Altklausuren
1. Wie kann ‚Robustheit‘ in biologischen Systemen erreicht werden? Nennen Sie drei Prinzipien (3P)
• über Implementierung, dazu sind 3 Methoden bekannt:
◦ Feedback loops = ein negativer Feedback loop stabilisiert ein System für ein Gleichgewicht. Wenn das System zu driften
beginnt, zieht das negative Feedback loop es tendenziell aus extremen Zuständen oder Verhaltensweisen zurück
◦ Redundanz = mehrere Komponenten mit äquivalenten Funktionen werden zur Sicherung eingeführt
▪ Bsp.: wenn Gen A und Gen B das Gen C exprimieren, dann kann dieses auch gebildet werden, wenn Gen A ausfällt →
Gen B führt die Funktion weiter
◦ Modularität = Subsysteme sind physikalisch oder funktional isoliert, sodass sich ein Ausfall in einem Modul nicht auf andere
Teile ausbreitet und zu einer systemweiten Katastrophe führt
▪ Bsp.: eine tote Zelle im Gewebe ist kein Problem für den Gewebekomplex
2. Erklären Sie eine einfache Rückkopplungsschleife, die zur Oszillation führen kann (Protein X und mRNAs). Nennen Sie ein Beispiel
• viel Protein X = wenig mRNA = wenig Protein X = viel mRNA = viel Protein
• Bsp: Rhythmus der circadianen Uhr
3. Nennen Sie 4 Vorteile von Modellen
• Verbesserung der konzeptionellen Erklärung • Verallgemeinerungen zulassen
• Hervorheben von Wissens- und Verständnislücken • Verbessern des Systems durch Visualisierung
• Unterstützen von Experimenten • mach Aussagen, welche mittels Experimente getestet
werden können
4. Die ‘zone of polarizing activity’ (zpa) ist an der Musterbildung der Gliedmaßen von Vertebraten beteiligt
• French Flag nicht vergessen, da die Finger nach Schwellenwerte der Konzentration des Morphogens ausgebildet werden
a) Beschreiben Sie ein Experiment, das die Funktion der zpa testet (2P)
◦ durch Transplantationsstudien an Knospen von Kükengliedern konnte ZPA identifiziert werden. Die ZPA-Region eines Donors
wurde dabei in eine 2. Extremität anterior transplantiert und führte zu einer spiegelbildlichen Duplikation. Am häufigsten
konnte dabei eine Finger-Duplikation von 4-3-3-4 beobachtet werden, wobei der Finger 2 fehlte
b) Welches Morphogen ist für die Funktion der zpa maßgeblich verantwortlich? (1P)
◦ Sonic Hedgehog (SHh)
c) Beschreiben Sie zwei Experimente, mit denen Sie die Funktion dieses Morphogens bei der Musterbildung der Gliedmaßen testen
können (2P)
◦ Transplantationsexperimnet (Huhn):
▪ aus einem Donor werden Hühner-Fibroblasten entnommen und durch einen Retrovirus mit Shh transfiziert. Anschließend
werden die Fibroblasten wieder in das Huhn transplantiert und die Extremitätenausbildung beobachtet.
▪ Da Shh die Funktion von ZPA ersetzen kann bilden sich ZPA-ähnliche Duplikationen aus
◦ Gli3 (Maus):
▪ Gli3 ist ein Transkriptionsrepressor, welcher Shh negativ reguliert und somit seinen Einfluss beschränkt. Wird dieser
Inhibiert, so kann es bei Mäusen zur Ausbildung von Polydaktylie kommen
▪ eine ungehinderte SHh-Expression resltiert somit in einer vermehrten Fingerbildung
5. Das Protein Pom1p ist daran beteiligt, Zellgröße und Zellteilung zu koordinieren. Beschreiben Sie den molekularen Mechanismus (3P)
• Pom1p ist eine Tyrosinphosphorylierungs-regulierte Kinase und bildet einen kortikalen Gradienten aus, bei dem die höchste
Konzentration an den Zellspitzen liegt. Somit hat dieses Protein Einfluss auf die Zellpolarität, Zelllänge und Zellteilung
• Zellen teilen sich, sobald diese eine bestimmte Größe erreicht haben. Die Länge kann durch gegenläufige Gradienten
wahrgenommen werden, welche das Binden eines Proteins verhindern (Cdr2). Sobald die Zelle so lang geworden ist, dass die
Gradienten sich nicht mehr überschneiden, kann Cdr2 an die Zellmembran binden und der Zelle somit mitteilen, dass sie lang
genug für eine Zellteilung ist. Dies geschieht dadurch, dass die Anlagerung von Cdr2 eine Unterdrückung des Wee1 Proteins mit
sich bringt. Dadurch kann Cdr1 aktiviert werden und die Zellteilung initiieren. Mid1p ist ein weiteres Molekül, welches erst an die
Zellmembran binden kann, sobald der Pom1p Gradient die Zellmitte nicht mehr erreicht. Dieser Lokalisiert sich an der Membran
und gibt somit dem kontraktilen Ring die Information über die Position der Abschnürung und somit Zellteilung
6. Erklären Sie „planare Zellpolarität“! Nennen Sie zwei Beispiele (2P)
• planare Zellpolarität meint die Polarisierung von Epithelzellen in einem epithelialen Verband
• tritt auf bei der gerichteten Ausbildung von Haaren auf Mäusepfoten oder dem Flügel der Drosophila. Dabei polarisiert sich das zu
entwickelnde Gewebe vorerst entlang der apikal-basal Achse und später in der Entwicklung wird jede einzelne Zelle polarisiert,
sodass sich eine systematische und parallele Ausrichtung ausbildet.
