Termin 4

Biologie I/B: Klassische und molekulare Genetik, molekulare Grundlagen der Entwicklung
Theoretische Übungen
SS 2016, Termin 4
Biologie I/B: Klassische und molekulare Genetik, molekulare
Grundlagen der Entwicklung
Theoretische Übungen
SS 2016
Fragen für die Übungsstunde 4 (20.06. – 24.06.)
Regulation der Transkription II, Translation und ihre Regulation
1.
Kreuzen Sie die richtige Fortsetzung der Aussage an:
Aussage
… handelt es sich um
eine …
… ist das Protein …
positive
Kontrolle
ein
Aktivator
negative
Kontrolle
ein
Repressor
Wenn ein regulatorisches Protein von der
DNA gelöst werden muss, damit das
abhängige Gen transkribiert werden
kann,...
Wenn ein regulatorisches Protein die
Polymerase bei der Bindung an einen
Promotor unterstützt oder die
Transkription stimuliert,...
2.
Eine Reihe von Genen, deren Transkription von einem einzelnen Promotor
ausgehend erfolgt, nennt man …
a)
Repressor
b)
Promotor
c)
Operon
d)
Transkriptom
e)
Oppressor
Erklären Sie auch die ausgeschlossenen Begriffe!
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3.
Welche Aussagen zu den grundlegenden Eigenschaften eines
prokaryotischen Operons sind richtig?
a)
Ein Operon besteht in der Regel aus mehreren Genen, die zwischen einem
Promotor und einem Terminator angeordnet sind.
b)
Die einzelnen Genen eines Operons sind in der Regel unter autonomer
Transkriptions-Kontrolle.
c)
Den einzelnen Gene eines Operons sind identische Promotoren vorgeschaltet.
d)
Die Transkription der einzelnen Gene eines Operons wird gemeinsam
reguliert.
e)
Ein Operon enthält ausschließlich Gene, die für Proteine kodieren, die eine
Rolle bei der Stresstoleranz spielen.
f)
In einem Operon sind oft Gene zusammengefasst, die für gemeinsam an
einem Stoffwechselweg beteiligte Enzyme kodieren.
g)
Die Gene eines Operons werden in eine polycistronische mRNA transkribiert.
Multiple Choice Fragen
Wichtig: bitte begründen Sie in jedem Fall Ihre Antworten!
4.
Der lac-Repressor bindet an
a) Allolaktose und DNA
b) RNA-Polymerase
c) RNA-Polymerase und DNA
d) -Galaktosidase, Permease und Transacetylase
e) Promotor und Laktose
5.
RNA-Polymerase bindet an
a) das Repressor-Gen
b) den Promotor
c) den Operator
d) das Permease-Gen
e) Laktose
6.
Die -Galaktosidase katalysiert folgende Umsetzung:
a) Glukose in Galaktose
b) Galaktose in Laktose
c) Galaktose in Glukose und Laktose
d) Laktose in Galaktose und Glukose
e) Laktose in zwei Glukose-Moleküle
f) Laktose in Allolactose
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7.
Eine Null-Mutation im Repressor (I-) hat folgende Konsequenz(en) für die
Expression des lac-Operons:
a) keine Transkription des lac-Operons
b) induzierbare Transkription des lac-Operons
c) Transkription des lac-Operons, aber keine Translation
d) keine Translation
e) konstitutive Transkription des lac-Operons
8.
Eine Promotor-Mutation (P-, Deletion) hat folgende Konsequenz(en) für die
Expression des lac-Operons:
a) keine Transkription des lac-Operons
b) induzierbare Transkription des lac-Operons
c) Transkription des lac-Operons, aber keine Translation
d) keine Translation
e) konstitutive Transkription des lac-Operons
9.
Die Mutation des Repressors zum Superrepressor (Is) hat folgende
Konsequenz(en) für die Expression des lac-Operons:
a) keine Transkription des lac-Operons
b) induzierbare Transkription des lac-Operons
c) Transkription des lac-Operons, aber keine Translation
d) keine Translation
e) konstitutive Transkription des lac-Operons
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10.
