Biochemie (für Bioinformatiker) WS 2010/2011, 2. Klausur (50 Punkte)

Datum: 07.02.2011
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Matrikel-Nr.:
Studiengang: Bioinformatik
Biochemie (für Bioinformatiker) WS 2010/2011, 2. Klausur
(50 Punkte)
Modulnr.: FMI-BI0027
Hiermit bestätige ich meine Prüfungstauglichkeit.
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Aufgabe
Punkte erreichte Punktzahl
01
6
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2
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4
04
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4
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6
07
6
08
6
09
6
10
4
*Bonusfrage*
*2*
Gesamtpunktzahl
50
1/6
01. (6 Punkte)
Gezeigt sind Verbindungen im Stoffwechselweg Glykolyse.
Benennen Sie die Verbindungen und bringen Sie sie in die Reihenfolge, in der
sie in der Glykolyse prozessiert werden.
Geben Sie an wie viel ATP jeweils in den Reaktionen, die die Verbindungen
ineinander überführen, erzeugt bzw. verbraucht wird.
a)
b)
c)
d)
a) α-D-Glucose
b) α-D-Fuctose-1,6-bisphosphat
c) 1,3-Bisphosphoglycerat
d) Pyruvat
Die Reihenfolge, in der die Verbindungen in der Glykolyse prozessiert werden
lautet a) b) c) d).
Die Reaktionen von
a) zu b) verbrauchen 2 ATP
b) zu c) verbrauchen und erzeugen kein ATP
c) zu d) erzeugen 2 ATP.
02. (2 Punkte)
Warum muss die Ausbeute an ATP in den Reaktionen der Glykolyse ab
Glycerinaldehyd-3-phosphat doppelt gezählt werden, wenn man die Ausbeute an
ATP pro Mol Glucose in der Glykolyse betrachtet?
Glucose wird über Fructose-6-phosphat in Fructose-1,6-bisphosphat
umgewandelt. Dieses wird bei der folgenden Reaktion in Glycerinaldehyd-3phosphat und Dihydroxyacetonphosphat gespalten. Dihydroxyacetonphosphat
trägt gleichwertig zu Glycerinaldehyd-3-phosphat zur ATP-Ausbeute bei, da es
2/6
mittels Triosephosphat-Isomerase (über ein Endiol-Intermediat) in
Glycerinaldehyd-3-phosphat umgewandelt werden kann.
03. (4 Punkte)
Die Glykolyse läuft nur ab, falls NAD+ zur Verfügung steht. Aus welchen
Stoffwechselwegen kann sie dies beziehen?
• Oxidative Phosphorylierung
• Cori-Zyklus
04. (6 Punkte)
Über welche Reaktionen ist der Citratzyklus an die Glykolyse gekoppelt?
In welchen Zellkompartimenten findet der Citratzyklus statt?
Wie ist die oxidative Phosphorylierung an den Citratzyklus gekoppelt?
Beschreiben Sie skizzenhaft (d.h. ohne Nennung von Details, Komplexen etc.),
durch welche Abläufe in der oxidativen Phosphorylierung ATP gewonnen wird.
Nennen Sie dabei jeweils die beteiligten Orte in der Zelle.
Das in der Glykolyse entstehende Pyruvat reagiert über oxidative Decarboxylierung
zu Acetyl-CoA. Das Acetyl-CoA wird in den Citratzyklus eingespeist.
Der Citratzyklus läuft bei Eukaryoten in der Mitochondrienmatrix ab.
Die im Citratzyklus entstehenden Reduktionsäquivalente NADH und FADH2 gehen in
die Elektronentransportkette der oxidativen Phosphorylierung ein.
In der ersten Phase der oxidativen Phosphorylierung werden Elektronen von NADH
und FADH2 über Membranproteinkomplexe und mobile Überträger (Ubichinon und
Cytochrom c) auf O2 übertragen. Im Verlaufe dessen werden Protonen aus der
Mitochondrienmatrix in den Intermembranraum gebracht. Somit wird ein
Protonengradient über die innere Mitochondrienmembran aufgebaut. In der zweiten
Phase der oxidativen Phosphorylierung wird die im Protonengradienten
zwischengespeicherte Energie durch Rückfluss der Protonen in die Matrix genutzt,
um die Synthese von ATP anzutreiben. Diese wird durch einen „Nanomotor“, die
ATP-Synthase, bewerkstelligt.
05. (4 Punkte)
Nennen Sie drei Stoffwechselwege, für die Glucose-6-phosphat als Knotenpunkt
eine Rolle spielt
Beispiele:
Glykolyse, Gluconeogenese, Glykogenabbau, Glykogensynthese,
Pentosephosphatweg
3/6
06. (6 Punkte)
Nennen Sie jeweils eine glucogene, eine ketogene und eine gemischt ketogenglucogene Aminosäure sowie die Stelle, an der ihr Kohlenstoffgerüst beim
Abbau in den Citratzyklus einmündet.
Wie wird die α-Aminogruppe der Aminosäuren abgebaut?
glucogene AS: Alanin, Arginin, Asparagin, Aspartat, Cystein, Glutamat, Glutamin,
Glycin, Histidin, Methionin, Prolin, Serin, Threonin, Valin
ketogene AS: Leucin, Lysin
gemischt ketogen-glucogene AS: Isoleucin, Phenylalanin, Tryptophan, Tyrosin
Beispiele:
Alanin: Pyruvat
Leucin: Acetyl-CoA bzw. Acetoacetyl-CoA
Tryptophan: Pyruvat
Die meisten Aminosäuren übertragen die α-Aminogruppe durch Transaminasen
auf α-Ketoglutarat. Das entstehende Glutamat wird vor allem in der Leber durch
Glutamat-Dehydrogenase oxidativ desaminiert. Dabei wird ein Ammoniumion
(NH4+) freigesetzt und α-Ketoglutarat regeneriert.
