. →ATP -Cotransport: Durch ein Membranprotein gekoppelteTransportvorgänge. Endocytose und Exocytose vermiteln den Großteildes Transportes durch die Plasmamembran Exocytose: Bei der Exocytose wandern Transportvesikelzur Plasmamembran, fusionieren mit ihrund setzen dabei ihren Inhalt frei. Endocytose :Bei der Endocytose werden Stoe überVesikel, die sich von der Plasmamembran abschnüren,internalisiert. Die drei Spielarten der Endocytosesind die Phagocytose, die Pinocytose und dierezeptorvermielteEndocytose. Vorlesung 10 –Autophagie Metabolismus - Gesamtheit der biochemischenProzesse: Katabolismus undAnabolismus - Verwaltet Sto- undEnergiereserven der Zelle -Katabole Stowechselwege →Abbau zur Gewinnung vonBausteinen und Energie -Anabole Stowechselwege →Auau komplexer Verbindungunter Energieverbrauch Lysosomen (Verdauungs Komparmente) - Organell in erischen Zellen -Abbau erfolgt durch Hydrolasen - Im Inneren der Lysosomensaurer pH-Wert (pH4.5-5) -Lysosomen entstehen durchVesikelabschnürungan dertrans-Seite des Golgi-Apparates - Saure Hydrolasen derLysosomen werden am RERsynthesiert und im Golgimodiziert Zelluläre Autphagie ist der Prozess, bei dem fehlerhaes Zellmaterial wie beschädigte Proteine oder Zellorganelle abgebaut und verwertet werden. Sie dient zur Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase. Die Autophagie ist ein konservierter und intrazellulärer Abbaumechanismus in Eukaryonten.Außerdem ist sie für den stochasschen Abbau und dem spezischen Abbau von cytoplasmascher Bestandteile verantwortlich. →wurde in Mutanten der Hefezelle entdeckt ⑤ Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Autophagie im Alter -Im zunehmenden alter eines Lebewesens nimmt die Autophagie und die Zelluläre Homöostase immer mehr ab. Funkoniert die Autophagie nicht mehr richg, können fehlerhae Organelle nicht mehr richg oder gar nicht mehr abgebaut werden. Auch ein fehl-regulierter Zelltod kann erfolgen und somit können sich Krebszellen bilden. →Krebs, Neurodegeneraon, Myopathien, Herzerkrankungen, Lebererkrankungen Die Zelle akviert Autophagosomeprozesse, dadurch bilden Proteine und Lipide ein Beutlechen mit einer Doppelmembran (Phagophor). Die Phagophore wächst und schließt Zytoplasma und Zellabfälle mit ein.. Die äußerste Membranschicht des Autophagosoms verbindet sich mit der eines Lysosoms.Das fusionierte Gebilde nennt man Autolysosom, in dem die Enzyme die Zellabfälle in Chemische-Bausteine zerlegen. WIPI= WD- repeatproteininteracngwithphosphoinoides WIPI1 & WIPI2: Sie werden Teil der autophagosomalen Membran, in dem sie sich an ein besmmtes Phosphorlipid (Phosphadylinositol-3-Phosphat (Ptdlns(3)P)) binden. Durch die besmmte Lokalisierung der Proteine an der Membran, kann die Autophagie gemessen werden. Wenn die Autophagie inakv ist, sind die WIPI Proteine gleichmäßig im Cytoplasma der Zelle verteilt. Bei der akven Autophagie sammeln sich die WIPI Proteine an und man kann durch das Fluoreszenzmikroskop autophagosomale Strukturen (Punkte) erkennen. Genek Vorlesung 11 DNA-Struktur/Replikaon -Die Möglichkeit der idenschen Verdopplung, also der Vervielfälgung des Erbmaterials ist die Basis der Zellteilung und -vermehrung und prinzipiell ähnlich in Pro-und Eukaryoten. Konservativ: 1x beide Strängealt. 