..Frage Nr.: Frage 1 Aminosäuren, Proteinreinigung (3 Punkte) (3

Name
Frage
1
..Frage Nr.:
Aminosäuren, Proteinreinigung
a)
Nennen Sie alle proteinogenen Aminosäuren, welche eine titrierbare Gruppe in ihrer
Seitenkette haben (single oder triple letter code). Bilden Sie zwei Gruppen, je nachdem
ob der geladene Zustand dieser titrierbaren Funktion positiv oder negativ ist. (Falsche
Angaben geben Abzug)
(3 Punkte)
b)
In welche Richtung verändert sich der pI eines Proteins (1) durch Phosphorylierung
eines Serinrestes und (2) durch Acetylierung eines Lysinrestes (Abnahme bzw.
Zwahme angeben)? Zeichnen Sie die Strukturformeln der 2modifizierten Seitenketten.
(3 Punkte)
c)
Nennen Sie 3 Methoden zur Molekulargewichtsbestimmung von gereinigten,
nichtkovalenten Proteinkomplexen und ordnen Sie sie entsprechend ihrer Genauigkeit.
(2 Punkte)
d)
2 Eichproteine von 10 und 70 kD Molekulargewicht haben auf SDS-PAGE relative
Mobilitaten von 1.0 und 0.1. Bestimmen Sie (graphisch oder rechnerisch) das
Molekulargewicht eines Proteins mit relativer Mobilität 0.5.
(2 Punkte)
Question
a)
1
Amino Acids, Protein Purification
List all proteinogenic amino acids whose side chains contain titratable groups (single or
triple letter code). Split them into two groups depending on whether the charged form of
the tiratable function is positively or negatively charged. (False items will give
deductions).
(3 points)
b)
How does the pI of a protein change if (1) a serine residue is phosphorylated and (2) a
lysine residue is acetylated fiust indicate direction of change)? Draw the structural
formula of the 2 modified side chains.
(3 points)
c)
Name 3 methods with which one can determine the molecular mass of a purified,
noncovalent protein complex and order them according to their relative accuracy.
(2 points)
d)
2 proteins of 10 and 70 kD mass have relative mobilities of 1.0 and 0.1 on SDS-PAGE
and are used for calibration. Determine (graphically or by calculus) the molecular mass
of a protein with relative mobility 0.5.
(2 points)
Name
Frage2
.Frage Nr.: .......
Thermodynamik/NichtkovalenteWechselwirkungen/Kovalenteund3DStruktur von Proteinen
a)
Unter den üblichen instrumentellen Bedingungen zerfallen nichtkovalente ProteinLigand Komplexe bei der massenspektrometrischen Analyse. Öfters bleiben aber Ionen
oder geladene Molektile gebunden. Wie erklären Sie dies?
(2 Punkte)
b)
Eine Bindungsreaktion (E + I ) ED zwischen einem Enzam (E) und einem Inhibitor (I)
ist bei 27 'C durch folgende thermodynamischen Grössen gekennzeichnet:
AH: +5 kJ mol-l und AS : 100 J mol-lK'_l.
Welche Art von molekularer Wechselwirkung dürfte diese Bindung dominieren?
Berechnen Sie die Dissoziationskonstante Ka dieser Reaktion. (Gaskonstante R : 8.31 J
mol-lK-_1;
(3 Punkte)
c)
Am N- und C-terminalen Ende von cr-helicalen Segmenten eines globulären Proteins
findet man oft Bindungsstellen für Ionen oder geladene Ligandmoleküle. Welche
Ladung (positiv oder negativ) findet man an welchem Ende und warum?
(3 Punkte)
d)
a-Keratin und Kollagen sind fibrilläre Proteine. Worin unterscheidet sich die Struktur
der einzelnen Polypeptid-Helices in den beiden Proteinen?
