Summary
Zusammenfassung Biochemie für Biologen
- Course
- Institution
- Aufgebaut nach dem Prinzip Frage-Antwort - sehr detailliert
[Show more]
Seller
Follow
straubealina
Content preview
Biochemie für BiologenBiochemie
Einführung
Was unterscheidet Lebewesen von unbelebter Materie? Was macht Leben aus?
• Hoher Grad an chemischer Komplexität und Organisation
o Große Varietät an Aminosäuresequenz und Kombinationsmöglichkeiten
o Meist erst durch spezifische Faltung nützlich
• Die Möglichkeit Energie aus der Umwelt zu entziehen und zu nutzen
o Chemische Energie aus Fett in ATP erhält die Komplexität der Makromoleküle aufrecht
• Die Möglichkeit der präzisen Selbstreplikation
o Zentrales Kriterium
o z.B. E.Coli
o Bestes Speichermedium durch Einpflanzen von DNA
• Mechanismen die Umwelt wahrzunehmen und darauf zu reagieren
o z.B. Chemotaxis, Augen, Riechen
• Aufteilung von Funktionen auf verschiedene Komponenten mit Interaktionen der Komponenten
o Verschiedene Aufgaben werden auf verschiedene Bereiche verteilt
o Interaktion zwischen den Bereichen
• Eine Geschichte evolutionärer Veränderungen
Proteine – Werkzeuge der Zelle
Wie ist die stoffliche Zusammensetzung einer Säugetierzelle, z.B. Leberzelle?
• Proteine
• Nucleinsäuren: DNA, RNA
• Polysaccharide: Zucker
• Manche Proteine sind sehr häufig, wie Keratin. Manche Proteine kommen nur
einmal vor, wie bestimmte Transkriptionsfaktoren
• Die Zusammensetzung einer Bakterienzelle ist sehr ähnlich. Lediglich der
Anteil der Nukleinsäuren ist hier höher
Wie viele Moleküle hat E.Coli?
• Ca. 3.000 unterschiedliche Proteine
• 1-4 DNA-Moleküle (Hauptchromosom und kleine Plasmide)
• > 3.000 RNA
• Ca. 10 verschiedene Polysaccharide
• Ca. 20 unterschiedliche Lipide
• Ca. 500 Metabolite
• Ca. 20 verschiedene anorganische Ionen
Wie viele Moleküle hat ein Mensch?
• Ca. 22.000-23.000 genkodierende Proteine
• 46 Chromosomen
• Mindestens 30.000 verschiedene RNA’s
• Ca. 10 verschiedene Polysaccharide
• Ca. 20 unterschiedliche Lipide
• Ca. 500 Metabolite
• Ca. 20 verschiedene anorganische Ionen
Aus wie viel Proteinmolekülen besteht der Mensch?
• 18% Proteine von 70kg = 12,6kg
= 1/6 mol eines 75,6 Kilo Dalten Proteins (durchschnittliches Gewicht eines Proteins)
= 1/6 = 1023 = 1023 in unserem Körper
1
, Biochemie für Biologen
Welche Proteine treten häufig in unserem Körper auf?
• Histone (Proteine, welche an DNA gebunden sind, bestimmen Struktur der Chromosomen)
• Aktin (Strukturproteine)
• Collagen (Strukturproteine)
• Stoffwechselenzyme
• (Transkriptionsfaktoren, die die Expression von Genen regulieren à sehr viel seltener, man nimmt an, dass es Zellen
gibt, in denen nur ein einziger Transkriptionsfaktor vorkommt)
Welche Funktionen haben Proteine?
• Enzyme
• Strukturproteine
• Motorproteine
• Speicherporteine
• Rezeptorproteine
• Genregulatorproteine
• Transportproteine
• Signalproteine
• Proteine mit Sonderaufgaben
Welche Funktion haben Enzyme?
