Schwerpunktfach BIOLOGIE/CHEMIE, Fächerübergreifender
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Schweizerische Maturitätsprüfungen Gruppe / Kandidat/in Nr. ............................. Winter 2013, Basel / Zürich Name / Vorname: .............................................. Schwerpunktfach Biologie / Chemie Teil: Fächerübergreifender Teil Chemie Verfasser: R. Guenin, J. Lipscher und S.Steiner Richtzeit: 30 Minuten (von total 3 Stunden) Hilfsmittel: Es sind nur die zulässigen Taschenrechner erlaubt. Eine Kopie des Periodensystems der Elemente und ergänzende Tabellen liegen dieser Prüfung bei. 1. Die Antworten sind direkt auf die Aufgabenblätter zu schreiben. 2. Bei Berechnungen muss der Lösungsweg ersichtlich sein. Das Ergebnis darf nicht mehr als 5 % vom richtigen Wert abweichen. 3. Die Heftklammern bitte nicht lösen. 3. Sollten Sie mehr Platz als vorgesehen benötigen, benutzen Sie die leere Seite gegenüber. 4. Die Heftklammern bitte nicht lösen. 5. Fassen Sie sich kurz, aber präzise. Unpräzise Antworten ergeben nicht die volle Punktzahl. 6. Unleserliches wird nicht korrigiert und demzufolge auch nicht bewertet. 7. Die erreichbaren Punktzahlen sind angegeben. 8. Zur Erreichung der Note 6 müssen nicht alle Aufgaben vollständig gelöst werden. Hinweise: Punktemaximum: 15 Punkte. Und nun wünschen wir Ihnen viel Erfolg! Für die Korrigierenden: ................................ Erreichte Punktzahl: ................................. Punkte Note fächerübergreifender Teil / Chemie (auf Zehntelnote gerundet): ................................. Die Gesamtnote für die schriftliche Prüfung im Schwerpunktfach Biologie/Chemie setzt sich aus den Noten in den beiden Prüfungsteilen (Biologie resp. Chemie (2/3), fächerübergreifender Teil (1/3)) zusammen. Dieser Prüfungsteil (fächerübergreifender Teil Chemie) zählt demnach zu 1/6 für die Gesamtnote für die schriftliche Prüfung. Schweizerische Maturitätsprüfungen Winter 2013 Schwerpunktfach Biologie / Chemie Fächerübergreifender Teil, Teil Chemie Lactat, Pyruvat und Lactatdehydrogenase, drei zusammengehörende Stoffe im Stoffwechsel Lactatdehydrogenase (MilchsäuredehydrogenaOH O se) ist ein Enzym, welches im anaeroben C CH C H 3 Stoffwechsel Pyruvat mit Hilfe von NicotinamidO– Adenin-Dinucleotid (NADH) als WasserstoffLactat überträger in Lactat umwandelt: Pyruvat + NADH + H+ O C H 3C O C O– Pyruvat Lactat + NAD+ a) Von Lactat gibt es zwei optische Isomere, nämlich das im Stoffwechsel vorkommende L-Lactat und sein optisches Isomer, das man als Enantiomer bezeichnet. Erklären Sie mit dem Aufbau von Lactat, warum es davon zwei optische Isomere gibt. Wie bezeichnet man das optische Isomer von L-Lactat? (1 P) b) Welche der folgenden Aussagen ist für die Umwandlung von Pyruvat in Lactat am zutreffendsten? Tragen Sie als Begründung zuerst die Oxidationszahlen von C und H in den Formeln oben ein. (2 P) Bei der Umwandlung von Pyruvat in Lactat findet folgender Vorgang statt: [ ] Es werden 2 H-Atome aufgenommen [ ] Es wird ein H-Atom und ein Proton (H+) aufgenommen [ ] Es wird ein H-Atom, ein Proton (H+) und ein Elektron (e–) aufgenommen [ ] Es werden zwei Protonen (H+) und zwei Elektronen (e–) aufgenommen [ ] Es werden 2 H-Atome abgegeben [ ] Es wird ein H-Atom und ein Proton (H+) abgegeben [ ] Es wird ein H-Atom, ein Proton (H+) und ein Elektron (e–) abgegeben [ ] Es werden zwei Protonen (H+) und zwei Elektronen (e–) abgegeben Begründung mit den Oxidationszahlen der an der Reaktion direkt beteiligten Atomen von Pyruvat und Lactat (Die Oxidationszahlen sind oben in den Formeln einzutragen!): Gedruckt am 22.01.2013 Seite 2 von 5 Schweizerische Maturitätsprüfungen Winter 2013 c) Schwerpunktfach Biologie / Chemie Fächerübergreifender Teil, Teil Chemie Lactatdehydrogenase hat eine molare Masse von etwa 120'000 g/mol. Sie besteht wie alle Enzyme zum grossen Teil aus Aminosäuren. Nehmen Sie als Bezugsgrösse das Serin HO-CH2-CH(NH3)-COO, dessen molare Masse als Durchschnitt für die beteiligten, eingebauten Aminosäuren gelten soll. Wieviel Serin-Moleküle ergeben eine molare Masse von 120'000 g/mol? (1 P) molare Masse von Serin: M = ................. g/mol Anzahl Serineinheiten in einem Eiweiss mit einer mittleren molaren Masse von 120'000 g/mol (ganze Zahl!): ................. d) Insulin, ein