1x beide Stränge neu Semi-konservativ:2 x 1 Strang neu, 1 Strang alt Dispersiv:2x in beiden Strängen alt und neu gemischt DNA-Polymerase: Substrate: Matrize, Desoxyribo- Nukleode (dNTPs), 3´OH-Ende eines Primer -Verläu von 3' zu 5'Ende an Funkonen DNA Replikaonsproteine bei Prokaryoten DNA Dna A, Dna C Erkennung des Origins (UrsprungReplikaon) Dna B Helicase entwindet DNA (Primosom) -hat proof-reading Topoisomerase entwindet DNA Strang -Replikaon ist semi- Dna G Primase RNA primer Synthese, 6-60 N (Primosom) diskonnuierlich SSB bindet, stabilisiert ssDNA(1-Strang) DNA Pol III DNA Synthese(leadingund laggingStrang) DNA Pol I enernenden RNA-Primer/ Reparatursynthese →Leitstrang kann (Auüllender Lücken) konnuierlich, der DNA Ligase verschließt Pentose-PhosphatKeekovalent Folgestrang nur schriweise DNA Gyrase Topoisomerase II entspannt DNA supercoiling in kurzen Stücken synthesiert → Methylierung am DNA Rückgrat verhindert/ stoppt Gen expression werden(„Okazaki- Fragmente“) →von Ligase verbunden => Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Zusammenfassung: Replikaonsregulaon, Endreplikaonsproblem in Eukaryoten, MismatchReparatur(MRR) →Hemi-Methylierung am ori blockiert die erneute Iniaon der Replikaon in Prokaryoten →Mulple originsin Eukaryoten werden nur einmal in einem Zellzyklus akviert (S-Cyclineundcyclin-abhängige Kinasen CDKs) →Bei der Replikaon von linearer DNA entsteht am Ende des lagging-strandseine Lücke (End-Replikaonsproblem), die zur Chromosomen-verkürzung führt →Dies kann durch die Telomerase ausgeglichen werden →Telomerase besitzt einen RNA-Anteil, der als Matrize für die Telomer Verlängerung dient. Als Reverse-Transkriptase kann sie den 3´Einzelstrangüberhang verlängern. →Replikaonsfehler werden durch die proof-reading Funkon der DNA-Polymerase III und durch das Mismatch- Reparatur-System repariert. →Das MMR-System bei Prokayotener kennt den defekten Strang durch die Hemi-Methylierung, aber nur direkt nach der Replikaon. Vorlesung 12 DNA-Replikaon/ Transkripon (DNA→ mRNA) -DNA:Nur einer der beiden Stränge trägt die Informaon -von der RNA-Polymerase in eine messenger RNA umgeschrieben, diese RNA weist die gleiche Basenabfolge auf→ Ribonukleinsäure / T→ Uracil (Transkripon) -mRNA wird über Triple-Codewörter an den Ribosomen mit Hilfe von beladenen tRNAs in Proteine umgeschrieben (Translaon) -Proteine→ Strukturproteine/biochemischen Vorgänge Transkripon allgemein: Iniaon-Elongaon-Terminaon →RNA-Polymerase kann de novo starten, sie braucht keine Prime! →Sigma-Faktor (Prokayoten) vermielt den Kontakt zur DNA in -10 und der -35 Region (Proteine für Initaon) →Es gibt verschiedene Sigma-Faktoren für verschiedenen Gengruppen →Nach der Elongaon kann die Terminaon durch eine Haarnadelschleife (Terminaonsschleife) rhonabhängig (Prokayoten) oder über eine rut-site Rho-abhängig eingeleitet werden, sind Helikasen die RNA von DNA ablöst und RNA Synthese beendet Transkripon Prokaryoten →Prokaryosche Gene sind meist in einem Operon (mehrere hintereinander liegende Gene) organisiert, das durch einen gemeinsamen Operator reguliert wird, es entsteht eine polygenische RNA →Am Operator können posive und negave Regulaonsmechanismen wirken →Bei der Verstowechselung von Zuckern kommt es zu einer Katabolit-Repression, Glukose wird immer zuerst verwertet, erst wenn die Glukose verbraucht ist und der cAMP-Spiegel ansteigt, kommt es durch den CAP-cAMP Komplex zur eekven Akvierung der anderen Zucker operons wie z.B. des lacOperons(nur in Anwesenheit von Lactose) hoher Glukose-Spiegel: niedriger cAMPSpiegel niedriger Glukose-Spiegel: hoher cAMP-Spiegel →Bei Aminosäure-Operons kann zusätzlich durch Atenuaon reguliert werden. Genexpression bei Eukaryoten - Mechanismus ist komplexer als bei Prokaryoten - Genexpression in Prokaryoten ndet in einem Zellkomparment sta. Transkripon und Translaon nden bei Eukaryoten in verschiedenen Komparmenten sta -Keine Operonorganisaon -Regulaonsregionen sind modular aufgebaut, jedes Gen seinen eigene Zusammensetzung an Bindemoven für Transkriponsfaktoren -mRNA besteht aus Exons und Introns -Exon enthält Gene die reif sind (nützlich) → Introns werden rausgeschnien (splicing) →hat eine Lassoform -Alternaves Splicing wird erst beim Vorgang entschieden was Introns oder Exons sind →passt Gene der Situaon an =>> Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Besonderheiten Genexpression