Frage 1 A: Wieviele Codone des "Universellen genetisches Codes" kodieren:

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1 Frage 1 A: Wieviele Codone des "Universellen genetisches Codes" kodieren: Aminosäuren Translationsstart Translationsstop? B: Welche biochemische Reaktion wird von Aminoazyl-tRNA-Synthetasen katalysiert? Formulieren Sie die Bruttoreaktion! Benennen Sie die Art der chemischen Bindung, die neu geknüpft wird! Benennen (oder skizzieren) Sie das transient gebildete energiereiche Intermediat. C: Was versteht man im Zusammenhang von Aminoazyl-tRNA-Synthetasen unter "proofreading"? D: Benennen Sie einen weiteren fundamentalen biologischen Prozess, bei dem proofreading eine entscheidende Rolle spielt und beschreiben Sie in wenigen Worten den Ablauf dieser proofreading- Reaktion.

2 Frage 2 A: Der Bakteriophage ist ein sogenannter temperenter Phage, der sich über zwei Strategien in seinem bakteriellen Wirt vermehren kann. Benennen und beschreiben sie in wenigen Worten diese beiden Strategien. B: Beschreiben Sie in aller Kürze das Restriktions/ Modifikationssystem. Benennen Sie dabei dessen biologische Funktion, die beteiligten Enzyme sowie die Basis seiner Selektivität. C: T-Phagen produzieren ein "Lysozym" genanntes Enzym. Welche Reaktion wird von diesem Enzym katalysiert? Was ist die biologische Funktion dieses Enzyms? Lysozym wird auch von Vertebraten synthetisiert. Geben Sie ein Beispiel, wo in diesen Lebewesen dieses Enzym vorkommt und welche Funktion es dort erfüllt. 2

3 Frage 3 A: Alternative Sigma-Faktoren sind ein wesentliches Element der regulierten Genexpression bei Bakterien. Welche Klasse von Genen wird durch den alternativen Sigma-Faktor Sigma32 kontrolliert? Welchen Teil dieser Gene erkennt das Protein? B: Welche Polymerase transkribiert in Eukaryonten die Gene, die für die ribosomale RNA codieren? Wie kann man diese Polymerase pharmakologisch von den anderen beiden unterscheiden? Wo in der Zelle findet die Ribosomen-Biosynthese statt? C: Sie möchten gerne ein Enzym rekombinant in Bakterien herstellen, das nur in der menschlichen Schilddrüse vorkommt. In Ihrer Arbeitsgruppe stehen eine genomische Bibliothek aus humaner DNA sowie eine Sammlung von 15 verschiedenen humanen cdna-bibliotheken vor. Welche Art von Bibliothek wählen Sie, um das für Sie relevante offene Leseraster in den bakteriellen Expressionsvektor zu klonieren? Können Sie aufgrund der hier gegebenen Information sicher sein, dass Ihre Arbeitsgruppe eine geeignete Bibliothek besitzt? Begründen Sie Ihre Antwort. 3

4 Frage 4 A: Benennen Sie drei verschiedene DNA-Reparatur-Systeme und geben Sie jeweils ein Beispiel für die Art des Schadens, den das jeweilige System reparieren kann. B: Das Mismatch-Reparatur-System muss während der Replikation zwischen Matrizenstrang und neu synthetisiertem Strang unterscheiden. Woran erkennen die entsprechenden Proteine in Eschericia coli den zu reparierenden Strang? C: Der Ames-Test dient der Messung der Mutagenizität von Chemikalien. Welche Rolle spielt der Zusatz von Leberextrakt bei der Durchführung des Tests? Sie wollen mit einem analogen Verfahren die mutagene Wirkung von UV-Strahlen messen. Müssen Sie für dieses Experiment auch Leberextrakt einsetzen? Begründen Sie Ihre Antwort. D: Wie werden Doppelstrangbrüche in Eschericia coli repariert? Sie isolieren Mutanten, die Defekte in diesem Reparaturprozess aufweisen. Nennen Sie ein Beispiel für ein Gen, das in einem solchen mutanten Stamm mutiert sein könnte. 4

