Biologie IIA Herbst 2006

Die Antworten beziehen sich auf die Fragen aus der Prüfung Herbst 2006, zu finden unter: https://www.bc.biol.ethz.ch/teaching/exams

Frage 1: COPI und COPII

Clathrin umhüllte:

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Frage 2: A)

B)

HIV-1 envelope glycoprotein• Type 1 membrane glycoprotein with many Nlinked glycans• Homotrimeric• Synthesized in ER, expressed on PM, and in late endosomes• Proteolytic activation in TGN generates 2 chains: gp41 is trans-membrane, gp120 is external• Responsible for receptor binding, and membrane fusion during entry• Major viral antigen• Have variable regions that are rapidly modified by mutations thus allowing the virus to escape immune defenses

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Frage 3:

Intermediate filaments•Prominent in cells and tissues under mechanical stress• They prevent excessive stretching of cells and tissues, impart physical strength.•They connect cells to each other and to extracellular matrix via junctions (desmosomes and hemi-desmosomes)•Form a stable and insoluble fiber system•Nails, hair, outer layer of skin•Many different molecular classes, distinct in different cell types

Frage 4: A)

Some characteristics of TM segments•Typical length of alpha-helical trans membrane segment is 18-28 residues depending on angle of tilt• Sequence is hydrophobic, but not necessarily uniformly so.• The ‘positive inside rule’.The location of positive charges on the cytosolic side of TM.This not only correlates with orientation of TM, but controls it during synthesis.• Aromatic amino acids (Tyr, Trp) usually in the phospholipid head group region• In polytopic membrane proteins the ‘loops’ outside the membrane are often quite short (average 10-15 amino acids)• In polytopic proteins the side chains of the helices pack against each other with side chains in ‘lock and key’ fashion

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Trans-membrane proteins

have at least three distinct domains:

In type 1 and 2 proteins the three domains often fold independently ofeach other. For example, a recombinant anchor-free ectodomain canoften fold correctly as a soluble protein.

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B)

C)Covalent lipid modifications in eukariotic membrane proteins• Myristylation (C14).– amide-linkage, permanent, via amide linkage to N-terminal glycine. Cytosolic, co-translationally added, not sufficient for membrane anchoring alone. Nearby positive charges often help to increase affinity.• Palmitylation (C16), acylation.– Thioester bond with cystein residue, reversible, cytosolic, palmitic acid, double palmitylated proteins often in lipid rafts• Prenylation (farnesyl [C15] or geranylgeranyl [C20] group)– Thioether bond, permanent, C-terminal, cytosolic• Glycosylphospatidylinositol (GPI) anchor– C-terminal, permanent, extra-cytosolic, plasma membrane, synthesized in the ER

Die Antwort wäre also: Myristylation und Palmitylation

Denaturing:Tail: a straight aliphatic chainHead: a strong charged groupOverall shape: conicalMost commonly used:Sodium dodecyl sulphate

(SDS)

Non-denaturing:Tail: a straight aliphatic chainor other hydrophobic structureHead: a nonionic polar groupAlso, bile salts and relateddetergents are generallynon-denaturing

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Frage 5:

Connexins are four-pass transmembrane proteins, six of which assemble to form a channel, a connexon.

GAP Junction Regulation:High Calcium Blocks GAP Junctions, effectively isolating the cell and preventing the damage from spreading to other cells; Important in Damaged TissueDecrease in cytosolic pH reduces the permeability of GAP junctions.Can also be regulated by extracellular signal. Dopamine, for example, reduces GAP-junction communication between a class of neurons in the retina.

GAP junctions allow the passage of small water-soluble ions and molecules.GAP Junctions FunctionsElectric Coupling:

- Synchronizing Heart

Muscle Cells- Smooth Muscle Cells in Intestine

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Frage 6: Integrine

Integrins – ECM:Relatively Low Affinity (Fostering Dynamics)Relatively High ConcentrationBind Protein Component of ECM (Laminin, Fibronectin, Collagen etc.)RGD Recognition (Not Exclusive)Divalent Cation (Ca2+ or Mg2+) Dependent

Integrin-mediated cell adhesions provide DYNAMIC, BIDIRECTIONALLINKS BETWEEN THE EXTRACELLULAR MATRIX AND THE CYTOSKELETON.Besides having central roles in cell migration and morphogenesis, focal adhesions and related structures convey information across the cell membrane, to regulate extracellular-matrix assembly, cell proliferation, differentiation, and death.