in Eukaryoten Zusätzliche Regulaonsebenen Drei verschiedene RNA-Polymerasen Regulaon der Transkripon durch Kombinaon von verschiedenen Akvatoren und Repressoren Genstruktur (Intron-Exon), mRNA-splicing durch snRNA-Protein-Komplexe (Splicosom) mRNA-Modikaonen bei den Eukaryoten –5´capping, 3´Polyadenylierung Alternaves Splicing Chromanstruktur Vorlesung 13 Genescher Code/ Translaon -3 Basen sind für ein Codewort nög -Der Code ist: -universell → monophylesche Entwicklung - degeneriert → mehrere Codons für manche Aminosäuren -wobbled →die 3. Posion im Codon ist „wackelig“ WobbleRegeln (Crick 1966) -Eine t-RNA kann verschiedene AS vermieln -Nonsense Codons führen zur Terminaon der Translaon Schlüsseldaten Prokaryoten/Eukayoten -Ribosomenbindungsstelle: Shine-DalgarnoSequenz, 5´Kappe und Scanning bis zum 1. AUG -Startpunkt auf der mRNA: AUG für tRNA^f-Met/ AUG für tRNA^Met -Erkennung des Startcodons: Shine-DalgarnoSequenz~ 10 nt vor dem Start-AUG, 5´Kappe und Scanning bis zum 1. AUG -Richtung: 5‘-3‘ auf RNA, N´Terminus-C´Terminusim Polypepd -Geschwindigkeit: ~15-20 Aminosäuren/Sekunde Ribosom Pepdyl-Stelle -hat 3 Bindestellen für t-RNA (EPA) -A (Akzeptor-Stelle): Domäne nimmt neue t-RNA auf Exit -Stelle während Translaon Akzeptor-stelle -P (Pepdyl-Stelle): Domäne trägt t- RNA mit der Polypepdkee -E (Exit- Domäne): Ausgang der t-RNA Suppressor-tRNA - Eine Suppressor-tRNA ist keine natürliche tRNA des E. coli WT. - Stämme tragen eine Mutaon in einem t-RNA Gen Vorlesung 14/15 Mendel+Rekombinaon (Meiose) 1. Mendelsche Regel: Uniformitäts-oder Reziprozitätsregel: -Bei einer Kreuzung zweier Panzen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, erhält man in Bezug auf dieses Merkmal gleichförmig aussehende Hybride in der F1-Generaon; dabei ist es belanglos, ob das Merkmal vom Vater oder von der Muer eingebracht wird 2. Mendelsche Regel: Spaltungsregel -F2 Individuen sind untereinander nicht gleich, vielmehr werden verschiedene Erscheinungsformen sichtbar; stets treten die Merkmale der Parentalgeneraon wieder auf und zwar in einem Zahlenverhältnis 3:1 für dominant/rezessive Merkmale oder 1:2:1 für intermediäre Merkmale 3. Mendelsche Regel: Unabhängigkeitsregel -Merkmale werden unabhängig voneinander vererbt. Dies bedeutet, dass in der F2eines dominant-rezessiven Erbgangs die verschiedenen Phänotypen in einem Zahlenverhältnis von 9:3:3:1 aureten. Abweichungen von den Mendelschen Regeln: Gene werden nicht immer unabhängig vererbt. Gene liegen benachbart auf einem > - Chromosom und bilden Kopplungsgruppen Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Meiose: (Zellteilungsform zur Produkon haploider Zellen) → Geschlechtszellen -Voraussetzung für die Sexuellenfortpanzung →Produkon haploider Zellen (23 Chromosomen) durch eine Meiose →Verschmelzung von 2 haploider Zellen zu einer diploiden Zygote (46 Chromosomen) -Meiose I: Nachder Verdopplung der DNA und der Kondensaon der Chromosomsen mit zwei Schwesterchromaden, werden im ersten Schri die beiden homologen Chromosomen getrennt. -Meiose II: Trennung der beiden Schwesterchromaden Meiose I: Trennung der beiden homologen Chromosomen Kopplung/ Rekombinaon -durch Rückkreuzung (Kreuzung mit dem homozygoten regressiven Elternteil) ndet man heraus ob eine Kopplung besteht Bildung von 4 haploiden Tochterzellen Meiose II: Trennung der beiden Schwesterchromaden -(in der Meiose) homologen Rekombinaon zwischen den nicht Schwester-Chromaden der homologen Chromosomen → Paarung der homologen Chromosomen →Ausbildung des synaptenomaler Komplex Modellvorstellung 1) Holliday-Modell →Einzelstrangbrüche →Stranginvasion, homologe Basenpaarung →Wanderung der Überkreuzungsstelle Heteroduplexbildung DSB (Double strand break) repair-Modell Molekularer Mechanismus der homologen Rekombinaon → Einzelstrangbrüche an idenschen Stellen -Prokaryoten: RecBCD pathway extrem unwahrscheinlich -(RecBCD)Helicase, Exonuclease, chi-Erkennung → Neusynthese von DNA-Strängen -(RecA)Einzelstrangbindung, Strang-Invasion Vermilung der Paarung der homologen DNA-Stränge Genkonversion - Filamentarge Verpackung von Einzelstrangbereichen - Scannen eines Doppelstrangs nach homologen Sequenzen - Zwei Bindungsstellen für DNA im RecAFilament Rekombinaon bei Prokaryoten -Einzelstrangerzeugung→Rec BCD -Stranginvasion und Branchmigraon→RuvA/Ruv B -Auösung der Hollidaystrukturen→RuvC = Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Rekombinaon bei Eukaryoten -Voraussetzung für die homologe Rekombinaon in der Meiose: Einführung von Doppelstrangbrüchen -SPO11 →Geringe Sequenzselekvität, die Schnie sind daher nicht ganz gleichmäßig über die DNA verteilt (hotspots) →Spo11 wird sehr stringent reguliert, nur akv während der Paarung der homologen Chromosomen -DCM1 →Stranginvasion ndet bevorzugt in Nicht-Schwesterchromaden sta -Gene werden nicht immer unabhängig vererbt. Gene liegen benachbart auf einem Chromosom und bilden Kopplungsgruppen Genkarerung →Größere Distanz der beiden Gene bedeutet eine höhere Wahrscheinlichkeit für ein Rekombinaonsereignis →Geringere Distanz der beiden Gene bedeutet eine niedrigere Wahrscheinlichkeit für ein Rekombinaonsereignis -Die Rekombinaonshäugkeit ist proporonal zum Abstand der Gene und kann zur Karerung eingesetzt werden. -Die Einheit für solch eine Genkarerung ist cen Morgan (cM), wobei 1 cM eine Rekombinaonshäugkeit von 1% bedeutet Berechnungsformel: Rekombinaon (cM) 100∗Zahl der rekombinierten Gameten ¿ Gameteninsgesamt -Gendosiseekte: -Aneuploidie -Trisomie 21 -Mosaik der Schildpakatze -Extrachromosomale Vererbung über Plasdengenome -Polygenie -Epistasie Erweiterung der Mendel‘schen Regeln -Reakonsnorm: Die Ausprägung des Phänotyps wird zusätzlich durch die Umweltbedingungen beeinusst. -Hortensie:der Säure gehalt des Bodens besmmt über die Ausprägung der Farbe. Die Reakonsnorm (Schwankungsbreite) geht von rosa bis blauviole Vorlesung 16 Mutaonen -Eine Mutaon ist eine spontane, zufällige und beliebige Veränderung des Erbguts Genmutaonen Chromosomen-Mutaonen Genom-Mutaonen -Veränderungen der geneschen -Veränderung der Chromosomen- -Veränderung der Chromosomen- Informaon Struktur Zahl -Punkt-Mutaon: Änderungen von -Entstehung durch Chromosomenbrüche -Aneuploidie: Einzelne einzelnen Nukleoden (z.B. G >A) und falsche Reparatur Chromosomen fehlen → zu transkribierende Sequenz wird Deleonen max. 1% des oder sind mehrfach vorhanden verändert Genomswirdtoleriert →Trisomie 2n+1, Monosomie2n-1 Duplikaonenmax. 10% des -Raster-Mutaonen:Einschub oder mit negaven Konsequenzen Genomswirdtoleriert Ausfall eines Nukleods verbunden (Fehlgeburten) Inversionen (Chromosomensegment → Leseraster wird verschoben (z.B. umgedreht durch Schleifenbildung) Euploidie: Der gesamte GTTCAA > GTTCGAA) > Störungen in der Meiose, wenn Chromosomensatz ist betroen -Inseron von Transposons: Crossover in Inversionsschleife →2n normal,3n triploid,4n Transposons sind “mobile” DNA- Translokaonen (Austausch zwischen tetraploid Sequenzen nicht-homologen Chromosomen) Meist ohne negave Konsequenzen → Gensequenz wird durch Fremd- > Störungen in der Meiose, da durch (Ausnahme Triploidie) DNA unterbrochen Segregaon o aneuploide (%70) Gameten entstehen -Induzierte Mutaonen: Desaminierende Verbindungen, Oxidave Schäden, Basenanaloge, Strahlung = Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Induzierte Mutaonen durch UV-Strahlung -DNA-Schädigung, keine Mutaon! Mutaonen entstehen indirekt bei der Reparatur! 