Biochemie - Klausurvorbereitung PDF

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Klausurauswertung Welche funktionellen Gruppen besitzen wie zeichnen Sie eine Form der (mit Sie zwei und verbinden sie einer Freie Aminogruppe des Proteins (Methionin) N Freie Carboxylgruppe des Proteins C Was versteht man unter Welche Einheit hat Sie den Einfluss der realen Konzentration der Produk...

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Klausurauswertung (2014) 1. Welche funktionellen Gruppen besitzen Aminosäuren, wie heißen sie und zeichnen Sie eine Form der Aminosäure (mit -R Gruppe). Zeichnen Sie außerdem zwei Aminosäuren und verbinden sie diese zu einer Peptidbindung!

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Peptidrückrat (Peptidbindung):

◦ Freie Aminogruppe "zu Beginn" des Proteins (Methionin) – N Terminus ◦ Freie Carboxylgruppe "am Ende" des Proteins – C Terminus

2. Was versteht man unter Enzymaktivität. Welche Einheit hat sie? Erklären Sie den Einfluss der realen Konzentration der Substrate und Produkte auf Enyzmaktivität? •

Enzymaktivität gibt den Stoffumsatz der katalysierten Reaktion pro Zeit an: ◦ Enzymaktivität V = ◦ Einheit: 1 U = 1

umgesetzte Stoffmenge Zeit

μmol min

◦ Je höher die Substratkonzentration, desto höher ist die Geschwindigkeit des Substratumsatzes ◦ Es existiert ein Sättigungswert an den sich die Geschwindigkeit des Stoffumsatzes asymptotisch annähert. ▪ Erklärung: ab einer bestimmten Substratkonzetration sind alle Enzyme innerhalb der Testmenge besetzt

◦ Maß für Geschwindigkeit eines Enzyms ist die Michaelis-Menten Konstante (KM) ▪ entspricht der Substratkonzentration, bei der die halbe Maximalgeschwindigkeit des Substratumsatzes erreicht ist. ◦ Die Konrentration des Produkts ist an und für sich nebensächlich, es sei denn, der Reaktionsraum ist begrenzt oder das Produkt dient gleichzeitig zur Inhibierung (Feedbackinhibierung) des Enzyms oder einer der vorhergehenden Reaktionsschritte

3. Erklären Sie die Reaktion der energetischen Kopplung von Glucose mit dem Enzym Hexokinase (Phosphorilierung von Glucose). Was ist die exergone Teilreaktion, welches die endergone Teilreaktion?

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ΔG ist die Änderung der freie Enthalpie bis zum Erreichen des Gleichgewichts, wenn die Konzentrationen der Reaktanten und Produkte zu Beginn der Reaktion gleich 1 mol/ l sind

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Enthalpie beschreibt den Energieumsatz von chem. Reaktionen

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bei der Phosphorilierung von Glukose mit Hexokinase:

◦ => ATP + H2O -> ADP + Phophat ist die exergone Teilreaktion ◦ => Glucose + Phophat -> Glucose-6-Phosphat + H2O ist die endergone Teilreaktion ◦ Denn: Änderung der freien Standardenthalpien sind additiv und so ermöglicht die Kopplung endergoner und exergoner Reaktionen den Ablauf

4. Erklären Sie die Glykolyse von Glucose bis Pyruvat mit allen Enzymen! Markieren Sie die energieliefernden, energieverbrauchenden Reaktionen und auch alle Cosubstrate! •

Katabolismus von Glucose

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erfolgt im Cytosol und kann in drei Schritten unterteilt werden:

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I. Aktivierung von Glucose ◦ Investition von Energie ◦ Destabilisieren der Glucose ◦ verhindertDiffusion des nun geladenen Moleküls

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II. Spaltung in zwei C3 Körper

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III. Energiefixierung ◦ Substratstufenphopsphorylierung -> ATP ◦ Oxidative Phosphorylierung -> NADH

5. Ein Protein hat den Isoelektrischen Punkt bei 9,2. Welche Ladung hat es ,wenn es mit einem Puffer vom PH-Wert 8,0 zusammengeführt wird? Negativ oder Positiv? Begründen Sie! •

Saure und basische Aminosäureseitenketten der Proteinpberfläche dissoziieren entsprechend dem umgebenden pH-Milieu.