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Frage 7: IonenkonzentrationenIonenkonzentrationen im Extrazellulärraum und im Cytosol Innen (mM) Aussen (mM)

Na+ 5-15 145K+ 150 5

Ca2+ 10-4 1-2Cl- 4 110

HCO3- 10 30

Wenig kleine Anionen im Cytoplasma, wird ausgeglichen durch negativ geladene Makromoleküle.

Für Ca2+ ist der Konzentrationsgradient am höchsten.

Aktionspotential• Depolarisierung der Plasmamembran führt zur Öffnung Spannungs-abhängiger Na+-Kanäle• Weitere Depolarisierung der Membran durch eindringendes Na+• Selbst-amplifizierender, lawinenartiger Prozess, Membranpotential steigt auf +30 - +50 mV (nahe Na+-Gleichgewicht)

Beendigung des Aktionspotentials• Spontane Inaktivierung der Spannungsabhängigen Natriumkanäle• Öffnung Spannungs-abhängiger Kaliumkanäle: Ausstrom von K+, K+Gleichgewichtspotential wird wieder erreicht• Na+/K+-ATPase stellt ursprüngliche Ionenverhältnisse wieder her.

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Frage 8:Adenylatcyclase• Grosses Transmembranprotein, das aus ATP cAMP generiert• Wird durch GTP-gebundene α-Untereinheit von G-Proteinen aktiviert (Gs) oder inhibiert(Gi). βγ kann auch die Adenylatcyclase regulieren

Glucagon wirkt über cAMP.

Frage 9:a) • Gleevec: niedermolekularer Inhibitor der mutierten Tyrosinkinase

HER-2 als Target für Krebstherapie• Inhibition durchantisense RNAs, Ribozyme, Inhibitoren der Rezeptortyrosinkinase• Recombinanter, humanisierter monoklonaler Antikörper (HERCEPTIN): erstes zugelassenes rekombinantes Protein für Krebstherapie

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b) p53• 53 kD Protein, mutiert in mehr als 50% aller menschlichen Tumore• Wird bei Stress (z.B. UV) induziert: p53 bindet an DNA und induziert die Expressiondes Zellzyklusinhibitors p21, Zellen gehen nicht mehr in S-Phase, DNA Reparatur wirdinduziert. Alternative bei zu starkem Schaden: Induktion von Apoptose

c) • DNA Viren:• Papillomaviren: verursachen Warzen und Cervixcarcinome• Hepatitis B Virus: verursacht Leberkrebs• Epstein Barr Virus: verursacht Burkitt-Lymphom, Nasopharynxkarzinom, Hodgkin`sLymphom• Retroviren:• HTLV-I: verursacht adulte T-Zell Leukämie

Frage 10: Checkpoint

Frage 11:Cdk (Cyclin dependent kinase) is the foundation of the control of the mitotic process. In order for it to be activated it has to bind cyclin, which is synthesised and degraded at various points in the cycle. Mitosis is triggered when M-cyclin and Cdk bind and this complex is phosphorylated by CAK (cyclin activating kinase) to form the active M-Cdk complex. This only happens after S-phase is complete. M-cyclin concentrationis mainly altered by increases and decreases of degradation but there is an increase in transcription and synthesis during G2 and M-Phase (in embryonic cells only by increases and decreases of degradation). The M-Cdk-complex is activated by phosphorylation via a CAK (Cdk activating kinase) but up until the end of G2 it is held in an inactive state by phosphorylation by a protein kinase called Wee1, blocking the active site of the complex. Cdc25, a protein phosphatase, activates the M-Cdk complex by dephosphorylation of the active site. Cdc 25 in turn is activated by polo kinase and M-Cdk itself. M-Cdk also inhibits Wee1 by phosphorylation. M-Cdk canactivate its own activator and it can inactivate its own inhibitor, leading into a positive feedback loop! Only a small increase in the M-cyclin concentration acts like a switch to trigger activation of the entire M-Cdk. Activation of M-Cdk is blocked, for instance, if there is unreplicated DNA present. The negative signal activates a protein kinase inhibiting cdc25 protein phosphatase mentioned above����� M-Cdk remains phosphorylated in two regions and therefore inactive until DNA-replication is complete.