1) Photoreakvierung 2) Excisionsreparatur →DNA-Polymerase I und Ligase schließen die Lücke 3) post replikave Rekombinaonsreparatur→ Rekombinaon mithilfe von RecA →Akvierung des SOS-Systems Suppressormutaonen -intragen: Protein zwar doppelt mutant, aber funkonsfähig -intergen: durch eine mutantet-RNA mit veränderter Ancodon-Sequenz wird die mutante mRNA in ein funkonsfähiges Protein translaert Vorlesung 17 Genaustausch/ Restrikon- Modikaon Horizontaler Gentransfer - kann über verschiedene Mechanismen zwischen Mitgliedern der gleichen Spezies oder zwischen Mitgliedern unterschiedlicher Taxa erfolgen Konjugaon -Übertragung von Plasmid-DNA (F-Faktor) (Sexpilus) Transformaon -Integraon ins Genom durch Rekombinaon Transdukon -über Phagen Vorteile: Messmethoden: -große Populaonen Opsche Dichte, -kurze Generaonszeiten Zählkammer, -haploide, relav kleine Genome Kolonienwachstum -Genaustausch und Karerung Vorlesung 18 Genek und Anwendungen DNA-Sequenzierung Gezieltein vitro-DNA-Replikaon und die Erzeugung von Keenabbrüchen (chainterminaon) bei der Synthese war die Voraussetzung für eziente DNA-Sequenzierung und die Durchführung von Genomprojekten (1990 -2000). -1) Biochemischen Methode nach Sanger „Neusynthese eines klonierten DNA Fragments in vitro“ (1 Strang des Fragments dient als template) Erzeugung von 4 Fragmentpopulaonen für G-, A-, T-, C-basenspezischer Keenabbrüche während der Synthese in vitro (miels DNA-Polymerase) Markierung der Fragmente bei der Synthese, damit man sie nach der Gelelektrophorese idenzieren konnte -2) Alternav: Chemische Methode nach Maxam/Gilbert Verwendung klonierter dsDNA-Fragmente, 1 Strang wird am Ende radioakv markiert Erzeugung von 4 Fragmentpopulaonenfür G-, A-, T-, C-basenspezischer Keenabbrüche durch chemische Reakonen in vitro -Keenabbruch bei der Sequenzierung durch den Einbau von Di-Desoxynukleoden ddATP, ddTTP, ddCTP, ddGTP. -wird von unten nach oben gelesen > Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 PCR (polymerasechainreacon) Keenreakon) hat es ermöglicht Genfragmente gezielt zu amplizieren. Neben der DNA-Sequenzierung hat PCR eine wichge Bedeutung in fast allen Disziplinen der Biologie/Medizin in Forschung und Anwendung. Anwendungen (u.a.): Diagnosk in Medizin, Forschung, Kriminalisk Marker für Genkarerungen Isolierung von Genen Genmanipulaonen 2 Templatestränge 6 Long Fragments (P1): keine denierte Länge 8 Short Fragments(P2): denierte Länge Durchführung: ca.20-35 Zyklen je Zyklus: schmelzen primer-annealing DNA-Polymerisaon Theoresche Ausbeute = 2^n*y Rechenbeispiel: y = Anzahl Ausgangs-template-Moleküle Ausgangs-templates 100 Kopien n = Anzahl Temperaturzyklen Wie viele Moleküle nach 30 Zyklen? 2^n*y = 2^30*100 = 107 374 182 400Moleküle Vorlesung 19 Mikrobiologie 1) Denion des Begris „Mikroorganismen“ Mikroorganismen: lebende Organismen die für das bloße Auge nicht sichtbar sind →Bakterien & Archaeen → Eukaryosche Mikroorganismen: Protozoen, Pilze, Algen Mikroorganismen: -vermehren sich selbstständig -reagieren auf Reize -haben einen Stowechsel -sind o Einzeller keine Mikroorganismen: → Vieren -> sie leben nicht! → Nukleoproteinkomplexe →DANN und RNA → Mit und ohne Lipidmembran 2) Historische Meilensteine der Mikrobiologie wurden u.a. erzielt von Leeuwenhoek (Mikrokosmos im Mikroskop), Pasteur (Widerlegung „Spontanen Entstehung von Leben“)(Begründung Keimtheorie), Koch(Zusammenhang Erreger und speziellen Krankheiten), Flemming (Penicillin), Florey (Penicillin für Menschen), Woese 3)Untersuchung von Mikroorganismen →Lichtmikroskop: bis 1000-fache Vergrößerung → Elektronenmikroskop: bis 100 000-fache Vergrößerung Bakterienformen: Benennung und Diversität => Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Fluoreszenzmikroskopie →Prinzip Gramfärbung: -Gram -posive Bakterien (haben ein dickes „Zellwandpolymer“) halten den violeen Farblack zurück (färben sich lila) -Gram -negaven Bakterien (haben ein dünnes „Zellwandpolymer“) wird er ausgewaschen (färben sich rot) 4) Bedeutung von Mikroorganismen für Menschen und