(2 Punkte)
Question
2
Thermodynamics/1.{oncovalent Interactions/Covalent and 3Dstructure of proteins
a)
Under standard instrumental conditions in protein mass spectrometry non-covalent
protein-ligand complexes fall apart. However, often ions or charged ligand remain
bound. How do you explain this?
(2 points)
b)
The binding reaction (E + I ) EI) between an enzyme (E) and an inhibitor (I) at 27 oC is
characterized by the following thermodynamic parameters :
AH: +5 kJ/mol and AS : 100 J mol-lK-l
Which type of molecular interaction is likely to dominate this binding?
Calculate the dissociation constant IQ of this reaction (gas constant R : 8.31 J mol-l
K-').
(3 points)
c)
At the N- and C-terminal ends of o-helical segment of globular proteins one often finds
binding sites for ions or charged ligands. Which charge (positive or negative) is
preferred at which end and why is this?
(3 points)
d)
cr-Keratin and collagen are fibrillar proteins. What discriminates the structure of the
single polypeptide chains forming these fibres?
(2 points)
Name
..Frage Nr.:
Mechanismen der Enzymkatalyse
Frage 3
(a) Erklären Sie, warum eine effiziente Enzymkatalyse es erfordert, dass ein Enzym sein
Substrat zvvar gut bindet, allerdings auch nicht zu gut. (2.5 P)
(b) Was frir molekulare Wechselwirkungen kann ein Enzym ausnutzen, um einen
Uebergangszustand zu stabilisieren? Geben Sie zwei spezifische Beispiele solcher
Wechselwirkungen an. (2.5 P)
(c) Zeichnen Sie die erwartete pH-Abhängigkeit von k"ul eines Enzyms, welches einen
Asparaginsäurerest (pKu= 6) als katalytische Säure benutzt. (2.5 P)
(d) Die Enzymaktivität kann auf verschiedene Arten reguliert werden. Beschreiben Sie
einen Mechanismus für die Steigerung der Grundaktivität eines Enzyms. (2.5 P)
Question
3
Enzyme mechanisms
(a) Explain why efficient erzymatic catalysis requires that an enzyme bind its substrate
well, but nottoo well. (2.5 P)
(b) What type of molecular interactions can an efiTyme exploit to stabilize a transition
state? Provide specihc examples of two such interactions. (2.5P)
(c) Draw the k"utversus pH profile you expect for an enzyme that uses an aspartic acid
residue (pK" = 6) as a catalytic acid. (2.5 P)
(d) Enzyme activity can be regulated in various ways. Provide one example of how the
basal activity of an enzpe can be enhanced. (2.5 P)
Name
4
Frage
a)
..Frage Nr.: .......
Physikalische Grundlagen der Biochemie
Ein Protein P bindet seinen Liganden L mit einer Dissoziationskonstante von 30 nM.
Berechnen die unter der Annahme [L],o,ur >> [P],o,ur die Ligandenkonzentration, die ftir
eine 80 oÄ-ige Sättigung des Proteins mit dem Liganden erforderlich ist. Sie verdünnen
nun diese Lösung auf das lO-fache Volumen. Wie ändert sich quantitativ der
Besetzungsgrad des Proteins mit dem Liganden? (4 P)
b) Nennen
Sie die Einheiten folgender physikalischer Grössen: (2 P)
Geschwindigkeitskonstante zweiter Ordnung:........................Ionenstärke:.
...Enthalpie (ÄH):
.
..
..
.i
Reaktionsgeschwindigkeit:...........
c)
Beschreiben Sie in einem Satz den Mechanismus, der der Kooperativität der Proteinfaltung
zugrunde liegt (1 P)
d) Berechnen Sie die Ionenstärke einer 0.5 M MgC12 Lösung (1.5 P)
e) Welche der folgenden Aussagen sind richtig bzw. falsch (bitte ankreuzen)? (1.5 P)
richtie
falsch
n
tr
n
n
u
n
Question
4
F,nryme können chemische Gleichgewichte verschieben, weil Sie die
Aktivierunssbarriere herabsetzen.