Im Folgenden werden verschiedene partiell diploide Bakterien mit
verschiedenen Genotypen bezüglich des lac-Operons generiert. Bitte ordnen Sie den
jeweiligen Genotypen die Phänotypen zu und begründen Sie Ihre Wahl. (Zur
Wiederholung: wie generieren Sie partiell diploide Bakterien?)
Genotypen:
A) I- P+ O+ Z+ / I+P+O+ZB) Is P+ O+ Z+ / I+P+O+ZPhänotypen:
In partiell diploiden Bakterien finden Sie
I. Induzierbare Produktion von Repressor
II. Induzierbare Produktion von -Galaktosidase
III. Konstitutive Produktion von -Galaktosidase
IV. Keine Produktion von -Galaktosidase
V. Konstitutive Produktion von Laktose
Genotyp:
C) I+ P+ O+ Z+ Y- / I+ P- O+ Z+ YPhänotypen:
In partiell diploiden Bakterien finden Sie:
I. Induzierbare Produktion von -Galaktosidase
II. Induzierbare Produktion von -Galaktosidase und Permease
III. Konstitutive Produktion von -Galaktosidase
IV. Konstitutive Produktion von -Galaktosidase und Permease
V. Weder -Galaktosidase noch Azetylase Produktion
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11.
Sie haben partiell diploide E. coli Stämme mit folgenden Genotypen
konstruiert. Wo finden Sie mit bzw. ohne Induktor hohe Enzym-Aktivitäten der ßGalaktosidase und der Permease? Setzen Sie ein „+“ für hohe Enzymaktivität,
andernfalls ein „-“.
ohne Induktor
ß-Gal
Permease
mit Induktor
ß-Gal
Permease
i+ o+ z+ y+ / i+ o+ z- yi+ o+ z+ y+ / i- o+ z- y+
is o+ z+ y+ / i+ o+ z+ yi+ oc z- y+ / i+ o+ z+ yi- o+ z+ y+ / is oc z- y+
12.
Bakterienzellen nehmen normalerweise die Aminosäure Tryptophan aus ihrer
Umgebung auf. Steht kein Tryptophan zur Verfügung, können sie es auch selber aus
einfachen Vorstufen synthetisieren. Der Tryptophan-Repressor inhibiert die
Transkription des Tryptophan-Operons, auf dem die Gene für die Synthese dieser
Aminosäure zusammengefasst liegen. In der Gegenwart von Tryptophan bindet der
Repressor an seine Bindestelle im Promotor des Tryptophan-Operons.
A)
Erklären Sie, warum die Tryptophan-abhängige Bindung des
Repressors an den Promotor eine nützliche Eigenschaft ist.
B)
Was würden Sie für die im Tryptophan-Operon kodierten Enzyme in
einer Zelle erwarten, die einen mutanten Repressor trägt, der
entweder
C)
i)
nicht an DNA binden kann oder
ii)
auch in Abwesenheit von Tryptophan an DNA bindet?
Was würde in den Fällen i) und ii) passieren, wenn die Zelle
zusätzlich normales Tryptophanrepressorprotein von einer zweiten,
unmutierten Kopie des Repressor-Gens produzieren würde?
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13.
Das folgende Diagramm zeigt die Anordnung der Bindungsstellen für die
regulatorischen Proteine CAP und lac-Repressor am Promotor/Operator des lacOperons.
CAP-BindungsStelle
Promotor
Start der RNA-Synthese
Operator
lacZ-Gen
Je nachdem, welche der beiden Zucker Laktose und Glukose im Kultur-Medium von
E. coli vorliegen, gibt es vier mögliche Kombinationen für die Bindung der beiden
regulatorischen Proteine. Tragen Sie in der folgenden schematischen Darstellung der
vier Kombinationen auf der linken Seite mit + / - ein, welche Zucker im Medium
vorhanden sind. Tragen Sie auf der rechten Seite ein, bei welcher Kombination Sie
erwarten, dass das Operon transkribiert wird.
LacRepressor
CAP
LacRepressor
CAP
6
Welche Zucker
sind vorhanden?
Bitte kreuzen Sie
an:
Findet
Transkription
statt? Bitte
kreuzen Sie an:
Glukose
ja
Laktose
nein
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14.