• Katalysieren den Bruch oder die Bildung einer kovalenten Bindung
o Lebende Zellen enthalten Tausende verschiedener Enzyme, von denen jedes eine bestimmte Reaktion
katalysiert (beschleunigt)
o Wird benötigt für die Replikation, Transkription, Translation
o z.B. Tryptophan-Synthetase (stellt Aminosäure Tryptophan her); Pepsin (baut Proteine aus der Nahrung im
Magen ab); Ribulosebiphosphat-Carboxylase (bei der Umwandlung von Kohlendioxid zu Glucose beteiligt);
DNA-Polymerase (kopiert DNA); Proteinkinase (baut eine Phosphatgruppe in ein Proteinmolekül ein)
o z.B. Wein in der alkoholischen Gärung
Welche Funktion haben Strukturproteine?
• Verleihen den Zellen und Geweben eine mechanische Stütze
o Außerhalb von Zellen sind Kollagen und Elastin weit verbreitete Bestandteile der extrazellulären Matrix und
bilden Fasern in Sehnen und Bändern
o Innerhalb der Zellen bildet Tubulin lange steife Mikrotubuli und Actin bildet Filamente, die unterhalb der
Plasmamembran liegen und sie unterstützen
o z.B. a - Keratin bildet Fasern, die Epithelzellen verstärken; Hauptbestandteil von Haar und Horn
Welche Funktion haben Motorproteine?
• Erzeugen Bewegung in Zellen und Geweben
o Myosin liefert in Skelettmuskelzellen des Menschen die Antriebskraft für Bewegungen; agiert mit Aktin
o Kinesin bewegt in Wechselwirkung mit den Mikrotubuli die Organellen in der Zelle umher; bindet an Tubulin
o Dynein ermöglicht das Schlagen der eukaryotischen Cilien und Flagellen; bindet an Tubulin
Welche Funktion haben Speicherproteine?
• Speichern kleine Moleküle oder Ionen
o Eisen wird in der Leber an das kleine Protein Ferritin gebunden und gespeichert
o Ovalbumin dient im Hühnereiweiß als Aminosäurequelle für den wachsenden Vogelembryo
o Casein in der Milch ist eine Aminosäurequelle für Säugetierbabys
o Myoglobin speichert Sauerstoff in den Muskeln
2
, Biochemie für Biologen
Welche Funktion haben Rezeptorproteine?
• Erkennen Signale und leitet sie an die Antwortmaschinerie der Zelle weiter
o Rhodopsin in der Retina nimmt Licht wahr
o Acetylcholinrezeptor in der Membran einer Muskelzelle empfängt chemische Signale, die von Nervenenden
ausgesendet werden
o Insulinrezeptor ermöglicht es einer Leberzelle, auf das Hormon Insulin mit der Aufnahme von Glucose zu
reagieren
o Der Adrenalinrezeptor auf dem Herzmuskel erhöht die Frequenz des Herzschlags, wenn er Adrenalin
gebunden hat
Was versteht man unter Genregulatorproteinen?
• Binden DNA, um Gene an- oder abzuschalten
o Transkriptionsfaktoren steuern, welche Gene in welcher Zelle an- oder abgeschaltet werden
o z.B. Lactoserepressor
Was versteht man unter Transportproteinen?
• Transportieren kleine Moleküle oder Ionen
o z.B. Hämoglobin (transportiert Sauerstoff in unserem Blutkreislauf); Serumalbumin (transportiert
Fettsäuren)
Welche Funktion haben Signalproteine?
• Übertragen Signale von Zelle zu Zelle
o z.B. Insulin (kontrolliert Glucosespiegel im Blut); Netrin (dirigiert in einem sich entwickelnden Embryo
wachsende Nervenzellen in eine bestimmte Richtung); Hormone (transportieren innerhalb des Körpers
Signale); Nervenwachstumsfaktor (NGF); Epidermiswachstumsfaktor (EGF)
Was versteht man unter Proteinen mit Sonderaufgaben?
• Kommen nicht in allen Lebewesen vor
o z.B. Leimprotein: Muscheln leimen sich fest
o z.B. Antifreeze-Protein: kommt in arktischen Fischen vor und dafür sorgt, dass Wasser nicht auskristallisiert
Was versteht man unter fluoreszierende Proteine (Leuchtproteine)?