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Für jedes Protein gibt es einen pH-Wert, bei dem sich positive und negative Ladungen aufheben und der von der jeweiligen Aminosäuresequenzen abhängt (=IEP)

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An ihrem isoelektrischen Punkt gleichen sich positive und negative Einzelladungen aus

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Das Molekül erscheint in der Summe ungeladen und wandert nicht im elektrischen Feld

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Bei pH-Wert oberhab des IEP ist das Protein negativ geladen (Dissoziation der Säuregruppe nimmt zu)

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Bei einem pH-Wert unterhalb des IEP ist es positiv geladen (Dissoziation der Säuregruppe nimmt ab)

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Es folgt: Wenn der Puffer pH-Wert unter dem IEP liegt, so ist das Molekül positiv geladen.

6. Erklären Sie kurz das geometrische Modell der Lipide! Nennen Sie je ein Beispiel für konische, zylindrische, invers konisch! Erklären Sie den Einfluss der Lipidform auf die Form der Membran!

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invers konische Lipide (z.B. Lysolipide / Phosphoipide) dienen zur Bildung einer Mycelle, also eines Stoffeinschlusses

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Zylindrische Lipide (z.B. Phosphatidylcholin) dienen zum Aufbau eines Films oder eines Liposoms

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konische Lipide (z.B. Phosphatidylsäure) dient zur Bildung von invertierte Micellen (also Stoff einschluss eines hydrophilen Stoffs)

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In der Zellmembran dienen die verschiedenen Typen Lipidarten zur Unterstützung der Fluidität bzw. Der stabilität der Membran.

7. Nennen Sie verschiedene RNAs und deren Funktion! •

Boten- oder Messenger RNA (mRNA): ◦ Abschrift einer DNA Sequenz ◦ überträgt Infromationen aus dem Zellkern auf den ribosomalen Proteinsyntheseapparat ◦ wird an Ribosomen mit Hilfe der tRNAs in die Aminosäuresequenzen der Proteine übersetzt ◦ ca. 5%

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Transfer RNA (tRNA) ◦ bindet und überträgt aktivierte Aminosäuren aus dem Cytosol auf den ribosomalen Proteinsyntheseapparat ◦ ca. 15%

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ribosomale RNA ◦ baut zusammen mit zahlreichen Proteinen die Ribosomen auf ◦ hat Funtkion bei der ribosomalen Biosynthese der Proteine ◦ ca 80%

8. Erklären Sie die Faltung von Polypeptidketten in wässrgen Umgebungen! Was ist die treibende Kraft dafür? •

Die Seitenketten der eingebauten Aminosäuren sind meist unterschiedlich geladen

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In Folge dessen lagern sich diese unterschiedlich geladenen Kettenstücke nach außen zum Wasser hin

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Hinzu kommem die Seitenketten der Aminosäuren, welche hydrophop bzw lipophil sind, also unpolare Reste besitzen. Diese sich bei einaner anlagern

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Um korrekt gefaltet zu werden, dienen Chaperone (Proteine), die den Prozess steuern

9. Welchen Weg gehen die Elektronen im Photosystem 1? Was ist der erste Elektronenakzeptor im Stroma? Woher kommen die Elektronen und für was werden sie benötigt? •

Reaktionszentren des Lichtsammelkomplexs (LHC) sind eigentliche Redoxsysteme des photochemischen Elektronentransports

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Reaktionszentrum des P700 ist ein starkes Reduktionsmittel

