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Was sind Viren?
- keine Zellen sondern verpackte Erbinformation
- Aufbau: Genom + Capsidhülle + ev. Lipidhülle
- Größe: 20-500nm
- kein eigener Stoffwechsel -> Vermehrung in Wirtszellen
- Viren sind Wirtsspezifisch mit fließenden Grenzen
Wie kann man Viren anhand der Art des Genoms unterscheiden?
- RNA-Viren (ss & ds)
- DNA-Viren (ss & ds)
Nenne Beispiele für dsDNA linear, dsDNA ringförmig und ssDNA linear Viren.
dsDNA linear: Pocken- und Herpesvirus
dsDNA ringförmig: HPV (Warzenvirus)
ssDNA linear: Parvoviren
Nenne Beispiele für dsRNA, ssRNA (+)-Strang, ssRNA (-)-Strang und ssRNA + reverser Transkriptase Viren.
dsRNA: Reoviren
ssRNA (+): Rhinovirus, Polimyelitisvirus
ssRNA (-): Influenzavirus
ssRNA + r.T.: HI-Virus
Wie ist die Capsidhülle aufgebaut? Welche Formen kann diese annehmen?
Capsidhülle besteht aus Proteinuntereinheiten, sogenannten Capsomere.
- helikal: z.B. Influenzavirus, HI-Virus
- kubisch (Ikosaeder): z.B. Adenovirus
- komplex: z.B. Phagen
Woras besteht die Membranhülle behüllter Viren?
- Bestandteile der Wirtszelle
- virusspezifische Proteine
- Glykoproteine (z.B. Influenzavirus, HI-Virus)
Vom Eintritt bis zum Autritt. Wie funktioniert die Vermehrung eines Virus?
1. Anheftung des Virus (Adsorption)
2. Eindringen in die Wirtszelle (rezeptorvermittelte Endocytose)
3. Freisetzung der Erbinformation (uncoating)
4. Proteinsynthese/Replikation der Erbinformation
-> Unterschiede je nach Vierentyp (RNA/DNA)
5. Zusammenbau
6. Ausschleusung
Was sind Proteine?
Markomoleküle aus proteinogenen Aminosäuren, die über Amidbindungen verbunden sind
Amidbindung = R1-NH2 + HOOC-R2 ------> R1-NH-CO-R2 + H2O
Welche 20 proteinogenen Aminosäuren sind uns bekannt? Wie kann man sie einteilen?
unpolar (lipophil)
- Glycin
- Alanin
- Valin
- Leucin
- Isoleucin
- Methionin
- Phenylalanin
- Tryptophan
- Prolin
polar (hydrophil):
- Serin
- Thereonin
- Cystein
- Tyrosin
- Asparagin
- Glutamin
elektrisch geladen:
- Asparaginsäure (sauer)
- Glutaminsäure (sauer)
- Lysin (basisch)
- Arginin (basisch)
- Histidin (basisch)
Was ist die Vorraussetzung für eine proteinogene Aminosäure?
Müssen stereochemisch alles L-Isomere sein
z.B. L-Lysin, L-Alanin, ...
Welche acht essenziellen Aminosäuren muss der Mensch über die Nahrung aufnehemen?
- Valin
- Leucin
- Isoleucin
- Methionin
- Threonin
- Phenylalanin
- Lysin
- Tryptophan
Welche fünf pflanzlichen Synthesewege zur Synthese aller 20 Aminosäuren unterschiedet man? Von welchen Stoffwechselprodukten gehen die Wege aus?
1. Glutamatfamilie -> ausgehend vom alpha-Ketoglutarat
2. Aspartatfamilie -> ausgehend vom Oxalacetat
3. Alanin-Valin-Leucin-Gruppe -> ausgehend vom Pyruvat
4. Serin-Glycin-Gruppe -> ausgehend vom 3-Phosphatglycerat
5. Aromatische Aminosäuren -> ausgehend vom Phosphoenolpyruvat
und dem Erythrose-4-Phosphat
Was versteht man unter der Primärstruktur von Proteinen?
