Aufgabe C 1 Enzyme

Aufgabe C 1 Enzyme
1.Der Bakteriologe Alexander Fleming entdeckte 1922, dass menschliches Nasensekret
Bakterienkolonien auf einer Agarplatte auflöst. Er konnte zeigen, dass es sich bei der
antibakteriell wirksamen Substanz um ein Enzym handelt, und gab ihm den Namen
Lysozym. Heute weiß man, dass Lysozym Polysaccharide in Bakterienzellwänden spaltet.
1.1. Ein Polysaccharid der Bakterienzellwand ist aus N-Acetylglucosamin- und NAcetylmuraminsäurebausteinen aufgebaut, die ß(1-4)-glycosidisch verknüpft sind. Die
Strukturformeln beider Bausteine lassen sich folgendermaßen aus der Ringstrukur von DGlucose ableiten:
Bei N-Acetylglucosamin ist die Hydroxygruppe am C2Atom durch eine Aminogruppe
ersetzt, die mit Ethansäure über eine Säureamidbindung verknüpft ist. (Hinweis: Die
Säureamidbindung wird bei Proteinen auch als Peptidbindung bezeichnet.)
N-Acetylmuraminsäure unterscheidet sich von N-Acetylglucosamin nur dadurch, dass am
C3Atom über eine Etherbindung ein Lactylrest gebunden ist, der in der Strukturformel
vereinfacht mit „R" bezeichnet werden soll.
Erstellen Sie einen drei Monomere umfassenden Strukturformelausschnitt aus diesem
Polysaccharid, der beide genannten Bausteine enthält!
6 BE
1.2. Lysozym ist ein Polypeptid aus 129 Aminosäuren, Einige der im Enzym auftretenden
Aminosäuren sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:
Lys
2,6-Diaminohexansäure
Val
2-Ämino-3-methylbutansäure
Phe
2-Amino-3-phenylpropansäure
1.3. Erstellen Sie die Strukturformel des nachfolgenden Sequenzabschnittes!
- Lys - Val - Phe -
5 BE
1.3. In mehreren Regionen des Lysozymmoleküls liegt die Polypeptidkette in einer
Faltblattstruktur vor.
Erläutern Sie unter Mitverwendung einer Skizze, wie eine Faltblattstruktur stabilisiert wird!
4 BE
2. Hefezellen können Glucose unter anaeroben Bedingungen enzymkatalysiert abbauen.
2.1. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für den anaeroben Abbau von Glucose in
Hefezellen ohne Berücksichtigung der beteiligten Energie-äquivalente! Berechnen Sie
mithilfe der folgenden Entropie- und Enthalpiewerte die freie Enthalpie dieser Reaktion bei
25 °C!
ΔHBo (kJmol-1)
So (JK-1 mol-1)
a-D-Glucose (aq)
-1263,0
264.0
Ethanol(l)
-277,7
160.7
Kohlenstoffdioxid (g)
-393.5
213,6
Stoff
5 BE
2.2. In mehreren Experimenten soll der anaerobe Glucoseabbau bei Hefezellen
untersucht werden.
In einer ersten Versuchsreihe wird eine Hefezellenkultur auf zwei Kolben (A und B)
aufgeteilt und unter Stickstoffatmosphäre mit Glucose versetzt. In den Kolben B wird
zusätzlich Brenztraubensäure gegeben. In der Folgezeit werden jeweils die
Konzentrationen von Glycerinaldehyd-3-phosphat gemessen. In Kolben A kann zunächst
eine starke Erhöhung der Konzentration von Glycerinaldehyd-3-phosphat beobachtet
werden, in Kolben B steigt diese Konzentration deutlich weniger stark an.
2.2.1. Formulieren Sie eine Strukturformelgleichung für die Oxidation von
Glycerinaldehyd-3-phosphat in den Hefezellen! Für Cofaktoren können die üblichen
Abkürzungen verwendet werden.
4 BE
2.2.2 Erläutern Sie den unterschiedlich starken Anstieg der Glycerinaldehyd-3-phosphatKonzentration in beiden Kolben!
6 BE
2.3 Das Enzym Phosphofructokinase katalysiert beim Abbau von Glucose die
Phosphorylierung von Fructose-6-phosphat. Um Aufschluss über die Aktivität dieses
Enzyms zu erhalten, werden zwei Versuchsreihen durchgeführt:
Versuchsreihe A: niedrige ATP-Konzentration,
Versuchsreihe B: hohe ATP-Konzentration.
Bei konstanter Enzymmenge wird jeweils die Konzentration von Fructose-6-phosphat
schrittweise erhöht und die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt. Die Versuchsergebnisse
sind in der folgenden Tabelle dargestellt:
Versuchsreihe A
c(Fructose-6- Reaktionsphosphat)
geschwindigke
[mmol/L]
it [relative
Einheiten]
Versuchsreihe B
c(Fructose-6- Reaktionsphosphat)
geschwindigke
[mmol/L]
it [relative
Einheiten]
0.5
1.5
2.5
3.5
4.5
0.5
1.5
2,5
3.5
4,5
28
66
87
98
99
20
52
70
78
79
Stellen Sie die Messergebnisse der beiden Versuchsreihen in einem Diagramm dar, leiten
Sie aus diesem den Einfluss des ATP auf das Enzym Phosphofructokinase ab und
begründen Sie Ihre Aussage!
10 BE
40 BE