Bio IB Sommer09

Name
...Frage Nr.:
Frage
1
a
Zeichnen Sie die Strukturformeln foigender zwei Polypeptide, deren Aminosäuren im
"single letter code" vorgegeben sind. Zeichnen Sie in Tetraedermodell-Darstellung mit
korrekter Stereochemie und geben Sie die Ladungen wo nötig an. Berücksichtigen Sie
ausserdem, dass die zwei Polypeptide kovalent mit einer Disulfid-Brücke verbunden
sind.
(total max. 9 Punkte für Frage 1a)
.
Aminosäuren, Polypeptideo Proteine
Polypeptid
1:
Polypeptid2:
b
amino-terminus
-T-F - C-R-
carboxy-terminus
amino-terminus - L- P - Q - C - carboxy-terminus
Das folgende Polypeptid liegt bei pH 7.5 inwässriger Lösung vor:
M-F-K-r-L-M-S -H-E-R-E- Q-N-D -H-C-y-p -K-R-L-A-c
Umkreisen Sie die Aminosäuren, deren Seitenketten bei diesen Bedingungen
mehrheitlich geladen sind, und schreiben sie die Ladung (2.B. +1, -l) dazu.
(total max. 2 Punkte für Frage lb)
Question
a
1
Amino acids, polypeptides, proteins
Draw the structure formula (tetraeder-style drawing) of the two polypeptides indicated
in single letter code below. Draw the correct stereochemistry and indicate charges
where appropriate. The two polypeptides must be linked by a disulfide bond.
(total max. of 9 points for question la)
Pollpeptide
1: amino-terminus -R-F - C -D - carboxy-terminus
Poly,peptide2: amino-terminus - L- C - P - Q - carboxy-terminus
b
Consider the following polypeptide in aqueous solution atpH 7.5:
M-F-K-r-L-M- S-H-E-R-E- Q-N-D-H-C-y-p-K-R-L-A-c
Circle the amino acids whose side chains are predominantly charged at these
conditions and indicate the charge (e.9. +1, -1) in each case.
(total max. of 2 points for question lb)
Name
Frage 2
..Frage Nr.:
Aminosäuren, Polypeptide, Proteine
Grundlegende Eigenschaften des Polypeptid-Rückgrats beeinflussen die Faltung eines
Proteins stark. Wievieie Freiheitsgrade pro Aminosäurerest hat das PolypeptidRückgrat (1 PunkQ? Was sind das für Freiheitsgrade und wie heissen sie (1 Punkt),
und wie sind sie definiert (1 Punk|?
Was ist der molekulare Grund dafür, dass es nicht mehr Freiheitsgrade sind (machen
Sie eine Zeichung) (2 Punkte)?
(total max. 5 Punkte für Frage 2a)
Die Figur zeig! zwei nicht identische Abbildungen einer Protein-Sekundärstruktur
(alpha-He1ix). lnwiefern ist A verschieden von B (e ein Stichwort zu A und B, 1
Punkt)? Welche der beiden Formen kommt bei natürlichen Proteinen vor (1 Punkt)
und was ist der (molekulare) Grund dafür (1 Punkt)?
(total max. 3 Punkte für Frage 2b)
A
B
Wie lang (in A) ist eine alpha-Helixmit22 Aminosäureresten (1 Punkt)? Wie lang (in
A; ist ein beta-Strang mit 10 Aminosäureresten (1 Punk|?
(total max.
2 Punkte für Frage 2c)
Name
Frage 3
..Frage Nr.:
Mechanismen der Enzymkatalyse
(a) Zeigen Sie mit einem Diagramm, wie die Anfangsgeschwindigkeit einer typischen
enzymkatalysierten Reaktion von der Substratkonzenkation abhängt. Wie würden
Sie die frcar und K--Werte für diese Reaktion aus Ihrem Diagramm ableiten? (3 P)
(b) Es wird oft gesagt, dass Enzyme Reaktionen katalysieren, indem sie
Ubergangszusttinde stabilisieren. Erklären Sie, was mit dieser Aussage gemeint ist.