• Diese wurden durch zufällige Mutagenese optimiert
• Protein, was für das Leuchten zuständig sind: E-Qalin (regt Fluoreszenz von dem grün
fluoreszierenden Protein an, sodass es grün leuchtet)
• Spielt für die Forschung eine wichtige Rolle
o Das Gen, welches für GFP kodiert kann an ein anderes Gen angekoppelt werden
o Dieses gekoppelte Konstrukt kann nun in einen Organismus eingebracht werden
und dann fängt das GFP in diesem Organismus an zu fluoreszieren und so kann
man herausfinden, wo dieses GFP in der Zelle sitzt
o Es werden keine weiteren Faktoren benötigt, welche Licht beispielsweise
absorbieren, da GFP Chromophor selbst ausbildet. Dies geschieht dadurch, dass
das GFP im Zentrum drei Aminosäuren umlagert: Serin, Tyrosin und Glycin
§ Dieses Konstrukt wird gebildet und dieser Teil des Proteins hat dann ein konjugiertes
Doppelbindungssystem. Dadurch verteilen sich die Elektronen über das ganze System und dies
führt dazu, dass diese konjugierte Doppelbindungssysteme Licht gut absorbieren können
§ Wenn Licht darauf kommt, wird eine Elektronen auf ein höheres Energieniveau gehoben und fällt
dann wieder zurück auf das Ausgangsniveau und dadurch wird Licht freigesetzt und es fluoresziert.
Das eingestrahlte Licht hat eine andere Wellenlänge (Farbe) als das ausgestrahlte Licht
• Elf b-Stränge bilden eine fassartige Struktur. Quer durch das Fass verläuft eine a-Helix, die das Chromophor tragen
• In Gelb sind die entscheidenden Aminosäuren des Trios gezeigt. Das Fass schützt den Chromophor vor einer
Fluoreszenzlöschung durch das umgebende Wasser
3
, Biochemie für Biologen
Welche Parameter sind bei einem Fluoreszenzfarbstoff wichtig?
• Absorptionsspektrum: absorbiert Licht
o GFP absorbiert bei der Lichtwellenmenge von 475nm blaues Licht, d.h. wenn man die Fluoreszenz anregen
möchte, belichtet man das GFP mit blauem Licht und dann erzeugt das GFP Licht, da die Elektronen wieder
zurückspringen
• Emissionsspektrum hat ein maximum von 505nm (grünes Licht): Grün fluoreszierendes Protein
• Wenn eine Zelle grün leuchtet: Protein wurde mit GFP gekoppelt
Was versteht man unter fotoaktivierbares GFP?
• Dieses leuchtet erstmal nicht, obwohl das Protein vorhanden ist
• Wird dann mit intensivem UV-Licht die Zelle behandelt, wird eine Umlagerung in der molekularen Struktur des
Proteins aktiviert und somit wird die Fluoreszenz angeschaltet und dann erst leuchtet dieses Protein
Was versteht man unter der Ligandenbindung?
• Proteine bilden spezifische Bindungsstellen für Liganden
• Ein Ligand kann ein anderes Protein sein, ein Metabolit der an
ein Enzym bindet und dann durch einen anderen Metabolit
umgewandelt wird, oder ein Hormon welches an ein Protein
bindet
• Diese Interaktion passiert nicht-kovalente Wechselwirkungen
• Proteine binden Liganden durch schwache chemische
Wechselwirkungen
o Wasserstoffbrücken
o Van der Waals-Kräfte
o Ionische Wechselwirkungen
o Hydrophobe Wechselwirkungen
o Durch die spezielle dreidimensionale Struktur eines Proteins mit einem bestimmten Liganden (gelb) können
viele Wechselwirkungen ausgebildet werden, während mit anderen Liganden nur wenige
Wechselwirkungen möglich sind, d.h. die Bindung mit dem gelben Liganden ist stärker
als die Bindung mit dem roten oder orangenen Liganden
4
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller straubealina. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $18.58. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
58716 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 15 years now