Biochemie und Molekularbiologie II - Cheatsheet

Histon-Modifikationen und Chromatinstruktur

Definition:

Histon-Modifikationen beeinflussen die Chromatinstruktur und somit die Genexpression.

Details:

• Modifikationen: Methylierung, Acetylierung, Phosphorylierung, Ubiquitinylierung
• Verändern die Zugänglichkeit der DNA
• Acetylierung (\text{HATs}): öffnet Chromatin, erhöht Genexpression
• Deacetylierung (\text{HDACs}): schließt Chromatin, verringert Genexpression
• Methylierung: kann sowohl Aktivierung als auch Repression bewirken
• Histon-Code-Hypothese: Kombinationen der Modifikationen bestimmen spezifische Chromatinzustände und Genexpression

DNA-Replikation und Reparaturmechanismen

Definition:

DNA-Replikation: synthetisiert Tochter-DNA vom Elternstrang; DNA-Reparatur: korrigiert Mutationen und strukturelle Schäden.

Details:

• Replikation startet am Origins of Replication
• Leading Strand kontinuierlich, Lagging Strand diskontinuierlich synthetisiert (Okazaki-Fragmente)
• Enzyme: Helikase, DNA-Polymerase, Primase, Ligase
• Proofreading-Funktion der DNA-Polymerase: erkennt und korrigiert fehlerhafte Basen
• Reparaturmechanismen: Mismatch-Reparatur (MMR), Nukleotid-Exzisionsreparatur (NER), Basen-Exzisionsreparatur (BER), homologe Rekombination (HR), nicht-homologes End-Joining (NHEJ)
• BER: erkennt und entfernt falsch eingebaute Basen
• NER: entfernt sperrige DNA-Schäden wie Pyrimidindimere
• MMR: korrigiert Fehlpaarungen nach der Replikation
• HR und NHEJ: Reparatur von Doppelstrangbrüchen

Genomeditierung mit CRISPR-Cas9

Definition:

Geneditierung mit CRISPR-Cas9: Ein präzises Werkzeug zur gezielten Veränderung von DNA-Sequenzen in lebenden Organismen.

Details:

• CRISPR: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats
• Cas9: CRISPR-assoziiertes Protein 9, eine Endonuklease
• Funktion: Erkennung und Schneiden von Ziel-DNA-Sequenzen
• gRNA (guide RNA): Führt Cas9 zur Zielsequenz
• Reparaturmechanismen: NHEJ (nicht-homologe Endverknüpfung) oder HDR (homologe gerichtete Reparatur)
• Anwendungen: Gentransfer, Knock-out/Knock-in von Genen, Korrektur genetischer Defekte
• Ethik: Mögliche Auswirkungen auf Keimbahn und Biodiversität

Protein-Protein-Interaktionen

Definition:

Wechselwirkungen zwischen zwei oder mehr Proteinen, die spezifisch und oft transient sind. Sie sind essentiell für zelluläre Prozesse und Signaltransduktionswege.

Details:

• Können kovalent oder nicht-kovalent sein
• Erkennungsmotive: SH2-Domänen, PDZ-Domänen, etc.
• Techniken: Co-Immunpräzipitation, Yeast-Two-Hybrid, FRET
• Regulieren: Enzymaktivität, Zellzyklus, Apoptose

Second Messenger Systeme

Definition:

Schnelle Signalübertragung in Zellen durch kleine Moleküle als sekundäre Botenstoffe zur Verstärkung des Primärsignals.

Details:

• Hauptsecond Messenger: cAMP, cGMP, IP3, DAG, Ca²⁺
• cAMP: Aktiviert Proteinkinase A (PKA)
• cGMP: Aktiviert Proteinkinase G (PKG) und beeinflusst Ionenkanäle
• IP3 (Inositol-1,4,5-trisphosphat): Freisetzung von Ca²⁺ aus dem Endoplasmatischen Retikulum
• DAG (Diacylglycerol): Aktiviert Proteinkinase C (PKC)
• Ca²⁺: Schlüsselrolle bei Muskelkontraktion, Neurotransmitterfreisetzung und Enzymregulation
• G-Proteine: Vermitteln Signalweiterleitung durch Aktivierung von Enzymen wie Adenylylzyklase und Phospholipase C

Regulation und Integration verschiedener Stoffwechselwege

Definition:

Koordination der metabolischen Pfade zur effizienten Nutzung von Energie und Ressourcen

Details:

• Schlüsselmetaboliten: Acetyl-CoA, NADH, ATP
• Hormonelle Steuerung: Insulin, Glukagon
• Wechselseitige Regulierung: Glykolyse vs. Glukoneogenese
• Allosterische Regulation: Enzymaktivität durch Nicht-Substratmoleküle
• Energiestatus: AMP/ATP-Verhältnis
• Wechselwirkung zwischen Organen: Leber, Muskeln

Posttranskriptionale Regulation, einschließlich RNA-Verarbeitung und -Stabilität

Definition:

Regulation der Genexpression nach der Transkription; beinhaltet Prozesse wie RNA-Prozessierung, Spleißen, Polyadenylierung, Editing und Abbau.

Details:

• RNA-Spleißen: Entfernen von Introns, Verbinden von Exons
• 5'-Capping: Hinzufügen einer 7-Methylguanosin-Kappe am 5'-Ende zum Schutz und Initiation der Translation
• Polyadenylierung: Anfügen eines Poly(A)-Schwanzes am 3'-Ende zur Stabilisierung und Regulation der Translation
• RNA-Editing: spezifische Modifikationen der RNA-Sequenz nach der Transkription
• miRNA/siRNA: kleine RNAs, die mRNA-Degradation und Translationseffizienz beeinflussen
• RNA-Abbau: Kontrolle der RNA-Lebensdauer über Exonukleasen und Endonukleasen

Techniken zur Messung der Genexpression, wie qPCR und RNA-Seq

Definition:

Techniken zur Messung der Genexpression, z.B. qPCR und RNA-Seq, dienen der Quantifizierung und Analyse der mRNA-Menge in Proben.

Details:

• qPCR (quantitative PCR): quantitative Bestimmung der mRNA-Menge in Echtzeit durch Fluoreszenz.
• RNA-Seq (RNA-Sequenzierung): hohe Präzision und umfassende Analyse des gesamten Transkriptoms.
• qPCR-Vorgang: cDNA-Synthese, Amplifikation, Detektion via Fluoreszenzmarker.
• RNA-Seq-Vorgang: RNA-Isolierung, Sequenzierung, Datenanalyse.
• Wichtigkeit: hohe Sensitivität und Genauigkeit (qPCR), umfassende Genexpressionsprofile und Entdeckung neuer Transkripte (RNA-Seq).