1. Wie kann ‚Robustheit‘ in biologischen Systemen erreicht werden? Nennen Sie drei Prinzipien (3P)
• über Implementierung, dazu sind 3 Methoden bekannt:
◦ Feedback loops = ein negativer Feedback loop stabilisiert ein System für ein Gleichgewicht. Wenn das System zu driften
beginnt, zieht das negative Feedback loop es tendenziell aus extremen Zuständen oder Verhaltensweisen zurück
◦ Redundanz = mehrere Komponenten mit äquivalenten Funktionen werden zur Sicherung eingeführt
▪ Bsp.: wenn Gen A und Gen B das Gen C exprimieren, dann kann dieses auch gebildet werden, wenn Gen A ausfällt →
Gen B führt die Funktion weiter
◦ Modularität = Subsysteme sind physikalisch oder funktional isoliert, sodass sich ein Ausfall in einem Modul nicht auf andere
Teile ausbreitet und zu einer systemweiten Katastrophe führt
▪ Bsp.: eine tote Zelle im Gewebe ist kein Problem für den Gewebekomplex
2. Erklären Sie eine einfache Rückkopplungsschleife, die zur Oszillation führen kann (Protein X und mRNAs). Nennen Sie ein Beispiel
• viel Protein X = wenig mRNA = wenig Protein X = viel mRNA = viel Protein
• Bsp: Rhythmus der circadianen Uhr
3. Nennen Sie 4 Vorteile von Modellen
• Verbesserung der konzeptionellen Erklärung • Verallgemeinerungen zulassen
• Hervorheben von Wissens- und Verständnislücken • Verbessern des Systems durch Visualisierung
• Unterstützen von Experimenten • mach Aussagen, welche mittels Experimente getestet
werden können
4. Die ‘zone of polarizing activity’ (zpa) ist an der Musterbildung der Gliedmaßen von Vertebraten beteiligt
• French Flag nicht vergessen, da die Finger nach Schwellenwerte der Konzentration des Morphogens ausgebildet werden
a) Beschreiben Sie ein Experiment, das die Funktion der zpa testet (2P)
◦ durch Transplantationsstudien an Knospen von Kükengliedern konnte ZPA identifiziert werden. Die ZPA-Region eines Donors
wurde dabei in eine 2. Extremität anterior transplantiert und führte zu einer spiegelbildlichen Duplikation. Am häufigsten
konnte dabei eine Finger-Duplikation von 4-3-3-4 beobachtet werden, wobei der Finger 2 fehlte
b) Welches Morphogen ist für die Funktion der zpa maßgeblich verantwortlich? (1P)
◦ Sonic Hedgehog (SHh)
c) Beschreiben Sie zwei Experimente, mit denen Sie die Funktion dieses Morphogens bei der Musterbildung der Gliedmaßen testen
können (2P)
◦ Transplantationsexperimnet (Huhn):
▪ aus einem Donor werden Hühner-Fibroblasten entnommen und durch einen Retrovirus mit Shh transfiziert. Anschließend
werden die Fibroblasten wieder in das Huhn transplantiert und die Extremitätenausbildung beobachtet.
▪ Da Shh die Funktion von ZPA ersetzen kann bilden sich ZPA-ähnliche Duplikationen aus
◦ Gli3 (Maus):
▪ Gli3 ist ein Transkriptionsrepressor, welcher Shh negativ reguliert und somit seinen Einfluss beschränkt. Wird dieser
Inhibiert, so kann es bei Mäusen zur Ausbildung von Polydaktylie kommen
▪ eine ungehinderte SHh-Expression resltiert somit in einer vermehrten Fingerbildung
5. Das Protein Pom1p ist daran beteiligt, Zellgröße und Zellteilung zu koordinieren. Beschreiben Sie den molekularen Mechanismus (3P)
• Pom1p ist eine Tyrosinphosphorylierungs-regulierte Kinase und bildet einen kortikalen Gradienten aus, bei dem die höchste
Konzentration an den Zellspitzen liegt. Somit hat dieses Protein Einfluss auf die Zellpolarität, Zelllänge und Zellteilung
• Zellen teilen sich, sobald diese eine bestimmte Größe erreicht haben. Die Länge kann durch gegenläufige Gradienten
wahrgenommen werden, welche das Binden eines Proteins verhindern (Cdr2). Sobald die Zelle so lang geworden ist, dass die
Gradienten sich nicht mehr überschneiden, kann Cdr2 an die Zellmembran binden und der Zelle somit mitteilen, dass sie lang
genug für eine Zellteilung ist. Dies geschieht dadurch, dass die Anlagerung von Cdr2 eine Unterdrückung des Wee1 Proteins mit
sich bringt. Dadurch kann Cdr1 aktiviert werden und die Zellteilung initiieren. Mid1p ist ein weiteres Molekül, welches erst an die
Zellmembran binden kann, sobald der Pom1p Gradient die Zellmitte nicht mehr erreicht. Dieser Lokalisiert sich an der Membran
und gibt somit dem kontraktilen Ring die Information über die Position der Abschnürung und somit Zellteilung
6. Erklären Sie „planare Zellpolarität“! Nennen Sie zwei Beispiele (2P)
• planare Zellpolarität meint die Polarisierung von Epithelzellen in einem epithelialen Verband
• tritt auf bei der gerichteten Ausbildung von Haaren auf Mäusepfoten oder dem Flügel der Drosophila. Dabei polarisiert sich das zu
entwickelnde Gewebe vorerst entlang der apikal-basal Achse und später in der Entwicklung wird jede einzelne Zelle polarisiert,
sodass sich eine systematische und parallele Ausrichtung ausbildet.