Primärsturktur ist die Abfolge von Aminosären die über eine Amidbindung miteinander verbunden sind
Was versteht man unter der Sekundärstruktur von Proteinen?
Sekundärstruktur ist die lokale dreidimensionale Faltung. Die zwei häufigsten Faltungsarten sind die alpha-Helix und das beta-Faltblatt.
Wie sieht die alpha-Helix aus?
Peptidrückgrat (Aminosäurenkette) helikal, mit 3-6 Aminosäureresten pro Umdrehung, gewunden.
Die Seitenketten stehen nach außen.
Zwischen den Peptidbindungen gibt es Wasserstoffbrückenbindungen.
Wie sieht das beta-Faltblatt aus?
Peptidbindungen (Aminosäurenkette) faltartig ausgebreitet.
Wird durch zweites, daneben liegendes Faltblatt über Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert.
Seitenketten abwechselnd nach oben und unten (oder links und rechts)
Was versteht man unter der Tertiärstruktur von Proteinen?
Tertiärstruktur bezeichnet die dreidimensionale Anordnung von Sekundärstrukturelementen wie alpha-Helix und beta-Faltblatt.
Was versteht man unter der Quartärstruktur von Proteinen?
Quartärstruktur ist die Anordnung von Polypeptiden in Proteinkomplexen.
Beschreibe grob den Vorgang der Proteinsynthese.
1. mRNA wird von DNA transkripiert
2. mRNA und Ribosomen bilden die Basis für die Translation
3. tRNA bindet mit den passenden Anticodons an das jeweilige
Codons des mRNA-Stranges
4. von tRNA transportierte Aminosäuren werden aneinander gehängt
5. Diese Aminosärekette bildet die Primärstruktur des Proteins
Erkläre den Begriff Gen.
Abschnit auf der DNA, der zur Herstellung eines Polypeptids (oder einer Nukleinsäure, rRNA, tRNA) nötig ist.
Sprich eine Abfolge von bestimmten Codons dessen Summe ein bestimmtes Protein ergibt.
Aus welchen zwei Strängen besteht unsere DNA? Welcher wird zur Transkription abgeschrieben?
- Codogener Strang
- Matrizenstrang -> wird umgeschrieben im mRNA, rRNA und tRNA
Wie nennt man ein Basentriplett noch? Was macht es?
Codon, kodiert genau eine Aminosäure
Aus welchen Teilen besteht die RNA nach der Transkription?
- Leaderabschnitt: hier startet die Transkription = 5' Ende
- codierter Bereich
-> Exon
-> Intron: wird im Laufe des RNA-Processing entfernt
- Trailerabschnitt: hier endet die Transkription = 3' Ende
Am Anfang und Ende des codierten Bereiches befindet sich jeweils an Start-Codon oder Stop-Codon an dem die Translation beginnt oder endet.
Was sind Exons?
verantwortlich für verschiedene Proteindomänen = definierbare strukturelle und funktionale Regionen
z.B. 3 Exons -> Protein hat 3 verschiedene Proteindomänen
Proteindomäne 1 ist dann z.B. für die Verankerung in der
Membran zuständig.
Was ist die Transkription und welche Phasen gibt es bei dieser?
DNA-gesteuerte Synthese von mRNA (rRNA, tRNA)
1. Initiation
2. Elongation
3. Termination
Was ist ein Promotor?
Region vor dem Startpunkt der Transkription.
Ein Promotor in eukaryotischen Zellen enthält für gewöhnlich eine TATA-Box die ungefähr 25 Nukleotide vom Startpunkt entfernt sitzt.
Wie sieht die Initiation der Transkription aus?
1. Transkriptionsfaktor bindet in der Promotorregion an
Matrizenstrang
2. RNA-Polymerase bindet an Transkriptionsfaktor
3. RNA-Polymerase und weitere Transkriptionsfaktoren bilden
zusammen den Initiationskomplex
4. RNA-Polymerase entwindet die DNA und beginnt mit der mRNA-
Synthese
Wie sieht die Elongation der Transkription aus?