Zeigen Sie mit einem Diagramm, wie Übergangszustandsstabilisierung zu höheren
, Reaktionsgeschwindigkeiten führen kann. (3 P)
(c) Die Aktivität von vielen Enzymen ist zr,vischen pH 7 und pH 9 maximal. Schlagen Sie
eine plausible Erklärung für die Abnahme der Aktivität bei tieferem bzw. höherem pH
vor. (2 P)
(d) Was ist der Unterschied zwischen einem kompetitiven und einem allosterischen
Enzyminhibitor? (2 P)
Question 3
Enzyme mechanisms
(a) Use a diagran to show how initial velocity varies with substrate concentration for a
typical enzyme-catalyzed reaction. How would you derive the k"4 and K- values for
this reaction from your diagram? (3 P)
(b) It is often said that enzymes catalyze reactions by stabilizing transition states.
Explain what this statement means. Use a diagram to show how hansition state
stabilization can lead to higher reaction rates. (3 P)
(c) Many enzyrnes exhibit maximal activitybetween pH 7 andpH 9. Provide a plausible
explanation for the decrease in activity observed at lower and higher pHs. (2 P)
(d) What is the difference between a competitive and an allosteric enzyrne inhibitor? (2 P)
Name
Frage
a)
4
Physikalische Grundlagen der Biochemie
Ein Protein P bindet seinen Liganden L mit einer Dissoziationskonstante von 8'10-7 M.
Berechnen die unter der Annahme [L],o,ur >> [P],o,ur die Ligandenkonzentration, die für
eine 60 Yo-ige Sättigung des Proteins mit dem Liganden erforderlich ist. Sie verdünnen
nun diese Lösung auf das doppelte Volumen. Wie ändert sich quantitativ der
Besetzungsgrad des Proteins mit dem Liganden? (3.5 P)
b). Nennen Sie die Einheiten folgender physikalischer Grössen: (2 P)
Geschwindigkeitskonstante
zweiterOrdnung:..
. Bindungskonstante:.
Reaktionsgeschwindigkeit:............ ..Entropie (AS):
.
c) Erklären Sie, was ,,Kooperativilät" im Zusammenhang mit der Proteinfaltung bedeutet. (1 P)
d) Berechnen Sie die Ionenstärke einer 0.3 M CaClz Lösung (1.5 P)
e) Welche der folgenden Aussagen sind richtig bzw. falsch (bitte ankreuzen)? (2P)
richtie
falsch
n
tr
u
n
n
n
n
n
Question
4
En4rme katalysieren die Einstellung chemischer Gleichgewichte, weil sie
irn gleichen Mass die Vorwärts- und Rückwärtsreaktion beschleunigen.
Strukturelle Disulfi dbrücken kommen in cytoplasmatischen Proteinen nicht
vor.
Die Anfangsgeschwindigkeit einer Reaktion erster Ordnung steigt um das
10-fache. wenn die Anfaneskonzentration um das 10-fache erhöht wird.
Wenn der Zustand A eines Moleküls bei25"C um 5.7 kJ/mol stabiler ist als
Zustand B, ist das Verhältnis fBl:fAlim Gleichgewicht gleich 10:1
Physical basis of biochemistry
a) A protein P binds its ligand L with a dissociation constant of 8 10-7 M. Assuming
[L],o,ur >> fP]totur, calculate the ligand concentration required to achieve 60 %
saturation of the protein with the ligand. Then, you dilute this solution to the 2-fold
volume. Calculate the extent to which saturation with ligand changes. (4 P)
b)
Indicate the units of the following physical parameters: (2 P)
Second-order rate constant:
... Binding constant:
..... Entropy(AS):
Reactionvelocity:
c)
d)
e)
Expiain the term "cooperativity''in the context of protein folding. (1 P)
Calculate the ionic strength of
a 0.3 M CaClz solution (1.5 P)
Which of the following statements are correct/wrong (please mark with a cross)? (1.5 P)
correct
wrong
n
tr
n
tr
n
n
n
n
Enzymes catalyze the attainment of chemical equilibria, because they
accelerate the forward and reverse reaction to the same extent
Cytoplasmic proteins do not contain structural disuifide bonds.