bekannntes Hormon, besteht aus 51 Aminosäuren, die in zwei Ketten angeordnet sind. Gibt man zu Insulin (M = 6'000 g/mol) einen Überschuss von 6-molarer Salzsäure HCl, so werden alle Peptid-Bindungen gespalten, pro mol Peptid-Bindung braucht es 1 mol Salzsäure. Wie viele Milliliter einer 6 molaren Lösung liegen am Schluss noch als Überschuss vor, wenn zu 100 mL dieser 6-molaren Salzsäure-Lösung 25.00 g Insulin gegeben werden? (3 P) Berechnung der Anzahl Mol Insulin (25.00 g; M = 6'000 g/mol) und der Anzahl Mol zu spaltenden Peptidbindungen (2 Ketten mit 21 und 30 Aminosäuren) Berechnung der Anzahl Mol zugegebener Salzsäure HCl, c = 6 mol/L in 100 mL Lösung und der Anzahl Mol Salzsäure, die nicht mit dem Insulin reagiert hat: Dies entspricht folgender Anzahl Milliliter der Salzsäurelösung, c = 6 mol/L: Gedruckt am 22.01.2013 Seite 3 von 5 Schweizerische Maturitätsprüfungen Winter 2013 e) Schwerpunktfach Biologie / Chemie Fächerübergreifender Teil, Teil Chemie An der Lactatdehdrogenase hat man erkannt, dass viele enzymatische Umwandlungen in ein und demselben Organismus durch mehr als eine molekulare Spezies eines Enzyms bewirkt werden können. Man bezeichnet diese verschiedenen Spezies als Isoenzyme Entwickeln Sie eine Schemazeichnung, die zeigt, wie ein Enzym in zwei Varianten aufgebaut sein kann, andere Eigenschaften besitzt und dennoch die gleiche enzymatische Wirkung besitzt. (2 P) Bei den folgenden Schemazeichnungen muss die identische Enzymwirkung von 2 verschiedenen Spezies angedeutet und ergänzend mit Worten beschrieben werden Schema der molekularen Spezies 1 f) Schema der molekularen Spezies 2 In der Eiweisschemie trennt man die Stoffe durch Elektrophorese, indem man ein mit Lösungen getränktes Filterpapier verwendet, welches am einen Ende einen pH-Wert von pH = 0, am anderen Ende einen pH-Wert von pH = 14 hat. Am Ende mit pH = 0 ist eine positive Elektrode, am Ende mit pH = 14 eine negative Elektrode angebracht (vgl. Zeichnung). Die Aminosäure Serin liegt bei COO– pH = 5.7 in der rechts gezeichneten Form vor. Ergänzen Sie die H 3N + C H folgende Tabelle. Geben Sie an, was bei den pH-Werten 2.2 und 9.2 CH 2 für die einzelnen Atomgruppen im Vergleich zu pH = 5.7 gilt. Geben Sie das mit „kein“, ”weniger“, ”gleich“, “mehr“ oder mit ”viel“ an. An OH welchen Pol wird das Teilchen demnach wandern? Falls das Teilchen Serin weder zum Plus- noch zum Minuspol wandert, machen Sie in beide pH I = 5.7 Felder einen waagrechten Strich: (2 P) Von der angegebenen Atomgruppe hat es im Das Teilchen Vergleich zur gezeichneten Form wandert zum – + -COOH -COO -NH2 -NH3 Minuspol Pluspol pH = 2.2 pH = 5.7 kein viel kein viel pH = 9.2 Gedruckt am 22.01.2013 Seite 4 von 5 Schweizerische Maturitätsprüfungen Winter 2013 g) Schwerpunktfach Biologie / Chemie Fächerübergreifender Teil, Teil Chemie Betrachtet man die 20 natürlichen Aminosäuren, so werden diese in 4 Gruppen eingeteilt. Welche der folgenden Gruppen sind dafür verantwortlich, dass ein Enzym einen optimalen pH-Bereich für die Wirksamkeit hat, je nach pH-Wert aber wirkungslos und denaturiert wird. Machen Sie bei den Gruppen, die auf pH-Schwankungen reagieren, ein Kreuz und begründen Sie, warum pH-Änderungen auf den räumlichen Aufbau eines Eiweisses einen Einfluss haben können: (2 P) Eine pH-Änderung hat auf folgende Aminosäuren einen Einfluss: Aminosäuren mit Aminosäuren mit Aminosäuren mit Aminosäuren mit lipophilen hydrophilen hydrophilen, sauren hydrophilen, basiSeitenketten Seitenketten Seitenketten schen Seitenketten Begründung der Auswirkung der pH-Änderung auf den räumlichen Aufbau der Eiweisse: h) Die korrespondierende Säure von Pyruvat, die Brenztraubensäure hat im Stoffwechsel zahlreiche Funktionen. Ergänzen Sie die folgende Tabelle. Bedenken Sie, dass hier die biologischen Prozesse stark vereinfacht sind. Es gilt zu beachten, dass weder ein Alkan, noch ein Alkohol mit 2 Hydroxylgruppen am gleichen C-Atom noch Kohlensäure entstehen können. In den Feldern mit einem Kreuz sind keine Stoffe einzusetzen. In der letzten Zeile sind das zweite Edukt und das Nebenprodukt anzugeben (2 P) Brenztraubensäure + weiters Edukt Produkt + + Nebenprodukt O C O + 2 H-Atome O H 3C C C O OH + 1 O-Atom O H 3C C + OH + 2 H-Atome + NH 2 H 3C C H Gedruckt am 22.01.2013 O + OH Seite 5 von 5