Umwelt -Superorganismus, min. so viele Bakterien wie Körperzellen ( „Mikrobiom“) -Phylogenesches Alter sehr hoch -größte genesche Diversität/ metabolische Kapazität -nicht-pathogene (nützliche) Bakterien schützt vor Krankheiten →Kommensalen -pathogene lösen Krankheiten aus Mikroorganismen- einzigargen Stowechsel - Scksto-Fixierung - Gärungsprozesse - Fähigkeit zur Synthese und Umsetzung komplexer organischer Materie - Anorganische Oxidaons- und Redukonsvorgänge (Eisen; Schwefel, Scksto, Wassersto) - Anaerobe Atmung (Es wird kein Sauersto verbraucht) - Anoxigene Photosynthese (Es wird kein Sauersto gebildet) →Leben ohne Mos nicht möglich →Organismus lebt in anderem Organismus-> Endosymbiont metabolischen Fähigkeiten der MOs - „weiße Biotechnologie“ (industrielle Biotechnologie) →Lebensmielherstellung/ technischer Einsatz - „Rote Biotechnologie“ (medizinische Biotechnologie) → medizinische Anwendungen - „Grüne Biotechnologie“ (für Panzen) → Erhöhen von Erträgen Endosymbiotenhypothese -Mitochondrien sind den Proteobakterien ähnlich -Chloroplasten den Cyanobakterien →chemotrophe und phototrophe Bakterien von anderen prokaryoschen Zellen (nämlich Archaea) durch Phagozytose aufgenommen und nicht verdaut worden sind. Diese sind die Vorläufer der heugen Mitochondrien bzw. Chloroplasten => Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 5) Mikrobielle Biodiversität (Phylogenie und Habitate) Phylogenie -schwer zu klassizieren bis zu leistungs Mikroskope -alles nach 1900 entdeckt -Bakterien kleinere Genome als Säuger -Bakterien Genomgröße: 4 Megabasenpaare →ca. 4000 Gene 3 Reiche auf Grundlage der Sequenzanalyse der DNA für die 16S rRNA Vorlesung 20 Bau und Funkon der Bakterienzelle 1)Grundbaupläne (Bacteria, Archaea, Eukarya) Prokayonten Eukayoten * Obwohl Achaea Ribosomen mit 70S sedimeneren, haben sie im Bau jedoch auch Ähnlichkeiten zu Eukaryonten- Ribosomen. ** Die RNA-Polymerase der Archaea ähnelt den RNA-Polymerasen der Eukarya. Aufgrund des Unterschiedes in Struktur und Metabolismus zwischen Bacteria und Archaea sind die meisten Anbioka unwirksam gegen Archaea. 2) Bakterielle Zellhülle (Zellwand und Cytoplasmamembran) -In Pro- und Eukaryonten: Stoarriere / Abgrenzung, Transportvorgänge, Kommunikaon mit der Umwelt, Anker- und Organisaonspunkt für Proteinkomplexe - Zusätzlich in Prokaryonten: Ort der Atmungskee in Cytoplasmamembran, Hopanoide →Fluidität der Membran (Eukaryoten -> Cholesterin), verzweigte Fesäuren Membranlipide -Eukarya/ Bakterien: Phospholipide (Glycerin) → Esterbindungen an 2 Fesäuren & Phosphorylkopfgruppe -Archaea: keine Fesäuren, sondern Isopren-Alkohole miels Etherbindung mit Glycerin verknüp -In der bakteriellen Cytoplasmembran kommen auch (ungesägte) verzweigte Fesäuren vor, sowie Cardiolipin und Hopanoide (Cholesterin bei Eukarya) (uidität). -Membranen der Archaea enthalten Glycerin-Ether auf Isopren Basis (Phytanyl) Funkon der bakteriellen Zellwand a) Funkon - Widerstand gegen Turgordruck (2-25 bar) (Stützskele) b) Funkon – Formgebung (Pepdoglycansacculus gibt Bakterien ihre Form) c) Funkon - Kontakläche zur Außenwelt (Pepdoglycan) als Rezeptoren zur Anheung von Bakteriophagen als Bindungspartner für andere Bakterien der Anheung von Bakterien an eukaryonsche Zellen Smulatoren für das Immunsystem > Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Pepdoglycan Struktur -Bakterienzellwand → Pepdoglycan 3-dimensionale Makromolekül besteht aus: - Langen Polymeren aus zwei alternierenden Zuckern: N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure, letzterer verknüp mit einem Pepd aus ca. 5 Aminosäuren - Die langen Zuckerstränge werden über die Pepdbrücken miteinander quervernetzt. - Das Pepdoglycannetzwerk ist ein einziges kovalent verknüpes Makromolekül, das die gesamte Bakterienzelle umspannt. -Die Oberäche von Bakterien