The initial velocity of a first-order reaction increases 1O-fold when the
initial concentration is increased 10-fold.
When state A of a molecule is 5.1kT/mol more stable than state B at25"C,
theratio lBl:lAl equals 10:1
Name
Frage
a)
b)
5
...Frage Nr.: .......
Kohlehydrate und Lipide
Zeichrrcn Sie die chemische Strukturformel von cr-D-Fructofuranose (Ringform).(2P)
Nennen Sie je 2 Beispiele für Speicher-Polysaccharide und strukturelle Polysaccharide und
beschreiben Sie kurz die Zusammensetzung dieser Makromoleküle. (2 P)
c)
Zeichen Sie die Strukturfonnel von Phosphatidylserin. Sie können die Kohlenwasserstoffketten mit ,,R" abkürzen. Was ist bei neutralem pH die Gesamtiadung dieses Moleküls?
(2 P)
d)
Welche der folgenden Aussagen ist richtig bzw. falsch (bitte ankreuzen)? (4P)
richtis
falsch
n
tr
n
n
n
n
n
tr
tr
u
n
n
D
n
!
tr
Question
a)
b)
c)
d)
5
Saccharose ist ein Disaccharid aus Fructose und Galactose.
:
Es gibt
2'
Es gibt
2":4
16 Aldohexosen.
D-I(etohexosen
Das bei der N-Glycosylierung auf sekretorische Proteine übertragene
P olvs accharid enthält N-Acetvl-Gluco s amin. Gluco se und Manno se.
F etts äureabb au erfordert anareob e B edingungen.
Elektrochemische Membranpotentiale werden von der ZeIle genutzt,um
enersetisch uneünstige Prozesse ablaufen zu lassen.
Die Abspaltung von terminalen Sialinsäuren von Glycopoteinen erhöht die
Lebensdauer von Glvcooroteinen im Blut.
Phospholipidmembranen haben für Wasser eine viel höhere Permeabilität
als flir Metallionen.
Carbohydrates and lipids
Draw the covalent structure of o-D-fructofuranose (ring form). (2 P)
Name two examples of both storage polysaccharides and structural polysaccharides and
briefly describe the composition of these macromolecules. (2 P)
Draw the covalent structure of phosphatidyl-serine. You can abbreviate the hydrocarbon
chains with "R". What is the total charge of this molecule at neutral pH? (2 P)
Which of the following statements are correcVwrong (please mark with a cross)? (4 P)
correct
wrong
n
n
n
n
n
n
tr
There are 2'
u
tr
n
The polysaccharide that is transfered to secretory proteins during Nglycosylation contains N-acetyl- gluco samine, gluco se und mannose.
Fatty acid degradation requires anaerobic conditions.
tr
tr
n
n
n
n
Sucrose is a disaccharide composed of fructose and galactose.
There
are2":
16 aldohexoses.
: 4 D-ketohexoses.
Electrochemical membrane potentials are used by the cell to ailow
energetically unfavorable reactions to proceed.
Cleavage of terminal sialic acids in glycoproteins increases the lifetime of
glycoproteins in the blood.
Phospholipid membranes have a much higher permeability for water
compared to metal ions.