Wenn sich ein Molekülim Gleichgewicht zwischen zweiZuständen A und
B befindet, kann die Energiedifferenz zwischen diesen beiden Zuständen
berechnet werden, wenn man die Population der Zustände A und B kennt.
Reaktionen nullter Ordnung werden in der Regel nur bei katalysierten
Reaktionen und bei Sättizune des Katalvstators mit Substrat beobachtet.
Physical basis of biochemistry
a)
A protein P binds its ligand L with a dissociation constant of 10 nM. Assuming [L]61u1
>> [P]rotur, calculate the ligand concentration required to achieve 80 % saturation of the
protein with the ligand. Then, you dilute this solution to the l0-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:
.............Ionic strength:
Reaction velocity:
.... . .Enthalpy (AH):
c)
Describe in one sentence the mechanism underlying the cooperativity of protein
folding. (1 P)
d)
e)
Calculate the ionic strength of a 0.5 M MgCl2 solution (1.5 P)
Which of the following statements are correct/wrong (please mark with a cross)? (1.5 P)
correct
wrong
n
n
n
n
n
n
Enzymes can shift chemical equilibria, because they lower the activation
enersv barrier.
When a molecule is at equilibrium between two states A and B, the energy
difference between these states can be calculated when the fractions of
states A and B are known.
Zero-order reactions are generally only observed for catalyzed reactions
when the catalyst is saturated with substrate.
Name
Frage
a)
b)
c)
d)
5
...Frage Nr.: .......
Kohlehydrate und Lipide
Zeichnen Sie die chemische Strukturformel von B-D-Fructofuranose (2 P)
Zeichnen Sie die Strukturformel von Cholesterol. (2 P)
Zeichensie die Strukturformel von Phosphatidyl-Ethanolamin. Sie können die
Kohlenwasserstoffketten mit,,R" abkürzen (2 P)
Welche der folgenden Aussagen ist richtig bzw. falsch (bitte ankreuzen)? (4 P)
richtis
falsch
n
n
n'
Saccharose ist ein Disaccharid aus Glucose und Galactose.
n
n
tr
n
n
n
n
n
n
n
n
n
Eukaryontische, sekretorische Proteine können im endoplasmatischen
Retikulum an Asparaginketten innerhalb der Erkennungssequenz Asn-XSer(Thr) elvkosyliert werden (X : ireendeine Aminosäure).
Die Fluidität biologischer Membranen sinkt mit steigenden Gehalt an
ungesättigten Fettsäuren
Cholesterol verbreitert den Phasenübergang fest---+flüssig von
Doppelschichtmembranen.
Öle haben relativ zu Fetten einen geringeren Anteil an ungesättigten
Fettsäuren.
Bei der Sessel-Form von Aldo-Hexosen sind sperrige Gruppen an axialen
Positionen energetisch günstiger als an äquatorialen Positionen.
Detergentien bilden im Gegensatz zu Lipiden Mizellen.
Question
a)
b)
c)
d)
Bei Glycoproteinen im endoplasmatischen Retikulum ist jede glykosylierte
Asparaginseitenkette kovalent mit N-AceWl-slucosamin verknüpft.
tr
5
Carbohydrates and lipids
Draw the covalent structure of p-D-Fructofuranose. (2 P)
Draw the covalent structure of cholesterol (2 P)
Draw the covalent structure of phosphatidyl-ethanolamine. You can abbreviate the
hydrocarbon chains with "R". (2 P)
Which of the following statements are correct/wrong (please mark with a cross)? (4 P)
correct
wrong
n
n
tr
Saccharose is a disaccharide composed of glucose and galactose.
n
n
n
n
n
In the endoplasmic reticulum of eukaryotes, asparagine side chains of
secretory proteins may be glycosylated if they are within the sequence AsnX-Ser(Thr) (X: any amino acid).
The fluidity of biological membranes decreases with increasing content of
unsaturated fatty acids.