1. RNA-Polymerase bewegt sich vom codogenen Strang aus
betrachtet stromabwärts (5' zu 3')
2. Dabei wird die DNA-Helix weiter entwindet, während das RNA-
Transkript durch den Einbau von Nukleotiden vom 5' nach 3'
verlängert wird
3. Ist die RNA-Polymerase mit der Transkription eines bestimmten
Bereiches fertig, so bildet die DNA wieder eine Doppelhelix
Wie sieht die Termination der Transkription aus?
1. Polymerase transkribiert eine Terminatorsequenz
2. Dicht dahinter wird das RNA-Transkript entlassen und die
Polymerase löst sich von der DNA
3. das RNA-Transkript bildet die prä-mRNA
Beschreibe das RNA-Processing 1.
Enden der prä-mRNA werden modifiziert
- 5' Ende mit Guanosintriphosphat (GTP)
- 3' Ende mit Poly Adenin-Schwanz -> 50-250 Adenin Nukleotide
-> Schützt vor Abbau
-> fördert Anheftung am Ribosom
Beschreibe das RNA-Processing 2.
Introns werden herausgespleißt (herausgeschnitten)
-> Produkt ist die reife mRNA die nun aus dem Zellkern ausgeschleust
wird
Was ist die Translation? Welche Komponenten sind daran beteiligt?
= mRNA gesteuerte Synthese eines Polypeptids
- mRNA
- Ribosom
- tRNA + Aminosäure (=Aminoacyl-tRNA)
- GTP als Energiequelle
Wie sieht die tRNA aus?
tRNA besitzt ein:
- ACC-Ende: An diesem binden die Aminosäuren für den transport
- Anticodon: komplementär zum mRNA Codon
Wie läuft die Translation ab?
1. mRNA bindet sich mit einer kleiner ribosomalen UE
2. Initiator-tRNA bindet an Stelle des Start-Codons
3. die große ribosomale Einheit vervollständigt unter Verwendung
eines GTP's das Ribosom
4. Initiator-tRNA sitzt nun in der P-Stelle, die A-Stelle ist für die
nächste Aminoacyl-tRNA frei
5. Ankommende Aminoacyl-tRNA bindet in der A-Stelle
6. Ribosom katalysiert Peptidbindung (Peptidyltransferase)
7. Ribosom bewegt mRNA um ein Codon weiter -> tRNA in A-Stelle ist
jetzt in der P-Stelle -> andere tRNA wird wieder freigesetzt
8. wird Stopp-Codon erreicht, bindet an A-Stelle ein Release-Faktor
9. Release-Faktor sorgt für Freisetzung von letzter tRNA und
Polypeptidkette
10. ribosomaler Komplex dissoziiert
Wie kann das gleiche Ribosom öfter bzw. in größerer Menge synthestisiert werden?
durch Polyribosomen
-> mehrere ribosomale Komplexe "bearbeiten" nacheinander den
gleichen mRNA-Strang
Was passiert im Stadium der Modifikation?
- Faltung der Polypeptidkette zu funktionsfähigem Protein (Sekundär-,
Tertiärstruktur)
- weitere Modifikationen für spezifische Funktionen:
-> Abspaltungen
-> Hinzufügen funktioneller Gruppen
-> Hinzufügen von Bindungen
-> Bindung an Makromoleküle
-> Komplexierung (Ionenaufnahme)
Nenne zwei Beispiele "exotischer" Aminosäuren.
- L-Selenocystein
- L-Pyrrolysin
Wie repliziert ein RNA Virus mit positivem RNA-Strang sein Erbgut?
- RNA (+)-Strang wird freigesetzt
- Ribosomen benutzten RNA-Strang zur Synthese viraler
Replikaseenzyme und virale Proteine (Capsid)
- Vermehrung der RNA durch das synthetisierte Replikaseenzym
- Verpackung der replizierten (+)-Stränge in Capsomeren
Wie repliziert ein RNA Virus mit negativem RNA-Strang sein Erbgut?