Name
Frage
6
...Frage Nr':
Zuckerstoffwechsel
a)
'
Fruktose
wieviele Moleküle ATP werden im Muskel durch die Glykolyse von
b)
(2 Punkte)
was versteht man unter direkter und indirekter ATP synthese?
c)
ntLactat ab, das dann in
Der Muskel baut gnter anaeroben Bedingungen Glucose
diesem Lactat,und in welcher
den Blutkreislauf abgegeben wird. Was passlert mit
(nicht Glukose) gewonnen? (2 Punkte)
.FormwirdesdemMulkelwiederzugefiihrt?(3Punkte)
d)
wie verhind emzellendass
der Aufbau und Abbau von Glykogen gleichzeitig
(3 Punkte)
ablaufenkönnen? Beschreibe mindestens zwei Mechanismen'
Question
6
Sugar metabolism
a)
fructose (not glucose)
How many ATP molecules can be generated by catabolizing
through glYcolYsis? (2 Points)
b)
(2 points)
Describe the mechanisms of direct and indirect ATP synthesis?
c)
lactate, which will then
Under anaerobic conditions, muscle cells convert glucose into
Lac'tate, and in which form
be released into the blood stream. what happens to this
will it be brought back to the muscle? (3 points)
d)
How do cells prevent that synthesis and degradation of glycogen
simultaneously?Describeatleasttwomechanisms.(3points)
can occur
Name
Frage
7
..Frage Nr.:
Zitronensäureryklus, Fettstoffwechsel und Oxidative Phosphorylierung
a) Um die Fettverbrennung
anzukurbeln, enthalten mehrere Fitnessdrinks Carnitin.
welchen Schritt im Fettabbau wird dieses Molekül benötigt? (2 Punkte)
b)
Nennen Sie mindestens vier Elektronenträger, die in der mitochondrialen
Elektronentransportkette gebraucht werden. (2 Punkte)
c)
Kann unter anaeroben Bedingungen ATP durch Fettabbau gewonnen werden?
Begründen Sie Ihre Antwort. (3 Punkte)
Fir
d) Warum kann aus NADH, das im Citronensäurezyklus
geworulen wird mehr ATP
hergestellt werden als durch NADH aus der Glykolyse? (3 Punkte)
Question
7
Citric cycle and oxidative phosphorylation
a)
To increase fat burning, several fiüress drinks contain Camitine. Which step in fatty
acid oxidation requires this molecule? (2 points)
b)
List at least four electron carriers that function in the mitochondrial electron transport
chain. (2 points)
c)
Can ATP be generated from fatty acid oxidation during anaerobic conditions? Explain
d)
yolr answer. (3 points)
Why can NADH produced in the reactions of the citric acid cycle generate more ATP
compared to NADH produced during glycolysis? (3 points)
Name
...Frage Nr.:
Frage 8 - Translation. Diese Seite reicht für Antworten aus.
4)
a) Wie lautet der Name dieses Molektiis?
b) Bezeichnen Sie die mit F ragezeichen markierten Strukturelemente.
c) Zeichnen Sie ein, wo mRNA an diese Strukturbinden würde.
d) Markieren Sie, wo eine Aminosäuren angeknüpft ist.
2) a) Füllen Sie die fehlenden Strukturformeln der Peptidyl Transferase Reaktion ein - es ist
nicht erforderlich, das Reaktionsintermediat nt zeichnen. b) Aus welchen Arten von
Makromolekülen ist das Ribosom aufgebaut? Welche Art von Makromolekril ist für die
Reaktion verantwortlich? (3 pts).
a)
b)
(r
,p*
l*.t
,.
)cun2
orcto
rs
/)
CC
P-srte
^-s{e
(
)
C
Y
3
P'stle
g
A-$te
3) Benennen Sie die neun Faktoren der Bakterientranslation, die in die drei Fhasen der Protein
Synthese involviert sind. (2pts)
Name
..Frage Nr.:
Frage 9
DNA replication, transcription, processing.
Diese Seite reicht für Antworten aus.
1) Nennen Sie die drei DNA abhängigen eukaryotischen RNA Polymerasen und geben Sie
an, welche RNAs sie kanskribieren. (2pt).
2) Welcher Prozess wird in untenstehender Darstellung gezeigt?
