Fachmodul Biochemie I - Cheatsheet

Reinigung eines Enzyms aus Pflanzen

Definition:

Prozess der Isolierung eines spezifischen Enzyms aus pflanzlichen Geweben.

Details:

• Homogenisierung der Pflanzenprobe: Zerkleinern und Suspension in Pufferlösung.
• Zentrifugation: Trennung der Zelltrümmer von der löslichen Phase.
• Präzipitation: Fällung von Proteinen durch Ammoniumsulfat oder Ethanol.
• Dialyse: Entfernung von kleinen Molekülen und Salzen.
• Chromatographie: Einsatz von Ionenaustausch-, Gel- oder Affinitätschromatographie zur Reinigung.
• Enzymaktivitätsassay: Überprüfung der Reinheit und Aktivität des Enzyms.

Expression rekombinanter Proteine in E. coli und Pflanzen

Definition:

Expression rekombinanter Proteine in E. coli und Pflanzen zur Nutzung in Forschung, Medizin und Industrie.

Details:

• Plasmidaufnahme (Transformation): E. coli durch Hitzeschock oder Elektroporation; Pflanzen durch Agrobacterium-vermittelten Transfer.
• Promotoren: Spezifische Promotoren für E. coli (z.B. T7) und Pflanzen (z.B. 35S).
• Optimierung der Genexpression durch Codon-Optimierung, Fusion an Tags (z.B. His-Tag) für Reinigung.
• Posttranslationale Modifikationen: In E. coli limitiert; in Pflanzen möglich.
• Endproduktausbeute: Abhängig von Expressionssystem und genetischer Konstruktion.
• Caveats: Mögliche Bildung von Einschlusskörpern in E. coli; Regulation der Genexpression in Pflanzen komplexer.

Analyse des Kohlenhydratstoffwechsels in Pflanzen

Definition:

Untersuchung der Prozesse, die an der Synthese, Umwandlung und dem Abbau von Kohlenhydraten in Pflanzen beteiligt sind.

Details:

• Wichtige Prozesse: Photosynthese, Glykolyse, Zitronensäurezyklus, Pentosephosphatweg
• Hauptprodukte: Glukose, Fruktose, Saccharose, Stärke
• Schlüssel-Enzyme: Rubisco, ATP-Synthase, Hexokinase, Phosphofruktokinase
• Formeln:
  • Photosynthese: \[6 \text{CO}_2 + 6 \text{H}_2\text{O} + Lichtenergie \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6 \text{O}_2\]
  • Glykolyse (vereinfachtes Schema): \[\text{Glukose} + 2 \text{ATP} \rightarrow 2 \text{Pyruvat} + 4 \text{ATP} + 2 \text{NADH}\]
• Bedeutung: Versorgung der Pflanze mit Energie und Strukturmaterialien

Methoden der PCR und Klonierung

Definition:

Techniken zur DNA-Amplifikation und Einfügen von DNA-Sequenzen in Vektoren.

Details:

• PCR: Vervielfältigung spezifischer DNA-Sequenzen
  • Denaturierung (95°C)
  • Annealing (50-65°C)
  • Elongation (72°C)
• Enzyme: Taq-Polymerase
• Klonierung: Einsetzen von DNA in Plasmide/Vektoren
  • Restriktionsenzyme schneiden DNA
  • Ligase verbindet DNA-Fragmente
• Transformation: Einführen von Plasmiden in Bakterien
• Screening: Identifikation rekombinanter Klone

Regulatorische Funktion kleiner RNAs und RNA-Interferenz

Definition:

Kleine RNAs regulieren Genexpression durch RNA-Interferenz (RNAi), bei der mRNA abgebaut oder Translation inhibiert wird.

Details:

• Kleine RNAs: miRNAs, siRNAs, piRNAs
• miRNAs: binden an mRNA, verhindern Translation oder initiieren Abbau
• siRNAs: doppelsträngige RNAs, führen zu mRNA-Abbau
• piRNAs: schützen Genome vor transponierbaren Elementen
• RNAi: Mechanismus der Genstilllegung durch kleine RNAs
• Kernproteine: Dicer (schneidet dsRNA), RISC (bindet und führt kleine RNAs)

Pflanzliche Antwort auf abiotischen Stress

Definition:

Pflanzen reagieren auf abiotischen Stress (z.B. Trockenheit, Salz, Kälte) durch Aktivierung von Signalwegen und Anpassungsmechanismen.

Details:

• Signaltransduktion durch Phytohormone wie ABA, Ethylen
• Expression von Stressantwort-Genen
• Osmoprotektion: Anreicherung von kompatiblen Soluten (z.B. Prolin)
• Antioxidative Abwehrmechanismen durch Enzyme wie SOD, CAT
• Änderungen in der Genexpression und Proteinsynthese
• Anpassungen auf zellulärer und physiologischer Ebene

Metabolische Umsteuerung durch Pathogene

Definition:

Anpassung und Veränderung des Zellstoffwechsels von Wirtszellen durch Pathogene zur Förderung ihrer eigenen Vermehrung und des Überlebens.

Details:

• Pathogene greifen oft Schlüsselenzyme und regulatorische Mechanismen an
• Umstellung von anabolen auf katabole Prozesse, um Energiereserven zu nutzen
• Wichtige Signalmoleküle: AMP, ATP, cAMP, NADH
• Förderung der Glukoseaufnahme und des Glukoseabbaus (Glykolyse)
• Manipulation von Signalwegen wie mTOR und AMPK
• Regulierung der Autophagie und Apoptose
• Ziel: Modulation des Zellmilieus zugunsten des Pathogens

Signaltransduktion und Regulation des C-Stoffwechsels in Pflanzen

Definition:

Signaltransduktion und Regulation des C-Stoffwechsels in Pflanzen bezieht sich auf die Prozesse, durch die Pflanzen Signale empfangen, weiterleiten und C-Stoffwechsel (Kohlenstoff-Stoffwechsel) regulieren, um Wachstum, Entwicklung und Stressantworten zu steuern.

Details:

• Signalerkennung durch Rezeptoren
• Sekundäre Botenstoffe wie Ca²⁺, cAMP, IP₃
• Proteinphosphorylierung durch Kinasen (z. B. CDPK)
• Transkriptionsfaktoren und Genexpression
• Regulation durch Licht (Photosynthese), Hormone (z. B. ABA) und Umweltfaktoren
• Zentrale Rolle von Enzymen wie Rubisco
• Koordination von Anabolismus und Katabolismus