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Es absorbiert zwei Protonen und wirkt als primärer Elektronendonator und überträgt diese nach Anregung mit Photonen auf den Primärakzeptor A0 (schwefel-eisen Protein)

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Primärakzeptor A ist in der Lage das auf der Membran leigende Ferredoxin zu reduzieren => Feredoxin ist Elektronenakzeptor

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dann weiter auf FAD-haltiges Enzym

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=> erste Akzeptor im Stroma ist Ferredoxin

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=> Elektronen stammen von der Oxidation von Plastochinon und werden letzendlich benötigt um Nadp+ + H+ -> NadpH zu reagieren

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Ferredoyin ist ein starkes Reduktionsmittel, jedoch nur mit einem freien Elektron

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Daher wird Ferredoxin verwendet um mit der Ferredoxin-NADP+-Reduktase NADPk+H+

zu synthetisieren

10. Welches ist der grundlegende Unterschied in der Synthese der Purine und der Pyrimidine? Welche Form der Ribose wird für die Nukleotidsynthese benötigt? Wie erfolgt bzw. worauf basiert die Verknüpfung der Ribose mit der Base?

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Pyrimidine werde zunächst als Ring synthetisiert, an den später der Zuckeranteil mit der Base kondensiert

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Purine werden aus dem Zucker als Basis und später die Base auf den Zucker synthetisiert

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verwendet wird die aktivierte Ribose: 5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP)

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Nach Fertigstellung des Orotats (Vorprodukt von Pyrimidinen) wird dieses mit Hilfe der Orotat Phosporribosyl-Transferase durch Abspaltung von zwei Phosphatgruppen verknüpft

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Bei der denovo-Synthese von Purinen besteht der erste Schritt aus der Aminierung von PRPP zu 5-Phophoribosyl-1-amin mit Hilfe der Glutamine phosphoribosyl amidotransferase ◦ NH2 wirkt als Anker für den weiteren Aufbau der Base (Purin)

11. Beschreiben Sie die Bedeutung der Ribonucleotid Reductase im Nucleotidstoffwechsel! Welche allosterische Regulationen existieren, d.h. Wie können Aktivität und Spezifität des Enzyms reguliert werden? •

Die wichtigste Funktion der Ribonucleotid Reductase im Nucleotidstoffwechsel ist das Reduzieren der 2´-Hydroxygruppen der Nukleotide und die so folgende Umwandlung in Desoxyribonukleotide

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allosterische Regulation der Ribonukleotid reduktase trägt zur besseren Balance im relativen Verhältnis der 4 Desoxynukleotide bei ◦ das Enzym kann über zwei allosterische Zentren reguliert werden ◦ Regulation der Gesamtaktivität: ▪ durch ATP wird die Gesamtaktivität der Ribonukleotidreuktase stimuliert ▪ dATP hemmt dagegen die enzymatische Aktivität ◦ Regulation der Substratspezifität ▪ dTTP vermindert die Affinität für UDP und CDP und erhöht damit die Affinität für GDP ▪ Umgekehrt erhöht dATP die Affinität für UDP und CDP ▪ dGTP erhöht die Affinität für ADP

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Hemmstoff: Hydroxyharnstoff

12. Welche katalytischen Strategien kennen Sie? Beschreiben Sie deren Funktionsweise! •

Bevorzugte Bindung des Übergangszustandes: ◦ Die Bindung des Übergangszustands ist stärker als die Bindunge der Substrate und Produkte ◦ daraus resultiert eine Stabilisierung des Übergangzustands

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Orientierung und Annäherung von Substraten:

◦ Die Bindung zweier Substrate in der passenden Orientierung und Konformation kann die Reaktionsgeschwindigkeit erheblich erhöhen ◦ , da die rektiven Gruppen der Moleküle in die richtige Lage zueinander kommen und für die Reaktion günstige Konformationen der Moleküle stabilisiert werden •