- RNA (-)-Strang wird zusammen mit dem ersten Replikaseenzym
freigesetzt
- Replikaseenzym repliziert aus dem (-)-Strang einen (+)-Strang
- (+)-Strang wird zur Synthese weiterer Replikaseenzyme und Proteine
genutzt
- Replikaseenzyme replizieren die RNA
- Verpackung der replizierten (-)-Stränge und einer Replikase in
Capsomeren
Wie repliziert ein Retrovirus sein Erbgut?
durch reverse Transkriptase
- Freisetzung von RNA-Strang, reverse Transkriptase und Integrase
- reverse Transkriptase repliziert zuerst einen ssDNA-Strang
komplementär zum freigesetzten ssRNA-Strang
- anschließend schreibt die reverse Transkriptase den ssRNA-Strang
in einen DNA-Strang um, sodass jetzt ein dsDNA-Strang vorliegt
- Integrase integiert die dsDNA in unser Genom
- so kommt es bei jeder Transkription des betroffenen DNA-
Abschnittes zur Bildung von viraler mRNA
- virale mRNA synthetisiert dann wieder reverse Transkriptasen und
Integrasen
- Verpackung replizierter RNA, reverse Transkriptase und Integrase in
Capsomeren
Was sind endogene Retroviren? An welchen Krankheiten sind sie möglicherweise beteiligt?
Humane endogene Retroviren (HERV)
-> ca. 5-8% der menschlichen DNS ist viralen Ursprungs!
Krankheiten mit möglicher HERV Beteiligung:
- Multiple Sklerose
- Schizophrenie
- Tumore
- Diabetes
- Lupus
Positive Auswirkung: Ausbildung der Plazenta
Welche Therapiemöglichkeiten gibt es bei Virusinfekten?
Immunsystem:
- aktive Immunisierung (Krankheit od. Impfung)
- passive Immunisierung (Antikörper-Spritze)
- Interferon-Therapie (Hepatitis)
Virostatika:
- Adhäsionshemmstoffe (hemmt Andocken)
- Penetrations-Inhibitoren
- DNA/RNA-Polymerase-Inhibitoren
- Reverse Transkriptase-Inhibitoren
- Maturations-Inhibitoren (unterbinden Montage)
- Neuraminidase-Inhibitoren
- Antimetaboliten (Aciclovir)
Was sind Prione? Welche Krankheiten lösen sie wahrscheinlich aus?
= falsch gefaltete Proteine
- BSE (Bovine spongiforme Enzephalophatie)
- Creutzfeldt-Jakob-Krankheit
- Kuru
- Scrapie (Schaf)
- fatale familiäre Insomnie
Nenne ein Beispiel eines Prions.
Glykoprotein aus 253 AS in zwei Konformationen der Sekundärstruktur:
physiologisch (PrPc):
(Prion Protein cellular)
43% alpha-Helix
pathogen (PrPsc):
(Prion Protein Scrapie)
30% alpha-Helix
43% beta-Faltblatt
-> wird wasserunlöslich und Protease-Resistent -> führt zu
Plaquebildung auf z.B. Neuronen
Welche physiologische Rollen übernehmen diese Prione für gewöhlich?
- Transport von Ca-Ionen aus dem synaptischen Spalt in die
Präsynapse
- Ausbildung und Erhalt von Zell-Zell-Kontakten
- Verhindert Angriff von Superoxiden und O2
- Anti-Apoptopisch
- Schlafregulation (?)
Auf welche drei Weisen kann die, druch Porine ausgelöste, Initiation der Krankheit erfolgen?
1. Spontane Entstehung: zufällige Konformationsänderung
= klassische Form der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit
2. Genetische Entstehung: Mutation mit erhörter Tendenz zur
Konformationsänderung = familiäre Form der Creutzfeldt-Jakob-
Krankheit
3. Übertragung bzw. "Ansteckung": erhöhte Aufnahme der pathogenen
Form; Speziesübergreifend (Rind, Schaf, Mensch) z.B. Kannibale
Was sagt das "refolding model" aus?
Kommt ein "gesundes" Protein mit einem "kranken" Prion in Kontakt, so wird das gesunde auch zur pathogenen Form umgefaltet.