Seminar Biochemie / Molekularbiologie - Cheatsheet

Struktur und Funktion von Biomolekülen

Definition:

Komplexe Moleküle bestehend aus Kohlenhydraten, Proteinen, Lipiden und Nukleinsäuren, die grundlegende biologische Prozesse unterstützen und regulieren.

Details:

• Kohlenhydrate: Energiequelle, Strukturkomponenten (z.B. Zellulose)
• Proteine: Enzyme, Strukturproteine (z.B. Kollagen), Transportproteine (z.B. Hämoglobin)
• Lipide: Energiespeicher, Membranstrukturen (z.B. Phospholipide)
• Nukleinsäuren: Speicherung und Übertragung genetischer Information (DNA, RNA)
• Struktur und Funktion durch Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstrukturen beeinflusst
• Wichtige Konzepte: Peptidbindung, Basepaarung, Doppelhelix, Lipiddoppelschicht
• Biomolekül-Interaktionen: Wasserstoffbrücken, hydrophobe Wechselwirkungen, ionische Bindungen

Enzymkinetik und Mechanismen

Definition:

Studie der Reaktionsgeschwindigkeiten von enzymkatalysierten Reaktionen und deren Mechanismen.

Details:

• Michaelis-Menten-Gleichung: \[ v = \frac{{V_{max}[S]}}{{K_m + [S]}} \]
• Lineweaver-Burk-Gleichung (Doppelreziproken-Darstellung): \[ \frac{1}{v} = \frac{K_m}{V_{max}[S]} + \frac{1}{V_{max}} \]
• Inhibitionsformen: kompetitiv, nichtkompetitiv, unkompetitiv
• Allosterische Regulation von Enzymen: Effektoren binden an andere Stellen als das aktive Zentrum
• Schlüssel-Schloss-Prinzip vs. induzierte Passform

Proteinstruktur und -faltung

Definition:

Proteine bestehen aus Aminosäureketten, die sich zu spezifischen Strukturen falten; essenziell für Funktion.

Details:

• Primärstruktur: Abfolge der Aminosäuren.
• Sekundärstruktur: α-Helices und β-Faltblattstrukturen durch Wasserstoffbrücken.
• Tertiärstruktur: Räumliche 3D-Anordnung durch Wechselwirkungen wie Disulfidbrücken und hydrophobe Effekte.
• Quartärstruktur: Zusammenlagerung mehrerer Polypeptidketten.
• Faltungsprozess: Chaperone helfen, Fehlfaltungen zu verhindern.
• Denaturierung: Verlust der Struktur durch Hitze, pH-Änderungen oder Chemikalien, meist irreversibel.
• Missfaltung: Führt zu Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson.

Glykolyse und Glukoneogenese

Definition:

Zentrale Stoffwechselwege zur Energiegewinnung (Glykolyse) und Glukose-Neusynthese (Glukoneogenese) aus Nicht-Kohlenhydratvorstufen; wichtig für Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels.

Details:

• Glykolyse: Abbau von Glukose zu Pyruvat, Erzeugung von 2 ATP und 2 NADH pro Molekül Glukose
• Reaktionsfolge der Glykolyse:
  • Glukose → Glukose-6-phosphat
  • → Fructose-6-phosphat
  • → Fructose-1,6-bisphosphat
  • → Dihydroxyacetonphosphat (DHAP) und Glycerinaldehyd-3-phosphat (GAP)
  • → 1,3-Bisphosphoglycerat
  • → 3-Phosphoglycerat
  • → 2-Phosphoglycerat
  • → Phosphoenolpyruvat (PEP)
  • → Pyruvat
• Enzyme: Hexokinase, Phosphofructokinase-1, Pyruvatkinase (reguliert Schritt 1, 3, 10 der Glykolyse)
• Gluconeogenese: Synthese von Glukose aus Vorstufen wie Lactat, Glycerin, Alanin
• Umkehrung der Glykolyse mit manchen Umgehungsreaktionen
• Schlüsselenzyme: Pyruvat-Carboxylase, PEP-Carboxykinase, Fructose-1,6-Bisphosphatase, Glukose-6-Phosphatase

Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung

Definition:

Citratzyklus: zyklischer Stoffwechselweg in der mitochondrialen Matrix zur Energiegewinnung. Oxidative Phosphorylierung: anschließender Prozess in der inneren Mitochondrienmembran zur ATP-Synthese.

Details:

• Citratzyklus:
• Start: Acetyl-CoA + Oxalacetat -> Citrat
• Produziert: 3 NADH, 1 FADH₂, 1 GTP/ATP pro Zyklus
• 8 Schritte
• Reguliert durch ADP, ATP, NADH
• Oxidative Phosphorylierung:
• Elektronentransportkette transportiert Elektronen von NADH/FADH₂ zu O₂
• Protonengradient erzeugt
• ATP-Synthase nutzt Gradient zur ATP-Produktion
• Produziert ca. 34 ATP pro Glukosemolekül

Mechanismen der Transkription und RNA-Prozessierung

Definition:

Prozess der mRNA-Synthese aus DNA und deren Modifikation vor der Translation

Details:

• Transkription startet an Promotor-Sequenz
• RNA-Polymerase bindet an DNA
• Synthese der prä-mRNA in 5'-3'-Richtung
• capping am 5'-Ende und Polyadenylierung
• Spleißen entfernt Introns und verbindet Exons
• Fertige mRNA verlässt Zellkern für Translation

Molekulare Grundlagen genetischer Erkrankungen

Definition:

Molekulare Mechanismen, die genetische Erkrankungen verursachen.

Details:

• Genetische Mutationen: Punktmutationen, Deletionen, Insertionen, Duplikationen.
• Betroffene Gene: Tumorsuppressorgene, Onkogene, Stoffwechselgene.
• Erbgang: autosomal dominant/rezessiv, X-chromosomal.
• Beispielerkrankungen: Mukoviszidose, Hämophilie, Huntington-Krankheit.
• Diagnosemethoden: PCR, Sequenzierung, Genotypisierung.
• Therapieansätze: Gentherapie, medikamentöse Behandlung.

Epigenetische Mechanismen

Definition:

regulieren Genexpression ohne Änderung der DNA-Sequenz

Details:

• DNA-Methylierung: Methylgruppen (\textit{CH}_{3}) zu Cytosin-Basen hinzugefügt
• Histon-Modifikationen: Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung
• Chromatin-Remodeling: Anpassung der Chromatinstruktur
• RNA-Interferenz: miRNA und siRNA regulieren Genexpression post-transkriptionell
• Epigenetische Veränderungen können vererbt, aber auch umkehrbar sein