Cholesterol broadens the phase transition "sslid-+liquid" of double layer
n
n
I
n
n
n
I
n
membranes.
Fats have a lower content of unsaturated fatty acids relative to oils.
Bulky groups at axial positions are energetically favourable compared to
equatorial positions in the chair form of aldo-hexoses.
Detergents, in contrast to lipids, form micelles.
Every glycosylated asparagine side chain is covalently coupled to Nacetylglucosamine in glycoproteins in the endoplasmic reticulum.
Name
Frage
6
a)
.Frage Nr.: .......
Zuckerstoffwechsel
In der Glykolyse wird Fructose-1,6-Biphosphat (FBP) durch Aldolase in die zwei
Triosen Dihydroxyacetonphosphat (DHAP) und Gyceraldehyde-3-phosphat (GAP)
gespalten, aber GAP-dehydrogenase kann nur GAP zu l,3-Biphosphoglycerate
(1,3-BPG) weiter abbauen. Warum akkumuliert DHAP trotzdem nicht in Zellen?
(2 Punkte)
b)
Warum verbrauchenZellen die anaerob wachsen weit mehr Glucose als unter
aeroben Bedingungen (Pasteur effekt)? (2 Punkte).
c)
Wie wird Fructose im Muskel in die Glykolyse eingeschleust? Was passiert in der
Leber? Begründen Sie kurz die Antwort. (3 Punkte)
d)
Was versteht man unter dem Cori Zyklus? Wieviele ATP Molek{ile werden im
CoriZykhts verbraucht? (3 Punkte)
Question
6
Sugar metabolism
a) During
glycolysis, aldolase will cleave fructose-1,6-biphosphate into the two trioses
dihydroxyacteonphosphate (DHAP) and glyceraldehyde-3 -phosphate (GAP).
However, only GAP will be fuither processed by GAP-dehydrogenase to 1,3biphosphoglycerate (1,3-BPG). Why is DHAP not accumulating in cells? (2 points)
b)
Why do cells grown under anaerobic conditions use much more glucose compared to
cells grown in the presence of oxygen (Pasteur effect)? (2 points)
c)
How does Fructose enter into glycolysis in muscle cells? What happens in the liver? (3
points).
d)
What is the Cori cycle? How many ATP molecules will be consumed in the Cori
cycle? (3 points)
Name
Frage
7
...Frage Nr.:
Zitronensäurezyklus, Fettstoffwechsel und Oxidative Phosphorylierung
a)
Welcher Schritt wird im Fettabbau von Lipasen katalysiert? (2 Punkte)
b)
Organismen mit aeroben Stoffiruechsel benötigen Superoxid-dismutase. Warum? (2
Punkte)
c)
Wie wird NADH, das im Zitronensäurezyclus gebildet wird, in ATP umgewandelt?
Beschreiben Sie die wichtigsten Schritte (3 Punkte)
d)
Was sind die Vorteile eines Multienzymkomplexes? Nennen Sie ein Beispiel (3
Punkte).
Question
a)
7
Citric cycle and oxidative phosphorylation
Which step in fatty acid oxidation is catalyzed by lipases? (2 points)
b) Organisms with aerobic metabolismneed Superoxide-dismutase
enzyme. Why? (2
points)
c)
How will NADH, build in the citric acid cycle, be converted to ATP? Describe the
most important steps. (3 points)
d)
What are the advantages of a multien4rme complex? List an example. (3 points)
Name
Platz auf dem Blatt zur Beantwortung der Fragen.
Frage 8 - Translation
l)
..Frage Nr
Bezeichnen Sie die mit? bezeichneten Positionen (3 P):
2) a) Tragen Sie die fehlenden Strukturformeln der Peptidyltransferase-Reaktion ein - es ist
nicht notwendig, das Reaktionsintermediat zuzeichnen. b) Welche Art von Makromolekül
(3 P).
katalysiert diese Reaktion? )
Rr
b={
HN
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0l{ \ru/cHRr
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C
C
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I
t
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)
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\
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v
c
I
B
was repräsentiert die Schlangenlinie unterhalb der Sequenz ACC?
