Architecture of Biopolymers - Cheatsheet

Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur von Proteinen

Definition:

Details:

• Primärstruktur: Reihenfolge der Aminosäuren in der Polypeptidkette.
• Sekundärstruktur: Räumliche Anordnung der Polypeptidkette, z.B. α-Helix und β-Faltblatt, stabilisiert durch Wasserstoffbrückenbindungen.
• Tertiärstruktur: Dreidimensionale Anordnung der gesamten Polypeptidkette, stabilisiert durch verschiedene Wechselwirkungen (hydrophobe Wechselwirkungen, Wasserstoffbrücken, Disulfidbindungen, ionische Bindungen).
• Quartärstruktur: Anordnung und Wechselwirkung von mehreren Polypeptidketten (Untereinheiten) in einem Protein-Komplex.

Struktur und Funktion von Lipid-Doppelschichten

Definition:

Bilden die Grundstruktur von Zellmembranen, bestehen aus zwei Lagen von Phospholipiden.

Details:

• Hydrophobe Schwänze innen, hydrophile Köpfe außen.
• Barriere gegen den freien Austausch von Molekülen.
• Ermöglichen Zellkommunikation und Signalübertragung.
• Beweglichkeit und Flexibilität der Membran durch laterale Diffusion.
• Vesikelbildung für Stofftransport.
• \textbf{Wichtige Parameter}: Fluidität, Permeabilität, Asymmetrie.
• \textbf{Hauptfunktionen}: Abgrenzung, Transport, Signalübermittlung.
• Interaktionen mit Proteinen: Integrale und periphere Membranproteine.

Mechanismen der DNA-Replikation

Definition:

Vervielfältigung der DNA vor der Zellteilung

Details:

• Replikationsstart: Initiationspunkte (Origins of Replication)
• Helicase: Entwindet Doppelhelix
• Primase: Synthese kurzer RNA-Primer
• DNA-Polymerase: Verlängerung des Primers, Synthese von 5' nach 3'
• Leitstrang (leading strand): Kontinuierliche Synthese
• Folgestrang (lagging strand): Diskontinuierliche Synthese als Okazaki-Fragmente
• RNase H: Entfernung der RNA-Primer
• DNA-Ligase: Verbindet Okazaki-Fragmente
• Korrekturlesen (proofreading): Fehlerkorrektur durch DNA-Polymerase

Enzymkinetik und -mechanismen

Definition:

Analyse der Geschwindigkeit und Mechanismen, durch die Enzyme chemische Reaktionen katalysieren

Details:

• Michaelis-Menten-Gleichung: V = \frac{V_{max}[S]}{K_m + [S]}
• Lineweaver-Burk-Diagramm: \frac{1}{V} = \frac{K_m}{V_{max}[S]} + \frac{1}{V_{max}}
• Inhibitionsarten: kompetitiv, nicht-kompetitiv, unkompetitiv
• Allosterische Regulation: Effektor beeinflusst Enzymaktivität
• Katalytische Triaden: Dreiergruppen von Aminosäureresten in Enzymaktiven Zentren, z.B. in Serinproteasen

RNA-Typen und deren Funktionen

Definition:

Arten der RNA und ihre spezifischen Rollen in der Zellbiologie

Details:

• mRNA (Messenger-RNA): Überträgt genetische Information von der DNA zu den Ribosomen für die Proteinbiosynthese.
• tRNA (Transfer-RNA): Transportiert Aminosäuren zu den Ribosomen und hilft bei der Proteinsynthese durch die Entschlüsselung der mRNA.
• rRNA (Ribosomale RNA): Hauptbestandteil der Ribosomen, katalysiert die Proteinbiosynthese.
• snRNA (Small nuclear RNA): Beteiligt an der Prozessierung der Prä-mRNA, bildet den Spliceosom-Komplex.
• miRNA (Mikro-RNA): Reguliert die Genexpression durch Bindung an die mRNA und Hemmung der Translation.

Protein-Protein-Interaktionen

Definition:

Intermolekulare Interaktionen zwischen Proteinen, die ihre Funktion, Struktur und Regulation beeinflussen.

Details:

• Bindungstypen: Wasserstoffbrücken, Ionenbindungen, Van-der-Waals-Kräfte, hydrophobe Wechselwirkungen.
• Analysemethoden: Co-Immunpräzipitation, Yeast Two-Hybrid-System, FRET, NMR, Röntgenkristallographie.
• Funktionelle Bedeutung: Signaltransduktion, Enzymaktivität, Transportprozesse, Regulation der Genexpression.
• Bioinformatik: Homologie-Modellierung, Docking-Simulationen, Netzwerkanalysen.
• Schlüssel-konzepte: Affinität und Spezifität, Allosterie, multivalente Interaktionen.

Glykokonjugate und deren biologische Rolle

Definition:

Glykokonjugate sind Moleküle, bei denen Kohlenhydratstrukturen kovalent an Proteine oder Lipide gebunden sind und spielen eine wichtige Rolle in biologischen Prozessen.

Details:

• Struktur: Kombination aus Kohlenhydrat und Protein/Lipid.
• Funktion: Zell-Zell-Kommunikation, Immunantwort, Protein- und Lipidstabilität.
• Beispiele: Glykoproteine, Glykolipide.
• Biologische Bedeutung: Erkennung von Pathogenen, Signaltransduktion, Zelladhäsion.
• Kovalente Bindung: Über \textit{O}-Glykosylierung oder \textit{N}-Glykosylierung.
• Enzyme: Glycosyltransferasen, Glycosidasen.
• Erkrankungen: Defekte in Glykokonjugaten können zu Krankheiten wie Glykolipid-Speicherkrankheiten führen.

Spektroskopische Methoden: NMR, MS

Definition:

NMR und MS sind Spektroskopiemethoden zur Untersuchung der Struktur und Funktion von Biopolymeren.

Details:

• NMR (Nukleare Magnetresonanzspektroskopie): Analyse der Wechselwirkungen von Atomkernen im Magnetfeld zur Bestimmung der Molekülstruktur.
• Wichtig für die Analyse von Proteinen und Nukleinsäuren.
• MS (Massenspektrometrie): Bestimmung der Molekülmassen und -zusammensetzung durch Ionisierung und Messung des Verhältnisses Masse/Ladung.
• Wichtig für die Identifizierung und Quantifizierung von Biomolekülen.