ist häug mit Zuckerkeen bedeckt -S-Layer -(asymmetrisch; innen Phospho - lipide, außen Lipo - polysaccharid) -Periplasmascher Raum: Zellkomparment zwischen cytoplasmascher Membran und äußerer Membran in Gramnegaven Bakterien. Enthält u.a. Transportproteine, Exoenzyme (z.B. Hydrolasen) um Nährstoe verfügbar zu machen -Lipopolysaccharid: Komponente der äußeren Häle der äußeren Membran Gram-negaver Bakterien S-Layer → Zellhüllschicht parakristallinen monomeren Proteinen und Glycoproteinen → bei Archaea/ Bakterien Schleime und Kapseln Kapseln: aufgelagerte Kohlenhydrat-Polymere, fest mit der ZW verbunden Schleime: in einen weiteren Bereich abgegeben werden → Phagozytoseschutz 3) Fimbrien und Pili Oberächenstrukturen -Strukturen aus Pilin-Protein, fest in der Zellhülle verankert (Cytoplasmambran) Fimbrien dünne Fäden, dienen der Anheung (Adhäsine) Pili sind größer und dienen z.B. den Austausch von DNA während der Konjugaon (F-Pili) 4) Bakteriengeißel und Chemotaxis → Filamentöse Struktur, die durch Rotaon Schwimmbewegung ermöglicht. Arten der Begeißelung a) peritrich = zahlreiche und rund um die Zelle b) monotrich = nur eine und nur an einem Zellpol c) lophotrich = mehrere aber nur an einem Zellpol 5) Nucleoid (und extrachromosomale DNA) Nucleoid -bakterielle Nukleoid hell im TEM → keine Ribosomen -ringförmiges Chromosom → geordnet/ organisiert/ 50 Schleifen -Geordnete Kondensaon (Aufspiralisierung) -Besmmte Nucleoid Bereiche liegen in besmmten Regionen der Zelle, wandern im Verlauf des Teilungszyklus => Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Plasmide sind extrachromosomale DNA -Plasmide sind viel kleiner als das Bakterienchromosom, meist zirkulär -in Bacteria und Archaea →selten Eukaryoten -replizieren unabhängig vom Chromosom -leicht zwischen Bakterien übertragen, auch über Spezies- und Gaungsgrenzen hinweg (= horizontaler Gentransfer) -Anbiokaresistenzgene werden leicht durch Plasmide übertragen -wichg in Gentechnologie 6) Bakterielles Ribosom -Zwei Typen, unterschieden nach Sedimentaonsgeschwindigkeit (gemessen in Svedberg-Einheiten S) -70S Ribosomen bei Bacteria, Archaea, Mitochondrien und Chloroplasten -80S Ribosomen im eukaryoschen Cytoplasma -Bei Bacteria und Archaea gibt es keine Kernhülle Transkripon und Translaon laufen gleichzeig ab -Bei Bacteria fungiert formyl-Methionyl-tRNA als Iniator-tRNA (Met-tRNA bei Archaea und Eukarya) -Iniaons-, Elongaonsfaktoren unterscheiden sich zwischen Bacteria und Eukarya →Anbioka 7) Bakterielles Cytoskele und Zellteilung -haben Cytoskele -Cytoskeleelement ist FtsZ (ein bakterielles Protein, das homolog zum eukaryonschen Tubulin ist) → Ring in Zellmie -> Zellteilung -Cytoskeleelement ist MreB (ein bakterielles Protein, das homolog zum eukaryonschen Akn ist) → Längenwachstum bei Stäbchen Vorlesung 21 Bakterielle Stowechselvielfalt 1) Bakterielle Zelldierenzierung Sporulaon -Sporen sind Dauerformen - Bakterielle Endosporen Hitze Austrocknung UV-Strahlung können > 100 Jahre überdauern → „Endospore“ (innerhalb Muerzelle gebildet und durch Lyse freigesetzt) -Dipicolinsäure geht in der Spore Biolm -bakterielle Gemeinscha, die Oberächen anhaet -eine oder mehrere Spezies -kommunizieren Chemisch miteinander -Biolme in Schläuchen, Rohrleitungen und medizinischen Kathetern -Anbioka wirken schlecht →Schleimmatrix bildet sich um die Zelle → Wachstum in „Türmen“ → teilweise Freisetzung von planktonischen Zellen, die an andere Orte schwärmen => Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 2) Spezielle Stowechselleistungen von Bakterien (kleine Auswahl) Metabolismus Begrie →Alle Organismen benögen eine Energiequelle -Phototrophe: nutzen Lichtenergie -Che→motrophe: erhalten ihre Energie aus Redox-Reakonen (Oxidaon, Redukon) →Alle Organismen benögen eine Elektronenquelle (Elektronendonator) -Lithotrophe