3)Was sind die Basenpaare in folgenden Nichtstandard-Wechselwirkungen?
_:_
:
und
.
Zwischen welchen RNAs treten diese Wechselwirkungen im Ribosom auf?
(2P).
Zwischen
und
//\
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t
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)
,--N.
(.:l
trli -N_
Was ist der Sedimentationskoeffiziett der grossen und kleinen ribosomlaen
Untereinheit? gross _, klein _. Was ist der Sedimentationskoeffizient der
grosse Untereinheit:
und
ribosomalen RNAs? Kleine Untereinheit: _,
Wie viele Proteine sind in der grossen und kleinen Untereinheit? klein: _, gross:_
(2P)
-
-.
Name
Frage
9
..Frage Nr.: .......
(3 Punkte)
Erklären Sib, warum für den Durchmesser der DNA Doppelhelix in der B-Konfiguration(2
nm) die Paarung zwischen Purin- und Pyrimidinbasen ideal ist gegenüber der Paarung von
Purin-/Purinbasen oder Pyrimidin-/Pyrimidinbasen.
Name
...Frage Nr.:
Frage 10 (6 Punkte)
Das "Helix-Turn-Helix" Motiv und das "Zink-Finger" Motiv sind Strukturen in DNAbindenden regulatorischen Proteinen (2.B. Transkriptionsfaktoren), die direkt mit der DNA
Doppelhelix in Wechselwirkung treten.
*Zink-
a.
Welche strukturellen Eigenschaften des "Helix-Turn-Helix" Motivs und des
Finger" Motivs machen diese für die Interaktion mit DNA besonders geeignet?
b.
Wie erkennen das Helix-Tum-Helix" Motiv und das "Zink-Finger" Motiv in DNAbindenden regulatorischen Proteinen spezifische Nukleotidsequenzen in der DNA
Doppelhelix?
c. Wie unterscheiden sich Histone in der Interaktion mit der DNA Doppelhelix
von DNA-
bindenden regulatorischen Proteinen?
Name
Frage
ll
..Frage Nr':
(3 Punkte)
Erklären Sie, warum die DNA Replikation zum Erliegen kommt, wenn DNA Helikase
und/oder DNA Topoisomerase bei der DNA Replikation fehlen.
Question 11 (3 points)
Explain why DNA replication comes to a halt when DNA helicase and/or DNA
topoisomerase are absent during DNA replication.
"""'
Name
...Frage Nr.:
Frage 12 (8 Punkte)
Der E.coli /ac-Repressor bindet an die Operator DNA Sequenzen in der Promoterregion des
lac Operons. Damit verhindert der lac Repressor die Bindung der RNA Polymerase an den
Promoter und die Transkription der Gene für drei Enzyme Z,Y und A, die für den Abbau von
Galactosd erforderlich sind. Sie mutieren den lac Repressor, sodass er folgende Eigenschaften
erhä1t:
a.
b.
c.
d.
Die Affinität der Bindung an den Operator ist 100-fach erhöht. (2P)
Die Affinität der Bindung an den Operator ist 100-fach erniedrigt. (2 P)
Er kann keine Allolactose binden.
(2 P)
Die Bindung von Allolactose ist irreversibel.
(2P)
Beschreiben Sie kurz die Konsequenz jeder Mutation im /ac-Repressor flir die
transkriptionelle Regulation des lac Operons wenn Galactose im Nährmedium und
Allolactose als inducer vorhanden sind.
a.
Die Affinität der Bindung an den Operator ist 100-fach erhöht.
b.
Die Affinität der Bindung an den Operator ist 1O0-fach erniedrigt.
c.
Er kann keine Allolactose binden.
d.
Die Bindüng von Allolactose ist irreversibel.