Allgemeine Säure-Basen-Katalyse: ◦ Aminosäurenreste z.B. Von Histidin reagiern als Säure oder Base ◦ , indem sie während der Reaktion Protonen (H+-Ionen) aufnehmen oder abgeben

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Kovalente Katalyse: ◦ Aminosäurereste oder Koenzyme gehen kovalente Bindunge mit eine Substrat und bilden ein kurzlebiges intermediat (Zwischenprodukt) ◦ In der Regel sind bei solchen Reaktionen nukleophile Aminosäuren-Seitenketten (bspw. Lysin-Seitenkette mit Aminogruppe) oder Koenzy wie Pyridoxalphophat beteiligt

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Metallionen-Katalyse: ◦ Metallionen können als strukturstabilisierende Koordinationszentren, Redoxpartner (oft Eisen- oder Kupferionen) oder als Lewissäuren (häufig Zinkionen) die Katalyse unterstützen ◦ sie können negative Ladunfen stabilisieren bzw. Abschirmen oder Wassermoleküle aktivieren

13. In ihrem Experiment haben Meselson und Stahl E.coli auf N^15 H4Cl-haltigen Medium als einzige Stickstoffquelle wachsen lassen. Beschrieben Sie in Stichworten, welchen Weg der Stickstoff gegangen ist, um letzlich in DNA eingebaut zu werden. Welche Enzyme (bzw. Enzymklassen) waren vermutlich daran beteiligt? •

Da E.coli kein stickstofffixierendes Bakterium ist, ist es auf den Abbau und wieterreaktion von Amoniak angewiesen

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1. Einbau in Glutamin ◦ Nach der Aufnahme von Amoniak besteht der erste Schritt in der synthese, bzw. Den

Einbau in Aminosäuren: ◦ Stickstoffdonator für die meisten Aminosäuren ist Glutamat bzw. Glutamin ◦ Glutamat entsteht aus Amoniak + alpha-Ketogluterat (Zwischenprodukt des Citratzyklus) ▪ Enzym: Glutamat-Dehydrogenase ◦ Glutamin entsteht aus Amoniak + Glutamat ▪ Enzym: Glutaminsynthetase •

2. Einbau in Purine (ADP, GDP) / Pyrimidine (TDP, CDP und UDP) ◦ erste Schritt der Purinsynthese ist das Ersetzen der zwei Phosphatgruppen durch NH2 aus Glutamin ◦ durch Glutamine phoporibosyl amidotransferase ◦ bei Pyrimidinen: ▪ innerhalb des Aufbaus wird die Aminogruppe von Glutamin verwende um aus Carboxyphosphat, Carbamicsäure zu gewinnen -> Bildung des Pyrimidinrings ◦ Somit sind die Grundlagen der Nukleotide und der Bausteine der DNA synthetisiert

14. Sie synthetisieren Malonyl-CoA aus Acetyl-CoA und C^14-haltigen HCO3-. Wo finden Sie das C^14 Atom in einer mit Malonyl-CoA synthetisierten Fettsäure? Welche Reaktionen liefern die Energie für die schrittweise fettsäuresynthese und welche Enyzme katalysieren diese.

15. Vergleichen Sie die beta-Oxidaiton mit der Fettsäuren Biosynthese! Wo sind Gemeinsamkeiten wo Unterschiede? Beta-Oxidation •

Fettsäurebiosynthese

Oxidativer Abbau von Fettsäuren zu

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Syntheseprozess der Fettsäuren