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Frage 12:Pre-mRNA wird im Zellkern prozessiert:1. Bevor die TK vollendet ist, wird am 5’- Ende ein “5’ cap” kovalentverknüpft.2. Introns werden durch “Splicing” herausgeschnitten.3. Das 3’ Ende wird durch eine endonukleolytische Spaltung gefolgt von der Anheftung vom ~200 Basen langen poly A-Ende generiert.4. Export von reifer mRNA

Modifikationen von pre-rRNADie häufigsten Modifikationen von pre-rRNAs sind die-Umwandlung bestimmter Uridine in Pseudouridine und-die Methylierung spezifischer Ribosen an der 2’-OH.

tRNA- Prozessierung:

5’ Ende schneiden, Basen modifizieren

Beide Enden wegschneiden, CCA-Ende anfügen, Basen Modifikation

Splicing

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Frage 13:

a) Das Centrosom (auch Zentrosom oder Zentralkörperchen) ist ein Zellorganell, das eine wichtige Rolle bei der Organisation des Mikrotubuli-Cytoskeletts spielt. Daher wird es auch als MTOC (eng. 'microtubule organizing center') bezeichnet. Es wurde 1888 von Theodor Boveri entdeckt und wurde als 'spezielles Organ zur Zellteilung' beschrieben.

Das Centrosom besteht aus einem Paar rechtwinklig zueinander angeordneter, zylinderförmiger Centriolen, die in einer Proteinmatrix, der pericentriolaren Matrix, eingebettet sind. Die Duplikation des Centrosoms (Centrosomen-Zyklus) erfolgt in Abstimmung mit der Duplikation der Chromosomen (Chromosomen-Zyklus) während der DNA-Synthese-Phase. Der molekulare Mechanismus der Centrosomenduplikation ist noch nicht bekannt, jedenfalls muss an jedem Muttercentriol ein Tochtercentriol auswachsen, was schließlich zu zwei vollständigen Centrosomen führt. (aus Wikipedia)

Centrosom (centrosome):Zentral im Zytoplasma liegendes Organell tierischer Zellen, das der Organisation von Mikrotubuli und während der Mitose als Spindelpol dientCentriol (centriole): Kurze zylinderische Struktur aus Mikrotubuli, das sich als Paar im Centrosom befindet. Das reife Ei enthält ein Centrosom, welches jedoch keinCentriol enthält !Das Centriol wird durch das Spermium ins Ei getragenPolyspermie führt daher zu multipolaren oder zusätzlichen mitotischen Spindeln!

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Frage 14:

Erzeugung komplexerer Muster durch Zell/Zell-WechselwirkungenNeben den asymmetrischen Zellteilungen, spielen bei der Entstehung verschiedener Zelltypen Zell/Zellwechselwirkungen eine wichtige Rolle

Beispiel: Differenzielle Signale der P2 ZelleDie P2 Zelle sendet verschiedene Signalstoffe aus:- Delta (Ligand des Notch-Signalwegs) wirkt als induktives Signal auf die ABp Zelle ein und legt so die zukünftige dorsoventrale Achse fest– Wnt (Ligand für Frizzled) wirkt auf die EMS Zelle, steuert die Ausrichtung der

mitotischen Spindel und damit die asymmetrische Zellteilung, und bewirkt die Bildung der MS und E Zelle (Gründerzelle des Darms)

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Zeitlich beschränkte Empfänglichkeit der Zellen für EntwicklungssignaleDie Komplexität des adulten Nematoden-Körpers wird durch die wiederholte Anwendung einer begrenzten Anzahl von Musterbildungsprozessen hervorgebrachtZellen sind programmiert je nach Alter unterschiedlich auf das selbe Signal zu reagierenBeispiel4-Zell-Stadium: Aktivierung von Notch in ABp durch P212-Zell-Stadium: Der Notch Signalweg lässt sich nicht mehr in den Nachkommen von ABp aktivieren, dafür in ABa Abkömmlingen (-> Induktion des Schlunds, pharynxinduction)