Musterlösung zur 2. Klausur

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Datum: 08.02.2010
Name:
Vorname:
Matrikel-Nr.:
Studiengang: Bioinformatik
Biochemie (für Bioinformatiker) WS 2009/2010, 2. Klausur
(50 Punkte)
Modulnr.: FMI-BI0027
Hiermit bestätige ich meine Prüfungstauglichkeit.
----------------------------------------------Unterschrift
Aufgabe
Punkte erreichte Punktzahl
01
6
02
6
03
6
04
4
05
3
06
6
07
3
08
6
09
6
10
4
Gesamtpunktzahl
50
1/6
01. (6 Punkte)
Benennen Sie die gezeigte Verbindung. Welches Enzym setzt diese in der
Glykolyse um? Schreiben Sie die katalysierte Reaktion auf. Geben Sie vier
Regulatoren des Enzyms an und deren Auswirkungen auf die Reaktion.
CH2OPO3
2-
CH2OH
O
H HO
OH
OH
H
• α-D-Fructose-6-phosphat
• Phosphofructokinase
Reaktion:
CH2OPO3
2-
CH2OH
O
H HO
OH
OH
CH2OPO3
ADP
ATP
H
α-D-Fructose-6-phosphat
CH2OPO3
O
H HO
OH
OH
H
PFK
Mg2+
2-
H
α-D-Fructose-1,6-bisphosphat
Regulatoren:
≠:
• AMP
• ADP
• α-D-Fructose-2,6-bisphosphat
Ø:
• ATP
• Citrat
• pH < 7
02. (6 Punkte)
Beschreiben Sie die Elektronentransportkette. Warum wird durch die
Elektronenübertragung von FADH2 weniger ATP gebildet als bei NADH?
•
Membranproteinkomplexe:
o NADH-Dehydrogenase (Komplex I)
o Succinat-Dehydrogenase (Komplex II).
o Cytochrom-c-Reduktase (Komplex III)
2/6
2-
•
o Cytochrom-c-Oxidase (Komplex IV)
mobile Überträger:
o Ubichinon
o Cytochrom c
Alternative 1:
Komplex I überträgt zwei Elektronen in Form eines Hydridions von NADH auf FMN
(Flavinmononucleotid), welches zu FMNH2 protoniert wird. FMNH2 überträgt die
beiden Elektronen einzeln auf Eisen-Schwefel-Zentren des Komplex I. Von dort
fließen sie auf Ubichinon,welches aufgrund seiner lipophilen Eigenschaft in der
mitochondrialen Membran „schwimmt“. Das vollständig reduzierte Ubichinon nennt
sich Ubihydrochinon.
Alternative 2:
Direktes Einschleusen von Elektronen von FADH2 auf Ubichinon unter Umgehung
von Komplex I über Dehydrogenasen wie Succinat-Dehydrogenase (Komplex II).
Wegen des geringen Redoxpotentialgefälles zwischen Succinat und Ubichinon trägt
Komplex II nicht zum Aufbau des Protonengradienten zwischen mitochondrialem
Intermembranraum und Matrix bei. Da der Protonengradient für die Produktion von
ATP mittels ATP-Synthase (Komplex V) maßgeblich ist, ist diese somit geringer als
bei „Alternative 1“.
Weitere Dehydrogenasen bilden die Grundlage für zusätzliche alternative Wege.
Zentraler Sammelpunkt verschiedener „Zuflüsse“ ist also Ubichinon.
Nun überträgt Komplex III die von Ubihydrochinon bereitgestellten Elektronen mittels
Eisen-Schwefel-Zentrum auf Cytochrom c, welches sich im Intermembranraum
befindet.
Als letzten Schritt überträgt Komplex IV Elektronen von Cytochrom c auf molekularen
Sauerstoff unter Bildung von Wasser.
03. (6 Punkte)
Glucose wird im Muskel unter aeroben und anaeroben Bedingungen
unterschiedlich verstoffwechselt. Wie heißen die jeweils beteiligten
Stoffwechselwege? Was passiert unter den jeweiligen Bedingungen?
Beschreiben Sie die Vorgänge unter Nennung der Intermediate der
Stoffwechselwege sowie der Endprodukte.
aerobe wie anaerobe Bedingungen:
Glucose wird in der Glykolyse zu Pyruvat umgesetzt.
anaerob
Der Mangel an NAD+ wird durch die Umwandlung von Pyruvat zu Lactat behoben.
Das Lactat wird zur Leber transportiert und dort von den Hepatozyten zu Pyruvat
3/6
oxidiert. Daraus wird über die Gluconeogenese Glucose gebildet, welche ans Blut
abgegeben wird und so auch die Muskelzellen erreicht. Damit ist der Kreislauf
geschlossen. Dieser Zyklus aus Glykolyse im Muskel und Gluconeogenese in der
Leber heißt Cori-Zyklus.
aerob:
Pyruvat wird zu Acetyl-CoA umgewandelt und in den Citratzyklus eingespeist.
Das in Glykolyse und Citratzyklus gebildete NADH, sowie das aus dem Citratzyklus
stammende FADH2 wird in der oxidativen Phosphorylierung zur ATP-Gewinnung
genutzt. Die Glucose wird somit vollständig zu CO2 und H2O umgesetzt.
Wird der Muskel stark beansprucht, so dass mehr Pyruvat anfällt, als im Citratzyklus
weiter verarbeitet werden kann, so wird zusätzlich der „anaerobe“ Weg durchlaufen.