nutzen Elektronen aus anorganischen Verbindungen -Organotrophe nutzen Elektronen aus organischen Verbindungen →Leben basiert auf Kohlensto (C-Quelle) -Autotrophe xieren CO2 aus der Lu und bauen ihn in organische Verbindungen (meist Zucker) ein -Heterotrophe nutzen den Kohlensto in bereits vorgefergten organischen Verbindungen Gärung/ Atmung → unterschied zwischen Atmung und Gärung -Kohlenstouss bei einem chemo-organo-heterotrophen Organismus (z.B. Mensch) →kann das durch die Glycolyse gewonnene Pyruvat entweder 1) im Tricarbonsäure-Zyklus (TCA) in NADH/H+ umgesetzt werden, welches widerum in der oxidaven Phosphorylierung „veratmet“ wird 2) in Gärungen fermenert werden Glycolyse -Glycolyse auch aus als Embden-Meyerhof-ParnasWeg (EMP) bezeichnet -In einer Enzymkaskade wird 1 C6-Körper (Glucose) in 2 energieärmere C3-Körper (Pyruvat) umgewandelt, dabei werden 2 ATP („Energiewährung“) generiert + 2 NADH/H+ -Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ à 2 Pyruvat + 2 ATP+ 2 NADH/H+ In atmenden Organismen werden diese NADH/H+ in die Atmungskee eingeschleust, um dort NAD+ zu regenerieren und viele weitere ATP zu generieren -In Organismen, die nicht atmen können, müssen NAD+ durch Gärung regeneriert werden. ATP wird nur bei wenigen Gärungstypen gebildet. Gärung -Gärung = Abbau organischer Verbindungen ohne Einbeziehung externer Elektronenakzeptoren wie O2 oder NO3 – -Pyruvat verwertenden Reakonen, die sich an die Glykolyse anschließen dienen hier o nicht dem Energiegewinn, sondern der Wiedergewinnung (“Regeneraon“) des Cofaktors (NAD+), der Redukonsäquivalente [H] überträgt - z.B. Buersäuregärung wird zusätzliches ATP gebildet →Der Fortlauf der Glykolyse wird so auch unter anaeroben Bedingungen ermöglicht Milchsäuregärung -In Tieren und Bakterien -Nur Redox-Reakon: NADH/H+ wird zu NAD+ oxidiert, 2 [H] werden auf Pyruvat übertragen à Lactat (= Milchsäure) Alkoholische Gärung -In Hefen und Bakterien 1. Decarboxylierung 2. Redukon -Erst Decarboxylierung (= CO2-Abspaltung), dann Redox-Reakon. Aus jedem C3-Körper entsteht ein C2-Körper Atmung und Photosynthese -Atmung: NADH/H+ + O2 + ADP+Pi à NAD+ + H2O + ATP (Stoumsatz nur prinzipiell dargestellt ohne Beachtung der Stöchiometrie) →Gewinnung von ATP miels externer Elektronenakzeptoren - „Oxidave Phosphorylierung“ (Bedeutung: Die Oxidaon der „Redukonsequivalente“ wird dazu genutzt, um ADP zu phosphorylieren.) -„Elektronentransportphosphorylierung“ (Bedeutung: Der Transport von Elektronen wird dazu genutzt, um ADP zu phosphorylieren.) →in Bakterien an der Cytoplasmamembran ab, in Mitochondrien an der inneren Mitochondrienmembran →Bakterien Anaerobe Atmung (können an Orten ohne O2 atmen - Nitrat Atmung (NO3 - ) - Fumarat Atmung - Sulfat Atmung (SO4 2- ) => Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])  lOMoARcPSD|50086629 Photosynthese →Entzug von Elektronen aus dem Wasser miels Lichtenergie -Elektronentransfer an membrangebundenen Proteinkomplexen, gekoppelt mit dem Auau protonenmotorischer Kra (Lichtreakon). -Wie bei der Atmung wird auch diese Kra zur Erzeugung von ATP verwendet. -Das gebildete ATP wird zu CO2-Fixierung genutzt (Dunkelreakon). Es entstehen Zucker, die wiederum in andere Baustoe umgewandelt können. -Die Photosynthese läu in Bakterien an der Cytoplasmamembran und bei Chloroplasten an der Thylakoidmembran ab →Bei die oxygenene Photosynthese wird H2O gespalten und O2 entsteht →Anoxygene Photosynthese setzt keinen Sauersto frei, sondern Schwefel Chemolithotrophie -Vorkommen bei Bacteria und Archaea -1) Anoxgene Photosynthese (güne Schwefelbakterien) -2) Chemolithoautotrophie →Sekundärstowechsel = Stowechselreakonen, die nicht an lebenswichgen Umsetzungen beteiligt sind, d.h. die der Organismus nicht zum Wachstum benögt => Heruntergeladen durch Stephanie Steinhilber ([email protected])