Welche Phase
d'es Prozesses wird dargestellt?
Wie lautet der Name eines bakteriellen Faktors,
(3pt)
der dem Enzym dabei hilft den Promoter zu erkennen?
_
3) Füllen Sie die weissen Boxen in untenstehender Darstellung mit den Namen der Molelaile
und den genetischen Elementen, die in bakterieller Transkription und Translation verwendet
werden. Wie heisst das Molektil, das beim lac Operon an den Operator anbindet?
(3pt).
-3J -10
Name
...Frage Nr.:
Frage 10 Q Punkte)
Bitte zeichnen sie die generelle Strukturformel eines Purin- und Pyrimidin-Nukleotids.
Name
Frage
..Frage Nr.: .......
lL Q Punkte)
Erklären sie bitte, warum die Purin-Pyrimidin Basenpaarung in einem doppelsträngrgen BForm DNA Molekülideal ist gegenüber Purin-Purin oder Pyrimidin-Pyrimidin
Basenpaarungen.
Name
..Frage Nr.:
Frage 12 (4 Punkte)
DNA Molektile von jeweils 1000 Basenpaarertvollständig repltziertwerden.
Das erste DNA Molekül ist linear und kann frei rotieren. Das nweite DNA Molektil ist
Es müssen zwei
zirkulär und hat ein negatives supercoling. Welche der folgenden Enzyme sind notwending,
um die beiden DNA Molektile vollständig zurcpliziercn?
Lineare DNA
Zirlr:;Järe
III
tr
tr
I
tr
tr
c. RNA Primase
ü
tr
d. Helikase
tr
tr
I
tr
tr
Topoisomerase II (DNA Gyrase)
u
tr
g. Ligase
tr
u
h. Telomerase
tr
tr
a.
DNA Polymerase
b. DNA Polymerase
e. Topoisomerase
f.
DNA
Bitte keuzen Sie alle notwendigen Enzyme an. Für ein fehlendes oder nicht notwendiges
En4m werden jeweils 0.5 Punkte abgezogen.
Name
...Frage Nr.: .......
Frage 13 (2 Punkte)
Während der homologen Rekombination wird DNA zwischen zwei DNA Doppelsträngen
ausgetauscht. Wie sehen die DNA Rekombinationsprodukte aus, wenn die Holliday Struktur
(Uberkreuzung oder cross over)
a.
b.
im invasiven DNA Strang aufgelöst wird?
im nicht-invasive,n DNA Strang aufgelöst wird?
Name
..Frage Nr.:
Frage 14 (4 Punkte)
Bitte geben sie die richtigen Antworten zu den folgenden vier Teilfragen (multiple choice).
Nur eine Antwort ist richtig für jede Teilfrage. Für jede falsche Antwort wird ein Punkt
abgezogen.
Histone sind basische Proteine mit folgender Funktion
tr
Erhöhung der RNA Polym.erase Affinität für Promoter Sequenzen
tr
Aufbau des Nukleosoms
tr
Stabilisierung des DNA Folgestrangs während der DNA Replikation
Als Chromatin bezeichnet man
tr
die Verpackung eukaryotischer DNA in Nukleosomen
ü
die Trennung eukaryotischer DNA vom Cytoplasma durch die Kemmembran
ü
die Anordnung von DNA in Chromosomen
Transkriptionsfaktoren erkennen spezifische DNA Bindungsstellen
tr
durch die Anordnung der Phosphatgruppen in der DNA
tr
durch die helikale Struktff der DNA
tr
durch Ausbildung von H-Brückenbindungen zwischen spezifischen Aminosäuren
und Nukleotidbasen
Transkriptionsfaktoren
tr
erhöhen die
tr
erhöhen die Transkriptionsrate der RNA Polyrnerase
tr
Affinität der RNA Polymerase für DNA Promotersequenzen
beschleunigen die Dissoziation der RNA Polymerase von der DNA an
Terminations s equenzen