Acetyl-CoA

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findet im Cytosol statt

◦ wird anschließend im Citratzyklus

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Abblauf:

und der Atmungskette

◦ 1. Transport von Acetyl-CoA ins

verstoffwechselt •

•

findet im Matrixraum der Mitrochondien

◦ 2 (G). Bildung von Malonyl-CoA

statt

◦ 3 (G). Kondensation

Abblauf

◦ 2 (Ug). Aktivierung einer Fettsäure

◦ 1. Aktivierung der Fettsäure

◦ 3 (Ug). Einbau einer Doppelbindung

◦ 2. Transport von Acyl-CoA ins

◦ Verlängerung durch Elongasen

Mitrochondium ◦ 3. Abbau von Acyl-CoA ◦ 4. Abbau von ungesättigten Fettsäuren •

Zytosol

Energiebilanz ◦ führt zur Abpaltung por Acetyl-CoA

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Regulation ◦ Acetyl-CoA-Carboxylase stellt Regulationsort dar ◦ NADPH, ATP und Citrat aktivieren es ◦ Acyl-CoA hemmt es

zu einem reduzierten FAD, einem NADH+H+ ◦ das reduzierte FAD liefert dann 2 ATP (Attmungskette) ◦ NADH+H+ 3 ATP ◦ Abbau des Acetyl-CoA bringt 12 ATP

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Regulation ◦ wird durch Malonyl-CoA gehemmt (hemmt Carnitin-Transferase1)

16. Wie wird molekularer Stickstoff assimiliert? Welchen Weg geht der assimilierte Stickstoff? Wie entstehen dabei Amminosäure? Welches Enzym und welche Co-Faktoren sind dafür essentiell? •

Molekularer Stickstoff wird bspw. Durch Stickstofffixierende Cyanobakterien (z.B. Anabaena) aufgenommen ◦ dies geschieht in extra dafür ausgelegte Zellen (Heterocyste)

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Mit Hilfe der Nitrogenase wird unter Sauerstoffausschluss (O2-empfindich) Stickstoff zu

Amoniak synthetisiert, welcher dann in den weiteren Stoffwechselprozessen übergeht •

So wird Amoniak mit Hilfe der Glutamat Dehydrogenase an alpha-Ketoglutarat zu Glutamat reagiert, was der Grundbaustein für den Aminosäurestoffwechsel ist

17. Erkläre die Reaktion der energetischen Koplung von Glucose mit dem Enzym Hexokinase (Phosphorylierung von Glucose). Was ist die exogene Teilreaktion, welches ist die endergone Teilreaktion

•

ΔG ist die Änderung der freie Enthalpie bis zum Erreichen des Gleichgewichts, wenn die Konzentrationen der Reaktanten und Produkte zu Beginn der Reaktion gleich 1 mol/ l sind

•

Enthalpie beschreibt den Energieumsatz von chem. Reaktionen

•

bei der Phosphorilierung von Glukose mit Hexokinase:

◦ => ATP + H2O -> ADP + Phophat ist die exergone Teilreaktion ◦ => Glucose + Phophat -> Glucose-6-Phosphat + H2O ist die endergone Teilreaktion

◦ Denn: Änderung der freien Standardenthalpien sind additiv und so ermöglicht die Kopplung endergoner und exergoner Reaktionen den Ablauf

18. Welche funktionelle Gruppen besitzen Aminosäuren? Wie heißen sie und zeichnen Sie eine Form der Aminosäure (mit -R Gruppe). Zeichnen sie zwei Aminosäuren und verbinden sie diese zu einer Peptidbindung.

•

Peptidrückrat (Peptidbindung):

◦ Freie Aminogruppe "zu Beginn" des Proteins (Methionin) – N Terminus ◦ Freie Carboxylgruppe "am Ende" des Proteins – C Terminus

19. Ein Prtoein hat den Isoelektrischen Punkt bei 9,2 wird mit einem Puffer mit pH-Wert 8,0 zusammengeführt. Welche Ladung hat es erst? Negative Ladung oder positive Ladung? Begründen Sie! •

Saure und basische Aminosäureseitenketten der Proteinpberfläche dissoziieren entsprechend dem umgebenden pH-Milieu.