Beschriften Sie die Abbildung. Die Nummern 1-3 stehen für die Phasen des
abgebildeten Prozesses.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
7
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15.
Im Prinzip kann eine eukaryotische Zelle die Expression ihrer Gene an jedem
der unten dargestellten Wege von der DNA zum aktiven Protein kontrollieren.
Zellkern
Cytosol
modifiziertes Protein
DNA
 prä-mRNA 
mRNA
mRNA
Nukleotide
a)
Protein
Aminosäuren
Ordnen Sie die folgenden Kontrollpunkte in dem Schema ein:
i)
Regulation des mRNA-Abbaus
ii)
Regulation der Proteinaktivität
iii)
Regulation der Proteinstabilität
iv)
Regulation der RNA-Prozessierung
v)
Regulation des nukleären Transports und der RNA-Lokalisation
vi)
Transkriptionsregulation
vii)
Translationsregulation
b) Welche dieser Kontrollen werden sehr wahrscheinlich in Bakterien nicht genutzt?
16.
Der Begriff „Sekundärstruktur“ im Zusammenhang mit Proteinen meint:
a) die lineare Sequenz der Aminosäuren.
b) die dreidimensionale Organisation aller Atome in der Polypeptidkette.
c) die Faltung und die intramolekularen Interaktionen der Polypeptidkette.
d) die Interaktion zwischen Polypeptidketten, die zusammen ein multimeres
Protein bilden.
e) die relativen Anteile von geladenen und ungeladenen Aminosäuren in
einem Protein.
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17.
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Nachdem eine Polypeptidkette am Ribosom synthetisiert wurde,
a) faltet sie sich immer direkt in ihre funktionelle Struktur.
b) interagiert sie normalerweise mit molekularen Chaperonen, die den
Faltungsprozess steuern.
c) interagiert sie normalerweise mit molekularen Chaperonen, die den
Faltungsprozess steuern oder die das Polypeptid in einer Konformation halten,
die den Transport in ein anderes Zellkompartiment erlauben.
d) verlässt sie den Nukleus, um mit molekularen Chaperonen zu interagieren,
die ein Teil der funktionellen Struktur werden, wenn es sich bei dem Protein
um ein Enzym handelt.
18. Ordnen Sie die folgenden Funktionen den angegebenen Zellstrukturen zu:
A DNA Synthese
1
cytoplasmatische Membran
B RNA Synthese
2
raues endoplasmatisches Retikulum
C Synthese von cytoplasmatischen Proteinen 3
Polysomen
D Abbau von Makromolekülen
4
Golgi Apparat
E Endocytose
5
Zellkern
F Exocytose
6
Ribosomen
G Entstehung der Ribosomen
7
Mitochondrien
H Energieversorgung
8
Peroxisomen
J Synthese von sekretorischen Proteinen
9
Endosomen
K Empfang von Botschaften
10 Lysosomen
L Intrazellulärer Transport von Substanzen
11 Cytoskelett
12 Nukleolus
9
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19. Wie gelangen Proteine mit einem Kernexportsignal in den Kern hinein?
20. Welches Schicksal erwartet ein Protein ohne Signalsequenz?
21. Gesetzt, Sie haben ein Protein, dessen Funktion Sie aufklären wollen, durch
das Anfügen von Signalsequenzen verändert. Allerdings haben Sie widersprüchliche
Signalsequenzen angefügt. Wo erwarten Sie die folgenden Proteine - und warum?
Signal für
plus Signal für
Import ins ER
Import in den Kern
Import ins ER
Import in Peroxisomen
Import in Mitochondrien
Retention im ER
Import in den Kern
Export aus dem Kern
Lokalisation des Proteins
22.
Eine Zelle kann sich in jedem Fall nur dann teilen, wenn seit der letzten
Zellteilung …
ja
ihr Volumen verdoppelt wurde
die Menge an chromosomaler DNA verdoppelt wurde
die Menge mitochondrialer DNA verdoppelt wurde
die Zellorganellen verdoppelt wurden
die Anzahl an Mitochondrien mindestens um ein Drittel
zugenommen hat
die Anzahl der Ribosomen mindestens um ein Drittel
zugenommen hat
10
Nein