5 Frage 5 A: Die Begriffe -Helix, Doppelhelix und Tripelhelix beschreiben wichtige biologische Strukturen. Benennen Sie Makromoleküle, bei denen diese Strukturen typischerweise vorkommen. -Helix: Doppelhelix: Tripelhelix: B: Benennen Sie die unmittelbaren Wechselwirkungen, die eine -Helix stabilisieren. Zwischen welchen konkreten funktionellen Gruppen treten diese Wechselwirkungen auf? C: Kann eine isolierte (typische) -Helix in wäßriger Lösung einen stabilen Faltungszustand annehmen? D: Kann eine isolierte -Helix in einer Lipiddoppelschicht stabil sein? E: Beschreiben Sie in wenigen Worten die Struktur einer Doppelhelix. Konzentrieren Sie sich dabei auf die wesentlichsten nichtkovalenten Wechselwirkungen. 5

6 Frage 6 A: Definieren Sie den Begriff "offenes Leseraster" (open reading frame). B: In wievielen verschiedenen Leserastern kann ein doppelsträngiger DNA-Abschnitt theoretisch gelesen werden? C: Der Begriff Genexpression umfaßt die Prozesse, die von einem Gen zum kodierten Protein führen. Wie wählen Bakterien aus einem doppelsträngigen DNA-Abschnitt das "richtige" Leseraster zur Proteinsynthese aus? D: Definieren Sie in aller Kürze die folgenden Begriffe. Punktmutation: Stille Mutation: Nonsense-Mutation: 6

7 Frage 7 A: Im tet-operon bindet der tet-repressor an einen tet-operator. Tetrazyklin induziert die Expression der nachgeschalteten Gene. Handelt es sich um positive oder negative Kontrolle der Genexpression? B: Welchen Effekt hat die Bindung von Tetrazyklin an das Repressor-Protein auf dessen DNA- Bindeeigenschaften? C: Sie möchten die Expression der Gene des tet-operons mit IPTG induzieren können. Ihr Bakterienstamm exprimiert den laci-repressor. Schlagen Sie eine gentechnische Strategie vor, um die Gene des tet-operons unter IPTG-Kontrolle zu bringen. D: Das tet-operon ist Teil eines DNA-Transposons (Tn10). Wie heißt der Mechanismus, mit dem sich dieses bewegliche genetische Element im Genom von E. coli bewegt? E: Welches Enzym bewerkstelligt die Bewegung des Tn10 Transposons und wo befindet sich das für dieses Enzym kodierende Gen? F: Wieviele Kopien des Tn10 Transposons liegen im Genom eines Bakterienstammes nach drei Sprüngen des Transposons vor, wenn man von einem Bakterienstamm mit einer Kopie des Transposons im Genom ausgeht? 7

8 Frage 8 A: Die meisten mrnas tragen einen so genannten poly-a-schwanz. Durch welches Sequenzelement ist die Information für diesen Schwanz im entsprechenden Gens codiert? Benennen Sie die enzymatischen Aktivitäten, die für die Interpretation dieses Sequenzelements notwendig sind. B: Sie möchten ein humanes Gen isolieren, das für eine bestimmte trna codiert. In welcher Art von Genbibliothek würden Sie danach suchen? Begründen Sie Ihre Wahl! C: Unter bestimmten Umweltbedingungen, z.b. bei Aminosäuremangel, wird der eukaryontische Initiationsfaktor eif2 phosphoryliert. Was ist die Konsequenz dieser Phosphorylierungsreaktion? Skizzieren Sie in wenigen Worten den zugrunde liegenden Mechanismus. 8

9 Frage 9 Antibiotika im engeren Sinne sind niedermolekulare Stoffwechselprodukte, die in bereits geringen Konzentrationen auf andere Organismen toxisch wirken, indem sie lebenswichtige "drug targets" im Zielorganismus hemmen. Nennen Sie drei generelle Strategien, durch die sich Bakterien einer solchen toxischen Wirkung entziehen können und belegen Sie jede der Strategien durch jeweils ein Beispiel. Frage 10 Oft sind die Genprodukte, die in einem Stoffwechselweg wirken, in einem gemeinsamen Operon kodiert. Beispiele sind das trp- und das lac-operon. A) Für welche Stoffwechselwege stellen die beiden Operons die Enzymausstattung bereit? (2 Punkte) B) Beide Operons stehen jeweils unter Kontrolle eines spezifischen Repressor-Proteins. Welchen Effekt hat die Bindung des Repressors an den Operator und wie wird in den beiden Beispielen die Bindung des Repressors jeweils reguliert? (6 Punkte) C) Sie arbeiten mit einem Bakterien-Stamm, bei dem die lac-operator-sequenz vor dem lac Operon deletiert wurde. Sie plattieren diesen Stamm auf Medium mit X-Gal (A) und auf Medium mit X-Gal und IPTG (B) aus. Welche Farbe haben die Kolonien auf Medium (A) und (B)? Warum? (2 Punkte) 9