04. (4 Punkte)
Welche Ketonsäuren entstehen bei der Transaminierung von Glutamat, Aspartat
und Alanin? Schreiben Sie beispielhaft eine Transaminierungsreaktion auf
(Strukturformel).
Glutamat: α-Ketoglutarat
Aspartat: Oxalacetat
Alanin: Pyruvat
O
-
O
O
O
O
O
+
-
H3C
OH
O
NH2
α-Ketoglutarat
Alanin
O
HO
O
OH
NH2
Glutamat
-
O
+
H3C
O
Pyruvat
05. (3 Punkte)
Geben Sie drei Unterschiede von Fettsäuresynthese und Fettsäureabbau an;
z.B. in Bezug auf Lokalisation, Enzyme und Coenzyme.
•
•
•
•
•
Synthese: Cytosol, Abbau: Mitochondrien
Synthese. Multienzymkomplex (Fettsäure-Synthase), Abbau: entsprechende
Enzyme sind nicht assoziiert
Synthese: NADPH verbraucht, Abbau: NADH erzeugt
Synthese: D-Hydroxyacyl-CoA, Abbau: L-Hydroxyacyl-CoA
Synthese-Baustein: Malonyl-CoA, Abbau-Baustein: Acetyl-CoA
4/6
•
Synthese: Bindung der Zwischenstufe an die Sulfhydrylgruppe eines AcylCarrier-Proteins (ACP), Abbau: Bindung findet mit Coenzym A statt
06. (6 Punkte)
Zellen, die starkem Zellwachstum unterliegen und solche, denen Glucose im
Überschuss zur Verfügung steht, so dass sie vermehrt Fettsäuresynthese
betreiben, haben unterschiedliche Anforderungen an die Stoffwechselwege.
Beschreiben Sie die Vorgänge im Pentosephosphatweg und den angrenzenden
Stoffwechselwegen in der jeweiligen Situation.
Starkes Zellwachstum:
• Hoher Bedarf an Ribose-5-phosphat für Nucleotidsynthese
• Pentosephosphatweg kann Glycerinaldehyd-3-phosphat und Fructose-6phosphat aus Glykolyse abziehen
• nichtoxidative Phase des Pentosephosphatweges erzeugt aus 1 Molekül
Glycerinaldehyd-3-phosphat und 2 Molekülen Fructose-6-phosphat 3
Moleküle Ribose-5-phosphat
Glucose im Überschuss, vermehrte Fettsäuresynthese:
• Hoher Bedarf an NADPH
• Umwandlung von Glucose-6-phosphat in Ribose-5-phosphat;
Weiterverarbeitung zu Glycerinaldehyd-3-phosphat und Fructose-6phosphat
• Einspeisung von Glycerinaldehyd-3-phosphat und Fructose-6-phosphat in
Glykolyse: Bildung von NADPH
07. (3 Punkte)
Gegeben sei die Aminosäuresequenz eines Proteins. Beschreiben Sie Ihr
Vorgehen, um darin den Sequenzabschnitt einer Transmembranhelix
vorherzusagen.
Ein „Fenster“ der Länge von 10-20 Aminosäureresten wird Position für Position
über die Primärsequenz geschoben, wobei für jede Fensterposition die freie
Energie berechnet wird, die für den Transfer des jeweiligen Segments aus einer
Lipidschicht in ein wässriges Medium benötigt wird. Die berechnete Größe nennt
sich Hydropathieindex. Bereiche eines Energiemaximums sind mit hoher
Wahrscheinlichkeit Transmembransegmente.
08. (6 Punkte)
Nennen Sie drei Typen des trägerproteinvermittelten Transports. Geben Sie
jeweils ein Beispiel an.
• Antiport, Bsp.: Na+-K+-ATPase
• Symport, Bsp.: Na+-Glucose-Symporter
5/6
• Uniport, Bsp.: Glucose-Uniport
09. (6 Punkte)
Wo sind die Rezeptoren von lipophilen und hydrophilen Hormonen in Bezug auf
die Zelle zu finden? Erläutern Sie (skizzenhaft) einen von Ihnen gewählten
Signaltransduktionsweg eines hydrophoben oder hydrophilen Hormons. Geben
Sie jeweils ein Beispiel für ein lipophiles und ein hydrophiles Hormon an.
Die Rezeptoren von hydrophilen Hormonen befinden sich auf der Zelloberfläche,
die von lipophilen Hormonen im Cytosol oder Zellkern.
Beispiel Signaltransduktionsweg anhand von Cortisol:
Der Rezeptor für Cortisol befindet sich im Cytosol. Bindet das Hormon,
dissoziiert der Komplex aus Inhibitor und Rezeptor. Dadurch werden DNABindungsdomäne und Dimerisierungsdomäne frei gegeben. Der Verbund aus
zwei Rezeptoren wirkt als Transkriptionsfaktor. Dazu transloziert er in den
Zellkern und bindet an die DNA-Zielsequenz.
Beispiel lipophiles Hormon: Cortisol
Beispiel hydrophiles Hormon: Insulin
10. (4 Punkte)
Auf welches Enzym wirkt Coffein in welcher Weise? Was sind die Auswirkungen
hinsichtlich der Signaltransduktion?
Coffein hemmt die cAMP-Phosphodiesterase und verlängert damit die Wirkung
von Adenylat-Cyclase stimulierenden Hormonen.
6/6
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