Ser und Thr können durch Dehydratasen direkt desaminiert werden.
Im Harnstoffzyklus entsteht aus NH4+ und Bicarbonat, die zunächst zu
Carbamoylphosphat aktiviert werden, sowie Aspartat Harnstoff und Fumarat.
07. (6 Punkte)
Nennen Sie die Schritte, welche notwendig sind, um den primären
Energiespeicher (Triacylglycerine) des Fettgewebes nutzbar zu machen.
•
•
•
•
•
Hydrolyse eines Triacylglycerins zu drei freien Fettsäuren und Glycerin
Glycerin wird in den Glucosestoffwechsel eingeschleust
Aktivierung der Fettsäuren
Transport in die Mitochondrienmatrix
β-Oxidation
08. (6 Punkte)
Nennen Sie drei grundlegende Typen des Transports von Stoffen in bzw. aus
der Zelle, wie sie z.B. bei HCl-Sekretion von Belegzellen vorkommen. Geben Sie
jeweils an, ob beim Transport ATP verbraucht wird. Nennen Sie zu jedem Typ
ein Beispiel.
• Kanäle; ATP wird nicht verbraucht; Beispiel: K+-Kanal
4/6
• Trägerproteine (Transporter) ; ATP wird nicht verbraucht; Beispiel: HCO3-Cl--Austauscher (Antiporter)
• Pumpen; Verbrauch von ATP; Beispiel: K+-H+-ATPase
09. (6 Punkte)
Beschreiben Sie die Signaltransduktion über G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
am Beispiel der Reaktionskaskade via Adenylatcyclase.
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren binden im Grundzustand, also in Abwesenheit
eines Liganden, auf ihrer cytosolischen Seite heterotrimere G-Proteine. Diese
bestehen aus den Untereinheiten α, β und γ, wobei die α-Untereinheit im
Grundzustand ein Molekül GDP bindet. Dockt ein extrazellulärer Ligand an den
Rezeptor an, so wirkt der aktivierte Rezeptor als Guaninnucleotidaustauschfaktor
(GEF), der die Affinität der α-Untereinheit zu GDP mindert und damit dessen
Austausch gegen GTP erleichtert. Die Bindung von GTP führt zur Dissoziation
des G-Protein-Komplexes in die GTP-haltige α-Untereinheit sowie das βγ-Dimer,
welche auf unterschiedliche Effektorproteine einwirken können.
Die Aktivität des Effektorenzyms Adenylatcyclase kann nun mithilfe der αUntereinheit des G-Proteins gesteuert werden. Adenylatcyclase ist ein integrales
Membranprotein der Plasmamembran, welches die Cyclisierung von ATP zu
cAMP katalysiert.
Bei stimulatorischen G-Proteinen aktiviert die α-Untereinheit Adenylatcyclase
und hebt somit die cAMP-Konzentration an. Die α-Untereinheit von
inhibitorischen G-Proteinen hemmt dagegen das Enzym und senkt damit die
intrazelluläre cAMP-Konzentration ab.
Der sekundäre Botenstoff cAMP ist ein allosterischer Regulator vieler
intrazellulärer Enzyme, der das extrazelluläre Signal weiterleitet und der Zelle
eine spezifische Antwort ermöglicht.
10. (4 Punkte)
Nennen Sie zwei weitere fundamentale Signalwege der interzellulären
Kommunikation, die außer dem G-Protein-gekoppelten Signaltransduktionsweg
von Bedeutung sind.
Beispiele:
• Rezeptorassoziierte Serin-/Threonin-Kinasen nutzen Smads als terminale
Effektoren an der DNA
• Toll-ähnliche Rezeptoren nutzen das NFκB-System, um die
Genexpression ihrer Zielzellen zu regulieren
• Rezeptorassoziierte Guanylat-Cyclasen wirken über cGMP-abhängige
Kinasen
5/6
• Rezeptorassoziierte Kinasen (RAK) wie z.B. Cytokinrezeptoren
assoziieren mit JAK-Kinasen, die Transkriptionsfaktoren vom STAT-Typ
aktivieren
• Integrine koppeln an Liganden der extrazellulären Matrix und im Zellinnern
an das Actingerüst der Zelle
• Der Notch-Signalweg tauscht Informationen zwischen benachbarten
Zellen aus; durch proteolytische Spaltung entsteht der
Transkriptionsfaktor NID
* Bonusfrage (2 Punkte) * (Hinweis: mit der Lösung dieser Aufgabe können
Punktverluste aus anderen Aufgaben dieser Teilklausur ausgeglichen werden)
Tumorzellen unterscheiden sich von normalen Körperzellen durch 6 wesentliche
Charakteristika. Benennen Sie 4 davon (Stichworte).
•
•
•
•
•
•
autokrine Wachstumssignale
Resistenz gegen wachstumshemmende Signale
Ausschaltung der Apoptose
selbstgesteuerte Angiogenese
Gewebsinvasion und Metastasierung
unbegrenztes replikatives Potential
6/6