•

Für jedes Protein gibt es einen pH-Wert, bei dem sich positive und negative Ladungen aufheben und der von der jeweiligen Aminosäuresequenzen abhängt (=IEP)

•

An ihrem isoelektrischen Punkt gleichen sich positive und negative Einzelladungen aus

•

Das Molekül erscheint in der Summe ungeladen und wandert nicht im elektrischen Feld

•

Bei pH-Wert oberhab des IEP ist das Protein negativ geladen (Dissoziation der Säuregruppe nimmt zu)

•

Bei einem pH-Wert unterhalb des IEP ist es positiv geladen (Dissoziation der Säuregruppe nimmt ab)

•

Es folgt: Wenn der Puffer pH-Wert unter dem IEP liegt, so ist das Molekül positiv geladen.

20. Was versteht man unter einem Co-Faktor? Nennen Sie drei! Was ist eine prosthetische Gruppe? •

Kompliziertere Enzyme (Holoenzyme) bestehen neben einem Proteinanteil (Apoenzym) auch aus einer nicht Protienkomponente (Cofaktor) ◦ Cofaktoren sind entweder Metallionen (welche am Funktionsmechanismus beteiligt sind) oder Coenzyme ▪ die Coenzyme unterscheidet man zusätzlich noch in Prothetische Gruppe (kovalent gebunden) und Cosubstrate (cyclische Regenerierung)

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Beispiele für Cofaktoren: ◦ Phophatgruppen (Regulation der Aktivierung) ◦ Adenylreste (Regulation der Aktivierung) ◦ Polysacharide (???) ◦ H2O (für Stabilität wichtig)

21. Wie werden Glykolipide synthetisiert? (Kopf-Schwanz-Addition, Kopf-Kopf-Addition)

22. Nennen Sie die verschiedenen RNAs und deren Funktion! •

Boten- oder Messenger RNA (mRNA): ◦ Abschrift einer DNA Sequenz ◦ überträgt Infromationen aus dem Zellkern auf den ribosomalen Proteinsyntheseapparat

◦ wird an Ribosomen mit Hilfe der tRNAs in die Aminosäuresequenzen der Proteine übersetzt ◦ ca. 5% •

Transfer RNA (tRNA) ◦ bindet und überträgt aktivierte Aminosäuren aus dem Cytosol auf den ribosomalen Proteinsyntheseapparat ◦ ca. 15%

•

ribosomale RNA ◦ baut zusammen mit zahlreichen Proteinen die Ribosomen auf ◦ hat Funtkion bei der ribosomalen Biosynthese der Proteine ◦ ca 80%

23. Erläutern Sie den Kennedy-Weg!

24. Unter welchen Bedingungen läuft eine Gärung ab? Notieren Sie zwei Gärungen mit Formeln!

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"Anaerobe Glykolyse"

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Glykolyse ist ein energieumwandelnder Stoffwechselweg in vielen Organismen

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es wird in der Glykolyse laufend NAD+ verbraucht

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Aufrechterhaltung des Redoxgleichgewichts

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Zur Aufrechterhaltung des Redoxgleichgewichts muss NADH laufend zu NAD+ rückoxidiert werden

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Dazu sind zwei Reaktionen besonders wichtig: ◦ alkoholische Gärung ◦ Laktatgärung

25. Erklären Sie den Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex! •

Multifunktioneller Enzymkomplex

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katalysiert Reaktion von Pyruvat zu Acetyl-CoA

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besteht aus 3 Enzymen: ◦ Pyruvat Dehydrogenase (E1) ◦ Dihydrolipoyl-Transacetylase (E2) ◦ Dihydrolipoyl-Dehydrogenase (E3)

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und 5 Coenzymen ◦ Thiaminpyrophosphat ◦ Dehydrolipoamid ◦ Coenzym A ◦ FAD ◦ NAD+

26. Erlären Sie die Laktatdehydrogenase! •

Ist ein Enzym zur Bildung von Laactat und NAD+ aus Pyruvat und NADH

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Reaktion ist reversibel

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