10 Frage 11 A) Erklären Sie in wenigen Worten, durch welche unmittelbaren Wechselwirkungen eine alpha- Helix stabilisiert wird (4 Punkte). B) Zeichnen Sie die Strukturformel von Prolin (3 Punkte). C) Erklären Sie, warum Prolin ein alpha-helix-brecher ist (3 Punkte). Frage 12 IPTG beeinflußt als sogenanntes kleines Molekül das Verhalten des lac-repressor-proteins und damit die Genexpression vom lac-operon. A) Warum bezeichnet man diesen Typ der Genregulation als negative Kontrolle? (3 Punkte) B) Welches Protein vermittelt im Gegensatz dazu die "positive Kontrolle" bei der Genexpression vom lac-operon? Welche Parameter werden so bei der Expression der lac-gene integriert? (3 Punkte) C) Sie untersuchen einen Bakterien-Stamm, der zwar ein lac Operon enthält, aber dessen laci-gen im für die IPTG-Bindungsstelle codierende Bereich mutiert ist. Das entsprechende Protein hat keine nennenswerte Affinität für IPTG mehr, entspricht in allen anderen Eigenschaften aber dem Wildtypprotein. Sie plattieren diesen Stamm auf Medium mit X-Gal (A) und auf Medium mit X- Gal und IPTG (B) aus. Welche Farbe haben die Kolonien auf Medium (A) und (B)? Warum? (4 Punkte) 10

11 Frage 13 A:Wie wirkt Puromycin? B: Kann Puromycin in der Humanmedizin zur Bekämpfung bakterieller Infektionen eingesetzt werden? Begründen Sie Ihre Antwort. C: Wie können Organismen Puromycin-Resistenz erreichen? Frage 14 Erläutern Sie mit mindestens zwei stichhaltigen Argumenten, warum doppelsträngige DNA einen stabileren Speicher genetischer Information darstellt als einzelsträngige RNA. Frage 15 A:Welche äußeren Einflüsse können Mutationen induzieren? B: Wozu dient der Ames-Test? C: Wieso benötigt man für die Durchführung des Tests einen Leber-Extrakt? Frage 16 Bei der Translation wird das Startcodon in Bakterien und eukaryontischen Zellen auf unterschiedliche Weise erkannt. Benennen Sie die Sequenzmotive, die zur effizienten Initiation der Translation an den Startcodons bakterieller bzw. eukaryontischer mrnas notwendig sind. Frage 17 A: Was ist die zelluläre Funktion der SOS-Antwort? B: Beschreiben Sie kurz das Regulationsprinzip des SOS-Regulons. 11

12 Frage 18 A: Beschreiben Sie die Wirkung von Penicillin. B: Wie können Bakterien Penicillin-Resistenz erreichen? C: Nennen Sie drei Antibiotika, die die bakterielle Proteinsynthese hemmen Frage 19 Welche biologische Funktion hat das Restriktions/ Modifikationsystem und wie funktioniert es? Frage 20 A: Welches DNA-Reparatursystem ist bei der menschlichen Erbkrankheit Xeroderma pigmentosum betroffen? B: Die Patienten sind extrem empfindlich gegen UV-Licht. Welcher DNA-Schaden kann durch UV-Strahlung hervorgerufen werden? C: Warum bekommen die betroffenen Patienten sehr häufig Krebs? Frage 21 Im Rahmen einer humangenetischen Forschungsarbeit zu einer Erbkrankheit stellt sich heraus, dass bei vielen der betroffenen Familien eine sogenannte Spleißmutation in dem defekten Gen vorliegt. Was versteht man unter Spleißmutation? Nennen Sie ein Beispiel für die möglichen Konsequenzen einer solchen Mutation für das codierte Protein. Frage 22 A: Definiere den lysogenen Zustand eines Bakteriophagen. Wie nennt man Bakteriophagen, die als Lysogene existieren können? B: Wie kann der Bakteriophage Lambda aus dem lysogenen Zustand herauskommen und lytisch werden? Welches Schlüsselereignis passiert hierbei auf regulatorischer Ebene? 12

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